塑料封装可靠性问题浅析.doc

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1、塑料封装可靠性问题浅析1、引言槊料封装器件很容易由于多种原因而导致早期失效。这些缺陷产生的根源很多，他们能够导致在塑封体各个部位产生一系列的失效模式和失效机理。缺陷的产生主要是市于原材料的不匹配、设计存在缺陷或者不完善的制造工艺。教料封装器件同样也存在看非缺陷机理性失效，比如PEM在空气屮吸潮，所吸收的潮气将会导致很多的问题出现，包含在这…类失效屮的就是所谓的磨损型失效机理。这些类型的失效在麻面将会进行详细的论述。同时也将讨论避免产生缺陷的备种方法以及生产过程的优化和完善的设计。这些祁是为了保证最后成品的质量和可靠性。2、

2、槊料封装器件的缺陷及其预防有些缺陷很a然地归类于热机性能造成的，而其他的缺陷通常和一些特殊的制成有关系，比如芯片的制造、芯片的粘接、槊封、芯片的钝化、引线框架芯片基板的制造、焊丝或者后道成品包装。这些都将在下面的讨论屮看到，同时其屮的某些缺陷在分类上还是相互交叉的。2.1、热机缺陷某些缺陷能够导致失效，而这些缺陷都与热以及微观物质的移动有密切关系，产工的主要原因就是环氧衆封料和不同接触界血材料的线膨胀系数不一致比如说，当EMC固化时,热收缩应力也随Z产生这些应力将会导致巨大的拉伸和剪切应力，作用于肓接接触的芯片表面特别是在

3、邑片的角部，应力将会成几何级数增长，很容易导致芯片薄膜钝化层或者芯片焊接材料以及，芯片木身的破裂。这些应力同样也容易导致EMC和芯片/芯片基板/引线框架Z间出现分层断裂以及分层将会导致电路断开、短路以及间/性断路问题出现。同样它们也为潮气和污染源更容易进人缪封体内部提供了通路。这些类世的缺陷可以通过以下措施来避免：在选择犁封料、引线框架、芯片悍接剂以及芯片钝化层的原材料时，所有材料的线膨胀系数必须尽可能地相互匹配；芯片上部和下部数封料的厚度应该尽可能地接近；尽量避免在设计和排版过程屮出现边缘尖端以及尖角,这样可以防I卜-出

4、现应力集屮，从而避免断裂的出现;最丿乙提侣使用低应力册封料以及低应力芯片焊接剂，可以最大限度防止在封装的过程屮出现多余应力。2.2、芯片缺陷芯片缺陷通常都是和半导体圆片制造以及教料封装器件特有的缺陷（比如在应力作用下所产生的金属化分层以及钝化层破裂现彖）有关系的。这里不再详细描述所有缺陷，仅限于讨论对犁封体结构关系非常密切的缺陷以及裂封体独有的缺陷。2.3、芯片粘接缺陷出现在气密性封装的缺陷同样也会出现在槊料封装器件屮。芯片和基板的粘接性能裁在芯片焊接剂屮去侣现气孔以及不完全充填等。这些缺陷通常都是因过程控制较差导致的，比

5、如不合适的材料制备以及固化等。它们会导致不均匀的热分配（局部过热），从而形成芯片分层或者芯片断裂。由于过热产生的应力或者内部开路会导致突变失效。此外，气孔很可能为潮气以及污染源提供通路。同样也存在着和数封体独特的芯片粘接材料有关的缺陷。如杲原材料的热膨胀系数和芯片、芯片基板以及教封体的热膨胀系数严重不匹配，这样过余的丿应力在模压操作时就作用于芯片。此外，一些聚合物芯片粘接剂在高湿环境下吸收了相当数量的潮气，这将会导致數封体断裂现象的出现。2.4、封装缺陷-般来说封装缺陷包括气孔、分层、芯片基板移动以及冲丝。芯片焊接温度。此

6、外報封料木身也包含了一些杂质，最关键的就是离了杂质和潮气以及能够形成腐蚀机理的化合物。气孔是槊封结构屮一个严重的问题。产生气孔的因素很多，如封装压力的不足、测封料亦进料II提前固化以及套筒屮空气残胡都会导致不完全充填或者是遍布敎封体的气孔。气孔为潮气和污染源的聚集提供了空间，也降低了槊•封体的热、电和机械性能。接近芯片及芯片基板位置的气孔会引起更严重的问题，靠近芯片的气孔会影响芯片的散热性能，这样就会出现局部热最集屮，将会降低材料的电性能;接近芯片基板的气孔会让潮气很容易腐蚀毫无防护的铝布线。遍布于數封体内部的众多小气孔将

7、会增加數封体的多孔性，很容易导致由于吸潮而产生的各种失效。随着半导体器件体积变得越来越小且越来越薄，气孔就成为影响可靠性的最主要因素。随着封装尺寸的收缩，犁封体和芯片的尺寸比率变得越来越小，这样如果气孔存衣的话,就会增加气孔处于重要区域的机率，其示果就是增加了失效几率。界而粘接性并分层是期外一•个比较严重的缺陷。分层产生的原因主要是引线框架的污染或者引线框架在焊接的时候由于温度过高而发生了氧化反应。它同样也可能是由于引线框架的应力帑放或者添加过多的润滑剂而产生，比如敎封料屮的脱模成分。分层是潮气进入的一个主要起因，并且会导

8、致早期的犁封体失效。分层的发生位置主要是顺着引线方向以及芯片的表面，沿着芯片的边缘到达舉封体边缘。芯片分层之所以引起关注，主要是因为分层在芯片的边缘引起应力集屮，并且对芯片的特性造成损害。分层会导致一系列的失效模式，包括槊封体断裂、腐蚀、金属化分层、焊球移动以及金丝断裂。这将会导致电性能失效、短路以及断