封装可靠性与失效分析.ppt

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1、封装可靠性与失效分析本章围绕非气密封性装技术、气密封性装技术、常见的封装形式、混合电路常见的失效模式与分析等方面进行介绍。将有源器件以及无源元件组装到已完成膜层印烧/蒸发/溅射的基片上以后，这个混合微电路就可以进行封装了。组装和封装作为产品开发中的关键技术在业界引起人们日益增多的关注。广义的封装是指将半导体和电子元器件所具有的电子的、物理的功能，转变为适用于设备或系统的形式，并使之能够为人类社会服务的科学技术。狭义的封装(Packaging,PKG)是指裸芯片与布线板实现微互连后，将其密封在塑料、玻璃、金属或者陶瓷外壳中，以确保

2、半导体集成电路芯片在各种恶劣条件下正常工作。无论是单芯片封装前的裸芯片，还是将多个裸芯片装载在多层布线板上的多芯片组件(MCM),在不经封装的状态下，由于空气中湿气和氧的影响，半导体集成电路元件表面及多层布线板表面的导体图形及电极等，会随时受到氧化的腐蚀，使其性能退化。无论是单芯片封装还是MCM制造，在整个工艺过程中，应避免在空气中放置，而应在氮气气箱等非活性气氛中加以保护。否则，会出现半导体元件的内侧引线凸点因氧化而难以键合，多层布线板的导体电极因氧化而不能钎焊等失效问题。即使已完成了微互连，不经封装而在含有湿气的空气中工作加

3、之迁移现象，半导体元件及多层布线板上的导体电路会发生突然短路。因此，多层布线板及半导体元件表面露出的导体图形必须与外界气氛隔绝。无论对于单个使用的裸芯片还是MCM，封装都是必不可少的。封装除对混合电路起机械支撑、防水和防磁、隔绝空气等的作用外，还具有对芯片及电连接的物理保护、应力缓和、散热防潮、尺寸过渡、规格标准化等多种功能。非气密性树脂封装技术一、单芯片封装单芯片封装分气密性封装型和非气密性封装型两大类：前者包括金属外壳封接型、玻璃封接型(陶瓷盖板或金属盖板)、钎焊(Au/Sn共晶焊料)封接型；后者包括传递模注塑封型、液态树脂

4、封装型、树脂块封装型等。其中传递模注塑封法价格便宜，便于大批量生产，目前采用最为普遍。传递模注塑封技术a.模注树脂成分及特性树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲，可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。树脂有天然树脂和合成树脂之分。天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。按树脂分子主链组成分类:按此方法可将树脂分为碳链聚合物、

5、杂链聚合物和元素有机聚合物。碳链聚合物是指主链全由碳原子构成的聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯等。杂链聚合物是指主链由碳和氧、氮、硫等两种以上元素的原子所构成的聚合物，如聚甲醛、聚酰胺、聚醚等。元素有机聚合物是指主链上不一定含有碳原子，主要由硅、氧、铝、钛、硼、硫、磷等元素的原子构成，如有机硅。ex:环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可交联反应而形

6、成不溶、不熔的具有网状结构的高聚物。传递模注树脂封装的可靠性取决于模注树脂的可靠性。标准模注树脂的组成，按其配比质量分数，从高到低依次为填充料(filler)(约70%),环氧树脂(约18%以下)，固化剂(约9%以下)等。填充料的主要成分是二氧化硅。晶态二氧化硅有利于提高模注树脂的导热性，熔凝态(非晶)二氧化硅有利于降低模注树脂的热膨胀系数及吸湿性。图中可见随熔凝二氧化硅含量的增加，封装树脂热膨胀系数降低最多，从而对模注塑封中的热应力缓和更为有效。环氧树脂的组成，一般都采用甲酚-酚醛系([C6H3OHCH2]n)。环氧树脂具有保

7、护芯片、使其于外部气体隔绝，确保成形时的流动性外，还对模注树脂的机械、电气、热等基本特性起决定性作用。固化剂的主要成分为苯酚-酚醛系树脂，其与环氧树脂一起对成形时的流动性及树脂特性起作用。此外，模注树脂中还含有如下成分：促进固化反应的固化促进剂(触媒)；树脂在注模内固化后，为使其便于取出的脱模剂；为阻止燃烧，满足阻燃特性规定的阻燃剂；以黑色炭粉及各种颜料进行着色的着色剂等。b.传递模注工艺过程先将模具预热，将经过微互连的芯片框架插入上下模具中，上模具下降，将芯片框架固定。注塑压头按设定程序下降，树脂料饼经预加热器加热，粘度下降，

8、在注塑压头压力作用下，由料筒经流道，通过浇口分配器进入浇口，最后注入到型腔中。注入中不加压力，待封装树脂基本上填满每个型腔之后再加压力。在加压状态下保持数分钟，树脂聚合而硬化。上模具提升，取出模注好的封装体。切除流道、浇口等不必要的树脂部分。此时树脂聚合仍不充分