集成電路封裝中的缺陷與失效課件

集成電路封裝中的缺陷與失效目錄/Contents010203封裝缺陷與失效概述封裝缺陷的主要類型封裝失效的主要類型02封裝缺陷的主要類型封裝缺陷的主要類型封裝工藝生產(chǎn)的封裝缺陷具有隨機特性，會直接影響封裝材料的質(zhì)量?？斩础⒐袒煌耆退芊饬喜痪鶆虻榷紝儆诖祟惾毕?。此外，封裝工藝也能導(dǎo)致塑封器件內(nèi)部非密封單元的缺陷，如引線彎曲、芯片裂縫和毛邊。封裝界面也易受封裝工藝的影響而出現(xiàn)分層和粘接不牢。樹脂流動而產(chǎn)生的拖曳力引線架變形氣泡的移動過保壓/遲滯保壓填充物的碰撞引線變形底座偏移指的是支撐芯片的載體（芯片底座）出現(xiàn)變形或位移。上下層模塑腔體內(nèi)不均勻的塑封料流動會導(dǎo)致底座偏移。影響底座偏移的因素包括塑封料的流動特性、引線框架的組裝設(shè)計以及塑封料和引線框架的材料屬性。薄型小尺寸封裝（TSOP）和薄型方形扁平封裝（TQFP）等封裝器件由于引線框架較薄，容易發(fā)生底座偏移和引腳變形。底座偏移翹曲翹曲變形的發(fā)生是因為材料間彼此熱膨脹系數(shù)的差異及流動應(yīng)力的影響再加上黏著力的限制，導(dǎo)致了整個封裝體在封裝過程中受到了外界溫度變化的影響，材料間為了釋放溫度影響所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，故而通過翹曲變形來達到消除內(nèi)應(yīng)力的目的。這一現(xiàn)象在再流焊接器件中最易發(fā)生。影響翹曲的參數(shù)及改進措施（1）焊膏印刷和放置精度。這是所要控制的所有元器件中最明顯的參數(shù)，這類參數(shù)主要是面向設(shè)備的，在所有階段，它都能很好地根據(jù)生產(chǎn)規(guī)程去實施，從而維護好印刷和安裝用的機器設(shè)備。通過這樣做，能減少這類問題。（2）印刷的清晰度和精確度。印刷的清晰度和精確度會直接引翹曲發(fā)生，因為它能有效改變襯墊的配置且增加相反元器件端點之間的不平衡。因此，定期對如下的參數(shù)進行檢查和良好控制是非常重要的。①檢查印刷配準(zhǔn)參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯誤的配準(zhǔn)時進行糾正。②經(jīng)常清洗模板，避免阻塞。③經(jīng)常檢查焊膏，確信其不能太干燥。④確信支撐印制電路板的底基平實。（3）放置精度。如印刷精度一樣，不當(dāng)放置會造成翹曲缺陷。為使機器故障最小化，以下方面需要檢查和控制：①因為元器件的拾取點很小，檢查進料器使它基部對準(zhǔn)非常重要。②確信支撐印制電路板的X—Y平臺平坦而堅固。③放置對準(zhǔn)要有精密控制，其放置速度要很慢。④確定常用拾取工具的適當(dāng)噴嘴尺寸。影響翹曲的參數(shù)及改進措施翹曲是因為雙極元器件兩端受力的不平衡造成的，而其受力則依賴于焊接及襯墊的表面特性，焊接材料和印制電路板最終會對翹曲有一些影響，主要包括：（1）焊接合金。（2）焊膏粘貼特性。（3）焊膏量。（4）熱傳遞效率。翹曲的影響因素集成電路的裸芯片一般由單晶硅制成，單晶硅具有金剛石結(jié)構(gòu)，晶體硬而脆。硅片在受力或者表面具有缺陷的情況下易于開裂和脆斷，因此芯片的開裂成為集成電路封裝失效的重要原因之一。硅芯片裂紋可形成于晶圓減薄、圓片切割、芯片粘貼、引線鍵合等需要應(yīng)力作用的工藝過程中。如果芯片微裂紋沒有擴展到引線區(qū)域則不易被發(fā)現(xiàn)，更為嚴(yán)重的一般在工藝過程中無法觀察到芯片裂紋，甚至在芯片電學(xué)測試過程中，含有微裂紋芯片的電特性與無微裂紋芯片的電特性幾乎相同，但微裂紋會影響封裝后器件的可靠性和壽命。芯片破裂分層或粘接不牢是指在塑封料和其相鄰材料界面之間的分離，也稱為芯片開裂。在芯片的封裝過程中，開裂現(xiàn)象不僅僅存在于芯片內(nèi)部，通常也會存在于芯片封裝中各種材料的結(jié)合面上，形成界面開裂現(xiàn)象。在界面開裂的初期，芯片的各個部分仍可以形成良好的電氣連接，但是隨著芯片使用時間的增加，熱應(yīng)力以及電化學(xué)腐蝕進一步加劇，會使得界面開裂現(xiàn)象不斷發(fā)展，從而使得芯片的電氣特性遭到破壞，導(dǎo)致集成電路的可靠性問題。故界面開裂也是芯片封裝中常見的缺陷之一。分層

封裝工藝中，氣泡嵌入環(huán)氧樹脂中形成空洞?？斩纯梢园l(fā)生在封裝工藝中任意階段，包括轉(zhuǎn)移成型、填充、灌封和塑封料置于空氣中的印刷。但是，通過最小化空氣量，如排空或抽真空，可以減小空洞?？斩春涂锥此芊饬喜牧铣煞只虺叽绲牟痪鶆蛐宰阋詫?dǎo)致翹曲和分層時，將被當(dāng)作一種缺陷。非均勻的塑封體厚度會導(dǎo)致翹曲和分層。一些封裝技術(shù)，如轉(zhuǎn)移成型、成型壓力和灌注封裝技術(shù)不易產(chǎn)生厚度不均勻的封裝缺陷。晶圓級塑封印刷因其工藝特點而特別容易導(dǎo)致不均勻的塑封厚度。為了確保獲得均勻的塑封層厚度，應(yīng)固定晶圓載體使其傾斜度最小以便于刮刀安裝。此外，需要進行刮刀位置控制以確保刮刀壓力穩(wěn)定，從而獲得均勻的塑封層厚度。在硬化前，當(dāng)填充粒子在塑封料中局部區(qū)域聚集并形成不均勻分布時，會導(dǎo)致不同質(zhì)或不均勻的材料組成。塑封料的不充分混合將會導(dǎo)致封裝灌封過程中不同質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。不均勻封封裝毛邊是指在塑封成型工藝中已通過分型線并沉積在器件引腳上的模塑料。夾持壓力不足是產(chǎn)生毛邊的主要原因。如果引腳上的模塑料沒及時清除，將導(dǎo)致組裝階段發(fā)生各種問題，例如，在下一個封裝階段中鍵合或黏附不充分。樹脂泄露使較疏的毛邊形成。毛邊外來顆粒在封裝工藝中，封裝材料中外來顆粒的存在是由于其暴露在污染的環(huán)境、設(shè)備或材料中。外來顆粒會在封裝中擴散并留在封裝內(nèi)的金屬部位上，如IC芯片和引線鍵合點，從而導(dǎo)致腐蝕和其他后續(xù)可靠性問題。不完全固化封裝材料的特性如玻璃化轉(zhuǎn)化溫度受固化程度的影響。因此，為了最大化實現(xiàn)封裝材料的特性，必須確保封裝材料完全固化。固化時間不足和固化溫度