封裝缺陷與失效的研究方法論

 

封裝的失效機理可以分為兩類：過應力和磨損。

 

過應力失效往往是瞬時的

、災難性的;磨損失效是長期的累積損壞，往往首先表示為性能退化，接著才是器件失效。失效的負載類型又可以分為機械、熱、電氣
、輻射和化學負載等。

 

 

影響封裝缺陷和失效的因素是多種多樣的， 材料成分和屬性、封裝設計、環境條件和工藝參數等都會有所影響。確定影響因素是預防封裝缺陷和失效的基本前提。

 

影ying響xiang因yin素su可ke以yi通tong過guo試shi驗yan或huo者zhe模mo擬ni仿fang真zhen的de方fang法fa來lai確que定ding，一yi般ban多duo采cai用yong物wu理li模mo型xing法fa和he數shu值zhi參can數shu法fa。對dui於yu更geng複fu雜za的de缺que陷xian和he失shi效xiao機ji理li
，常chang常chang采cai用yong試shi差cha法fa確que定ding關guan鍵jian的de影ying響xiang因yin素su
，但dan是shi這zhe個ge方fang法fa需xu要yao較jiao長chang的de試shi驗yan時shi間jian和he設she備bei修xiu正zheng
，效xiao率lv低di
、花費高。

 

在分析失效機理的過程中， 采用魚骨圖(因果圖)展zhan示shi影ying響xiang因yin素su是shi行xing業ye通tong用yong的de方fang法fa。魚yu骨gu圖tu可ke以yi說shuo明ming複fu雜za的de原yuan因yin及ji影ying響xiang因yin素su和he封feng裝zhuang缺que陷xian之zhi間jian的de關guan係xi
，也ye可ke以yi區qu分fen多duo種zhong原yuan因yin並bing將jiang其qi分fen門men別bie類lei。

 

生產應用中，有一類魚骨圖被稱為6Ms：從機器、方法、材料、量度、人力和自然力等六個維度分析影響因素。

 

這一張圖所示的是展示塑封芯片分層原因的魚骨圖，從設計、工藝
、環境和材料四個方麵進行了分析。通過魚骨圖
，清晰地展現了所有的影響因素
，為失效分析奠定了良好基礎。

 

引發失效的負載類型

 

如上一節所述
，封裝的負載類型可以分為機械、熱、電氣、輻射和化學負載。

 

1. 失效機理的分類

 

機械載荷：包括物理衝擊
、振動
、填充顆粒在矽芯片上施加的應力(如收縮應力)和慣性力(如宇宙飛船的巨大加速度)等。材料對這些載荷的響應可能表現為彈性形變、塑性形變、翹曲、脆性或柔性斷裂、界麵分層、疲勞裂縫產生和擴展

、蠕變以及蠕變開裂等等。

 

熱載荷：包括芯片黏結劑固化時的高溫
、引線鍵合前的預加熱、成型工藝、後固化、鄰近元器件的再加工
、浸焊、氣相焊接和回流焊接等等。外部熱載荷會使材料因熱膨脹而發生尺寸變化
，同時也會改變蠕變速率等物理屬性。如發生熱膨脹係數失配(CTE失配)進而引發局部應力

，並最終導致封裝結構失效。過大的熱載荷甚至可能會導致器件內易燃材料發生燃燒。

 

電載荷：包括突然的電衝擊、電壓不穩或電流傳輸時突然的振蕩(如接地不良)而引起的電流波動、靜電放電、過電應力等。這些外部電載荷可能導致介質擊穿
、電壓表麵擊穿、電能的熱損耗或電遷移。也可能增加電解腐蝕
、樹枝狀結晶生長，引起漏電流、熱致退化等。

 

化學載荷：包括化學使用環境導致的腐蝕、氧化和離子表麵枝晶生長。由於濕氣能通過塑封料滲透

，因此在潮濕環境下濕氣是影響塑封器件的主要問題。

 

被塑封料吸收的濕氣能將塑封料中的催化劑殘留萃取出來，形成副產物進入芯片粘接的金屬底座

、半導體材料和各種界麵
，誘發導致器件性能退化甚至失效。

 

例如，組裝後殘留在器件上的助焊劑會通過塑封料遷移到芯片表麵。在高頻電路中
，介質屬性的細微變化(如吸潮後的介電常數、耗散因子等的變化)都非常關鍵。在高電壓轉換器等器件中，封裝體擊穿電壓的變化非常關鍵。

 

此外，一些環氧聚酰胺和聚氨酯如若長期暴露在高溫高濕環境中也會引起降解(有時也稱為“逆轉”)。通常采用加速試驗來鑒定塑封料是否易發生該種失效。

 

需要注意的是，當施加不同類型載荷的時候，各種失效機理可能同時在塑封器件上產生交互作用。

 

例如，熱載荷會使封裝體結構內相鄰材料間發生熱膨脹係數失配，從而引起機械失效。其他的交互作用，包括應力輔助腐蝕、應力腐蝕裂紋
、場致金屬遷移、鈍化層和電解質層裂縫
、濕熱導致的封裝體開裂以及溫度導致的化學反應加速等等。在這些情況下，失效機理的綜合影響並不一定等於個體影響的總和。

 

封裝缺陷的分類

 

封裝缺陷主要包括引線變形、底座偏移、翹曲、芯片破裂、分層

、空洞、不均勻封裝、毛邊
、外來顆粒和不完全固化等。

 

1. 引線變形

 

引線變形通常指塑封料流動過程中引起的引線位移或者變形
，通常采用引線最大橫向位移x與引線長度L之間的比值x/L來表示。引線彎曲可能會導致電器短路(特別是在高密度I/O器件封裝中)。有時，彎曲產生的應力會導致鍵合點開裂或鍵合強度下降。

 

影響引線鍵合的因素包括封裝設計、引線布局、引線材料與尺寸、模塑料屬性
、引線鍵合工藝和封裝工藝等。影響引線彎曲的引線參數包括引線直徑、引線長度
、引線斷裂載荷和引線密度等等。

 

2. 底座偏移

 

底座偏移指的是支撐芯片的載體(芯片底座)出現變形和偏移。

 

 

如圖所示為塑封料導致的底座偏移，此時，上下層模塑腔體內不均勻的塑封料流動會導致底座偏移。

 

影響底座偏移的因素包括塑封料的流動性
、引線框架的組裝設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)等封裝器件由於引線框架較薄
，容易發生底座偏移和引腳變形。

 

3. 翹曲

 

翹(qiao)曲(qu)是(shi)指(zhi)封(feng)裝(zhuang)器(qi)件(jian)在(zai)平(ping)麵(mian)外(wai)的(de)彎(wan)曲(qu)和(he)變(bian)形(xing)。因(yin)塑(su)封(feng)工(gong)藝(yi)而(er)引(yin)起(qi)的(de)翹(qiao)曲(qu)會(hui)導(dao)致(zhi)如(ru)分(fen)層(ceng)和(he)芯(xin)片(pian)開(kai)裂(lie)等(deng)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)問(wen)題(ti)。翹(qiao)曲(qu)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)製(zhi)造(zao)問(wen)題(ti)，如(ru)在(zai)塑(su)封(feng)球(qiu)柵(zha)陣(zhen)列(lie)(PBGA)器件中
，翹曲會導致焊料球共麵性差
，使器件在組裝到印刷電路板的回流焊過程中發生貼裝問題。

 

 

翹曲模式包括內凹、外凸和組合模式三種

 

導致翹曲的原因主要包括CTE失配和固化/壓縮收縮。後者一開始並沒有受到太多的關注
，深入研究發現，模塑料的化學收縮在ICqijiandeqiaoquzhongyebanyanzhezhongyaojiaose，youqishizaixinpianshangxialiangcehoudubutongdefengzhuangqijianshang。zaiguhuahehouguhuadeguochengzhong
，sufengliaozaigaoguhuawenduxiajiangfashenghuaxueshousuo

，beichengwei“熱化學收縮”。通過提高玻璃化轉變溫度和降低Tg附近的熱膨脹係數變化，可以減小固化過程中發生的化學收縮。

 

 

導致翹曲的因素還包括諸如塑封料成分、模塑料濕氣、封裝的幾何結構等等。通過對塑封材料和成分、工藝參數、封feng裝zhuang結jie構gou和he封feng裝zhuang前qian環huan境jing的de把ba控kong
，可ke以yi將jiang封feng裝zhuang翹qiao曲qu降jiang低di到dao最zui小xiao。在zai某mou些xie情qing況kuang下xia，可ke以yi通tong過guo封feng裝zhuang電dian子zi組zu件jian的de背bei麵mian來lai進jin行xing翹qiao曲qu的de補bu償chang。例li如ru
，大da陶tao瓷ci電dian路lu板ban或huo多duo層ceng板ban的de外wai部bu連lian接jie位wei於yu同tong一yi側ce，對dui他ta們men進jin行xing背bei麵mian封feng裝zhuang可ke以yi減jian小xiao翹qiao曲qu。

 

4. 芯片破裂

 

封裝工藝中產生的應力會導致芯片破裂。封裝工藝通常會加重前道組裝工藝中形成的微裂縫。晶圓或芯片減薄
、背麵研磨以及芯片粘結都是可能導致芯片裂縫萌生的步驟。

 

破裂的
、機ji械xie失shi效xiao的de芯xin片pian不bu一yi定ding會hui發fa生sheng電dian氣qi失shi效xiao。芯xin片pian破po裂lie是shi否fou會hui導dao致zhi器qi件jian的de瞬shun間jian電dian氣qi失shi效xiao還hai取qu決jue於yu裂lie縫feng的de生sheng長chang路lu徑jing。例li如ru，若ruo裂lie縫feng出chu現xian在zai芯xin片pian的de背bei麵mian
，可ke能neng不bu會hui影ying響xiang到dao任ren何he敏min感gan結jie構gou。

 

因yin為wei矽gui晶jing圓yuan比bi較jiao薄bo且qie脆cui，晶jing圓yuan級ji封feng裝zhuang更geng容rong易yi發fa生sheng芯xin片pian破po裂lie。因yin此ci
，必bi須xu嚴yan格ge控kong製zhi轉zhuan移yi成cheng型xing工gong藝yi中zhong的de夾jia持chi壓ya力li和he成cheng型xing轉zhuan換huan壓ya力li等deng工gong藝yi參can數shu，以yi防fang止zhi芯xin片pian破po裂lie。3D堆疊封裝中因疊層工藝而容易出現芯片破裂。在3D封裝中影響芯片破裂的設計因素包括芯片疊層結構
、基板厚度、模塑體積和模套厚度等。

 

5. 分層

 

分層或粘結不牢指的是在塑封料和其相鄰材料界麵之間的分離。分層位置可能發生在塑封微電子器件中的任何區域;同時也可能發生在封裝工藝
、後封裝製造階段或者器件使用階段。

 

封裝工藝導致的不良粘接界麵是引起分層的主要因素。界麵空洞、封(feng)裝(zhuang)時(shi)的(de)表(biao)麵(mian)汙(wu)染(ran)和(he)固(gu)化(hua)不(bu)完(wan)全(quan)都(dou)會(hui)導(dao)致(zhi)粘(zhan)接(jie)不(bu)良(liang)。其(qi)他(ta)影(ying)響(xiang)因(yin)素(su)還(hai)包(bao)括(kuo)固(gu)化(hua)和(he)冷(leng)卻(que)時(shi)收(shou)縮(suo)應(ying)力(li)與(yu)翹(qiao)曲(qu)。在(zai)冷(leng)卻(que)過(guo)程(cheng)中(zhong)，塑(su)封(feng)料(liao)和(he)相(xiang)鄰(lin)材(cai)料(liao)之(zhi)間(jian)的(de)CTE不匹配也會導致熱-機械應力，從而導致分層。

 

可以根據界麵類型對分層進行分類

 

6. 空洞

 

封裝工藝中，氣泡嵌入環氧材料中形成了空洞
，空洞可以發生在封裝工藝過程中的任意階段，包括轉移成型、填充、灌封和塑封料至於空氣環境下的印刷。通過最小化空氣量
，如排空或者抽真空，可以減少空洞。有報道采用的真空壓力範圍為1~300Torr(一個大氣壓為760Torr)。

 

填(tian)模(mo)仿(fang)真(zhen)分(fen)析(xi)認(ren)為(wei)
，是(shi)底(di)部(bu)熔(rong)體(ti)前(qian)沿(yan)與(yu)芯(xin)片(pian)接(jie)觸(chu)，導(dao)致(zhi)了(le)流(liu)動(dong)性(xing)受(shou)到(dao)阻(zu)礙(ai)。部(bu)分(fen)熔(rong)體(ti)前(qian)沿(yan)向(xiang)上(shang)流(liu)動(dong)並(bing)通(tong)過(guo)芯(xin)片(pian)外(wai)圍(wei)的(de)大(da)開(kai)口(kou)區(qu)域(yu)填(tian)充(chong)半(ban)模(mo)頂(ding)部(bu)。新(xin)形(xing)成(cheng)的(de)熔(rong)體(ti)前(qian)沿(yan)和(he)吸(xi)附(fu)的(de)熔(rong)體(ti)前(qian)沿(yan)進(jin)入(ru)半(ban)模(mo)頂(ding)部(bu)區(qu)域(yu)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)起(qi)泡(pao)。

 

7. 不均勻封裝

 

非均勻的塑封體厚度會導致翹曲和分層。傳統的封裝技術，諸如轉移成型、壓力成型和灌注封裝技術等，不易產生厚度不均勻的封裝缺陷。晶圓級封裝因其工藝特點
，而特別容易導致不均勻的塑封厚度。

 

為wei了le確que保bao獲huo得de均jun勻yun的de塑su封feng層ceng厚hou度du

，應ying固gu定ding晶jing圓yuan載zai體ti使shi其qi傾qing斜xie度du最zui小xiao以yi便bian於yu刮gua刀dao安an裝zhuang。此ci外wai
，需xu要yao進jin行xing刮gua刀dao位wei置zhi控kong製zhi以yi確que保bao刮gua刀dao壓ya力li穩wen定ding，從cong而er得de到dao均jun勻yun的de塑su封feng層ceng厚hou度du。

 

在(zai)硬(ying)化(hua)前(qian)，當(dang)填(tian)充(chong)粒(li)子(zi)在(zai)塑(su)封(feng)料(liao)中(zhong)的(de)局(ju)部(bu)區(qu)域(yu)聚(ju)集(ji)並(bing)形(xing)成(cheng)不(bu)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)時(shi)

，會(hui)導(dao)致(zhi)不(bu)同(tong)質(zhi)或(huo)不(bu)均(jun)勻(yun)的(de)材(cai)料(liao)組(zu)成(cheng)。塑(su)封(feng)料(liao)的(de)不(bu)充(chong)分(fen)混(hun)合(he)將(jiang)會(hui)導(dao)致(zhi)封(feng)裝(zhuang)灌(guan)封(feng)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)同(tong)質(zhi)現(xian)象(xiang)的(de)發(fa)生(sheng)。

 

8. 毛邊

 

毛邊是指在塑封成型工藝中通過分型線並沉積在器件引腳上的模塑料。

 

jiachiyalibuzushichanshengmaobiandezhuyaoyuanyin。ruguoyinjiaoshangdemoliaocanliumeiyoujishiqingchu，jiangdaozhizuzhuangjieduanchanshenggezhongwenti。liru

，zaixiayigefengzhuangjieduanzhongjianhehuozhenianfubuchongfen。shuzhixieloushijiaoxishudemaobianxingshi。

 

9. 外來顆粒

 

在封裝工藝中
，封裝材料若暴露在汙染的環境
、設備或者材料中，外來粒子就會在封裝中擴散並聚集在封裝內的金屬部位上(如IC芯片和引線鍵合點)，從而導致腐蝕和其他的後續可靠性問題。

 

10. 不完全固化

 

固(gu)化(hua)時(shi)間(jian)不(bu)足(zu)或(huo)者(zhe)固(gu)化(hua)溫(wen)度(du)偏(pian)低(di)都(dou)會(hui)導(dao)致(zhi)不(bu)完(wan)全(quan)固(gu)化(hua)。另(ling)外(wai)，在(zai)兩(liang)種(zhong)封(feng)裝(zhuang)料(liao)的(de)灌(guan)注(zhu)中(zhong)，混(hun)合(he)比(bi)例(li)的(de)輕(qing)微(wei)偏(pian)移(yi)都(dou)將(jiang)導(dao)致(zhi)不(bu)完(wan)全(quan)固(gu)化(hua)。為(wei)了(le)最(zui)大(da)化(hua)實(shi)現(xian)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)的(de)特(te)性(xing)，必(bi)須(xu)確(que)保(bao)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)完(wan)全(quan)固(gu)化(hua)。在(zai)很(hen)多(duo)封(feng)裝(zhuang)方(fang)法(fa)中(zhong)，允(yun)許(xu)采(cai)用(yong)後(hou)固(gu)化(hua)的(de)方(fang)法(fa)確(que)保(bao)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)的(de)完(wan)全(quan)固(gu)化(hua)。而(er)且(qie)要(yao)注(zhu)意(yi)保(bao)證(zheng)封(feng)裝(zhuang)料(liao)比(bi)例(li)的(de)精(jing)確(que)配(pei)比(bi)。

 

封裝失效的分類

 

在zai封feng裝zhuang組zu裝zhuang階jie段duan或huo者zhe器qi件jian使shi用yong階jie段duan，都dou會hui發fa生sheng封feng裝zhuang失shi效xiao。特te別bie是shi當dang封feng裝zhuang微wei電dian子zi器qi件jian組zu裝zhuang到dao印yin刷shua電dian路lu板ban上shang時shi更geng容rong易yi發fa生sheng，該gai階jie段duan器qi件jian需xu要yao承cheng受shou高gao的de回hui流liu溫wen度du
，會hui導dao致zhi塑su封feng料liao界jie麵mian分fen層ceng或huo者zhe破po裂lie。

 

1. 分層

 

如上一節所述，分層是指塑封材料在粘接界麵處與相鄰的材料分離。可能導致分層的外部載荷和應力包括水汽、濕氣、溫度以及它們的共同作用。

 

在組裝階段常常發生的一類分層被稱為水汽誘導(或蒸汽誘導)分層
，其失效機理主要是相對高溫下的水汽壓力。

 

在封裝器件被組裝到印刷電路板上的時候
，為使焊料融化溫度需要達到220℃甚至更高，這遠高於模塑料的玻璃化轉變溫度(約110~200℃)。

 

在回流高溫下
，塑封料與金屬界麵之間存在的水汽蒸發形成水蒸氣，產生的蒸汽壓與材料間熱失配、吸濕膨脹引起的應力等因素共同作用，最終導致界麵粘接不牢或分層
，甚至導致封裝體的破裂。

 

無鉛焊料相比傳統鉛基焊料，其回流溫度更高
，更容易發生分層問題。

 

2. 吸濕膨脹係數(CHE)，又稱濕氣膨脹係數(CME)

 

濕氣擴散到封裝界麵的失效機理是水汽和濕氣引起分層的重要因素。

 

濕(shi)氣(qi)可(ke)通(tong)過(guo)封(feng)裝(zhuang)體(ti)擴(kuo)散(san)

，或(huo)者(zhe)沿(yan)著(zhe)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)和(he)模(mo)塑(su)料(liao)的(de)界(jie)麵(mian)擴(kuo)散(san)。研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian)
，當(dang)模(mo)塑(su)料(liao)和(he)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)界(jie)麵(mian)之(zhi)間(jian)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)粘(zhan)接(jie)時(shi)

，濕(shi)氣(qi)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)塑(su)封(feng)體(ti)進(jin)入(ru)封(feng)裝(zhuang)內(nei)部(bu)。

 

但是，當這個粘結界麵因封裝工藝不良(如鍵合溫度引起的氧化、應力釋放不充分引起的引線框架翹曲或者過度修剪和形式應力等)而退化時
，在封裝輪廓上會形成分層和微裂縫，並且濕氣或者水汽將易於沿這一路徑擴散。

 

更糟糕的是，濕氣會導致極性環氧黏結劑的水合作用

，從而弱化和降低界麵的化學鍵合。

 

表麵清潔是實現良好粘結的關鍵要求。表麵氧化常常導致分層的發生(如上一篇中所提到的例子)
，如銅合金引線框架暴露在高溫下就常常導致分層。氮氣或其他合成氣體的存在
，有利於避免氧化。

 

模mo塑su料liao中zhong的de潤run滑hua劑ji和he附fu著zhe力li促cu進jin劑ji會hui促cu進jin分fen層ceng。潤run滑hua劑ji可ke以yi幫bang助zhu模mo塑su料liao與yu模mo具ju型xing腔qiang分fen離li，但dan會hui增zeng加jia界jie麵mian分fen層ceng的de風feng險xian。另ling一yi方fang麵mian，附fu著zhe力li促cu進jin劑ji可ke以yi確que保bao模mo塑su料liao和he芯xin片pian界jie麵mian之zhi間jian的de良liang好hao粘zhan結jie，但dan卻que難nan以yi從cong模mo具ju型xing腔qiang內nei清qing除chu。

 

分(fen)層(ceng)不(bu)僅(jin)為(wei)水(shui)汽(qi)擴(kuo)散(san)提(ti)供(gong)了(le)路(lu)徑(jing)
，也(ye)是(shi)樹(shu)脂(zhi)裂(lie)縫(feng)的(de)源(yuan)頭(tou)。分(fen)層(ceng)界(jie)麵(mian)是(shi)裂(lie)縫(feng)萌(meng)生(sheng)的(de)位(wei)置(zhi)，當(dang)承(cheng)受(shou)交(jiao)大(da)外(wai)部(bu)載(zai)荷(he)的(de)時(shi)候(hou)
，裂(lie)縫(feng)會(hui)通(tong)過(guo)樹(shu)脂(zhi)擴(kuo)展(zhan)。

 

研究表明，發生在芯片底座地麵和樹脂之間的分層最容易引起樹脂裂縫
，其它位置出現的界麵分層對樹脂裂縫的影響較小。

 

3. 氣相誘導裂縫(爆米花現象)

 

水(shui)汽(qi)誘(you)導(dao)分(fen)層(ceng)進(jin)一(yi)步(bu)發(fa)展(zhan)會(hui)導(dao)致(zhi)氣(qi)相(xiang)誘(you)導(dao)裂(lie)縫(feng)。當(dang)封(feng)裝(zhuang)體(ti)內(nei)水(shui)汽(qi)通(tong)過(guo)裂(lie)縫(feng)逃(tao)逸(yi)時(shi)會(hui)產(chan)生(sheng)爆(bao)裂(lie)聲(sheng)
，和(he)爆(bao)米(mi)花(hua)的(de)聲(sheng)音(yin)非(fei)常(chang)像(xiang)，因(yin)此(ci)又(you)被(bei)稱(cheng)為(wei)爆(bao)米(mi)花(hua)現(xian)象(xiang)。

 

裂縫常常從芯片底座向塑封底麵擴展。在焊接後的電路板中，外觀檢查難以發現這些裂縫。QFP和TQFP等大而薄的塑封形式最容易產生爆米花現象;此外也容易發生在芯片底座麵積與器件麵積之比較大
、芯片底座麵積與最小塑封料厚度之比較大的的器件中。

 

爆米花現象可能會伴隨其他問題
，包括鍵合球從鍵合盤上斷裂以及鍵合球下麵的矽凹坑等。

 

塑封器件內的裂縫通常起源於引線框架上的應力集中區(如邊緣和毛邊)，並(bing)且(qie)在(zai)最(zui)薄(bo)塑(su)封(feng)區(qu)域(yu)內(nei)擴(kuo)展(zhan)。毛(mao)邊(bian)是(shi)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)表(biao)麵(mian)在(zai)衝(chong)壓(ya)工(gong)藝(yi)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)小(xiao)尺(chi)寸(cun)變(bian)形(xing)
，改(gai)變(bian)衝(chong)壓(ya)方(fang)向(xiang)使(shi)毛(mao)邊(bian)位(wei)於(yu)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)頂(ding)部(bu)

，或(huo)者(zhe)刻(ke)蝕(shi)引(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)(模壓)都可以減少裂縫。

 

減jian少shao塑su封feng器qi件jian內nei的de濕shi氣qi是shi降jiang低di爆bao米mi花hua現xian象xiang的de關guan鍵jian。常chang采cai用yong高gao溫wen烘hong烤kao的de方fang法fa減jian少shao塑su封feng器qi件jian內nei的de濕shi氣qi。前qian人ren研yan究jiu發fa現xian，封feng裝zhuang內nei允yun許xu的de安an全quan濕shi氣qi含han量liang約yue為wei1100×10^-6(0.11 wt.%)。在125℃下烘烤24h，可以充分去除封裝內吸收的濕氣。

 

4. 脆性斷裂

 

脆性斷裂經常發生在低屈服強度和非彈性材料中(如矽芯片)。到材料受到過應力作用時，突然的、災難性的裂縫擴展會起源於如空洞
、夾雜物或不連續等微小缺陷。

 

5. 韌性斷裂

 

塑封材料容易發生脆性和韌性兩種斷裂模式，主要取決於環境和材料因素

，包括溫度
、聚合樹脂的黏塑特性和填充載荷。

 

即使在含有脆性矽填料的高加載塑封材料中，因聚合樹脂的黏塑特性，仍然可能發生韌性斷裂。

 

6. 疲勞斷裂

 

塑封料遭受到極限強度範圍內的周期性應力作用時，會因累積的疲勞斷裂而斷裂。

 

施加到塑封材料上的濕、熱
、機械或綜合載荷，都會產生循環應力。疲勞失效是一種磨損失效機理，裂縫一般會在間斷點或缺陷位置萌生。

 

疲勞斷裂機理包括三個階段：裂紋萌生(階段Ⅰ);穩定的裂縫擴展(階段Ⅱ);突發的
、不確定的

、災難性失效(階段Ⅲ)。在周期性應力下，階段Ⅱ的疲勞裂縫擴展指的是裂縫長度的穩定增長。塑封材料的裂紋擴展速率要遠高於金屬材料疲勞裂縫擴展的典型值(約3倍)。

 

7. 加速失效的因素

 

環境和材料的載荷和應力，如濕氣
、溫度和汙染物，會加速塑封器件的失效。

 

塑封工藝正在封裝失效中起到了關鍵作用

，如濕氣擴散係數
、飽和濕氣含量、離子擴散速率、熱膨脹係數和塑封材料的吸濕膨脹係數等特性會極大地影響失效速率。

 

導致失效加速的因素主要有潮氣
、溫度、汙染物和溶劑性環境、殘餘應力、自然環境應力
、製造和組裝載荷以及綜合載荷應力條件。

 

潮氣 能加速塑封微電子器件的分層
、裂縫和腐蝕失效。在塑封器件中

， 潮氣是一個重要的失效加速因子。

 

與潮氣導致失效加速有關的機理包括粘結麵退化、吸濕膨脹應力、水汽壓力
、離子遷移以及塑封料特性改變等等。潮氣能夠改變塑封料的玻璃化轉變溫度Tg、彈性模量和體積電阻率等特性。

 

溫度 是另一個關鍵的失效加速因子，通常利用與模塑料的玻璃化轉變溫度

、各種材料的熱膨脹洗漱以及由此引起的熱-機械應力相關的溫度等級來評估溫度對封裝失效的影響。

 

溫度對封裝失效的另一個影響因素表現在會改變與溫度相關的封裝材料屬性
、濕氣擴散係數和金屬間擴散等失效。

 

汙染物和溶劑性環境 汙染物為失效的萌生和擴展提供了場所


，汙染源主要有大氣汙染物
、濕氣、助焊劑殘留、塑封料中的不潔淨例子、熱退化產生的腐蝕性元素以及芯片黏結劑中排出的副產物(通常為環氧)。

 

塑料封裝體一般不會被腐蝕，但是濕氣和汙染物會在塑封料中擴散並達到金屬部位，引起塑封器件內金屬部分的腐蝕。

 

殘餘應力 芯片粘結會產生單於應力。應力水平的大小，主要取決於芯片粘接層的特性。由於模塑料的收縮大於其他封裝材料
， 因此模塑成型時產生的應力是相當大的。可以采用應力測試芯片來測定組裝應力。

 

自然環境應力 在自然環境下
，塑封料可能會發生降解。降解的特點是聚合鍵的斷裂，常常是固體聚合物轉變成包含單體
、二聚體和其他低分子量種類的黏性液體。

 

升sheng高gao的de溫wen度du和he密mi閉bi的de環huan境jing常chang常chang會hui加jia速su降jiang解jie。陽yang光guang中zhong的de紫zi外wai線xian和he大da氣qi臭chou氧yang層ceng是shi降jiang解jie的de強qiang有you力li催cui化hua劑ji，可ke通tong過guo切qie斷duan環huan氧yang樹shu脂zhi的de分fen子zi鏈lian導dao致zhi降jiang解jie。

 

將塑封器件與易誘發降解的環境隔離、采用具有抗降解能力的聚合物都是防止降解的方法。需要在濕熱環境下工作的產品要求采用抗降解聚合物。

 

製造和組裝載荷 製造和組裝條件都有可能導致封裝失效，包括高溫、低溫、溫度變化、操作載荷以及因塑封料流動而在鍵合引線和芯片底座上施加的載荷。進行塑封器件組裝時出現的爆米花現象就是一個典型的例子。

 

綜合載荷應力條件 在製造、zuzhuanghuozhecaozuodeguochengzhong


，zhuruwenduheshiqidengshixiaojiasuyinzichangchangshitongshicunzaide。zonghezaiheheyinglitiaojianchangchanghuijinyibujiasushixiao。zheyitedianchangbeiyingyongyuyiquexianbujianshaixuanheyishixiaofengzhuangqijianjianbieweimudedejiasushiyansheji。

 

 

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