PCB检查的声学工具及其应用

随着电子封装技术不断朝着微型化的发展,在检查倒装芯片封装和芯片规模封装中,声学微成像技术得到了极大的应用.利用扫描探测器把超声波用脉冲输入倒装芯片或别的封装,超声波在封装中向下穿透,直至遇到两种不同材料之间的界面为止.     

声像分析在系统级封装和多芯片模块检测中的应用

用反射模式的超声波显微镜对系统级封装SIP和多芯片MCM封装模块的品质进行了研究。探测封装内部的分层、裂纹和气泡等间隙类缺陷。用超声探测转换器把脉冲超声波送入样品,同一个转换器把接收到的回声转换成像点。最大的反射振幅是从固体与气体间的界面产生的。在固体材料内部,分层、孔洞及裂纹会造成最大振幅的回声并可以成像。超声波显微镜可发现SIP和MCM样品内间隙类的缺陷分层裂纹和气泡。     

集成电路封装级失效及其定位

失效分析中有许多类型的封装级失效.由于封装材料限制或者无损检测要求,无法从外观直接观察到失效点,需要借助于设备进行失效定位才能快速、准确地进行分析.总结了集成电路封装级失效的几种常见失效机理和失效原因,提出三种有效的分析手段和分析方法进行失效定位:X射线检测、超声扫描声学显微镜以及热激光激发光致电阻变化(OBIRCH)技术,分别用于元器件结构观察、不同材料界面特性分析和键合损伤位置定位.从倒装芯片封装、陶瓷封装、塑料封装和金铝键合短路四个失效分析的实际案例出发,阐明三种封装级失效定位手段应用的领域、特点和局限性.结果表明在封装级失效中,通孔断裂开路、焊料桥连短路、键合损伤和界面分层等缺陷能够准确地被定位进而分析.     

3D集成中晶圆链中缺陷的成像检测

本文介绍了一种实用的声学成像技术，可以在键合晶圆对的同时，对界面缺陷以及不同材料的晶圆划痕进行成像检测。     

双层基板塑封器件的声扫检查方法研究

在对双层基板塑料封装器件进行扫描声学显微镜检查时,对器件结构和声扫设备成像了解不充分,容易导致误判。对ACTEL公司生产的2款双层基板结构的FPGA器件进行化学开封和物理解剖分析,同时从器件检测波形特点、声扫图像特征、同类器件对比验证等多个方面进行综合分析及验证。指出当门限内包含2个及以上主波信号时,应关注器件的封装结构。在充分了解器件结构后,通过门限设置选定与关注界面对应的界面波,再进行声扫即可得出正确的结果。     

电子元器件中热传递功能的声学评价

半导体电子元器件的内部缺陷会影响其散热效率从而导致元器件失效。为了检测元器件的内部缺陷,采用声学显微镜来检测塑料封装集成电路器件的芯片胶接层和倒装芯片散热片与芯片间的热界面材料,结果显示,前者的胶接层的孔隙率达46.22%。而后者的热界面材料中发现有孔隙。对热界面材料的厚度通过参考回声的方法进行了测量,结果显示其厚度为30~75μm,均在要求范围之内。     

集成电路分层的失效分析

在集成电路封装中,分层是一个很普遍的现象,同时又是导致集成电路失效的主要原因之一。所谓分层泛指集成电路封装中不同材料之间的界面分离,以及同种材料内部的空洞。针对不同的封装,总结了扫描声学显微镜及X-ray检测系统（包括2D、 3D）两种无损检测分层现象的方法。并在此基础上,结合失效分析案例,阐述了两种方法在失效分析过程中的应用,以及分层导致集成电路失效的机理。     

元器件损伤以及失效风险评估

为了确定塑封微电路（PEM）在使用过程中是否会失效,首先在NXP实验室中采用声学成像方法检测封装内部像裂痕这样的缺陷。随后,元器件先后经历烘烤、浸湿、三次回流、电学测试、第二次声学成像以及物理检测。     

Si/Si键合界面的超声显微成像(英文)

硅/硅键合片在MEMS器件的生产中得到了应用。如果硅片的表面被微观粒子或被污染液体中的残余物所沾污,硅/硅键合界面就会产生空洞。如果这些空洞没有被及时发现,将给后道工序带来严重的问题,并降低成品率。超声显微成像对于不同材料的界面反应非常敏感,对硅/硅界面存在的空洞很容易声学成像。使用超声显微成像能够检测到键合界面存在的空洞,因而可以把有缺陷的硅片在造成进一步的损失之前清除掉。高分辨率的超声显微成像可以辨别出直径5μm的空洞。     

环氧/Cu界面混合分层断裂研究

高密度塑封器件不同材料间分层断裂常导致器件失效,且界面通常为正应力作用下的张开型(模式I)断裂和切应力作用下的滑开型(模式II)断裂的混合模式。环氧塑封料和Cu引线框架之间热失配较大,在热、力学载荷作用下,环氧/铜界面易发生界面分层断裂。设计了一种双相材料样品和一种可以对样品施加不同角度拉力的装置,用于测试环氧/铜界面混合断裂参数。通过弹性断裂力学分析,基于实验结果可以得到界面断裂能量释放率和混合断裂相位角。该方法可以应用于电子封装中其他界面断裂参数的表征。     

SAM扫描器件芯/焊结合空洞的失效分析

超声无损检测是70种无损探伤技术的最热点。扫描声学显微镜(SAM)的原理是声阻抗成像,要求缺陷尺度大于超声波的波长。结合SAM技术中的A-扫描波形分析和C-扫描特征成像,针对由封装引入的分层和空洞缺陷进行失效分析。研究发现:分层定位的关键是A-扫描波形分析中对各界面处反射波的时间位置的判断;基于分层定位的芯/焊结合空洞缺陷的判别,关键是C-扫描图像中灰阶色带的区分(反射率差值)。     

封装用铜框架表面化学组成和粘接强度

电子封装用铜框架表面采用不同温度处理,与电子封装用环氧材料复合制备用于拉伸测试的Tap pull样品。XPS分析表明,一般铜框架表面成分包括一价的氧化亚铜和二价的氢氧化铜等。175℃热处理120 min可使表面的二价氧化铜质量分数达到73%,氧化铜和表面约20%的氢氧化铜一起显著提高界面的粘接性能。     

新型封装材料与大功率LED封装热管理

高效散热封装材料的合理选择和有效使用是提高大功率LED(发光二极管)封装可靠性的重要环节。在分析封装系统热阻对LED性能的影响及对传统散热封装材料性能进行比较的基础上,阐述了金属芯印刷电路板材料、金属基绝缘板材料、陶瓷基板材料、导热界面材料和金属基复合材料结构特点、导热性能及其封装应用实例。指出了封装材料的研究重点和亟待解决的问题。     

基于内聚力模型的微电子封装材料界面失效分析

界面层裂是微电子封装器件的主要失效模式之一。针对微电子封装器件的界面层裂失效问题,采用内聚力模型的方法,模拟了模塑封装材料和铜引脚层界面在模式Ⅰ、模式Ⅱ以及复合模式（模式Ⅰ和模式Ⅱ）下的裂纹扩展情况,并得到加载力与裂纹开口位移的关系。模拟结果显示,将内聚力模型的方法应用于微电子封装材料的界面层裂失效分析,有助于探索造成可靠性问题的根源,为进一步研究整个器件在生产、制造、测试及使用过程中界面层裂的产生与扩展奠定了基础。     

大功率白光LED封装设计与研究进展

封装设计、材料和结构的不断创新使发光二极管(LED)性能不断提高.从光学、热学、电学、机械、可靠性等方面,详细评述了大功率白光LED封装的设计和研究进展,并对封装材料和工艺进行了具体介绍.提出LED的封装设计应与芯片设计同时进行,并且需要对光、热、电、结构等性能统一考虑.在封装过程中,虽然材料(散热基板、荧光粉、灌封胶)选择很重要,但封装工艺(界面热阻、封装应力)对LED光效和可靠性影响也很大.     

电子封装中的粘结问题

高性能集成电路要求改进封装设计和封装材料，以便适应更高I／O密度和工作电压的需求。封装材料之间的粘结问题，对于维护封装在各种环境条件下的完善性和工作性能是头等重要的。本文对影响粘结性能和界面完善性的诸多因素进行了概述。专门举例讨论了TBGA封装结构中存在的一些界面，并介绍了几种分析方法及粘结测量技术的应用。     

QFN封装分层失效与湿-热仿真分析

采用湿度敏感度评价试验及湿-热仿真方法,分析了温湿度对于QFN封装分层失效的影响.通过C-SAM和SEM等观察发现,QFN存在多种分层形式,分层大多发生在封装内部材料的界面上,包括封装塑封材料和芯片之间的界面、塑封材料和框架之间的界面等.此外,在封装断面研磨的SEM图像上发现芯片粘结剂内部有空洞出现.利用有限元数值模拟的方法,对QFN封装的内部湿气扩散、回流过程中的热应力分布等进行了模拟,分析QFN分层失效的形成原因.结果表明,由于塑封器件材料、芯片、框架间CTE失配,器件在高温状态湿气扩散形成高气压条件下易产生分层.最后提出了改善QFN分层失效的措施.     

抛光型SLAM系统灵敏度研究

以片式电子材料元器件作为无损检测分析对象,以提高激光扫描声学显微镜(SLAM)系统灵敏度为目标,详细分析了入射声波在抛光型分层介质中的传播规律,建立了抛光型样品自由界面动态波纹振幅数学模型。经综合分析获得了提高系统响应的方法,为进一步改进SLAM提供了理论依据。     

大功率GaN基白光LED荧光层失效机理研究

在某些情况下长期服役,发现部分白光发光二极管(LED)器件表面出现黑色物质,影响了光的转换和取出。采用切割剖面、扫描电镜(SEM)和能量弥散光谱仪(EDS)等微区分析手段,辅以电流和温度加速应力实验,对部分老化后表面出现变黑现象的芯片进行分析,发现变黑样品的C与Si的原子数比是13.21,高于未变黑样品(8.45)。而有机材料在温度和光照条件下会发生降解碳化,这是LED封装失效的主要原因,与芯片本身无关,验证了高温是最主要的失效因素,光照影响也不可忽略。芯片和封装材料膨胀系数不匹配造成的界面应力、长时间蓝光照射引起的光降解和光热耦合作用造成了器件灾变性失效。     

QFN器件在无铅焊工艺中湿热导致的界面开裂失效研究

界面开裂是塑封IC器件的主要失效模式之一。电子封装用高聚物具有的多孔特性致使封装材料易于吸潮。在无铅回流焊工艺中，整个器件处于相对较高的温度下，致使高聚物吸收的潮湿会膨胀并在材料内部空洞产生很高的蒸汽压力。界面开裂在热机械、湿机械和蒸汽压力的耦合作用下极易发生。本文的主要目的就是研究无铅回流焊工艺中，温度、潮湿和蒸汽压力耦合作用对QFN器件开裂失效的影响。文章对塑料封装QFN器件从168小时的JEDECLevell标准（85℃／85％RH）下预置吸潮到后面的的无铅回流焊的整个过程进行了有限元仿真，并且对温度、湿度和蒸汽压力耦合作用下裂纹的裂尖能量释放率也通过J积分进行了计算。论文的研究结果表明QFN器件吸潮后封装体界面的潮湿成为界面开裂扩展的主要潜在因素，EMC材料、芯片和粘合剂的交点处应力最大，在该处预置裂纹后分析表明回流峰值温度时刻裂纹最易扩展且随裂纹长度增加扩展的可能性在提高。