气密性封装内部水汽含量的控制

气密性封装内部水汽含量过高,会使芯片及电连接系统发生各种物理化学反应,从而造成器件参数不稳定甚至失效,为了保证空封半导体器件的可靠性,生产上不仅需要检测器件封装的气密性,而且需对器件内部水汽含量进行有效的控制。因国内许多生产单位不具备对内部水汽含量进行有效控制的条件和检测设备,因而通过本文的讨论并采用有效防止水汽存在或引入器件的内部,使水汽含量控制在规定的范围内(GJB548A-96、GJB33A-97规定内部水汽含量为:100±5℃,烘24小时以上,小于5000ppmV,且这是最低要求)。因要使器件(未经钝化处理)无因水汽引起的失效,最稳妥的办法是使器件内部水汽含量小于500ppmv;实际上,对大多数器件内部水汽含量若能保持在1000ppmv 以下即能保证器件可靠运行。我们采用合金烧结芯片、合金封帽的器件其内部水汽含量控制在300ppmV 左右,聚合物导电胶装片、合金封帽的在1200ppmV 左右,银玻璃装片、Pb-Sn-Ag 合金封帽的在3000ppmV 左右,即便有某些偏差,亦能保证内部水汽含量控制在较低的范围内,使生产的器件可靠性大大提高,并能100%通过水汽含量检测。     

气密性金属封装内的水汽及气氛研究

从封装管壳、贴片材料、固化烘烤处理方式等方面,研究了封装内部的水汽和气氛。结果表明,管壳清洗后烘焙的水汽含量低于清洗后不烘焙的水汽含量。粘结材料(环氧树脂、氰酸酯树脂等)吸附于器件表面,其排放对封装内的水汽有严重的影响。对于环氧树脂H35和氰酸酯树脂JM7000两种导电胶,烘焙后的效果要好于未烘焙,且随着烘焙时间的延长,水汽含量逐步降低。对外壳清洗后进行150℃/8h的烘焙,对水汽和气氛都有好处。由于储能焊对导电胶的热冲击不大,两种导电胶的水汽和气氛排放并无明显差别。     

陶瓷封装电路内部水汽的稳定性控制

简述了集成电路陶瓷封装内部水汽含量的不稳定性,主要是由粘接材料导电胶在高温下分解释放出的水汽所造成的.不同的封装温度内部水汽含量不一样.说明导电胶应充分固化,尽可能在较低的温度下进行封盖.     

高可靠集成电路封装技术研究

针对半导体模拟集成电路内部水汽含量大,不能满足装备对集成电路长期可靠性要求的现状,对陶瓷熔封、金属储能焊封两种封装技术进行了系统分析,针对可能导致器件内部水汽含量增大的主要原因,进行工艺研究,实现了有效控制器件内部水汽含量的预定目标,使封装器件内部的水汽含量由10000-50000ppm提升到5000ppm以内的水平,大幅度提升器件封装的可靠性。     

半导体器件和集成电路水汽含量控制的研究

半导体器件和集成电路水汽含量偏高,会影响产品的电性能和可靠性。随着可靠性要求的提高,半导体器件和集成电路的内部水汽含量要求控制在5×10^-3以下。导致水汽含量偏高的原因有3个方面：一是壳体的密封性能差;二是预烘焙不够充分或封帽时控制不当：三是封帽时氮气的纯度不高。针对这3个方面因素分别提出了相应的解决办法,将封装产品的水汽含量稳定地控制在5×10^-3以下,一般内控指标要求在2×10^-3以下,才能保证产品批次性质量要求,从而提高产品的可靠性．     

封装腔体内氢气含量控制

目前,对密封腔体内的水汽、二氧化碳、氧气含量的研究比较多,内部水汽含量控制在≤5 000 ppm、氧气控制在≤2 000 ppm、二氧化碳控制在≤4 000 ppm、氦气控制在≤1 000 ppm的密封工艺技术已解决[9],氢气含量控制的研究则未见报道。对于一些气密性要求高的封装应用领域,还需要控制氢气含量,如MEMS、GaAs电路等。分析了平行缝焊、Au80Sn20合金封帽的导电胶、合金烧结的器件的内部氢气含量,并分析了125℃168 h和125℃1 000 h贮存前后氢气含量的变化情况;在试验的基础上,提出了氢气的主要来源和针对性的工艺措施,并取得了期望的结果：密封器件经过125℃、1 000 h贮存后的氢气含量也能控制在≤4 000 ppm。     

密封微电子器件真空烘烤工艺研究

重点讨论气密封装微电子器件真空烘烤工艺,首先介绍了影响气密封装微电子器件内部气氛的主要因素,这些因素形成的原因以及对气密封装微电子器件的危害。影响气密封装微电子器件可靠性及稳定性的内部因素主要是水汽。分析消除气密封装微电子器件内部水汽及污染物的原理及方法,并详细分析如何通过选择温度、真空度、氮气、烘烤时间以及循环次数等工艺参数,在封装之前对气密封装微电子器件(在-55~125℃范围内释气)进行真空烘烤循环工艺处理,来消除器件内部的水汽及表面吸附的污染物。     

集成电路内部水汽含量的控制

简要叙述了集成电路封装内部水汽的形成；指出集成电路封装内部水汽主要是由封装环境气氛中的水份以及封装管壳和芯片表面吸附的水汽所造成的；论述了内部水汽引起集成电路电性能的退化，从而影响建成电路的可靠性。并介绍了纯氮气气氛保护封装、增加红外烘烤等控制集成电路内部水汽含量的措施。     

内部水汽对半导体器件可靠性影响的研究

由于各种原因,国内对器件内腔水汽的危害还没给予充分重视和有效控制,器件内部水汽含量较高,使之在环境温度低于封装内水汽露点温度的条件下工作与贮存时容易发生失效,对器件可靠性直接造成威胁,是个急待解决的问题。本研究目的在于了解国产军用密封半导体器件内部水汽现状及其对可靠性的影响,探讨揭示内部水汽问题的有效试验方法,寻求降低水汽影响,提高器件可靠性的主要途径。     

金属外壳封装电路内部水汽含量的分析与控制措施

较为系统地分析了金属外壳封装电路内部水汽来源问题，并在大量试验的基础上，制定了金属外壳封装电路内部水汽含量的有效控制措施，包括对金属外壳封装电路封装气密性的控制、封装环境的控制、封装前烘烤条件的控制等。     

声表面波后工序环节对器件可靠性影响的研究

报道了声表面波（SAW）后工艺环节对基片粘接剂的固化程度、不同制作条件、不同封帽环境制作的滤波器，通过在高温、负温以及高温加速老化后的器件性能变化，来研究SAW器件的可靠性。结果表明：器件的插入损耗随老化时间逐渐增加；器件插入损耗的稳定性明显依赖于封装的湿度和器件表面的状态；器件的气密性随老化时间，器件的老化会更明显。结论是：器件必须要在清洁（净化）的环境中制作，清洁的器件表面第一重要；干燥的封装是器件性能稳定的重要条件；器件、组件老化到一定程度后，将不会有较大的性能变坏现象出现。这些研究成果，对防止或控制高性能器件失效、提高SAW器件可靠性将具有指导意义。     

已二酸含量对导电胶性能的影响

通过在导电胶中直接添加短链二元羧酸已二酸对导电胶进行改性,研究了不同含量的已二酸对导电胶性能的影响规律。通过同步热分析仪对不同已二酸含量的导电胶的固化过程和固化后的热稳定性能分析表明,已二酸的添加会和环氧树脂进行反应,并且会促进导电胶的固化放热峰向低温方向偏移;同时已二酸的添加还会部分提高导电胶的热稳定性能。通过电子万能试验机对不同已二酸含量的导电胶的粘接强度进行分析表明,当已二酸质量分数低于0.5%时,随着已二酸含量的增加,导电胶的剪切强度逐步下降,当已二酸质量分数达到0.5%后,导电胶的剪切强度出现上升现象。通过四点探针测试仪对各不同导电胶的体积电阻率的测试,发现随着已二酸含量的增加,导电胶的体积电阻率逐渐减小。     

MEMS封装中的封帽工艺技术

MEMS封装技术大多是从集成电路封装技术继承和发展而来,但MEMS器件自身有其特殊性,对封装技术也提出了更高的要求,如低湿,高真空,高气密性等。本文介绍了五种用于MEMS封装的封帽工艺技术,即平行缝焊、钎焊、激光焊接、超声焊接和胶粘封帽。总结了不同封帽工艺的特点以及不同MEMS器件对封帽工艺的选择。本文还介绍了几种常用的吸附剂类型,针对吸附剂易于饱和问题,给出了封帽工艺解决方案,探讨了使用吸附剂、润滑剂控制封装内部环境的方法。     

水汽对塑封集成电路、分立器件可靠性的影响

塑料封装是一种非气密性封装,所用封装材料主要是由改性环氧树脂和填充料配制而成,它具有一定的亲水性,因此具有容易在其表面吸附环境中的水汽的特点。当吸附了水汽的器件处在高温环境时,器件内部吸附的水汽被汽化,产生的蒸汽压力急剧升高,导致器件内部各界面间产生分层和焊线损伤,甚至发生"爆米花"现象等。本文例举一个典型案例,来说明水汽对塑封器件的影响,寻找降低水汽对器件影响的措施。     

钽电容器用石墨导电胶的研究

以石墨粉和热固性树脂混合配成导电胶,分析了石墨粉、稀释剂的用量,固化温度,固化时间等与电阻的关系。结果表明:当石墨含量在25%～35%,稀释剂含量在20%～25%(均为质量分数)时,在150℃下固化2～3 h得到的导电胶导电性最好,能够满足作为钽电容器阴极引出材料的需要。并用“逾渗理论”解释了导电胶的导电机理,与实验所得结论相符。     

密封封装内部水汽含量判据研究

密封封装内部的水汽对于半导体器件的可靠性是一种威胁,由此导致的硅表面铝金属线的腐蚀是一种主要的失效机理。为了防止密封封装内部发生腐蚀失效,从而提高器件的可靠性,美军标和我国国军标均给出了内部水汽含量的试验流程和判据。然而另一些研究表明,水汽的单独存在并不会导致铝线腐蚀失效。研究了水汽在密封器件的腐蚀失效机理中的作用,对硅表面铝线的腐蚀过程进行了数学描述,分析了目前标准中内部水汽含量判据,并给出了防止密封器件腐蚀失效的建议。     

车载IGBT器件封装装片工艺中空洞的失效研究

IGBT芯片在TO-220封装装片时容易形成空洞,焊料层中空洞大小直接影响车载IGBT器件的热阻与散热性能,而这些性能的好坏将直接影响器件的可靠性。文章分析了IGBT器件在TO-220封装装片时所产生的空洞的形成机制,并就IGBT器件TO-220封装模型利用FEA方法建立其热学模型,模拟结果表明:在装片焊料层中空洞含量增加时,热阻会急剧增大而降低IGBT器件的散热性能,IGBT器件温度在单个空洞体积为10%时比没有空洞时高出28.6℃。同时借助工程样品失效分析结果,研究TO-220封装的IGBT器件在经过功率循环后空洞对于IGBT器件性能的影响,最后确立空洞体积单个小于2%,总数小于5%的装片工艺标准。     

陶瓷封装腔体内气体含量分析与控制

气密性封装技术应用广泛,内部水汽的含量能很好地控制在5 000×10-6以下。但在气密性封装器件的失效分析中发现,失效器件的某些失效与其内部除水汽之外的其他气氛含量异常有关,如锡基焊料焊接芯片长期贮存后抗剪/抗拉强度下降,与内部氧气含量高有关;银玻璃烧结的,长期贮存后抗剪/抗拉强度下降,与内部二氧化碳含量异常相关;内部...     

水汽或结构对塑封电子器件可靠性的影响研究

传塑封装微电子器件在回流焊时的可靠性是微电子行业内最关心的问题之一。当一个具有不良可靠性的微电子器件通过红外回流焊接炉最终被焊接在印刷线路板上时,就会发生诸如裂纹、脱层、鼓胀等致命的缺陷。长期以来,＂水汽作用＂理论认为造成回流焊失效的原因是：处于潮湿环境中的封装材料-模制化合物从空气中吸收水汽,并且水汽沿着塑封体以及塑封体与引脚的界面向内扩散;当回流焊时在快速加热引起的热应力的作用下导致水汽膨胀而引起器件失效。于是回流焊前的预烘干就成为防止失效的重要手段。在多年的工作经历中遇到了＂预烘干＂也不能避免回流焊失效的一些生产案例,但是用＂结构强度＂的观点去改进结构的方法却十分有效。因此,认为＂水汽理论＂可能是人类认识上的一个＂误区＂,而决定传塑封装微电子器件回流焊可靠性的首要因素应是＂结构强度＂。     

“水汽”或“结构”对塑封微电子器件可靠性的影响研究

传塑封装微电子器件在回流焊时的可靠性是微电子行业内最关心的问题之一。当一个具有不良可靠性的微电子器件通过红外回流焊接炉最终被焊接在印刷线路板上时,就会发生诸如裂纹、脱层、鼓胀等致命缺陷。长期以来“水汽作用”理论认为造成回流焊失效的原因是：处于潮湿环境中的封装材料一模制化合物从空气中吸收水汽并且水汽沿着塑封体以及塑封体与引脚的界面向内扩散;当回流焊时在快速加热引起的热应力的作用下水汽膨胀而引起器件的失效。于是回流焊前的预烘干成为防止失效的重要手段。本文的作者是一位传塑封装工程师,在多年的工作经历中遇到了“预烘干”也不能避免回流焊失效的一些生产案例,但是用“结构强度”的观点去改进结构的方法却十分有效。因此,作者认为“水汽理论”可能是人类认识上的一个“误区”,而决定传塑封装微电子器件回流焊可靠性的真正首要因素是“结构强度”。