声学扫描显微镜在塑封器件失效分析中的应用

为了适应高可靠性领域的要求,本文重点介绍了声学扫描显微镜的工作原理。同时,用声学扫描检测技术对经历温循后失效的某型号塑封稳压器进行了无损失效分析,准确而高效地找到了失效部位和失效原因。     

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。     

用扫描声学显微镜进行塑封器件的封装分层分析

在塑封IC器件中，封装分层往往会产生电和封装的可靠性问题。由过电应力(EOS)和再流焊中的水汽膨胀引起的分层会显示出不同的失效模式。扫描声学显微镜可以用来检测封装分层，能在失效分析的早期阶段快速地鉴别失效原因。     

电子封装失效分析新技术--双波透射SAM

介绍了在反射式SAM技术基础上开发的一种失效分析新技术－－双波诱射SAM技术的原理和应用特点。该技术依据声波在界面的反射系数R与材料声阻Z的关系，采用双程透射方法，通过人射和反射声波强度的对比分析，对界面缺陷进行定位，它是解决传统反射式SAM技术不能准确探测复杂结构界面缺陷、替代（单波）透射技术的又一新方法。     

用SAM对外引线沾污引起器件失效的研究

本文主要介绍了以扫描俄歇微探针为手段,对由于器件外引线受污染引起的失效进行分析。运用电化学理论,探讨了由此产生的失效机理,并就电化学反应条件对器件失效成因的影响进行了讨论。     

声扫检测中易误判的塑封器件的验证方法

塑封器件在高可靠性领域应用越来越广泛,为了降低使用风险,很有必要进行相应的检测或筛选,扫描声学显微镜检查就是其中一种很重要的无损检测手段。但是,在进行声扫时,对于某些最新的封装方式,需要特殊情况特殊分析,以避免因为器件的封装形式而非器件的缺陷拒收产品。在电子封装设计时,芯片表面可能涂覆一层有机材料来保护集成电路。但这种材料声扫结果往往与真正的分层一样显示为负波,容易误判为不合格。就这种结构及其声扫结果提出了几种验证方法。     

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。     

ENIG焊盘润湿不良失效分析

针对化学镍金(ENIG)焊盘的上锡不良问题,选取了一个典型的案例进行分析详细地介绍了分析的过程和手段,通过采用外观检查、金相切片、SEM & EDS等分析手段,发现了导致上锡不良的主要原因为黑焊盘造成的润湿不良.同时,总结和分析了导致此缺陷的原因和应采取的对策.     

焊层空洞对IGBT芯片温度的影响

焊层空洞是造成IGBT模块散热不良的主要因素,基于IGBT的七层结构,建立了IGBT模块封装结构的三维有限元模型并对其进行热分析,研究焊层空洞对IGBT芯片温度的影响。对比了有无焊层空洞时IGBT模块的整体温度分布,分析了空洞类型、空洞大小、空洞形状、空洞数量及空洞分布对IGBT芯片温度分布的影响。研究结果表明:芯片焊层空洞对芯片温度的影响较大,衬板焊层空洞对芯片温度的影响较小;贯穿型空洞对芯片温度的影响要大于非贯穿型空洞;单个空洞越大,IGBT芯片温度越高;相同形状的空洞,处于边角位置比处于焊层内部对芯片温度影响大;多个空洞分布越集中,芯片温度越高;焊层缝隙对芯片温度的影响要小于空洞对芯片温度的影响。因此,在封装过程中应避免出现芯片焊层空洞,以提高IGBT的可靠性。     

芯片的EOS失效分析及焊接工艺优化

为了研究电过应力对功率MOSFET可靠性的影响,分别对含有焊料空洞、栅极开路和芯片裂纹缺陷的器件进行失效分析与可靠性研究.利用有限元分析、电路模拟及町靠性加速实验,确定了器件发生EOS失效的根本原因,并通过优化芯片焊接温度.时间曲线和利用开式感应负载测试方法,比较了工艺优化前、后器件抗EOS的能力,结果表明优化后器件的焊料空洞含量显著减少,抗EOS能力得到明显提高.     

芯片的EOS失效分析及焊接工艺优化

为了研究电过应力对功率MOSFET可靠性的影响,分别对含有焊料空洞、栅极开路和芯片裂纹缺陷的器件进行失效分析与可靠性研究.利用有限元分析、电路模拟及町靠性加速实验,确定了器件发生EOS失效的根本原因,并通过优化芯片焊接温度.时间曲线和利用开式感应负载测试方法,比较了工艺优化前、后器件抗EOS的能力,结果表明优化后器件的焊料空洞含量显著减少,抗EOS能力得到明显提高.     

高密度陶瓷倒装焊封装可靠性试验开路后的失效定位

陶瓷材料具有优良的综合特性,被广泛应用于高可靠微电子封装.陶瓷倒装焊封装的特殊结构使得对其进行失效分析相较其他传统封装形式更为困难.针对一款在可靠性试验中发生开路的高密度陶瓷倒装焊封装器件,制定了一套从非破坏性到破坏性的试验方案对其进行分析.通过时域反射计(TDR)测试排除了基板内部失效的可能性,通过X射线(X-ray)检测、超声扫描显微镜(SAM)和光学显微分析初步断定失效位置,并最终通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪实现了对该器件的准确的失效定位,确定失效位置为基板端镀Ni层.该失效分析方法对其他陶瓷倒装焊封装的失效检测及分析有一定的借鉴意义.     

共晶烧结贴片氮气保护改进研究

军用陶瓷或金属封装中的共晶烧结芯片贴装工序存在的主要问题是,Sn基焊料极易氧化形成Sn₂O、SnO₂等氧化物,在共晶过程中不断堆积在焊料表面,形成焊料表面悬浮颗粒,造成PIND失效。文章基于氧化膜破裂理论,通过对当前使用的共晶烧结氮气保护的结构进行改进,采用小型半密闭腔体的方式实现了局部高纯度氮气保护环境。在共晶烧结贴片过程中,氧化膜破裂融入焊料体内,同时因氧化膜破裂而流出的熔融焊料在良好的氮气保护环境下形成新的光亮圆润的焊料表面,有效减少了焊料表面悬浮氧化物颗粒。统计数据表明,该改进研究有效降低了PIND失效率和成品筛选电路的成本损失;该改进实现了共晶烧结贴片焊料表面极少产生悬浮氧化物颗粒,极大地降低了可动颗粒导致的电路短路、断路等误动作的危害性和可靠性风险。     

VDMOS器件贴片工艺中气泡的形成机制与影响

功率MOS管的封装贴片工艺会在贴片层中引入气泡,从而严重降低器件的机械性能、热性能和电学性能.本研究就VDMOS管D-PAK封装模式,给出了贴片工艺中气泡的产生机制及其影响,并利用FEA方法建立了其D-PAK封装的热学模型.根据模拟结果,在贴片层中气泡含量提高时,热阻会急剧增大而降低器件的散热性能.     

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.     

芯片叠层封装的失效分析和热应力模拟

通过高温高湿加速实验对双芯片叠层封装器件的失效进行了研究,观察到存在塑封料与上层芯片、BT基板与塑封料或贴片胶的界面分层和下层芯片裂纹等失效模式．结合有限元分析对器件内热应力分布进行了计算模拟,分析了芯片裂纹的失效机理,并从材料性能和器件结构角度讨论了改善叠层封装器件可靠性的方法．     

IC Surface Corrosion Inspection by C-Mode Scanning Acoustic Microscopy

C-mode scanning acoustical microscopy, C-SAM, is widely used in plastic package evaluations and for failure analysis. It permits to detect subsurface delaminations, cracks and pores （air bubbles） for different microelectronics packages. In this study, abnormality was observed in C-SAM daily test, the images showed no delaminations but inhomogeneities on the IC surface. Corrosion was found by optical microscope and scanning electron microscope after decapsulation. It can be revealed as the acoustic impedance is different between corrosion and normal area. The presence of inhomogeneities and discontinuities along ultrasonic waves＇ propagation paths inside the matter causes modifications in the amplitude and polarity of ultrasonic waves. However, C-SAM＇s capability in detecting IC surface corrosion has not been presented. The capability will be illustrated and the inspection mechanism will be discussed in this paper.