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...     

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。     

导电胶固化状态对器件内部水汽含量的影响

气密性封装器件的芯腔内部如果存在大量的水汽，则会影响器件的可靠性，因此在封装的过程中，要对器件内部的水汽含量进行控制。但是目前的控制措施主要是从封帽环境、原材料等方面入手，对导电胶固化状态对器件内部水汽含量的影响研究得较少。因此，首先，对比了不同固化状态导电胶的固化度和吸水率；然后，对不同固化状态对器件内部水汽含量的影响进行了研究。结果表明，充氮烘箱的装载量会影响导电胶的固化状态。当导电胶在300℃下的固化时间为30 min时，其固化度为100%，吸水率约为0.45%；当在300℃下的固化时间为10 min时，其固化度约为92%，吸水率约为0.94%。导电胶固化不充分时，其在温度循环和高温烘烤中会继续固化，并释放出少量的水汽和大量的二氧化碳。固化不充分的导电胶会在双85试验中吸收水汽，即使器件在封帽前会进行烘烤，吸收的水汽也未能完全排出，导致器件内部水汽含量升高。随着烘烤时间的增加，器件内部水汽含量逐渐地减少，当将烘烤时间延长至13 h时，可有效地去除固化不充分导电胶吸收的水汽，使水汽含量低于1 000×10^-6。     

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。     

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。     

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。     

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。     

密封元器件中氢气的产生及控制

文章通过研究表明,密封元器件内部气氛中的氢气对镓、砷化物或硅器件的可靠性有长期的影响,钛氢化合物的形成可以造成GaAs器件物理变形,进而导致器件失效。试验分析表明,密封元器件内部氢气主要来自封装金属基底中吸附的气体,这些气体在热应力条件下扩散到腔体内部。试验证明在元器件封装前对封装材料进行排气处理,可以有效地将材料中的氢气释放。通过对可伐合金在不同条件排放的氢气含量的测量与分析,进一步验证了腔体内部氢气的来源,并得出随着热应力时间的延长,氢气的排放量有增长趋势的结论。     

微电路内部气氛含量分析与控制

微电路内部水汽含量是影响器件可靠性的主要因素,水汽的控制包括粘接材料选择、清洗、密封前预烘烤、气密性焊接,等等.文章分析了微电路内部气氛的组成及来源,并根据实际案例,提出了与热应力和机械应力相关的间隙性漏气或单向漏气原理及其解决措施;给出了计算器件漏率的数学模型和内部气氛含量控制技术.     

露点测试技术及其计算机辅助测试系统

1 引言 众所周知,内部水汽含量过高是导致铝金属化腐蚀(即长“白毛”)失效的主要原因。为了确保器件的可靠性,必须对器件的内部水汽含量指标进行严格考核。为此,必须有一种能对密封器件的内部水汽含量进行有效测试的方法。利用质谱方法进行的残余气体分析技术是最早获得人们认可的内部水汽含量检测技术。但是,这种技术太复杂、太昂贵,一般的实验室和生产厂都用不起,必须另找一种既经济又方便的替代方法。露点测试技术是MIL-STD-883和GJB548-88所推荐的、既经济又方便的替代方法之一。过去,由于我们国内缺乏这方面的检测技术,一直无法对器件的内部水汽含量进行检测考核。随着国军标的贯彻实施,器件的内部水汽含量必将成为一项必须考核的质量指标。因此,尽快开发出我们自己的内部水汽含量检测技术,是摆在我们面前的迫切任务。为了填补国内在这一领域的空白,我们从1987年开始,进行了露点测试技术的开发研究。经过两年多的研究,终于成功地开发出这种露点技术及其计算机辅助测试系统。随后,又将这一技术应用到我们承担的多项研究分析任务中,收到了良好的效果。     

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．     

Sources and control of volatile gases hazardous to hermeticelectronic enclosures

Four gases that threaten operating reliability may be present in hermetic electronic enclosures. Condensates of moisture and/or ammonia can cause metallization corrosion. Hydrogen is a rapid diffuser that can degrade metal-oxide-semiconductor (MOS) device operation. Oxygen can cause oxidation and ensuing failure of solder attachment materials within the sealed package. Other gases, such as carbon dioxide, helium, argon, and organic volatiles are not threats to reliability, but do provide clues to package materials behavior. Knowing sealed package ambient gas composition helps improve materials and processes for hermetic sealing and enables process control to assure reliable products. This paper describes the analysis method for hermetic microelectronics, residual gas analysis (RGA), available at only a few laboratories worldwide. It discusses sealing processes and package piece part materials that are sources of volatiles hazardous to product reliability. It presents materials selection and improvement considerations to reduce and control dangerous volatiles in hermetic packages     

平行缝焊工艺抗盐雾腐蚀技术研究

抗盐雾腐蚀是提高集成电路封装可靠性的重要手段之一.根据金属腐蚀机理,通过优化封焊工艺和AuSn合金焊料平行缝焊封盖工艺,以及在封盖后再次进行电镀修复损伤等措施,提高了平行缝焊集成电路的杭盐雾腐蚀能力.     

气密性平行缝焊技术与工艺

气密性封焊的产品因其杰出的可靠性被广泛应用于军事应用。与储能焊、激光焊相比,平行缝焊具有可靠性高、密封性能优越、运行成本低及生产率高等特点,是微电子器件最常用的气密性封装方法之一。主要阐述了气密性平行缝焊技术与工艺,并对焊接工艺参数进行了详细分析,同时给出了气密性检测要求及针对性措施。     

基于平行缝焊工艺的AuSn合金焊料封盖技术研究

为了解决聚合物粘结电路的质量与长期可靠性问题,提出了一种采用平行缝焊工艺对AuSn合金焊料熔封器件进行封盖的新方法。通过对平行缝焊工艺的深入研究,解决了该类器件封盖的气密性与外观质量问题,从而找到了一种有效解决熔封外壳组装的低温聚合物粘结电路水汽含量、抗剪强度、键合强度控制的新方法。     

单晶生长用AlN粉料的烧结提纯工艺实验研究

使用自主研发的钨系统中频感应加热炉对AlN粉料进行了烧结提纯处理实验,并用XRD、SEM、IGA和GDMS等表征方法分析了烧结后的样品.实验发现,高温(2 250℃)长时间(50 h)烧结提纯工艺效果显著,但AlN粉料损耗高达47.37％;而低温(小于2 000℃)分段式短时间(每段10h)烧结提纯工艺粉料损耗低于2％,但是提纯效果一般.通过对实验结果的综合分析,提出了一种AlN粉料烧结提纯的改进工艺,最终得到了氧含量仅238 ppm、碳含量135 ppm的高质量AlN单晶生长原料,并且显著增加了原料的利用率.     

可伐合金气密封接的预氧化

可伐合金和硅硼硬玻璃是通过可伐合金表面的氧化物与玻璃互溶而紧密结合在一起的,所以可伐合金的预氧化是金属外壳制造的一个非常重要的工艺环节,是直接影响气密封接的一个重要因素。为实现气密封接,可伐合金预氧化需要得到的氧化物应是Fe_3O_4和FeO,而不希望得到Fe_2O_3。同时,氧化膜的厚度要控制在一定的范围内;氧化膜过薄则氧化物完全溶于玻璃,造成玻璃与金属基体表面的直接封接,使封接强度下降;氧化膜过厚则造成金属表面氧化物较粗糙疏松,封接件容易漏气。为达到上述两个目的,可以从可伐合金氧化的热力学和动力学出发,通过控制氧化气氛,氧化温度和时间来实现。     

Conformal Hermetic Sealing of Wireless Microelectronic Implantable Chiplets by Multilayered Atomic Layer Deposition (ALD)

A hermetic sealing method of sub‐millimeter‐sized microelectronic chiplets for wireless body implants is presented by ultrathin and electromagnetically transparent atomic layer deposition (ALD) coatings. Fully 3D conformal encapsulation of wirelessly powered microdevices is demonstrated both with and without opening windows for electrophysiological measurements. The chiplets embedding custom application‐specific integrated circuits (ASICs) with radio frequency (RF) transmitters are encapsulated by a stack of alternating layers of hafnium oxide and silicon dioxide to maximize impermeability of water and ionic penetration while minimizing the volume of the packaging material. The hermeticity of the devices is characterized through accelerated aging tests in saline at T = 87 °C, while continued functionality is monitored via evaluation of backscattered RF signals (near 1 GHz) to ascertain possible degradation and electronic failure. Earliest failures of wirelessly functional devices occur after more than 180 d of immersion at 87 °C. Wireless devices having opening windows through the ALD envelope show no signs of degradation for >100 d. This implies an equivalent lifetime >10 years at T = 37 °C. This approach is readily scalable to high throughput batch processing of hundreds of microchiplets, offering a methodology for hermetic packaging of microscale biomedical chronic implants.