塑封微电子器件失效机理研究进展

塑封器件在现在的封装产业中具有无可比拟的优势,相关研究引起了人们广泛关注.简要介绍了塑封微电子器件的发展史,以及国内外塑封器件可靠性的研究现状.对塑封器件的主要失效机理研究进展进行深入探讨,如腐蚀、分层、开裂等,提出了几种提高塑封器件可靠性的措施.论述了用于塑封器件质量评估的试验方法,并展望了塑封器件在军工领域的潜在应用前景.     

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.     

集成电路封装用绝缘胶漏电失效分析

在电子元器件封装领域中,塑封器件正逐步替代气密性封装器件。目前工业级塑封器件已不能满足器件的高可靠性要求,工业级塑封器件在严酷的环境应力试验中经常出现失效。研究了工业级塑封器件在可靠性筛选试验中出现失效的问题,通过X射线观察和芯片切面分析等方法,查明了造成器件失效的原因,并提出了优化改进措施。     

铜丝键合在实际应用中的失效分析

研究并总结了铜丝键合塑封器件在实际应用环境中工作时发生的几种不同失效模式和失效机理,包括常见封装类型电路的失效,这些封装类型占据绝大部分铜丝键合的市场比例。和传统的实验室可靠性测试相比,实际应用中的铜丝失效能够全面暴露潜在可靠性问题和薄弱点,因为实际应用环境存在更多不可控因素。实际应用时的失效或退化机理主要包括:外键合点氯腐蚀、金属间化合物氯腐蚀、电偶腐蚀、键合弹坑、封装缺陷五种类型。对实际应用中的数据和分析为进一步改善铜丝键合可靠性、提高器件稳定性提供了依据。     

VLSI塑料封装失效分析与控制方法研究

塑封VLSI由于其固有的弱点,在应用过程中封装失效成为其重要的失效模式之一。通过大量的塑封VLSI失效分析实践,针对VLSI塑料封装失效,进行了快速定位技术的研究,总结出一套简化的失效分析程序。同时从引起塑封VLSI封装失效的根本原因入手,探讨了避免塑封VLSI封装失效的控制方法。     

电视背光LED灯失效机理和分析方法

基于直下式LED发光电视,从封装失效、芯片失效、热应力失效、电应力失效等方面分析了电视背光系统中发光二极管(LED)器件的失效机理和改进措施,同步提出安全性失效和可靠性失效的理论概念,并对电视整机系统的LED温升控制和LED驱动电流控制方面进行了分析,提出了实用的LED失效分析流程.     

双极型微波功率晶体管热失效原因分析

阐述了双极型微波功率晶体管的主要失效模式及失效机理,重点分析了热应力导致的失效,介绍了两个典型的失效分析案例．并提出相应的筛选措施。     

塑封器件失效机理及其快速评估技术研究

针对影响塑封器件可靠性的五种失效机理,即腐蚀失效、爆米花效应、低温/温冲失效、闩锁以及工艺缺陷等方面进行分析和讨论,并提出利用高温潮热和温度冲击试验对塑封器件的可靠性进行评估.还介绍了美国航天局Goddard空间飞行中心提出的对塑封器件进行高可靠性筛选的方案.     

功率器件管壳的热应力分析

当微电子器件封装中的热应力足够大时 ,常常会导致封装开裂甚至失效 .热应力主要是在制造过程中由于环境温度变化和封装材料热失配而产生的 .因此 ,对封装设计进行热应力估算和可靠性研究是必不可少的 .采用 ABAQUS有限元计算软件 ,对某型混合集成电路的铜基金属功率外壳 ,建立了功率器件封装的三维计算模型 ,进行了应力和变形分析计算 .计算结果为提高封装结构的可靠性和优化封装设计提出了理论依据     

功率器件管壳的热应力分析

当微电子器件封装中的热应力足够大时,常常会导致封装开裂甚至失效.热应力主要是在制造过程中由于环境温度变化和封装材料热失配而产生的.因此,对封装设计进行热应力估算和可靠性研究是必不可少的.采用ABAQUS有限元计算软件,对某型混合集成电路的铜基金属功率外壳,建立了功率器件封装的三维计算模型,进行了应力和变形分析计算.计算结果为提高封装结构的可靠性和优化封装设计提出了理论依据     

50例微波器件失效分析结果汇总与分析

对约50例微波器件失效分析结果进行了汇总和分析,阐述了微波器件在使用中失效的主要原因、分类及其分布。汇总情况表明,由于器件本身质量和可靠性导致的失效约占80%,其余20%是使用不当造成的。在器件本身的质量和可靠性问题方面,具体失效机理有引线键合不良、芯片缺陷(包括沾污、裂片、工艺结构缺陷等)、芯片粘结、管壳缺陷、胶使用不当等;在使用不当方面,主要是静电放电(ESD)损伤和过电损伤(EOS),EOS损伤中包括输出端失配、加电顺序等操作不当引入的过电应力等。     

BaTiO_3半导瓷失效机理及可靠性增长技术

为了提高BaTiO3半导瓷的可靠性,系统地研究了可靠性增长技术。针对BaTiO3半导瓷不同的失效模式,重点研究了瓷体电场分布、电阻率及温场分布、热应力、电极界面应力对BaTiO3半导瓷可靠性的影响及其作用机理,并从原材料控制、材料配方设计、均匀化技术、电极技术及测试技术等方面提出了增加可靠性的方法。     

聚合物整体灌装电路板热应力分析

电路板的聚合物整体灌装是一种提高电子器件在极端工况下可靠性的方法。针对该方法所面临的热应力失效问题,采用有限元数值方法研究了含15个元器件的整体灌装电路板在环境温度改变和器件产热两种热载荷下的热应力分布,并通过参数化模拟分析了不同几何和材料参数对元器件及其接合层中热应力分布的影响。结果表明整体灌装加剧了IC器件及其接合层的热应力,该模拟工作为提高整体灌装方案的热应力可靠性提供参考。     

Characterization of the Effect of Shape Memory Alloy on Solder Joint Strength Through Modeling and Testing

Currently some of the most common problems that surface mount technology encounters are warpage, delamination, and inelastic strain concentration accumulated in the solder joint during thermal cycling because of mismatch of thermal expansion coefficient between the package and chip side. Material as well as package structure are the critical issues with respect to these problems. The objective of this research is to investigate how shape memory alloy (SMA) applied in the under bump metallization (UBM) can affect solder joint reliability under thermal mechanical stress. Joint strength tests revealed the better strength of solder joints with SMA UBM after accelerated thermal cycling test. Finite element modeling as well as multilayer stress calculations revealed less strain accumulated in the solder and more stress concentrated in Si in the solder joint with SMA UBM. A mechanism by which the SMA accommodates most of the stress and strain caused by the mismatch of the thermal expansion coefficients was proposed to explain the reinforcement of the solder joint by the SMA UBM.     

微波功率晶体管的热失效分析

微波功率晶体管是微波功率放大器中的核心器件,其热性能在很大程度上决定于封装管芯的管壳.针对某型号的微波功率晶体管在进行生产筛选的功率老化试验时出现的热失效问题进行分析与讨论,最终确定器件管壳内用于烧结管芯的氧化铍(BeO)上的多层金属化层存在质量缺陷,使管芯到BeO的热阻增大,因此出现了老化时部分器件失效现象.提出了预防措施,既可避免损失,也能保证微波功率晶体管在使用中的可靠性.     

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＂。     

非硅MEMS惯性开关可靠性研究

非硅MEMS惯性开关具有体积小、成本低、可批量生产以及强度和导电性能较好的优点,但其可靠性问题制约了其应用领域。通过开展非硅MEMS惯性开关的可靠性实验(包括温度循环实验和随机振动实验),找出其主要失效模式为分层。通过对失效部位进行分析,并利用有限元方法分析器件上的应力分布,研究了相应的失效机理。研究结果表明:引发惯性开关分层失效的主要原因是层间产生疲劳效应,温度循环应力会使惯性开关各层间由于热膨胀系数失配而产生疲劳,而振动应力则直接加载在惯性开关上而使其产生疲劳;惯性开关中铬层与铜层之间最易发生失效,而分析表明该层间界面处热应力最大;经历温度循环实验和振动实验的惯性开关相较只经历一种实验的样本更容易失效,进一步说明了温度循环应力会使开关层间发生疲劳,而振动应力则会引起应力集中而加速分层失效。     

SMT互连组件在热循环中的可靠性预计模型

电子设备中表面安装器件和电路基板以及焊接材料的热膨胀系数差异,使得SMT互连组件在热循环条件下产生热膨胀失配,在焊接处产生热应力,在长时间的交变应力的作用下,焊接处遭到疲劳破坏而使设备工作失效,这就是SMT互连组件在热循环条件下的基本失效机理。文中还介绍了美国MIL—HDBK—217F NOTICE Ⅱ公布的表面安装连接组件可靠性预测lSMT模型。给出一系列具有实用价值的参数。