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。     

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。     

密封半导体器件内部水汽含量的控制

叙述了器件内部水汽含量的来源和对可靠性的影响,采用控制技术后达到了良好的效果。     

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。     

密封电子元器件内部水汽含量问题探讨

提出了国产密封电子元器件封装内部水汽含量高的问题，阐述了内部水汽对元器件性能与可靠性的影响，探讨了降低内部水汽含量的主要技术途径。     

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。     

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。     

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.     

我国密封元器件内部水汽含量水平及存在问题

元器件密封腔内的水汽及有害气氛是影响元器件可靠性的主要因素之一 ,只有充分了解国内密封元器件内部水汽含量水平及存在的问题 ,才能提出改进措施的具体方法 ,这一做法对提高元器件可靠性具有重要意义。     

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。     

厚膜HIC金属封装腔内水汽的影响及控制

分析了厚膜HIC金属封装腔内的水汽对器件可靠性的影响,封装腔内水汽的主要来源,采用工艺控制后达到的良好效果。     

混合集成电路"单向泄漏"问题分析

混合集成电路"单向泄漏"问题是微电子工业中新近发现的问题,它通常出现在各种金属与玻璃封接的器件当中;然而,对于这些器件,很难发现"单向泄漏"问题的存在.文章通过对器件的密封性测试结果和内部水汽含量测试结果进行对比分析,引出器件的"单向泄漏"问题;从原理上对这种现象的产生进行了分析,介绍了有效的密封检漏方法,并提出了对这个问题的改善办法.     

什么是影响机械塑封微电子器件可靠性的决定因素？——“水汽”或者“结构”

本文对当前国内外塑封微电子器件可靠性研究中流行的“水汽作用”、“膨胀系数不匹配”和“热应力”等观点进行了分析和评论,认为这些观点仅只是影响可靠性的“外部条件”,而其决定因素,即“内因”,应该是器件本身的“力学结构”。合理的“力学结构”不仅能从根本上解决器件的可靠性问题,而且还能影响在塑封时模制化合物的均衡流动,有助于空洞和充不满等缺陷的消除。“力学结构”的观点将为可靠性研究和提高器件生产率开辟一个崭新的领域。     

光电耦合器内部水汽含量控制

分析了光电耦合器内部水汽的来源,在此基础上提出了降低产品内部水汽含量的方法,提高了元器件的质量和可靠性.对比了改进前后产品的内部水汽含量.     

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。     

晶体管封装腔内水汽含量的分析与控制

本文在对现有国军标晶体管封装腔内水汽含量检测及分析的基础上,提出了降低腔内水汽含量的有效办法和途径,经改进封装后的国军标晶体管,其腔内水汽含量从原来的27300－26200PPm下降到274－542PPm,改善了将近两个数量级,大大低于GJB33A－97规定的500PPm的标准要求,器件可靠性的提高,必将为广大军用户重点国防工程,军事装备的系统可靠性创造美好的前景。     

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。     

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”。     

混合微电路内部水汽含量控制技术

根据气密性封装混合微电路内腔残余气体数据的测试结果,对水汽含量超标的样品进行了深入分析。提出了一种阻断分离法,可用于分析混合微电路水汽失效的原因。采用该方法,对可能引起水汽失效的外壳密封性问题、粘结胶放气问题,以及内部元器件及组装材料放气问题分别进行了试验验证与组合分析,找到了与水汽失效相关的各种原因及控制办法。根据试验分析结果,系统地提出了控制混合微电路内部水汽及其他杂质含量的有效方法。