集成湿热及蒸汽压力对塑封器件可靠性的影响

分析了湿热及蒸汽压力对塑封器件可靠性影响的研究现状;结合已有的研究方法,提出一种有限元直接集成湿热及蒸汽压力的分析方法,并以裸露焊盘塑封器件DR-QFN为例进行应用研究。结果表明,该方法能有效分析裸露焊盘塑封器件在湿热、蒸汽压力因素综合影响下的可靠性问题。在无铅回流焊过程中,蒸汽压力为2.5~4.5MPa,对器件可靠性影响很大。     

湿热环境下吸潮对QFN器件可靠性的影响研究

由吸潮引起的微电子塑封器件失效已经越来越多地引起人们的关注.选用QFN器件作为研究对象,首先进行QFN器件在高温高湿环境下吸潮17 h、50 h、96 h试验;然后利用有限元软件分析和模拟潮湿在QFN器件中的扩散行为,并建立湿气预处理阶段应力计算模型;最后,通过试验与仿真相结合,分析潮湿对封装可靠性的影响.研究表明:微电子塑封器件的潮湿扩散速度与位置有着重要的关系;在高温高湿环境下,微电子器件吸潮产生的湿热应力在模塑封装材料(EMC)、硅芯片(DIE)和芯下材料(DA)的交界处最大;QFN器件在高温高湿环境下吸潮产生的裂纹主要出现在硅芯片与DA材料交界面的边界.     

叠层QFN器件界面层裂失效研究

为了探究造成微电子封装器件界面层裂的根源,选取了叠层QFN器件进行建模仿真,模拟了其在热加载条件下的器件应力分布情况。通过粘结强度实验,测出加载力与位移的关系,其中力的峰值为2.52N,裂纹开口位移为0.29mm,计算得到的界面断裂能为10.5N/m。采用内聚力模型(CZM)与J积分这两种数值预测方法,对芯片粘结剂与铜引脚层界面层裂失效作了研究,找到裂纹萌生的关键点;两者对裂纹扩展趋势的结论一致,在预测裂纹产生方面,CZM法比J积分法更方便。     

微电子塑封器件界面层裂失效及其数值预测方法研究

界面层裂失效已成为微电子封装和微系统的一个最主要的失效形式之一。本文分析了产生界面层裂失效的原因：一方面，塑封器件在制造和使用过程中受热应力的影响；另一方面，吸湿后产生湿应力与应变，在高温下承受蒸汽压力，若超过极限，就会发生爆米花现象，导致开裂失效。然后介绍了几种界面层裂失效的数值预测方法：J积分法修正的J积分法、虚拟裂纹闭合法及面积能量释放率法等。     

QFN器件在湿热环境中的界面裂纹分析

因吸潮而引起的界面破裂是塑封电子器件失效的一个重要原因。通过吸潮实验、无铅回流焊环境实验和湿热老化实验研究了QFN塑封器件内部界面裂纹情况。结果表明,未吸潮的器件经历无铅回流焊后很少产生裂纹,吸潮器件在吸潮期间未产生裂纹,但经历无铅回流焊后器件产生裂纹的几率达100%;裂纹在芯片、芯片粘结材料(DA)和塑封材料(EMC)的交界处的破坏程度最大;产生的裂纹的位置和扩展方向与结合材料的特性、结合界面的强度紧密相关。     

QFN器件在无铅焊工艺中湿热导致的界面开裂失效研究

界面开裂是塑封IC器件的主要失效模式之一。电子封装用高聚物具有的多孔特性致使封装材料易于吸潮。在无铅回流焊工艺中，整个器件处于相对较高的温度下，致使高聚物吸收的潮湿会膨胀并在材料内部空洞产生很高的蒸汽压力。界面开裂在热机械、湿机械和蒸汽压力的耦合作用下极易发生。本文的主要目的就是研究无铅回流焊工艺中，温度、潮湿和蒸汽压力耦合作用对QFN器件开裂失效的影响。文章对塑料封装QFN器件从168小时的JEDECLevell标准（85℃／85％RH）下预置吸潮到后面的的无铅回流焊的整个过程进行了有限元仿真，并且对温度、湿度和蒸汽压力耦合作用下裂纹的裂尖能量释放率也通过J积分进行了计算。论文的研究结果表明QFN器件吸潮后封装体界面的潮湿成为界面开裂扩展的主要潜在因素，EMC材料、芯片和粘合剂的交点处应力最大，在该处预置裂纹后分析表明回流峰值温度时刻裂纹最易扩展且随裂纹长度增加扩展的可能性在提高。     

QFN器件在湿热环境下可靠性的有限元仿真分析

因吸潮而引起的界面可靠性问题是塑封电子器件失效的一个重要原因,其主要表现形式是界面破裂。论文利用有限元分析工具对QFN器件进行吸潮、解吸潮、无铅回流焊和湿热综合应力的仿真分析。分析结果表明,器件中的湿气在高温或有温度冲击的环境中形成的蒸汽压力是促进裂纹萌生和扩展的重要因素,为了减小在无铅回流焊期间湿、热以及蒸汽压力共同作用造成的应力冲击,应当设置较为合适的无铅焊回流曲线,在进入峰值温度前设置一个保温平台区,使进入峰值温度前器件的整体温度达到一致,减小峰值温度时湿、热应力对可靠性的不利影响。     

高压蒸汽对塑封双极器件电参数的影响

塑封双极晶体管采用EIA/JESD22-A102-C规定的121℃、100%RH、29.7 psi压力的条件试验96 h后,测试发现直流增益HFE会有明显的下降,击穿电压BV CEO会略有上升。开封芯片检查和理论分析表明,高压水汽可以穿透封装,造成芯片内部微缺陷增加,导致器件HFE下降,BV CEO略有上升。通过优化封装材料及工艺,可以改善HFE漂移,增强器件抗潮湿性能。     

塑封器件回流焊与分层的研究

由于无铅焊料的应用,回流焊的温度提高影响了塑封器件的质量和可靠性。针对实际的LQFP器件,利用有限元软件建立三维模型,分析了塑封器件在潮湿环境中的湿气扩散及回流焊中的形变和热应力分布,并讨论了塑封料参数及细小裂纹对分层的影响。结果表明,在湿热的加载下,塑封器件的顶角易发生翘曲现象;芯片与塑封料界面处易分层,导致器件失效。     

热–机械应力和湿气引起QFN器件层间开裂分析

采用通用有限元软件分析和计算器件在潮湿环境下的潮湿扩散,并计算由于吸潮使器件在无铅回流的高温下产生蒸汽压力,并对层间开裂现象进行分析。结果表明,气压是层间开裂的主要原因,在气压和热机械应力的作用下,层合面上的微孔洞扩张并结合起来,导致器件最后失效。     

基于BP神经网络的模塑封电子器件优化设计

针对塑封SOT(小外形晶体菅)器件的使用失效案例,从芯片设计角度出发,提出一种优化设计方法,该方法利用误差反向传播神经网络(BPNN),结合主成分分析(PCA)、遗传算法(GAs)及均匀设计的针对非线性系统的优化设计,设计了该塑封SOT器件的尺寸参数。结合实验和有限元模拟分析,验证该优化设计结果的有效性。结果表明,优化设计的器件各关键界面点的最大应力约减少了70~180MPa,器件的界面层裂现象得到消除,提高了器件的可靠性。     

粘结剂形态及尺寸对QFN器件热应力的影响

使用有限元软件MSC.Marc分析了芯片粘结剂的形态、厚度和宽度对典型微电子封装QFN(四方扁平无引脚封装)器件热应力的影响。结果表明:在有限元网格密度相同的条件下,粘结剂形态的不同会对QFN器件的热应力产生较大影响,粘结剂无溢出形态的最大热应力为85.87MPa,而粘结剂有溢出形态的最大热应力为77.84MPa,并且最大热应力出现的位置也不同;粘结剂的厚度和宽度对热应力的影响不明显;由于粘结剂形态的不同界面热应力的分布会有较大差别。     

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.     

QFN封装元件组装工艺技术的研究

QFN(Quad Flat No-lead Package,方形扁平无引脚封装)是一种焊盘尺寸小、体积小、 以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。由于底部中央大暴露焊盘被焊接到PCB的散热焊 盘上,这使得QFN具有极佳的电和热性能。QFN封装尺寸较小,有许多专门的焊接注意事项。文章 介绍了QFN的特点、分类、工艺要点和返修。     

Low temperature delamination of plastic encapsulated microcircuits

Plastic encapsulated microcircuits (PEMs) are increasingly being used in applications requiring operation at temperatures lower than the manufacturer’s recommended minimum temperature, which is 0°C for commercial grade components and −40°C for industrial and automotive grade components. To characterize the susceptibility of PEMs to delamination at these extreme low temperatures, packages with different geometries, encapsulated in both biphenyl and novolac molding compounds, were subjected to up to 500 thermal cycles with minimum temperatures in the range −40 to −65°C in both the moisture saturated and baked conditions. Scanning acoustic microscopy revealed there was a negligible increase in delamination at the die-to-encapsulant interface after thermal cycling for the 84 lead PQFPs encapsulated in novolac and for both 84 lead PQFPs and 14 lead PDIPs encapsulated in biphenyl molding compound. Only the 14 lead novolac PDIPs exhibited increased delamination. Moisture exposure had a significant effect on the creation of additional delamination.