超声波清洗引入的芯片金属化裂纹机理分析

对某塑封器件进行破坏性物理分析(DPA),发现芯片表面存在玻璃钝化层裂纹和金属化层划伤的缺陷。对缺陷部位进行扫描电子显微镜(SEM)检查和能谱(EDS)分析,通过形貌和成分判断其形成原因为开封后的超声波清洗过程中,超声波振荡导致环氧塑封料中的二氧化硅填充颗粒碰撞挤压芯片表面,从而产生裂纹。最后,进行了相关的验证试验。研究结论对塑封器件的开封方法提出了改进措施,对塑封器件的DPA检测及失效分析(FA)有一定借鉴意义。     

塑封电子元器件破坏性物理分析方法

目前塑封电子元器件得到广泛的应用,但它本身的质量问题却使得关键系统和模块中很少采用塑封电子元器件,而作为验证电子元器件的设计、结构、材料和制造质量的破坏性物理分析至今还没有形成标准或方法,还不能有效地应用到塑封电子元器件的可靠性验证中。根据塑封电子元器件的特点和主要的缺陷形式,给出塑封电子元器件破坏性物理分析的参考方法,并为将来塑封电子元器件破坏性物理分析标准或方法的制定打下基础。     

Impact of pre-conditioning, voltage bias and temperature on reliability of plastic encapsulated microcircuits

This paper investigates the effect of pre-conditioning, voltage bias and test temperature on the reliability of DIP and SOIC packages, molded with four different epoxy compounds, which were subjected to accelerated test conditions.     

美国高可靠领域塑封微电路技术分析

介绍了塑封微电路的优缺点以及美国航空航天局在高可靠领域使用塑封微电路的政策,分析了具体的筛选、鉴定检验、破坏性物理分析和降额要求等,对我国航天航空等高可靠领域中使用塑封微电路具有一定的借鉴意义.     

Introduction of plastic encapsulated devices in systems operating under severe temperature conditions

In this paper, we describe the evolution of the selection, qualification and implementation methods used to validate the introduction of plastic SMD's into electrical equipment submitted to extreme environmental conditions:The first introduction phase was addressing equipment operating up to 125°C. The selection process was intentionally kept to minimum with emphasis on qualification through mission profile at equipment level. The results in terms of cost, performance, reliability and field feedback experience were extremely positive.The second phase was initiated for operating conditions as high as 175 °C environmental temperature. The selection process of plastic components operating at such extreme conditions, includes a full qualification through mission profile at component level. The experiments using vehicle test boards led to numerous electrical failures originated by a unique failure mechanism: delamination.In consequence, the selection process is being reviewed: a short-test for capability will be run with emphasis on initial behavior versus delamination.Expected benefits are

reduction of overall qualification costs through elimination of complete qualification with mission profile at component level.

faster availability to designers.

     

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。     

塑封器件的贮存环境与使用可靠性

介绍了用潮热环境试验模拟塑封器件在长期贮存时对水汽的吸附以及用潮热试验和焊接热的综合影响来评价塑封器件耐潮湿性能的方法.     

声学扫描显微镜检查在塑封器件检测中的应用

随着塑封器件在武器系统中的使用越来越广泛,塑封器件在使用中也暴露出了一些问题,如塑封器件易打磨、翻新,内部易进入水汽产生爆米花效应或内部界面分层等。作者总结近几年塑封器件DPA试验中出现的各种失效,重点对塑封器件内部界面分层以及分层产生的原因、危害进行了论述。同时,论述了声学扫描显微镜检查对内部界面分层的辨别、原理及其相关试验标准等,提出了塑封器件在型号产品中的使用建议。     

Failure analysis of leakage current in plastic encapsulated packages

Plastic encapsulated packages exhibit high leakage currents after a few hundred hours in the steam pressure pot test (SPP). The present study investigates two possible causes of leakage current. These are: (a) mold compound, (b) the polyimide tape used for co-planarity of lead frame fingers. The results of this study indicate that the leakage cur-rent is independent of the frame and is not caused by the mold compound. The data indicates that it is the ionic content and acrylic-based adhesive layer of the polyimide tape which cause the leakage current. To eliminate the leakage current, polyimide tape with low ionic content and non acrylic-based adhesive should be used. *Permanent address: School of Physics, Universiti Sains Ma-laysia, 11800 USM Penang, Malaysia.     

集成湿热及蒸汽压对塑封QFN器件的层裂影响

针对微电子封装器件的界面层裂失效问题,利用有限元法,集成湿热及蒸汽压力的作用对塑封QFN器件的界面层裂失效问题进行了建模分析,探索了塑封QFN器件参数的优化组合。结果表明,通过对各参数的优化,如EMC的αv为12×10–6/K,引线框架的E为110GPa等,界面危险裂纹尖端点的J积分降低到优化前的1/10~1/100。研究中还发现,封装器件的参数优化组合不唯一,很有必要探讨并选择一种能适合于这种多优化组合设计的方法。     

On the crack and delamination risk optimization of a Si-interposer for LED packaging

3D-integration becomes more and more an important issue for advanced LED packaging solutions as it is a great challenge for the thermo-mechanical reliability to remove heat from LEDs to the environment by heat spreading or specialized cooling technologies. Thermal copper-TSVs provide an elegant solution to effectively transfer heat from LED to the heat spreading structures on the backside of a substrate. But, the use of copper-TSVs generates also novel challenges for reliability as well as also for reliability analysis and prediction, i.e. to manage multiple failure modes acting combined – interface delamination, cracking and fatigue, in particular. In this case, the thermal expansion mismatch between copper and silicon yields to risky stress situations.To overcome cracking and delamination risks in the vicinity of thermal copper-TSVs the authors performed extensive simulative work by means of fracture mechanics approaches – an interaction integral approach within a simulative DoE and the X-FEM methodology to help clarifying crack propagation paths in silicon. The results provided a good insight into the role of model parameters for further optimizations of the intended thermal TSV-approaches in LED packaging applications.     

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。     

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。     

电子封装与焊接质量的超声显微检测技术

电子封装内部缺陷的尺度微小,引脚焊接的间距也很小,传统检测方法很难对其进行检测。超声显微技术利用聚焦高频超声来进行检测,能对试样表面、亚表面及其内部一定深度内的细微结构进行显微成像,可用来检测电子封装和评估焊接质量。文章采用高速数据采集卡、高频超声聚焦换能器、宽频脉冲收发仪与高精度运动系统,研发了一套超声显微镜系统。该系统具有较高的精度,功能基本完善,造价相对低廉,能进行全时域波形采集与存储。实验结果表明该系统能检测出电子封装内的微细缺陷,可用来评估引脚的焊接质量。     

军用电子装备应用中的塑封微电路质量保证

近年来,塑封微电路凭借着其在性能、重量、尺寸、成本、采购周期以及可获得性等方面的优势,越来越多地应用在军工电子装备中,其可靠性低的问题就越来越突出。如何将这类塑封微电路更可靠地应用于不同领域的军工电子装备中,并使风险降低到可控的范围,是广大军工电子装备制造单位正在致力探索解决的问题。浅析了塑封微电路应用于军工电子装备中的优缺点,并介绍了某型塑封微电路在地面、航空这两个不同的领域应用所执行的一套质量保证方案。     

Cu互连线显微结构和应力的AFM及SNAM分析

在ULSI中采用Cu互连线代替Al以增加电子器件的传输速度和提高器件的可靠性，Cu的激活能约为1．2eV，而Al的激活能约为0．7eV,Cu互连线寿命约为Al的3－5倍。Cu大马士革互连线的制备工艺为：在硅衬底上热氧化生成的SiO2上开出凹槽，在凹槽中先后沉积阻挡层Ta和晶种层Cu，然后由电镀的Cu层将凹槽填满，最后采用化学机械抛光将凹槽外多余的Cu研磨掉，Cu互连线的尺寸为：200um长，0．5μm厚，宽度分别为0．35，0．5，1至3μm不等，部分样品分别在200℃，300℃和450℃下经过30min退火。利用原子力显微镜（AFM）和扫描近场声学显微镜（SNAM），同时获得形貌像和声像，分别了Cu大马士革凹槽构造引起的机械应力和沉积引起的热应力对Cu互连线显微结构及可靠性的影响，SNAM是在Topometrix公司AFM基础上建造的实验装置，实验采用的机械振动频率在600Hz-100kHz之间。分析测试结果如下：1．AFM和SNAM可以实现对微米和亚微米特征尺寸的Cu互连线的局域应力分布和显微结构的原位分析。2．采用AFM，TEM、XRD观察和测试了Cu互连线的晶体结构，分析了大马士革凹槽工艺 对Cu晶粒尺寸及取向的影响。平坦的沉积态Cu膜的晶粒尺寸约为100nm；而由大马士革工艺制备的凹槽中的Cu互连线的晶粒尺寸约为70－80nm，凹槽结构抑制了晶粒生长，平坦的沉积态Cu膜有较强的（111）织构；而凹槽中的Cu互连线的（111）织构减弱，（200）和其它的晶体取向分量增强。3．SNAM声阻尼信号对材料局域应力的变化敏感，SNAM声图衬底可显示出局域应力的分布，在沉积态的Cu互连线声图中，金属和SiO2介电层的界面处像衬度强，表明该处为应力较高的区域，而在退火后的Cu互连线的声图中，金属和SiO2介电层的界面处像衬度弱，表明退火后该处应力减小，我们对Cu膜进行了宏观应力的测试，退火后应力值从沉积态的661MPa减少至359Mpa，这与SNAM声成像的结果相符合。     

高温老化期间引线键合空洞形成探讨

在金-铝金属间化合物相中形成的空洞,降低了把金丝与焊盘键合的长期可靠性。文中通过一系列微结构研究来评定引线键合中空洞的形成。把形成的空洞分为初始、环形和极小三种类型。形成初始空洞的主要原因是探测标记和铝焊盘污染,初始空洞阻碍合金扩散并使金属间化合物生长减缓。环形空洞是由热超声引线键合的超声挤榨作用造成的,这些压焊缝隙可能导致会腐蚀并降低引线键合的一类卤化物的形成。极小的空洞是在Au4Al相阶段形成的。由于不同Au4Al相形成的反应,或与金球表层上晶粒界面影响的关系,在这些空洞中会出现两种Au4Al相的纹理。     

塑封集成电路离层对可靠性的影响及解决方法

塑封集成电路因其是非气密性封装,封装材料热膨胀系数的不同以及被粘接材料表面能低,是造成塑封电路离层或开裂的内部原因。通过选择特殊的封装材料（特别是框架材料）和工艺可以解决离层或开裂问题,大大提高塑封集成电路的稳定性和可靠性。水汽是造成塑封集成电路离层或开裂的外部原因,可以通过驱除和防潮措施来解决。要提升塑封集成电路可靠性,必须从技术和工艺上解决塑封电路离层或开裂问题。我们在这方面做了有益的尝试,取得了良好的效果,为拓展塑封集成电路的应用领域创造了条件。     

各向异性导电胶互连技术的研究进展

随着微电子封装技术的发展,各向异性导电胶作为一种绿色的连接材料,广泛应用于电子产品中。文中主要介绍各向异性导电胶互连器件的粘接原理和影响其可靠性的各种因素,如粘接工艺参数、外界环境的干扰、各向异性导电胶的物理特性等。     

Use of C-SAM acoustical microscopy in package evaluations and failure analysis

Acoustical microscopy is gaining wide acceptance in the microelectronic packaging community. C-mode scanning acoustical microscopy, C-SAM, is widely used in package evaluations and for failure analysis. This paper discusses several specific topics. These include: (1) popcorn cracking in SMDs; (2) an evaluation of solder die attach in power packages; (3) an instance of top of die delamination which resulted in electrical failures; and (4) moisture sensitivity of other surface mount power packages and how it resulted in ball bond degradation during a new product qualification.