芯片封装可靠性系统培训课件.pptx

1、2022年8月16日星期二芯片封装可靠性系统培芯片封装可靠性系统培训训可靠性常用术语集成电路封装常用可靠性试验对应的缺点项目产品防湿等级定义产品防湿等级定义防湿等级防湿等级 非密封包装状态下存放期非密封包装状态下存放期 标准吸湿考标准吸湿考核条件核条件LEVEL 1 在小于在小于30C/85%相对湿度无期限相对湿度无期限 85C/85%168小时小时LEVEL 2 在在30C/60%条件下条件下1年年 85C/60%168小时小时LEVEL 3 在小于在小于30C/60%条件下条件下1周周 30C/60%192小时小时 加速加速=60C/60%40小时小时 SAMPLE：50 塑料封装是非气密

2、封装塑料封装是非气密封装 塑料封装属于非气密封装塑料封装属于非气密封装,塑料封装采用的塑封料和导电塑料封装采用的塑封料和导电胶是有一定吸水率的材料胶是有一定吸水率的材料,其吸水率通常在千分之几到千分之其吸水率通常在千分之几到千分之十几左右十几左右,产品吸收一定程度的湿气之后产品吸收一定程度的湿气之后,在波峰焊或者红外回在波峰焊或者红外回流焊时流焊时,湿气在高温下迅速膨胀湿气在高温下迅速膨胀,从而产生产品内部的界面分层，从而产生产品内部的界面分层，导致连接线开路、芯片损伤等缺点，严重的造成胶体鼓胀或导致连接线开路、芯片损伤等缺点，严重的造成胶体鼓胀或裂开裂开,即我们常说的即我们常说的”爆米花爆米

3、花”效应效应.一般来讲如回风炉温度由一般来讲如回风炉温度由240240C C变成变成260 260 C,C,则其蒸气压变则其蒸气压变成原来的成原来的2.122.12倍倍.”爆米花爆米花”效应不是效应不是QFPQFP产品的特有的，产品的特有的，SOPSOP、SSOPSSOP、TSSOPTSSOP等产品也因为吸湿经常产生等产品也因为吸湿经常产生如产品已经吸湿使用前如何处理如产品已经吸湿使用前如何处理对产品进行烘烤，烘烤条件一般为对产品进行烘烤，烘烤条件一般为:a.)低温器件容器在低温器件容器在40+5/-0,5%RH下烘烤下烘烤192小小时时 如装在塑料管里的如装在塑料管里的SOP产品产品b.)对

4、编带产品在对编带产品在6580下烘烤下烘烤4872小时小时c.)高温器件容器在高温器件容器在115125 下烘烤下烘烤8小时小时,如装在托盘里的如装在托盘里的QFP产品产品产品防湿等级对应的不同包装要产品防湿等级对应的不同包装要求求LEVEL 1 产品在小于产品在小于30C/85%相对湿度下存放时相对湿度下存放时,包装无包装无特殊要求特殊要求;LEVEL 2 产品在产品在30C/60%条件下条件下1年内存放时年内存放时,包装无特殊包装无特殊要求要求 但是很多情况下但是很多情况下,特别是产品在南方存放时特别是产品在南方存放时,湿度湿度比较高比较高,产品要达到产品要达到1年的存放期年的存放期,包装

5、要作包装要作适当的防湿适当的防湿措施措施;LEVEL 3 在小于在小于30C/60%条件下条件下,包装无防湿措施仅能保包装无防湿措施仅能保存存1周周,所以产品如要长时间保存所以产品如要长时间保存,应该采取应该采取密封包装密封包装;LEVEL3产品防湿标签例产品防湿标签例子子注意:袋内含湿敏器件1.器件在密封袋内的寿命为：温度40，湿度90%下的寿命是12个月2.密封袋开封后，需要进行红外回流、气相回流、波峰焊或等效处理的器件必须按照下列条件进行：a.)工厂条件为温度30，湿度60%时，168小时（若此处空白，参见相邻的条码标签）内安装b.)在湿度20%的环境下储存3.若器件符合下列条件，要求安

6、装前烘烤.a.)温度为23加减5度时，湿度指示卡的读数10%.b.)不符合2a或2b.4.若要求烘烤，器件烘烤时间为:a.)低温器件容器在40+5/-0,5%RH下烘烤192小时b.)高温器件容器在115加减5下烘烤8小时口袋密封日期：(若此处空白，参见相邻的条码标签)产品防湿等级试验流程产品防湿等级试验流程*芯片来源更换芯片来源更换时可以也按照流程做可靠的实验时可以也按照流程做可靠的实验,正常后再开始批量生产正常后再开始批量生产湿气敏感等级和那些因素有湿气敏感等级和那些因素有关关1.和封装形式有关和封装形式有关,湿气敏感度按照封装形式由强到弱的大致顺序湿气敏感度按照封装形式由强到弱的大致顺序

7、为为 BGATQFPLQFPQFPTSSOPSSOPSOPSOTTOSDIPDIP2.和塑封材料吸水率、粘结力、耐高温性能有关和塑封材料吸水率、粘结力、耐高温性能有关3.和导电胶的挥发物、吸水率、粘结力、耐高温性能有关和导电胶的挥发物、吸水率、粘结力、耐高温性能有关 4.和产品的芯片大小、封装的引线框架基岛大小、封装体内塑封料和产品的芯片大小、封装的引线框架基岛大小、封装体内塑封料本身结合面积占塑封体面积有关本身结合面积占塑封体面积有关5.和各站封装工艺有关和各站封装工艺有关6.与产品的设计结构有关与产品的设计结构有关*所有表贴封装的产品芯片与基岛面积比最小为所有表贴封装的产品芯片与基岛面积比

8、最小为30%.若低于若低于30%需进行工程风险评估需进行工程风险评估(做做MSL考核考核),除非该封装可靠性的项目已经覆盖该框架的该情况除非该封装可靠性的项目已经覆盖该框架的该情况塑封料对产品可靠性的影响塑封料对产品可靠性的影响是非常大的塑封料对产品可靠性的影响是非常大的塑封料对产品可靠性的影响塑封料的成分塑封料的成分1 SPIRAL FLOW（CM）2 GEL TIME（AT 175度）3 VISCOSITY Pa.s4 THERMAL EXPANSION 1 *10E-5/度5 THERMAL EXPANSION 2 *10E-5/度6 TG7 THERMAL CONDUCTIVITY c

9、al/cm*sec*度8 FLEXURAL STRENGTH AT 25度 kgf/mm*mm9 FLEXURAL MODULUS AT 25度 kgf/mm*mm10 FLEXURAL STRENGTH AT 240度 kgf/mm*mm11SPECIFIC GRAVITY 12 VOLUME RESISTVITY AT 150度 OM-cm13 UL FLAME CLASS14 WATER ABOSORPTION(BOLLING 24 HOURS)15 EXTRACTED NA+(PPM)16 EXTRACTED CL-(PPM)17 FILLER DIAMETER(um)18 PH19

10、SHORE D HARDNESS20 SHRINKAGE塑封料对产品可靠性的影响塑封料对产品可靠性的影响塑封料对产品可靠性的影响塑封料对产品可靠性的影响高粘结力高粘结力低吸水率低吸水率高抗弯强度高抗弯强度PH值值5.27.5低卤素低卤素低应力低应力高稳定性高稳定性我们需要什么样的塑封料我们需要什么样的塑封料1.对薄形而且面积大的产品要充分考虑料饼的吸湿性带来的失效风险，以及料饼收缩带来的产品翘曲。2.对芯片在塑封体内占的面积很大的时候，必须考虑到冲切等时候受的力很多直接加到芯片上，塑封料的抗弯强度抗弯强度、模量要被考虑。3.对散热要求高的产品更应充分考虑塑封料的散热系数、玻璃化温度与对低应力的

11、要求的均衡，事实上塑封料的高散热系数与低应力有时侯是一对矛盾，必要时可以采用添加了高散热材料的塑封料。4.数字通信的（高频率的）、功率的、电源调整的、CMOS（栅的厚度与1的要求有直接的关系）、存储器类的等特殊要求要被充分考虑。5.大量生产前做好小批量试验和确认工作。导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响也是非常大的导电胶对产品可靠性的影响也是非常大的导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响BGA 常用常用2025D-不导胶不导胶 2100A-导电胶导电胶覆晶胶(白色硅胶)的成份和作用在产品压焊后塑封前对

12、产品芯片表面点胶,来避免芯片电性能受塑封料应力的影响,从而达到封装良率高而稳定的作用.但是芯片表面点胶也会影响产品散热，对TO220来说这个工艺会造成产品使用时爆管增加。可靠性方面是否会有影响需进一步评估。化学物质名称含量%聚二甲基硅氧烷94%二氧化硅4%钛白粉1%含氢硅油1%导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响导电胶对产品可靠性的影响如何从工艺角度做到产品零分层如何从工艺角度做到产品零分层W/B站工艺控制要点：1.球焊温度的控制，包括预热区、工作区和冷却区2.在轨道上异常停留时间的控制3.球焊参数优化防止弹坑、CRACK4.铜线产品气体的流量和氢气的含量控

13、制5.第二点针印控制6.劈刀寿命控制7.球厚、球直径、铝挤出球直径、铝残留、IMC、推力、拉力8.球焊机器类型的选择9.不同编号球焊机器参数的误差补偿10.线夹的维护保养11.压缩气气压的稳定性12.劈刀的选择13.打火参数的控制14.焊线的选择，包括供应商的选择15.在线时间控制16.空气中硫含量控制如何从工艺角度做到产品零分层如何从工艺角度做到产品零分层时间控制：封装工艺控制要关注的要点小结：磨片进刀速度、转速、磨片厚度、去离子水电导率、粗糙度、应力残留控制划片进刀速度、转速、切割深度、防静电措施、裂缝和崩角控制装片压力、顶针、吸嘴、银浆头的选用、压伤控制、背面顶针印、胶厚度控制装片烘烤曲

14、线、烘箱类型选择、挥发物沾污及框架氧化控制球焊第一点参数、焊针的选用、预热及球焊温度、弧度、球焊深度 IMC 弹坑 CRACK控制、针印痕迹控制BGA塑封前等离子清洗效果和水珠角度测量控制塑封模具的设计如顶杆位置、脱模角度、侧面粗糙度、是否开齿及塑封温度、压强、速度、胶体错位、胶体偏心、注胶口厚度、分层和开裂控制后固化温度、时间、翘曲和铰链反应程度的控制冲塑刀片与胶体的距离、刀片形状如倒角控制、产品受力和分层控制电镀去飞边工艺、电镀电流、前处理、后处理、镀液成份、易焊性控制、机械 化学 电 受力和分层控制切筋成形和切割分离时产品胶体受力情况的监控（显微镜检查裂缝和SAT）、共面性、防静电对薄形

15、产品激光打印打印深度的控制对产品的烘烤和真空包装、对防湿等级在MSL2、MSL3的产品在包装时的防湿和对应包装控制4如何从工艺角度做到产品零分层如何从工艺角度做到产品零分层Detectable Defects 1.Delamination 2.Package Crack 3.Die Crack 4.Void如何分析超声扫描的结果如何分析超声扫描的结果如何分析超声扫描的结果如何分析超声扫描的结果超声扫描结果与切片和SEM的验证对照SEM的标尺为1um很重要如何分析超声扫描的结果如何分析超声扫描的结果超声扫描结果的判断（PRECON试验前后）：1）芯片表面不得有分层 2）焊线区域不得有分层 3）非

16、有效区直插式产品正面分层面积不得超过10%,背面不得超过20%非有效区表面贴装式产品正面分层面积不得超过5%,背面不得超过10%客户要求零分层的应按照客户要求 笔记本电脑、安全控制件、军用、高可靠工业控制类按照零分层要求 4）芯片和基岛连接面TSCAN结果分层面积不得超过5%5）可靠性试验前后分层变化率不得大于5%如何分析超声扫描的结果如何分析超声扫描的结果分层与失效的关系：1.CSCAN扫描分层显示波形没有完全反波的不一定会造成产品失效 （分层的距离基本在0.1um0.2um级别），是否会失效需要验证；2.TSCAN扫描使用软件判断为红色，而且红色在打线区，基本上这 个产品会造成使用失效巨大

17、的风险；分层的距离基本在1um级别）3.没有分层的产品不一定不失效，如ELQFP大基岛的焊接时塑封料的 形变造成焊线与基岛脱开，如BGA焊接时BALL LIFT，这些异常很多 情况下不一定能看到分层，如可靠性PCTHAST后球与铝层脱开造成 失效，也一般与分层无关。铜丝球焊具有的优势：（1）价格优势（2）导电性和导热性均好于金线（3）冲弯率好于金线 铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜丝球焊的难点：（1）铜容易被氧化，键合工艺不稳定（2）铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。键合时需要施加更 大的超声能量和键合压力，因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠

18、性保证铜丝球焊的难点的解决办法：（1）防止氧化-在键合时加氮氢混合气体（2）防止对硅芯片损伤-对芯片本身提出了要求,具体见下页 -严格控制加工工艺,做好弹坑和 CRACK检查（3）芯片压区设计和工艺的支持，如AL压区的AL-SI-CU成分，避免CUP的设计等铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线键合对芯片的要求,芯片铝层厚度最低要求压区下二氧化硅层要大于4000埃铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线键合对芯片压区要求铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线键合对芯片压区要求铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线键合产品的注意事项压区下有图形的产品尽量不要用铜线键合高可靠性要求产品如工业控制计算机汽车电子等不要采用铜线键合对VD管在采用铜线键合时要注意铝层厚度必须满足铜线工艺封装的产品应及时做好功能测试，测试中应注意漏电流和波形 失真等的异常，对测试良率低或者分BIN异常的要做好弹坑和CRACK的检查金线键合转铜线键合要做好可靠性试验 铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线键合控制要点：1.避免弹坑和CRACK铜线产品的可靠性保证铜线产品的可靠性保证铜线键合控制要点：2.球厚度、球大小、带铝挤出球大小符合规范