集成电路芯片封装第十五讲.ppt

1、 桂林电子科技大学职业技术学院 封装可靠性工程 前课回顾 2 2、气密性封装常用材料、气密性封装常用材料 、气密性封装定义与近气密性封装、气密性封装定义与近气密性封装 陶瓷、金属、玻璃 3 3、金属气密性封装的分类、金属气密性封装的分类 平台插入式、腔体插入式、扁平式和圆形金属封装 气密性封装是指完全能够防止污染物的侵入和腐蚀的 封装形式；介于Full-Non：材料不同、工艺相同 浴盆曲线浴盆曲线 失效率失效率时间关系曲线时间关系曲线 企业测试企业测试 企业通常在芯片封装完成后会进行两方面检测：质量测企业通常在芯片封装完成后会进行两方面检测：质量测 试和可靠性测试试和可靠性测试二者的区别？二者

2、的区别？ 二者区别： 质量测试产品的可用性，是否符合使用要求：非破坏 性测试。 可靠性测试产品的耐用性：寿命和寿命合理性，通常 为破坏性实验或对产品性能有影响的测试。 可靠性测试项目可靠性测试项目 不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同，但所包不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同，但所包 含的测试项目基本一致。含的测试项目基本一致。 可靠性测试项目可靠性测试项目 各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法，测试各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法，测试 有一定的顺序。各试验均采用有一定的顺序。各试验均采用随机抽样随机抽样进行测试，不同的进行测试，不同的 企业采用的标准不尽相同：企业采用的标

3、准不尽相同：不同水准的标准不同水准的标准。 热致失效：长时间高温或温度循环 热应力来源：PCB制造过程中的热冲击或热循环 组装过程中的热冲击或热循环 工作过程中的热循环 机械失效：过载与冲击失效、振动失效 电子组装失效机理电子组装失效机理 测试目的在于确定组装完成的电路具有性能优劣程度测试目的在于确定组装完成的电路具有性能优劣程度 和寿命：失效主要出现在三个方面：和寿命：失效主要出现在三个方面：【元器件、元器件、PCBPCB和互和互 连焊点连焊点】，从失效原因角度来看又分为机械失效、热致失，从失效原因角度来看又分为机械失效、热致失 效和电化学失效，其中元器件失效以热致失效为主。效和电化学失效，

4、其中元器件失效以热致失效为主。 导电污染物引起桥连 电化学腐蚀 导电阳极丝生长-阴极孔洞 锡（晶）须-Tin whiskers 失效机理失效机理- -电化学失效电化学失效 预处理测试（预处理测试（PreconPrecon测试）测试） 预处理的必要性：电子产品的成品与半成品在 到达客户之前有一段较长时间间隔，且需要经历 包装和运输等阶段的外界干扰，存在有潜在损坏 产品的因素：国际合作化和代工加工 预处理测试是指在产品出厂前预处理测试是指在产品出厂前模拟模拟产品达到客户端前产品达到客户端前 可能经历的实际阶段，并将模拟后的产品用于后续可靠性可能经历的实际阶段，并将模拟后的产品用于后续可靠性 试验的

5、样品。试验的样品。 预处理测试模拟了产品由芯片制造企业到最终用户端预处理测试模拟了产品由芯片制造企业到最终用户端 的全过程，只有通过了的全过程，只有通过了PreconPrecon测试，产品才能进入到后测试，产品才能进入到后 续测试项目。续测试项目。 预处理测试（预处理测试（PreconPrecon测试）测试） 预处理测试流程预处理测试流程 产品抽样产品抽样 检查电气性能和内部结构检查电气性能和内部结构 T/CT/C测试：模拟实际运输过程测试：模拟实际运输过程 水分干燥处理：模拟实际真空包装水分干燥处理：模拟实际真空包装 恒温放置吸湿恒温放置吸湿 模拟焊接：电气特性和内部结构测试模拟焊接：电气特

6、性和内部结构测试 越接近实际状况，测试结果越有指导意义 预处理模拟环境等级预处理模拟环境等级 加速试验加速试验不改变失效机理前提下不改变失效机理前提下, ,通过强化试验条件使受试产品加通过强化试验条件使受试产品加 速失效速失效, ,便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指 标。加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生标。加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生 的故障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频的故障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频 率

7、功率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。率功率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。 芯片测试常见产品问题芯片测试常见产品问题 预处理测试中常见芯片问题：爆米花效应、分层开裂预处理测试中常见芯片问题：爆米花效应、分层开裂 和电路失效等：随工艺温度提升，元器件吸入的潮气在高和电路失效等：随工艺温度提升，元器件吸入的潮气在高 温作用下汽化并急剧膨胀，形成很大的压力。温作用下汽化并急剧膨胀，形成很大的压力。 爆米花现象（爆米花现象（popcorn effectpopcorn effect） 高温下，由于元器件吸收过多潮气产生的塑封体开裂现象高温下，由于元器件吸收过多潮气产生

8、的塑封体开裂现象 T/CT/C测试测试 T/CT/C测试即温度循环测试即温度循环 测试，测试进行时需要测试，测试进行时需要 控制测试设备四个参数控制测试设备四个参数 ：热腔温度、冷腔温度热腔温度、冷腔温度 、循环次数和芯片停留、循环次数和芯片停留 时间。时间。 各材料界面间随环境温度变化热胀冷缩，进而引起裂各材料界面间随环境温度变化热胀冷缩，进而引起裂 纹、脱层和电性能失效等。纹、脱层和电性能失效等。 温度循环测试温度循环测试 脱层与开裂模型脱层与开裂模型 解决方案：材料选择匹配性要好；增加缓冲材料层解决方案：材料选择匹配性要好；增加缓冲材料层 T/ST/S测试测试 T/ST/S（Therma

9、l Shock TestThermal Shock Test）测试指温度冲击试验，）测试指温度冲击试验， 用来测试封装体抗热冲击的能力。与温度循环区别在于热用来测试封装体抗热冲击的能力。与温度循环区别在于热 量的加载速度：骤冷骤热。测试参数选择及产品性能测试量的加载速度：骤冷骤热。测试参数选择及产品性能测试 与温度循环相类似。与温度循环相类似。 HTSHTS测试测试 HTSHTS（High Temperature StorageHigh Temperature Storage）测试指测试样品）测试指测试样品 长时间暴露于高温环境下的耐久性试验。将封装产品放置长时间暴露于高温环境下的耐久性试验。

10、将封装产品放置 在惰性气体保护环境下测试其电性能和其他性能。在惰性气体保护环境下测试其电性能和其他性能。 高温下，半导体材料活化性高温下，半导体材料活化性 增强，物质间扩散加剧：机械特增强，物质间扩散加剧：机械特 性差的材料易损坏。柯肯达尔空性差的材料易损坏。柯肯达尔空 洞：物质间扩散洞：物质间扩散- -AlAl和和AuAu 解决办法：采用同种物质连解决办法：采用同种物质连 接电路；增加扩散阻挡层；避免接电路；增加扩散阻挡层；避免 产品长时间处于高温环境。产品长时间处于高温环境。 TSTS测试机理测试机理 THTH测试测试 THTH测试常称为蒸煮测试，是测试芯片封装体在高温测试常称为蒸煮测试，

11、是测试芯片封装体在高温 、潮湿环境下的耐久性试验。测试在、潮湿环境下的耐久性试验。测试在等压、恒温、恒湿等压、恒温、恒湿锅锅 体中进行，实验结束后测定封装体电路通断特性。体中进行，实验结束后测定封装体电路通断特性。 塑封塑封EMCEMC（Epoxy Molding Epoxy Molding CompoundCompound）材料吸湿性强，）材料吸湿性强， 内部电路在潮湿环境下很容内部电路在潮湿环境下很容 易漏电和短路。可通过改善易漏电和短路。可通过改善 材料成分控制吸湿性。材料成分控制吸湿性。 PCPC测试测试 PCPC（Pressure CookerPressure Cooker）测试又称

12、为高压蒸煮测试，）测试又称为高压蒸煮测试， 是在是在THTH测试基础上增加环境压强以缩短测试时间，实验工测试基础上增加环境压强以缩短测试时间，实验工 具为具为“高压锅高压锅”。 PCPC测试最后，同样是测试产测试最后，同样是测试产 品的电路通断特性，特别是品的电路通断特性，特别是 LeadfFrameLeadfFrame和和EMCEMC材料的结材料的结 合处：采用合处：采用UVUV光照射检测。光照射检测。 可靠性测试可靠性测试 可靠性测试的目的在于检验封装芯片的可靠度性能，可靠性测试的目的在于检验封装芯片的可靠度性能， 一个良好的封装体必须具有良好的一个良好的封装体必须具有良好的耐湿、耐高温耐湿、耐高温能力，以能力，以 上六个测试项目均与温度和湿度密不可分，芯片封装体的上六个测试项目均与温度和湿度密不可分，芯片封装体的 失效或寿命不合格多是因为热、湿引起的综合作用。失效或寿命不合格多是因为热、湿引起的综合作用。 可靠性测试结果应如实反馈回封装设计工艺 端，从而有助于通过调整材料和工艺来改善产 品的可靠性：正反馈与负反馈