1-3-半导体封装件的可靠性评价方法
半导体封装件的可靠性评价方法
Lunasus 科技公司，佐土原宽
Lunasus 科技公司细川丰
本章将依据半导体封装件可靠性评价的基本考虑方法，以故障机理为基础的实验条件介绍，并根据韦布图来解说可靠性试验下的（产品）寿命推导方法。
封装件开发及材料变化过程中的可靠性评价方法
为实现半导体封装件功能和电气特性的提高，在推动多引脚化的同时，也要发展高密度封装化下的小型、薄型化。最近，搭载多个芯片的SiP（System in Package，系统级封装）和芯片尺寸（与封装尺寸）非常相近的CSP（Chip Size Package，芯片级封装）已开始量产，封装件的构造多种多样。另外，为达成封装件低成本化和环保的要求，采用规格更高的封装件材料的开发正在活跃起来。但封装件构造的复杂化和新型材料的使用不能对制造品质和可靠性造成影响。这里将对新型封装件的开发和材料改变下的可靠性评价方法进行解说。
最近的半导体封装件多数属于树脂灌封型，对半导体单体的可靠性评价包括，高温保存（或动作）实验，耐湿性实验以及温度循环实验。另外，对于有可能要进行表面装配的高密度封装器型，需考虑焊接装配过程中的热应力情况，因此焊锡耐热性实验也是不可缺少的。这些可靠性试验，是对半导体封装件在实际使用过程中所预想发生的各种故障进行短时间评价的加速性实验方法。接下来需要先确定半导
体所发生的各种故障的主要加速原因是什么后才能进行实验。例如，对于树脂封装件来讲，湿度（水分）是造成硅芯片上金属线路受到腐蚀（图1）的主要原因之一，而温度可以加快水分浸入封装件内的速度，所以高温、高湿下的实验才有效果。与此同时，在电压也是故障主因的场合，有必要进行高温、高湿下的通电实验。
如上所述，对于封装件相关的各种故障，通过对机理的解析，找出加速实验的主要因子，设定合适的可靠性实验条件，这些就是可靠性评价的基础。
针对封装件构造的可靠性试验
正如开头所述，为实现封装件的高功能、高密度化，封装件的外观形状的主流是QFP（Quad Flat Package，四面扁平封装）和BGA
（Ball Grid Array，球栅阵列），BGA对多引脚化更有优势。ASIC （专业集成电路）制品重点发展BGA方式，随着组装技术的提高，正朝着追求更高功能的SiP方向发展。这种构造的一个例子由图2所示。
（a）是积层型SiP,最下层的ASIC是以倒装芯片的方式与基板相连接，中层（SDRAM ）和上层（NV记忆）芯片借助芯片粘接材料来固定，通过金（属）键合方式完成与基板的电气连接。由此可见，因存在多个接触界面，故存在高的故障潜在风险，所以在封装件构造的设计阶段考虑制定可靠性是很重要的。因此，通过实施针对封装件构造和使用材料的FMEA（Failure Mode and Effect Analysis，失效模
式与效果分析）能够确认其可靠性试验，检讨故障发生机理。表1收集了多年来明确的、与封装件有关的典型故障机理和可靠性试验内容。以往是
通过实施高温动作实验和高温保存实验来验证器件加工流程的可靠性，针对汽车电装系统等的应用，高温环境下的封装件可靠性需要高度重视，封装件的可靠性评价是必须的（实验）项目。再者，现在所使用的封装树脂材料，要求针对封装件开裂实行温度循环实验，针对金属线路腐蚀并增大其边际安全实行耐湿性实验，BGA和CSP在基板上的铜线路断线以及离子迁移也成为悬念。除了表1所展示的内容外，针对封装件构造的跌落实验和振动实验也是很有必要的。
铝/金连接部故障的可靠性评价
很多的可靠性试验是针对磨损故障的，可靠性试验的最终判断目的是明确实际使用环境下的产品寿命。在这里，将介绍针对铝垫与金线连接部分的合金（共晶）成长导致电阻增大（断线）的故障现象的可靠性评价实例。这种故障现象是在高温期间，铝和金的共晶层会生长，脆弱的Au4Al与树脂中的溴元素（Br）会产生高温氧化腐蚀。图3给出了铝垫与金线连接部分的大概图形。铝从铝垫中溢出，共晶层下部是Au5Al2，与金相连接的上层形成Au4Al共晶层，此共晶层在溴的作用下，最终生成电阻高的Al2O3，从而导致断线。
根据该故障的机理，可以通过实施高温保存实验这种加速评估的方法，分别推定出在3种高温条件下（150℃、175℃和200℃）的产
品精确的寿命。表2是实验结果，图4是实验韦布图。
温度与化学反应的依存性可以由阿仑尼乌斯公式表示出，以下是阿仑尼乌斯方程式，L表示故障出现的时间（寿命）。
L= A exp（Ea/ kT）……………(式1)
A：常数，Ea：活化能--（eV），
k：波尔曼常数（8.6157ⅹ10E5〈Ev/K〉）,
T：绝对温度（K）
公式1的两边取对数可以得到公式2.
LnL= A+ Ea/ kT……………………………..(式2)
在这里，设L1是温度T1下的寿命，L2是温度为T2下的寿命，即得出：
LnL1= A+ Ea/ kT1……………………………..(式3)
LnL2= A+ Ea/ kT2……………………………..(式4)
（式3）—（式4）得到消除常数A的公式5.
LnL1—LnL2 = Ea（1/ kT1—1/ kT2）……..(式5)
因此，Ea的方程式如下：
Ea= Ln(L1/L2)/（1/ kT1—1/ kT2）………….. (式6)
由韦布图表来推算，0.1%的故障率所对应的时间（定义为寿命），在温度为200℃时的寿命是136小时，175℃时的寿命是581小时，以此类推，150℃时的寿命将是2442小时。把该实验结果带入公式6，可以求出高温氧化腐蚀的活化能值，即：0.9—1.1eV。图5是活化能在等于1.0eV时，温度与寿命的相关性图表。
本稿依据了封装器件可靠性评估的基本考虑方式，来解说通过加速实验来推导（产品）寿命的方法，为缩短故障发生的时间而采用极端的高应力环境来实施评估，而这种（高应力下的）故障在实际的使用环境下并不会发生，这就有必要十分慎重地对评估条件作出检讨。
?综合评分法 ?FHW方法 ?软评价方法 ?德尔菲法 综合评分法 这一种方法是用于评价指标无法用统一的量纲进行定量分析的场合，而用无量纲的分数进行综合评价。 综合评分法是先分别按不同指标的评价标准对各评价指标进行评分，然后采用加权相加，求得总分。其顺序如下： 1、确定评价项目，即哪些指标采取此法进行评价。 2、制定出评价等级和标准。先制定出各项评价指标统一的评价等级或分值范围，然后制定出每项评价指标每个等级的标准，以便打分时掌握。这项标准，一般是定性与定量相结合，也可能是定量为主，也可以是定性为主，根据具体情况而定。 3、制定评分表。内容包括所有的评价指标及其等级区分和打分，格式如下表所示： 4、
根据指标和等级评出分数值。评价者收集和指标相关的资料，给评价对象打分，填入表格。打分的方法，一般是先对某项指标达到的成绩做出等级判断，然后进一步细化，在这个等级的分数范围内打上一个具体分。这是往往要对不同评价对象进行横向比较。 5、数据处理和评价。 （1）确定各单项评价指标得分。 （2）计算各组的综合评分和评价对象的总评分。 （3）评价结果的运用。将各评价对象的综合评分，按原先确定的评价目的，予以运用。 FHW方法 FHW（模糊、灰色、物元空间）方法是贺仲雄教授创立的一种新的决策、评价方法，是对德尔菲法的改进和发展，融合了德尔菲法、BS法（头脑风暴法）、KT法的优点，并采用了一些新兴学科的思路，如模糊数学、灰色系统理论、物元分析等，从而能定量处理联想思维，而把德尔菲法的咨询表改为FHW咨询表，把向专家咨询
的一个数（顺序、判断、打分）改为一个模糊、灰色物元。 FHW法的步骤为： （1）收集与指标相关的信息资料，以便能做出判断。 （2）填写“FHW评价表”：每个专家填写两次评价表。 第一次，不开讨论会，各自独立思考，充分发挥各自的判断才能，填写A轮评价表。这样 做的目的，是为了使专家在填表时不受“马太效应”的影响。 第二次，召开讨论会，会后再填写B轮表。讨论会上各抒己见，畅所欲言，不要求意见统一。这样可以相互启发，激发联想思维，讨论顺序，一般应和A轮表的填写顺序相反，以防止思维惯性的影响。经过讨论，专家填写B轮表时，尽可能对自己在A轮表中填写的数据作必要的修改。当然，允许不修改自己的意见。 （3） FHW方法计算各组评价指标。由于每个专家都进行了两轮咨询，所以每个项目都由两个数据，这两个数据便组成一个闭区间，组成模糊灰色物元空间，评价的结果需要得到一个数，所以必须在区间数投影到一个点上，由三种准则可供选择。 第一种，乐观准则。将区间数投影到最大值，这适用于评价条件从宽的情况。 第二种，悲观准则。将区间数投影到最小值，这适用于条件从严掌握的情况。 第三种，平均值准则。将区间数投影到两个端点的平均值。 然后计算主体评分T，总灰色N，白色优劣比S、灰色优劣比D、
详细解析常见IC封装术语 发布时间：2008-8-14 10:59:10 来源：中国芯片资料网—中国电子芯片资源网|全国专业的电子芯片资源基地|电子元件供应之家|芯片之家信息中心 在电子行业中，大家一般只对封装有大概的了解，具体封装是一个什么概念就不知道了 1、BGA(ball grid array) 球形触点陈列，表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI 芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。引脚可超过200，是多引脚LSI 用的一种封装。封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。例如，引脚中心距为1.5mm 的360 引脚BGA 仅为31mm 见方；而引脚中心距为0.5mm 的304 引脚QFP 为40mm 见方。而且BGA 不用担心QFP 那样的引脚变形问题。该封装是美国Motorola 公司开发的，首先在便携式电话等设备中被采用，今后在美国有可能在个人计算机中普及。最初，BGA 的引脚(凸点)中心距为1.5mm，引脚数为225。现在也有一些LSI 厂家正在开发500 引脚的BGA。BGA 的问题是回流焊后的外观检查。现在尚不清楚是否有效的外观检查方法。有的认为，由于焊接的中心距较大，连接可以看作是稳定的，只能通过功能检查来处理。美国Motorola 公司把用模压树脂密封的封装称为OMPAC，而把灌封方法密封的封装称为GPAC(见OMPAC 和GPAC)。 2、BQFP(quad flat package with bumper) 带缓冲垫的四侧引脚扁平封装。QFP 封装之一，在封装本体的四个角设置突起(缓冲垫) 以防止在运送过程中引脚发生弯曲变形。美国半导体厂家主要在微处理器和ASIC 等电路中采用此封装。引脚中心距0.635mm，引脚数从84 到196 左右(见QFP)。 3、碰焊PGA(butt joint pin grid array) 表面贴装型PGA 的别称(见表面贴装型PGA)。 4、C－(ceramic) 表示陶瓷封装的记号。例如，CDIP 表示的是陶瓷DIP。是在实际中经常使用的记号。 5、Cerdip 用玻璃密封的陶瓷双列直插式封装，用于ECL RAM，DSP(数字信号处理器)等电路。带有玻璃窗口的Cerdip 用于紫外线擦除型EPROM 以及内部带有EPROM 的微机电路等。引脚中心距2.54mm，引脚数从8 到42。在japon，此封装表示为DIP－G(G 即玻璃密封的意思)。 6、Cerquad 表面贴装型封装之一，即用下密封的陶瓷QFP，用于封装DSP 等的逻辑LSI 电路。带有窗口的Cerquad 用于封装EPROM 电路。散热性比塑料QFP 好，在自然空冷条件下可容许1. 5～2W 的功率。但封装成本比塑料QFP 高3～5 倍。引脚中心距有1.27mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm、0.4mm 等多种规格。引脚数从32 到368。
IC封装术语（中英文对照） 1、SOW(SmallOutlinePackage(Wide-Jype)) 宽体SOP。部分半导体厂家采用的名称。 2、SOF(smallOut-Linepackage) 小外形封装。表面贴装型封装之一，引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状(L字形)。材料有塑料和陶瓷两种。另外也叫SOL和DFP。SOP除了用于存储器LSI外，也广泛用于规模不太大的ASSP等电路。在输入输出端子不超过10～40的领域，SOP是普及最广的表面贴装封装。引脚中心距1.27mm，引脚数从8～44。另外，引脚中心距小于1.27mm的SOP也称为SSOP；装配高度不到1.27mm的SOP也称为TSOP(见SSOP、TSOP)。还有一种带有散热片的SOP。 3、SONF(SmallOut-LineNon-Fin) 无散热片的SOP。与通常的SOP相同。为了在功率IC封装中表示无散热片的区别，有意增添了NF(non-fin)标记。部分半导体厂家采用的名称(见SOP)。 4、SQL(SmallOut-LineL-leadedpackage) 按照JEDEC(美国联合电子设备工程委员会)标准对SOP所采用的名称(见SOP)。 5、SOJ(SmallOut-LineJ-LeadedPackage) J形引脚小外型封装。表面贴装型封装之一。引脚从封装两侧引出向下呈J字形，故此得名。通常为塑料制品，多数用于DRAM和SRAM等存储器LSI电路，但绝大部分是DRAM。用SOJ封装的DRAM 器件很多都装配在SIMM上。引脚中心距1.27mm，引脚数从20至40(见SIMM)。 6、SOIC(smallout-lineintegratedcircuit) SOP的别称(见SOP)。国外有许多半导体厂家采用此名称。 7、SOI(smallout-lineI-leadedpackage) I形引脚小外型封装。表面贴装型封装之一。引脚从封装双侧引出向下呈I字形，中心距1.27mm。贴装占有面积小于SOP。日立公司在模拟IC(电机驱动用IC)中采用了此封装。引脚数26。 8、SO(smallout-line) SOP的别称。世界上很多半导体厂家都采用此别称。(见SOP)。 9、SMD(surfacemountdevices) 表面贴装器件。偶而，有的半导体厂家把SOP归为SMD(见SOP)。
离子注入机 ion implanter LSS理论 Lindhand Scharff and Schiott theory 又称“林汉德-斯卡夫-斯高特理论”。 沟道效应 channeling effect 射程分布 range distribution 深度分布 depth distribution 投影射程 projected range 阻止距离 stopping distance 阻止本领 stopping power 标准阻止截面 standard stopping cross section 退火 annealing 激活能 activation energy 等温退火 isothermal annealing 激光退火 laser annealing 应力感生缺陷 stress-induced defect 择优取向 preferred orientation
制版工艺 mask-making technology 图形畸变 pattern distortion 初缩 first minification 精缩 final minification 母版 master mask 铬版 chromium plate 干版 dry plate 乳胶版 emulsion plate 透明版 see-through plate 高分辨率版 high resolution plate, HRP 超微粒干版 plate for ultra-microminiaturization 掩模 mask 掩模对准 mask alignment 对准精度 alignment precision 光刻胶 photoresist 又称“光致抗蚀剂”。 负性光刻胶 negative photoresist
1-3-半导体封装件的可靠性评价方法
半导体封装件的可靠性评价方法 Lunasus 科技公司，佐土原宽 Lunasus 科技公司细川丰 本章将依据半导体封装件可靠性评价的基本考虑方法，以故障机理为基础的实验条件介绍，并根据韦布图来解说可靠性试验下的（产品）寿命推导方法。 封装件开发及材料变化过程中的可靠性评价方法 为实现半导体封装件功能和电气特性的提高，在推动多引脚化的同时，也要发展高密度封装化下的小型、薄型化。最近，搭载多个芯片的SiP（System in Package，系统级封装）和芯片尺寸（与封装尺寸）非常相近的CSP（Chip Size Package，芯片级封装）已开始量产，封装件的构造多种多样。另外，为达成封装件低成本化和环保的要求，采用规格更高的封装件材料的开发正在活跃起来。但封装件构造的复杂化和新型材料的使用不能对制造品质和可靠性造成影响。这里将对新型封装件的开发和材料改变下的可靠性评价方法进行解说。 最近的半导体封装件多数属于树脂灌封型，对半导体单体的可靠性评价包括，高温保存（或动作）实验，耐湿性实验以及温度循环实验。另外，对于有可能要进行表面装配的高密度封装器型，需考虑焊接装配过程中的热应力情况，因此焊锡耐热性实验也是不可缺少的。这些可靠性试验，是对半导体封装件在实际使用过程中所预想发生的各种故障进行短时间评价的加速性实验方法。接下来需要先确定半导
体所发生的各种故障的主要加速原因是什么后才能进行实验。例如，对于树脂封装件来讲，湿度（水分）是造成硅芯片上金属线路受到腐蚀（图1）的主要原因之一，而温度可以加快水分浸入封装件内的速度，所以高温、高湿下的实验才有效果。与此同时，在电压也是故障主因的场合，有必要进行高温、高湿下的通电实验。 如上所述，对于封装件相关的各种故障，通过对机理的解析，找出加速实验的主要因子，设定合适的可靠性实验条件，这些就是可靠性评价的基础。 针对封装件构造的可靠性试验 正如开头所述，为实现封装件的高功能、高密度化，封装件的外观形状的主流是QFP（Quad Flat Package，四面扁平封装）和BGA
可靠性概念理解： 可靠性是部件、元件、产品、或系统的完整性的最佳数量的度量。可靠性是指部件、元件、产品或系统在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下无故障的完成其规定功能的概率。从广义上讲，“可靠性”是指使用者对产品的满意程度或对企业的信赖程度。 可靠性的技术是建立在多门学科的基础上的，例如：概率论和数理统计，材料、结构物性学，故障物理，基础试验技术，环境技术等。 可靠性技术在生产过程可以分为：可靠性设计、可靠性试验、制造阶段可靠性、使用阶段可靠性、可靠性管理。我们做的可靠性评估应该就属于使用阶段的可靠性。 机床的可靠性评定总则在GB/T23567中有详细的介绍，对故障判定、抽样原则、试验方式、试验条件、试验方法、故障检测、数据的采集、可靠性的评定指标以及结果的判定都有规范的方法。对机床的可靠性评估时，可以在此基础上加上自己即时的方法，做出准确的评估和数据的收集。 可靠性研究的方法大致可以分为以下几种： 1）产品历史经验数据的积累； 2）通过失效分析（Failure Analyze）方法寻找产品失效的机理； 3）建立典型的失效模式； 4）通过可靠性环境和加速试验建立试验数据和真实寿命之间的对应关系；5）用可靠性环境和加速试验标准代替产品的寿命认证； 6）建立数学模型描述产品寿命的变化规律； 7）通过软件仿真在设计阶段预测产品的寿命； 大致可把可靠性评估分为三个阶段：准备阶段、前提工作、重点工作。 准备阶段：数据的采集（《数控机床可靠性试验数据抽样方法研究》北京科技大学张宏斌） 用于收集可靠性数据, 并对其量化的方法是概率数学和统计学。在可靠性工程中要涉及到不确定性问题。我们关心的是分布的极尾部状态和可能未必有的载荷和强度的组合, 在这种情形下, 经常难以对变异性进行量化, 而且数据很昂贵。因此, 把统计学理论应用于可靠性工程会更困难。当前，对于数控机床可靠性研究数据的收集方法却很少有人提及, 甚至可以说是一片空白。目前, 可靠性数据的收集基本上是以简单随机抽样为主, 甚至在某些情况下只采用了某一个厂家在某一个时间段内生产的机床进行统计分析。由此所引发的问题就是: 这样收集的数据不能够很好地反映数控机床可靠性的真实状况, 同时其精度也不能够令人满意。 由于现在数控机床生产厂家众多、生产量庞大、机床型号多以及成产的批次多，这样都对数据的收集带来了很大的困难。因此，在数据采样时： （1）必须采用合理的抽样方法来得到可靠性数据; （2）简单随机抽样是目前普遍应用的抽样方法,但是必须抽取较大的样本量才能够获得较高的精度和信度; 针对以上的特点有三种数据采集的方法可以选择：简单随机抽样、二阶抽样、分层抽样。 （1）简单随机抽样：从总体N个单元中，抽取n个单元，保证抽取每个单元或者几个单元组合的概率相等。
可靠性试验的常用术语 Biil of material:BOM 材料清单 可靠性试验常用术语 试验名称英文简称常用试验条件备注 温度循环TCT —65C ~150C, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式，此温度设置为设备的极限温度 高压蒸煮PCT 121 C，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽，英文也称为autoclave 热冲击TST —65 C ~150C, dwell15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同，但温度转换速率更快，所以比温度循环 更严酷。 稳态湿热THT 85C ,85%RH., 168hrs 此试验有时是需要加偏置电压的，一般为Vcb=~, 此时试验为THBT。易焊性solderability 235C,2 ±此试验为槽焊法，试验后为1 0~40倍的显微镜下看管脚的上锡面积。 耐焊接热SHT 260C ,10 ±1s 模拟焊接过程对产品的影响。 电耐久Burn in Vce=, Ic=P/Vce,168hrs 模拟产品的使用。（条件主要针对三极管） 高温反偏HTRB 125C, Vcb=~, 168hrs 主要对产品的PN结进行考核。 回流焊IR reflow Peak C 高温贮存超声波检测225C) HTST SAT 泡、裂缝。但产品表面一定要平整。 IC 产品的质量与可靠性测试 、使用寿命测试项目Life test items 只针对SME产品进行考核，且最多只能做三次。 150C ,168hrs 产品的高温寿命考核。 检测产品的内部离层、气)：EFR, OLT (HTOL), LTOL
第五章 指标的统计与分析 可靠性主要指标依据《供电系统用户供电可靠性评价规程》选择了经常用于分析的六个关键指标分类，包括供电可靠率、用户平均停电时间、用户平均停电次数、平均停电用户数、停电持续时间。要掌握这些指标的定义和计算。 第一节 可靠性主要指标 1、用户平均停电时间 供电用户在统计期间内的平均停电小时数，是反映供电系统对用户停电时间的长短指标，记为AIHC-1， h /∑?=每次停电每次停电持续时间用户数用户平均停电时间（户) 总用户数 若不计外部影响时，则记为AIHC-2， 若不计系统电源不足限电时,则记作AIHC-3。 结合用户平均停电时间示意图讲解 2、供电可靠率 供电可靠率指在统计期间内，对用户有效供电时间总小时数与统计期间小时数的比值，是反映的供电系统对用户供电的可靠度的指标，记作RS 1， 1100%??=-? ??? 用户平均停电时间供电可靠率统计期间时间 若不计外部影响时，则记作RS 2； 若不计系统电源不足限电时，则记作RS 3。 结合可靠率指标计算中各类时间关系示意图讲解 3、用户平均停电次数
供电用户在统计期间内的平均停电次数，是反映供电系统对用户停电频率的指标， /∑=（每次停电用户数）用户平均停电次数（次户）总用户数 4、平均停电用户数 在统计期间内，平均每次停电的用户数，是反映平均停电范围大小的指标，其公式如下 /∑=（每次停电用户数）平均停电用户数（户次）停电次数 5、预安排停电平均持续时间 在统计期间内，预安排停电的每次平均停电小时数。本指标统计的是统计期间内平均每次预安排工作的持续停电时间，主要反映了总体预安排工作的合理性， h /∑=（预安排停电时间）预安排停电平均持续时间（次）预安排停电次数 6、故障停电平均持续时间 在统计期间内，故障停电的每次平均停电小时数。本指标统计的是统计期间内平均每次故障停电的持续停电时间，主要反映了平均每次对故障停电恢复能力的水平， h /∑=（故障停电时间）故障停电平均持续时间（次）故障停电次数
Abrupt junction 突变结Accelerated testing 加速实验Acceptor 受主 Acceptor atom 受主原子Accumulation 积累、堆积Accumulating contact 积累接触Accumulation region 积累区Accumulation layer 积累层 Active region 有源区 Active component 有源元 Active device 有源器件 Activation 激活 Activation energy 激活能 Active region 有源（放大）区Admittance 导纳 Allowed band 允带 Alloy-junction device 合金结器件Aluminum(Aluminium) 铝Aluminum –oxide 铝氧化物Aluminum passivation 铝钝化Ambipolar 双极的 Ambient temperature 环境温度
Amorphous 无定形的，非晶体的 Amplifier 功放扩音器放大器 Analogue(Analog) comparator 模拟比较器Angstrom 埃Anneal 退火 Anisotropic 各向异性的 Anode 阳极 Arsenic (AS) 砷 Auger 俄歇 Auger process 俄歇过程 Avalanche 雪崩 Avalanche breakdown 雪崩击穿 Avalanche excitation雪崩激发 B Background carrier 本底载流子 Background doping 本底掺杂 Backward 反向 Backward bias 反向偏置 Ballasting resistor 整流电阻 Ball bond 球形键合 Band 能带 Band gap 能带间隙 Barrier 势垒
无锡工艺职业技术学院电子信息工程系 毕业设计论文 半导体器件封装的可靠性研究 专业名称应用电子技术 学生姓名 学号 指导教师鲍小谷 毕业设计时间2010年2月20日~6月12日
半导体器件是经过衬底制备、外延、氧化、光刻、掺杂、封装等工序做出来的。但要保证做出的产品在正式生产后可以让顾客使用，且安全可靠、经久耐用，就必须在研究发展期间就将可靠度设计于产品质量中，因此试验的工作是不可少的。 试验是评估系统可靠度的一种方法，就是将成品或组件仿真实际使用环境或过应力的情况下予以试验，利用过程中失效之左证数据来评估可靠度。当然佐证资料越多，对所估计的可靠度信心也越大，可是人们又不希望采用大量样本来进行试验。若不做试验或做某种程度的试验，就根本不知道产品可靠的程度。 本文主要介绍了可靠性试验在半导体器件封装中是怎样使用的，从而来突出可靠性试验在封装中起着很重要的作用。 关键词：半导体器件；封装类型；可靠性；试验 Abstract Semiconductor substrate after the preparation, epitaxy, oxidation, lithography, doping, packaging and other processes done. However, to ensure that products made after the official production for customers to use, and safe, reliable, and durable, it is necessary to research and development in reliability during the design will be in product quality, and therefore the work of test is indispensable. Trial is to assess the system reliability of the method is that simulation will be finished products or components of the actual use of the environment or the circumstances have to be stress test, using the process of failure data to assess the reliability of proof. Of course, the more supporting information, the reliability of the estimate the greater the confidence, but people do not want to adopt a large number of samples tested. Do not test or do some degree of testing, simply do not know the extent of product reliability. This paper introduces the reliability test in semiconductor devices is how to use the package, and thus to highlight the reliability test in the package plays a very important role. Key words: Semiconductor devices; Package type; Reliability; Trial
半导体封装简介: 半导体生产流程由晶圆制造、晶圆测试、芯片封装和封装后测试组成。塑封之后，还要进行一系列操作，如后固化（Post Mold Cure）、切筋和成型 （Trim&Form）、电镀（Plating）以及打印等工艺。典型的封装工艺流程为： 划片装片键合塑封去飞边电镀打印切筋和成型外观检查成品测试包装出货。 一、DIP双列直插式封装 1. 适合在PCB(印刷电路板)上穿孔焊接，操作方便。 2. 芯片面积与封装面积之间的比值较大，故体积也较大。 二、QFP塑料方型扁平式封装和PFP塑料扁平组件式封装 QFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大型集 成电路都采用这种封装形式，其引脚数一般在100个以上。用这种形式 封装的芯片必须采用SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。 采用SMD安装的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有设计好 的相应管脚的焊点。将芯片各脚对准相应的焊点，即可实现与主板的焊 接。用这种方法焊上去的芯片，如果不用专用工具是很难拆卸下来的。 PFP（Plastic Flat Package）方式封装的芯片与QFP方式基本相同。唯一的 区别是QFP一般为正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是长方形。 QFP/PFP封装具有以下特点： 1.适用于SMD表面安装技术在PCB电路板上安装布线。 2.适合高频使用。 3.操作方便，可靠性高。 4.芯片面积与封装面积之间的比值较小。 三、PGA插针网格阵列封装 一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和 拆卸上的要求。ZIF(Zero Insertion Force Socket)是指零插拔力的插座。 1. 插拔操作更方便，可靠性高。 2. 可适应更高的频率。
天然气管网系统可靠性评价指标研究 发表时间：2019-09-22T01:20:04.140Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：刘亮[导读] 摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。贵州乌江新能源开发有限责任公司贵州省贵阳市 550002摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。天然气作为清洁的化石能源已经广泛应用于现代化建设当中，其需求量迅猛增长。天然气管网作为连接上游气源和下游市场的生命线，在国民经济和能源安全领域具有重要作用和意义。因此，确保供气管网系统安全可靠至关重要。本文就天然气管网系统可靠性评价指标展开探讨。 关键词：天然气管网系统；可靠性指标；供气可靠性 1可靠性指标天然气管网系统可靠性指标是开展天然气管网系统可靠性评价的前提，也是后期实行可靠性管理的基础。可靠性指标体系的应用对象分为系统和单元两方面，其中系统包括管网、管道、站场3个层级，单元则包括管段、压缩机组、阀门、工艺管道、储气库、LNG接收站、资源及市场等各级系统的主要组成要素。结合天然气管道生产实际，管网系统的可靠性指标应至少包含以下3类：狭义的可靠性类，反映系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；健壮性类，反映系统抗干扰能力；维修性类，反映系统发生故障后通过修复，从而恢复正常工作能力。可靠性指标体系的不同应用对象由于各自不同特点，可能适用上述3类指标中的2种或3种，如管网系统只涉及可靠性及健壮性两类指标，管道、站场系统以及一般设备单元泽可适用全部类别指标。（图1） 图1 天然气管网系统可靠性指标分类示意图对每个对象的广义各类可靠性指标而言，考虑到其多项指标间的逻辑计算关系及管理的需要，需将每类指标划分为基本指标、中间指标、综合指标3个层次（图2）。其中，基本指标为可在现场直接测量或能够利用基本参数简单计算而获得的指标；中间指标是能够反映对象某项特定性能，并能利用若干基本指标计算而获得的指标；综合指标则是狭义的可靠性类/维修性类/健壮性类的综合性能指标。一般而言，基本指标和中间指标数量不限，而综合指标数量较少，一般为1。此外，根据天然气管道管理需要，某些对象还可设置附属指标，其虽然不参与基本指标、中间指标及综合指标的计算，但可以从不同角度反映对象可靠性（狭义）、维修性及健壮性方面的能力，属于常用管理指标。在确立天然气管网系统可靠性具体指标时，要遵循以下3个原则：①能够准确反映出对象的性能，指标具体含义精准、无异议；②尽量不使用需要现场打分或专家咨询等主观手段获取分值的指标；③确保指标计算所需基础数据能够通过统计或现场检测的方法获取，否则该指标不能有效使用。 图2 天然气管网系统可靠性（广义）指标分层示意图 2管网系统水力可靠性评价指标天然气管网水力可靠性是指系统在规定时间和条件下，完成规定的供气任务的能力，用于对系统的供气能力进行评价。采用输出可用度AT、载流可用度Ao以及时刻t水平c的可用度Ac(t)等指标对油气生产运输系统的水力可靠性进行评价。 3供气可靠度供气可靠度指管网系统在规定条件和时间内，完成规定供气任务的概率。系统平均供气不足时间SAIDI指在给定时间和规定条件下，管网系统因各类原因导致的不能满足供气任务的时间均值。系统平均供气不足频率SAIFI指在给定时间和规定条件下，管网系统因各类原因造成下游用户缺气的平均次数。具体表达式为: 4天然气管道行业的可靠性评价方法天然气管道的可靠性是指在规定时间内，系统按照规定运行条件完成规定输送任务的能力。考虑到天然气管道的任务输量及最大承压等因素，相对原油管道，天然气管道系统的冗余度较小，且用户需求多样，管道的局部失效就可能引发大面积连锁事故的发生。限于此，天然气管道系统对管体结构安全性和供气保障能力都有较高的要求。中国工程院院士黄维和率先提出了天然气管道系统可靠性的概念，并对系统可靠性的评价方法和管理框架进行了初步设计。对于单条天然气管道系统的可靠性分析，重点在于管体结构可靠，在统计学方法的基础上明确各管道之间的逻辑关系，为天然气管网系统的可靠性分析奠定基础。而对于天然气管网系统的可靠性管理，需综合系统工程理论和现代物流理论的研究方法，统筹规划各子系统的可靠性历史结果，运用统计和概率的方法反映管网系统的可靠程度。天然气管道系统可靠的基本要求为保障运行安全，因而对于可靠性的研究也应以满足需求侧的供应要求作为评价标准，在保障管体结构安全的前提下实现自身功能。目前，可将天然气管道可靠性评价方法分为结构可靠性和供气可靠性两类，以实现“全方位、全生命周期”的科学管理，保障管道系统安全高效地运行。结语
Siliconingot 硅锭 Wafer晶片 Mirror wafer 镜面晶圆 Patter 晶圆片 FAB：fabrication 制造 Fabrication Facility 制造wafer生产工厂 Probe test 探针测试 Probe card 探针板 Contact 连接 Probe Tip 探头端部 Chip Function 功能 EPM：Electrical Parameter Monitoring Summary 总结 R&D：Research and Development 研究和开发MCP：Multi Chip Package 多芯片封装 POP：Package on Package e-MMC：embedded Multi Media card 嵌入式多媒体卡WLP：Wafer Level Package 晶圆级封装 SDP 一层 DDP 两层 QDP 四层
ODP 八层 Pad out Back Grind 背研磨 Wafer Grind Back Grind 磨片Overview 概述 TPM：Total Profit Management SKTPM Operation 操作 Erase 消除 Key Para. ：Key parameter 关键参数Cycling 写入次数、循环次数Retention 保留时间 Non-V olatile memory V olatile memory Read 读 Write 写 Refresh 更新 Speed 速度、速率、转速 Restore 修复、恢复 Electrical Signal 电信号 WFBI：Wafer Burn-In PT1H：Probe Test 1 Hot Test PT1C：Probe Test 1 Cold Test
半导体封装件的可靠性评价方法 Lunasus 科技公司，佐土原宽 Lunasus 科技公司细川丰 本章将依据半导体封装件可靠性评价的基本考虑方法，以故障机理为基础的实验条件介绍，并根据韦布图来解说可靠性试验下的（产品）寿命推导方法。 封装件开发及材料变化过程中的可靠性评价方法 为实现半导体封装件功能和电气特性的提高，在推动多引脚化的同时，也要发展高密度封装化下的小型、薄型化。最近，搭载多个芯片的SiP（System in Package，系统级封装）和芯片尺寸（与封装尺寸）非常相近的CSP（Chip Size Package，芯片级封装）已开始量产，封装件的构造多种多样。另外，为达成封装件低成本化和环保的要求，采用规格更高的封装件材料的开发正在活跃起来。但封装件构造的复杂化和新型材料的使用不能对制造品质和可靠性造成影响。这里将对新型封装件的开发和材料改变下的可靠性评价方法进行解说。 最近的半导体封装件多数属于树脂灌封型，对半导体单体的可靠性评价包括，高温保存（或动作）实验，耐湿性实验以及温度循环实验。另外，对于有可能要进行表面装配的高密度封装器型，需考虑焊接装配过程中的热应力情况，因此焊锡耐热性实验也是不可缺少的。这些可靠性试验，是对半导体封装件在实际使用过程中所预想发生的各种故障进行短时间评价的加速性实验方法。接下来需要先确定半导
体所发生的各种故障的主要加速原因是什么后才能进行实验。例如，对于树脂封装件来讲，湿度（水分）是造成硅芯片上金属线路受到腐蚀（图1）的主要原因之一，而温度可以加快水分浸入封装件内的速度，所以高温、高湿下的实验才有效果。与此同时，在电压也是故障主因的场合，有必要进行高温、高湿下的通电实验。 如上所述，对于封装件相关的各种故障，通过对机理的解析，找出加速实验的主要因子，设定合适的可靠性实验条件，这些就是可靠性评价的基础。 针对封装件构造的可靠性试验 正如开头所述，为实现封装件的高功能、高密度化，封装件的外观形状的主流是QFP（Quad Flat Package，四面扁平封装）和BGA（Ball
A.晶圆封装测试工序 一、IC检测 1. 缺陷检查Defect Inspection 2. DR-SEM(Defect Review Scanning Electron Microscopy) 用来检测出晶圆上是否有瑕疵，主要是微尘粒子、刮痕、残留物等问题。此外，对已印有电路图案的图案晶圆成品而言，则需要进行深次微米范围之瑕疵检测。一般来说，图案晶圆检测系统系以白光或雷射光来照射晶圆表面。再由一或多组侦测器接收自晶圆表面绕射出来的光线，并将该影像交由高功能软件进行底层图案消除，以辨识并发现瑕疵。 3. CD-SEM(Critical Dimensioin Measurement) 对蚀刻后的图案作精确的尺寸检测。 二、IC封装 1. 构装（Packaging） IC构装依使用材料可分为陶瓷（ceramic）及塑胶（plastic）两种，而目前商业应用上则以塑胶构装为主。以塑胶构装中打线接合为例，其步骤依序为晶片切割（die saw）、黏晶（die mount / die bond）、焊线（wire bond）、封胶（mold）、剪切/成形（trim / form）、印字（mark）、电镀（plating）及检验（inspection）等。 (1) 晶片切割（die saw） 晶片切割之目的为将前制程加工完成之晶圆上一颗颗之晶粒（die）切割分离。举例来说：以0.2微米制程技术生产，每片八寸晶圆上可制作近六百颗以上的64M微量。 欲进行晶片切割，首先必须进行晶圆黏片，而后再送至晶片切割机上进行切割。切割完后之晶粒井然有序排列于胶带上，而框架的支撐避免了胶带的皱褶与晶粒之相互碰撞。 (2) 黏晶（die mount / die bond） 黏晶之目的乃将一颗颗之晶粒置于导线架上并以银胶（epoxy）粘着固定。黏晶完成后之导线架则经由传输设备送至弹匣（magazine）内，以送至下一制程进行焊线。 (3) 焊线（wire bond） IC构装制程（Packaging）则是利用塑胶或陶瓷包装晶粒与配线以成集成电路（Integrated Circuit；简称IC），此制程的目的是为了制造出所生产的电路的保护层，避免电路受到机械性刮伤或是高温破坏。最后整个集成电路的周围会向外拉出脚架（Pin），称之为打线，作为与外界电路板连接之用。
封装和质量术语 以下是 TI 常见封装组、系列和偏好代码的定义，此外还有在评估 TI 封装选项时可能十分有用的其他重要术语。 常见封装组定义 BGA球栅阵列 CFP同时包括定型和不定型 CFP = 陶瓷扁平封装 LGA基板栅格阵列 PFM塑料法兰安装封装 QFP四方扁平封装 SIP单列直插式封装 OPTO*光传感器封装 = 光学 RFID射频识别设备 CGA柱栅阵列 COF薄膜覆晶 COG玻璃覆晶 DIP双列直插式封装 DSBGA芯片尺寸球栅阵列（WCSP = 晶圆级芯片封装） LCC引线式芯片载体 NFMCA-LID带盖的基体金属腔 PGA针栅阵列 POS基板封装 QFN四方扁平封装无引线 SO小外形 SON小外形无引线 TO晶体管外壳 ZIP锯齿形直插式 uCSP微型芯片级封装 DLP数字光处理 模块模块 TAB载带自动键合封装 封装系列定义 CBGA陶瓷球栅阵列
CDIP玻璃密封陶瓷双列直插式封装CDIP SB侧面钎焊陶瓷双列直插式封装CPGA陶瓷针栅阵列 CZIP陶瓷锯齿形封装 DFP双侧引脚扁平封装 FC/CSP倒装芯片/芯片级封装 HLQFP热增强型低厚度 QFP HQFP热增强型四方扁平封装 HSOP热增强型小外形封装 HTQFP热增强型薄型四方扁平封装HTSSOP热增强型薄型紧缩小外形封装HVQFP热增强型极薄四方扁平封装JLCC J 形引线式陶瓷或金属芯片载体LCCC无引线陶瓷芯片载体 LQFP低厚度四方扁平封装 PDIP塑料双列直插式封装 SOJ J 形引线式小外形封装 SOP小外形封装（日本） SSOP紧缩小外形封装 TQFP薄型四方扁平封装 TSSOP薄型紧缩小外形封装 TVFLGA薄型极细基板栅格阵列 TVSOP极薄小外形封装 VQFP极薄四方扁平封装 DIMM*双列直插式内存模块 HSSOP*热增强型紧缩小外形封装LPCC*无引线塑料芯片载体 MCM*多芯片模块 MQFP*金属四方扁平封装 PLCC*塑料引线式芯片载体 PPGA*塑料针栅阵列 SDIP*紧缩双列直插式封装 SIMM*单列直插式内存模块 SODIMM*小外形双列直插式内存模块TSOP*薄型小外形封装 VSOP*极小外形封装
喷气织机 可靠性评价文件 （试行） 二O一O年六月
可靠性文件前言 前言 为了提高我国纺织机械产品质量水平和可靠性,增强企业竞争力，中国纺织机械器材工业协会提出了建立纺织关键设备可靠性评价体系的要求,并组织喷气织机生产企业、使用单位和科研院所编写了本文件。本文件经中国纺织机械器材工业协会组织审核后定稿。 本文件共由三个部分组成： ——第一部分：喷气织机可靠性试验评定规范 ——第二部分：喷气织机可靠性分配的原则和方法 ——第三部分：喷气织机的故障模式及判据 参与编制单位：无锡丝普兰喷气织机制造有限公司、必佳乐（苏州工业园区）纺织机械有限公司、经纬纺织机械股份有限公司、中国纺织机械股份有限公司、山东日发纺织机械有限公司、广东丰凯机械股份有限公司、浙江泰坦股份有限公司、石家庄纺织机械有限责任公司、青岛星火集团、常熟纺织机械厂有限公司、东华大学、中国恒天集团、国家纺织机械质量监督检验中心
喷气织机可靠性试验评定规范 1 范围 本文件规定了喷气织机（以下简称织机）可靠性测定试验方法及其评价指标的计算方法。 本文件适用于对批量生产的织机进行可靠性测定试验及评定，织机上的器材（喷嘴、钢筘、综框、综丝、停经片等）、电气装置（电控箱、储纬器、电磁离合器、经停装置、纬停装置等）和微机控制系统，也可以同主机同时进行测定试验。 2 引用文件 GB /T3187 —1994 可靠性、维修性术语 GB/T5080.1—1986 设备可靠性试验 总要求 GB/T5080.4—1985 设备可靠性试验 可靠性测定试验的点估计和区间估计方法（指数分布） GJB 899—1990 可靠性鉴定和验收试验 FZ/T 9400× 喷气织机 3 试验的目的 3.1 通过可靠性试验，了解喷气织机现有的可靠性水平，找出产品薄弱环节，为企业提高产品可靠性提供依据，不断满足用户对设备的可靠性要求。 3.2 通过测定喷气织机可靠性的指标值，验证产品的可靠性水平，提高生产企业的知名度和影响力。 4 测定试验指标及计算方法 4.1 早期失效期 早期失效期主要反映产品因环境、设计、工艺、安装等方面不良引起的故障。 4.2 早期失效期考核要求 4.2.1 对于新产品设计，企业应进行产品的分阶段的可靠性设计和评审。 4.2.2 零部件加工和整机安装，应具备相应的过程控制和工艺流程规范。 4.2.3 整机出厂前，经检测合格后，应按相关试验条件进行运转试验。 4.3 早期失效期的平均无故障工作时间MTBF ∑==n i i t r MTBF 1 1. ……………… ( 1 ) 式中：r — 在试验时间内织机累计故障次数 n — 织机抽样试验台数 t i — 在评定周期内第i 台织机的实际工作时间 注：试验中若r = 0，则延长试验时间，直到出现故障为止。 4.4 偶然失效率期的平均无故障工作时间MTBF
评价指标体系构建原则及综合评价方法设置评价指标体系时一般要遵循以下原则： （1）区域性原则 衡量一个研究对象的运行情况，要从特定的区域出发因地制宜、发挥优势，评价指标要具有针对性。 （2）动态性原则 研究对象是一个动态的过程，指标的选取不仅要能够静态的反映考核对象的发展现状，还要动态的考察其发展潜力。选取的指标要能够具有动态性，可以衡量同一指标在不同时段的变动情况，并且要求所选指标在较长的时间具有实际意义。 （3）可量化原则 数据的真实性和可靠性是进行监测的前提条件和重要保障，需要大量的统计数据作为支持。选取的指标应该具有可量化的特点，在保证指标有较高反映考核对象的前提下，能够直接查到或者通过计算间接得到指标数据，以保证评价的可操作性，同时数据来源要具有权威性，这样能保证正确评估研究对象。（4）层次性原则 一级指标同时分别设立多个具体的子指标。在众多指标中，把联系密切的指标归为一类，构成指标群，形成不同的指标层，有利于全面清晰的反映研究对象。 综合评价方法的选取： 随着计算机技术飞速发展和普遍应用，用于定量评价多指标问题的多指标综合评价法被广泛应用到经济、生活的各个方面，特别是SAS、SPSS等统计软
件的使用更加提高综合评价法的实用性。目前用于分析多指标体系的综合评价方法主要有模糊综合评价法、灰色综合评价法、数据包络分析法（DEA 法）、层次分析法、主成分分析法以及因子分析法以等多种方法，不同方法的评价结果都是依据指数或分值对参评对象的综合状况进行排序评价。 在综合评价过程中，指标权重的确定十分重要。对指标赋值主要有主观赋值和客观赋值，也有将主观、客观赋值法结合起来的。对于指标数量比较大时，采用传统的主观赋值法确定指标的权重则难以全面把握众多指标，依赖主观判断会增大或降低一些指标的重要程度，导致实证的结果难以反映客观实际情况。客观赋值法如主成分分析法、变异系数法、熵值法等，权重的确定是根据各项指标的变异程度或者各指标之间的相互关系。具体采用哪一种方法需要根据所构建指标体系的特点以及实证的目的来确定。 综合评价方法的选取要依据研究对象的特点而定，采用客观赋权法的主成分分析能避免主观因素的影响，且提取主成分也能减少工作量。以下对常用的层次分析和主成分分析两种综合评价方法做简单介绍。 （1）层次分析法 层次分析法（The Analytic Hierarchy Process ）简记AHP ，是美国运筹学家等人提出的一种定量和定性分析相结合的多准则决策方法，广泛应用于分析复杂的社会、经济以及科学管理领域的问题。其基本原理是通过构造层次分析结构，排列组合得出优劣次序来为决策者提供依据。具体步骤如下：首先构建包括目标层、准则层和指标层三个层次的层次分析结构模型，反映系统各因素之间的关系。其次是构造判断矩阵，将各层因素进行两两比较，对于各因素之间重要性的比较可以通过专家咨询法，判别主要依据常用的1-9标度法。然后对1.0<=RI CI CR