封装可靠性及失效分析

微电子封装中的可靠性设计与优化研究微电子封装是现代电子技术中重要的环节，可靠性是该领域研究的关键问题。

本文将从可靠性设计与优化的角度出发，探讨微电子封装中的可靠性问题，并提出相应的研究方向和优化策略。

一、微电子封装中的可靠性问题微电子封装是将微电子芯片、集成电路与外部介质进行物理连接和保护的过程。

在封装过程中，由于温度、湿度、机械应力等外部环境因素的影响，以及封装材料的特性限制，微电子封装可能存在以下可靠性问题：1. 焊接可靠性：封装过程中，焊接是连接芯片和外部引脚的重要方式。

焊点的质量直接影响到整个封装的可靠性。

焊点可能出现冷焊、开裂、疏松等问题，从而引起芯片与引脚的断裂，甚至导致器件失效。

2. 热传导问题：微电子封装中，芯片产生的大量热量需要通过封装材料传导和散热。

若散热不良，会导致芯片温度过高，降低器件的可靠性和寿命。

3. 封装材料的降解：封装材料因长期暴露在恶劣环境下，可能会出现老化、腐蚀、电学性能下降等问题，进而影响封装的可靠性和性能。

4. 微结构效应：微电子封装中，芯片和封装材料之间存在微结构效应，如针对封装材料的热膨胀系数不匹配，可能引起应力集中，导致微裂纹的产生和扩展，最终导致器件失效。

二、可靠性设计与优化的研究方向针对微电子封装中的可靠性问题，需要进行可靠性设计与优化的研究。

以下是几个研究方向的介绍：1. 封装材料的选择与设计：选择合适的封装材料对于提高微电子封装的可靠性至关重要。

研究人员需要综合考虑材料的热导率、机械强度、阻尼特性等因素，设计出能够满足封装要求并具备良好可靠性的材料。

2. 计算机辅助工程与模拟仿真：借助计算机辅助工程软件和模拟仿真技术，可以对微电子封装进行虚拟建模和仿真分析。

通过分析封装过程中的热传导、应力分布等问题，提前发现潜在的可靠性问题，并采取相应措施进行改进。

3. 焊接工艺的优化：焊接是微电子封装过程中容易产生可靠性问题的环节之一。

优化焊接工艺参数，控制熔化焊料的温度、时间、流动性等因素，能够降低焊接过程中的应力和热应变，提高焊接的可靠性。

芯片封装中的失效机理与故障分析研究芯片封装是集成电路制造过程中至关重要的一步，它将芯片保护起来，并与外部环境进行连接。

然而，封装过程中可能会出现各种失效和故障，这对芯片的性能和可靠性产生了负面影响。

为了提高芯片的可靠性和稳定性，科学家和工程师们一直在研究芯片封装中的失效机理和故障分析方法。

芯片封装失效机理主要包括三个方面：热失效、机械失效和化学失效。

其中，热失效是最常见的问题之一。

当芯片工作时，产生的热量会使芯片封装材料膨胀和收缩，这可能导致封装材料与芯片之间的粘合层剪切、脱离或者开裂。

此外，温度变化也会导致封装材料的劣化，使其电绝缘性能下降，从而引发故障。

机械失效主要是由于外部力导致封装材料的物理损坏。

芯片封装材料通常是脆性材料，如塑料、陶瓷等，容易在受力下发生裂纹和断裂。

例如，当芯片受到机械冲击或振动时，封装材料可能会剪切、断裂或者产生疲劳裂纹，从而导致芯片失效。

化学失效是由于封装材料与外部环境中的化学物质发生反应而导致的。

化学物质可以是氧气、湿气、有机物等。

当芯片封装材料与这些化学物质接触时，可能会发生氧化、腐蚀、电化学反应等，进而引发芯片故障。

为了解决封装失效问题，故障分析是至关重要的环节。

故障分析旨在确定芯片失效的原因，从而采取相应措施进行修复或预防。

故障分析通常包括以下几个步骤：首先，需要收集失效芯片的相关信息。

这包括失效芯片的型号、使用条件、失效模式等。

通过分析这些信息，可以初步确定芯片失效的可能原因。

其次，进行物理分析。

物理分析是指通过观察芯片失效的外观、形态和结构，来确定失效的机理。

例如，通过显微镜观察失效芯片的微观形貌，可以确定是否存在裂纹、剥离等现象。

此外，还可以使用X射线、电子束等技术进行进一步的材料分析，以确定材料的性质和存在的异常问题。

接下来，进行电学分析。

电学分析是指通过测量失效芯片的电性能参数，来判断芯片的电路结构是否正常。

例如，使用万用表、示波器等设备对芯片进行电流、电压、功率等参数的测量，以了解失效芯片的电路状态。

芯片封装基本流程及失效分析处理方法一、芯片封装芯片封装的目的在于对芯片进行保护与支撑作用、形成良好的散热与隔绝层、保证芯片的可靠性，使其在应用过程中高效稳定地发挥功效。

二、工艺流程流程一：硅片减薄分为两种操作手段。

一是物理手段，如磨削、研磨等；二是化学手段，如电化学腐蚀、湿法腐蚀等，使芯片的厚度达到要求。

薄的芯片更有利于散热，减小芯片封装体积，提高机械性能等。

其次是对硅片进行切割，用多线切割机或其它手段如激光，将整个大圆片分割成单个芯片。

流程二：将晶粒黏着在导线架上，也叫作晶粒座，预设有延伸IC晶粒电路的延伸脚，用银胶对晶粒进行黏着固定，这一步骤为芯片贴装。

流程三：芯片互联，将芯片焊区与基板上的金属布线焊区相连接，使用球焊的方式，把金线压焊在适当位置。

芯片互联常见的方法有，打线键合，载在自动键合（TAB）和倒装芯片键合。

流程四：用树脂体将装在引线框上的芯片封起来，对芯片起保护作用和支撑作用。

包封固化后，在引线条上所有部位镀上一层锡，保证产品管脚的易焊性，增加外引脚的导电性及抗氧化性。

流程五：在树脂上印制标记，包含产品的型号、生产厂家等信息。

将导线架上已封装完成的晶粒，剪切分离并将不需要的连接用材料切除，提高芯片的美观度，便于使用及存储。

流程六：通过测试筛选出符合功能要求的产品，保证芯片的质量可靠性；最后包装入库，将产品按要求包装好后进入成品库，编带投入市场。

三、芯片失效芯片失效分析是判断芯片失效性质、分析芯片失效原因、研究芯片失效的预防措施的技术工作。

对芯片进行失效分析的意义在于提高芯片品质，改善生产方案，保障产品品质。

四、测试方法1、外部目检对芯片进行外观检测，判断芯片外观是否有发现裂纹、破损等异常现象。

2、X-RAY对芯片进行X-Ray检测，通过无损的手段，利用X射线透视芯片内部，检测其封装情况，判断IC封装内部是否出现各种缺陷，如分层剥离、爆裂以及键合线错位断裂等。

3、声学扫描芯片声学扫描是利用超声波反射与传输的特性，判断器件内部材料的晶格结构，有无杂质颗粒以及发现器件中空洞、裂纹、晶元或填胶中的裂缝、IC封装材料内部的气孔、分层剥离等异常情况。

封装可靠性失效原因及其改善方案阐述长电科技（滁州）有限公司安徽省滁州市 239000 摘要：可靠性是产品质量的一个重要指标，就是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定的功能的能力。

确切的讲，一个产品的使用寿命越接近设计寿命，代表可靠性越好。

1、产品的可靠性与规定的条件密切相关。

如产品使用的环境条件、负荷大小、使用方法等。

一般，温度越高、额定负载越大，产品的可靠性就越低。

2、产品的可靠性与规定的时间也有关系。

例如，一般大型桥梁、道路的设计寿命为50～100年。

3、产品的可靠性还与规定的功能有密切的关系。

例如，一个普通的晶体管有反向漏电流、放大倍数、反向击穿电压、特征频率等多项功能。

芯片封装质量直接影响整个器件和组件的性能,随着混合集成电路向着高性能、高密度以及小型化、低成本的方向发展，对芯片的封装技术和可靠性提出了更高的要求。

本文主要阐述了几种可靠性项目及其失效的机理以及封装导致的原因，以便封装生产中规避此类异常发生。

关键字可靠性；质量；可靠性项目；失效机理；封装导致的原因。

背景描述：电子器件是一个非常复杂的系统，其封装过程的缺陷和失效也是非常复杂的。

因此，研究封装缺陷和失效需要对封装过程有一个系统性的了解，这样才能从多个角度去分析缺陷产生的原因。

封装的失效机理可以分为两类：过应力和磨损。

过应力失效往往是瞬时的、灾难性的；磨损失效是长期的累积损坏，往往首先表示为性能退化，接着才是器件失效。

失效的负载类型又可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载等。

影响封装缺陷和失效的因素是多种多样的，材料成分和属性、封装设计、环境条件和工艺参数等都会有所影响。

封装缺陷主要包括引线变形、底座偏移、翘曲、芯片破裂、分层、空洞、不均匀封装、毛边、外来颗粒和不完全固化等。

随着应用的要求越来越高，对产品封装可靠性要求也越来越高。

我们要识别一些可靠性项目考核目的、失效机理以及可能导致的原因，以便在前期FMEA中定义，从设计、生产角度来提升质量。

封装的可靠度认证试验元器件的可靠性可由固有的可靠性与使用的可靠性组成。

其中固有可靠性由元器件的生产单位在元器件的设计，工艺和原材料的选用等过程中的质量的控制所决定，而使用的可靠性主要由使用方对元器件的选择，采购，使用设计，静电防护和筛选等过程的质量控制决定。

大量的失效分析说明，由于固有缺陷导致的元器件失效与使用不当造成的失效各占50%，而对于原器件的制造可分为微电子的芯片制造和微电子的封装制造。

均有可靠度的要求。

其中下面将介绍的是封装的可靠度在业界一般的认证。

而对于封装的流程这里不再说明。

1．焊接能力的测试。

做这个试验时，取样数量通常用高的LTPD的低数目（LTPD=50%=5PCS）。

测试时须在93度的水流中浸过8小时，然后，如为含铅封装样品，其导线脚就在245度（+/-5度误差）的焊材中浸放5秒；如是无铅封装样品，其导线脚就在260度（+/-5度误差）焊材中浸放5秒。

过后，样品在放大倍率为10-20X的光学显微镜仪器检验。

验证的条件为：至少导线脚有95%以上的面积均匀的沾上焊材。

当然在MIS-750D的要求中也有说明可焊性的前处理方法叫水汽老化，是将被测样品暴露于特制的可以加湿的水蒸汽中8+-0.5小时,,其实际的作用与前面的方法一样.之后要进行干燥处理才能做浸锡处理。

2．导线疲乏测试。

这测试是用来检验导线脚接受外来机械力的忍受程度。

接受试验的样品也为LTPD的低数目（LTPD=50%=5PCS），使试样放在特殊的仪器上，如为SOJ或TSOP型封装的小产品，应加2OZ的力于待测脚。

其它封装的产品，加8OZ于待测脚上。

机器接着使产品脚受力方向作90度旋转，TSOP的封装须旋转两次，其它封装的要3次旋转。

也可以根据实际情况而定。

然后用放在倍数为10-20X 倍的放大镜检验。

验证的条件为：导线脚无任何受机械力伤害的痕迹。

3.晶粒结合强度测试。

作这样的测试时，样品的晶粒须接受推力的作用，然后用放大倍数10-20X 的光学仪器检验。