塑封器件失效机理及其快速评估技术

塑封功率器件分层失效机理研究与工艺改进摘要：一、引言二、塑封功率器件的分层失效机理1.器件可靠性的重要性2.塑封功率器件的失效模式3.分层失效机理的研究意义三、塑封功率器件的工艺改进1.材料选择与优化2.封装设计与优化3.工艺参数的优化四、结论正文：一、引言随着科技的快速发展，电子器件的应用越来越广泛。

其中，塑封功率器件在工业、军事、航空航天等领域中具有举足轻重的地位。

然而，在实际应用过程中，塑封功率器件的失效问题日益凸显，严重影响了系统的稳定性和可靠性。

因此，研究塑封功率器件的分层失效机理并进行工艺改进具有重要的现实意义。

二、塑封功率器件的分层失效机理1.器件可靠性的重要性电子器件的可靠性是指在一定的使用条件下和规定的时间内，器件能够正常完成规定的功能。

对于塑封功率器件而言，其可靠性主要体现在抗热、抗湿、抗腐蚀、抗氧化等方面。

显然，提高塑封功率器件的可靠性是确保整个应用系统稳定运行的关键。

2.塑封功率器件的失效模式塑封功率器件的失效模式主要包括电气失效、物理失效和化学失效。

其中，电气失效主要包括漏电、短路等；物理失效主要包括断裂、变形等；化学失效主要包括腐蚀、老化等。

这些失效模式可能导致塑封功率器件性能下降，甚至失效。

3.分层失效机理的研究意义研究塑封功率器件的分层失效机理，有助于从源头上寻找解决失效问题的方法，为进一步提高器件的可靠性和稳定性提供理论支持。

同时，对于优化封装材料、改进封装工艺等方面也具有重要的指导意义。

三、塑封功率器件的工艺改进1.材料选择与优化材料的选择和优化是提高塑封功率器件可靠性的重要途径。

应选择具有优良的热稳定性、化学稳定性和力学性能的材料。

此外，材料的成本和环保性能也应考虑。

2.封装设计与优化封装设计应充分考虑器件的热效应、应力分布、防水性能等方面。

合理的封装设计能够有效降低器件失效的风险。

3.工艺参数的优化工艺参数的优化包括选择合适的焊接温度、焊接时间、封装压力等。

塑封料、封装材料、环氧塑封料简介和塑封IC常见失效及对策塑封料、封装材料、环氧塑封料简介和塑封IC常见失效及对策上海常祥实业以"做您身边最卓越的电子防护融合方案服务伙伴"为公司的终极目标，公司本着"和谐互动全为您"的服务宗旨，为世界级的客户提供优质服务。

上海常祥实业有限公司结合自己的经验，再结合世界顶级客户的实践，对塑封料做了简单的介绍和在塑封IC的过程中常见的失效现象以及对策做了总结，提出以下看法，供爱好者参考.塑封料，又称环氧塑封料(塑封料，EpoxyMoldingCompound)以其高可靠性、低成本、生产工艺简单、适合大规模生产等特点，占据了整个微电子封装材料97%以上的市场。

现在，它已经广泛地应用于半导体器件、集成电路、消费电子、汽车、军事、航空等各个封装领域。

环氧塑封料作为主要的电子封装材料之一，在电子封装中起着非常重要的作用，封装材料除了保护芯片不受外界灰尘、潮气、离子、辐射、机械冲击外，还起到了机械支撑和散热的功能。

随着芯片的设计业、制造业和封装业的发展，环氧塑封料也得到了快速的发展。

先进封装技术的快速发展为环氧塑封料的发展提供巨大的发展空间的同时也给环氧塑封料的发展提出了很大的挑战。

塑封料专家刘志认为:满足超薄、微型化、高性能化、多功能化，低成本化、以及环保封装的要求，是当前环氧塑封料工艺所面临的首要解决问题。

一塑封料发展状况1环氧塑封料的发展历程早在20世纪中期，塑料封装半导体器件生产的初期，人们曾使用环氧、酸酐固化体系塑封料用于塑封晶体管生产。

但是由于玻璃化温度(Tg)偏低、氯离子含量偏高等原因，而未被广泛采用。

1972年美国Morton化学公司成功研制出邻甲酚醛环氧-酚醛树脂体系塑封料，此后人们一直沿着这个方面不断地研究、改进、提高和创新，也不断出现很多新产品。

1975年出现了阻燃型环氧塑封料，1977年出现了低水解氯的环氧塑封料，1982年出现了低应力环氧塑封料，1985年出现了有机硅改性低应力环氧塑封料，1995年前后分别出现了低膨胀、超低膨环氧塑封料，低翘曲环氧塑封料等，随后不断出现绿色环保等新型环氧塑封料。

塑料封装可靠性问题浅析1、引言塑料封装器件很容易由于多种原因而导致早期失效。

这些缺陷产生的根源很多, 他们能够导致在塑封体各个部位产生一系列的失效模式和失效机理。

缺陷的产生主要是由于原材料的不匹配、设计存在缺陷或者不完善的制造工艺。

塑料封装器件同样也存在着非缺陷机理性失效, 比如PEM在空气中吸潮, 所吸收的潮气将会导致很多的问题出现, 包含在这一类失效中的就是所谓的磨损型失效机理。

这些类型的失效在后面将会进行详细的论述。

同时也将讨论避免产生缺陷的各种方法以及生产过程的优化和完善的设计。

这些都是为了保证最后成品的质量和可靠性。

2、塑料封装器件的缺陷及其预防有些缺陷很自然地归类于热机性能造成的, 而其他的缺陷通常和一些特殊的制成有关系, 比如芯片的制造、芯片的粘接、塑封、芯片的钝化、引线框架芯片基板的制造、焊丝或者后道成品包装。

这些都将在下面的讨论中看到, 同时其中的某些缺陷在分类上还是相互交叉的。

2.1、热机缺陷某些缺陷能够导致失效, 而这些缺陷都与热以及微观物质的移动有密切关系, 产生的主要原因就是环氧塑封料和不同接触界面材料的线膨胀系数不一致比如说, 当EMC固化时, 热收缩应力也随之产生这些应力将会导致巨大的拉伸和剪切应力, 作用于直接接触的芯片表面特别是在邑片的角部, 应力将会成几何级数增长, 很容易导致芯片薄膜钝化层或者芯片焊接材料以及, 芯片本身的破裂。

这些应力同样也容易导致EMC和芯片/芯片基板/引线框架之间出现分层断裂以及分层将会导致电路断开、短路以及间歇性断路问题出现。

同样它们也为潮气和污染源更容易进人塑封体内部提供了通路。

这些类型的缺陷可以通过以下措施来避免：在选择塑封料、引线框架、芯片焊接剂以及芯片钝化层的原材料时, 所有材料的线膨胀系数必须尽可能地相互匹配；芯片上部和下部塑封料的厚度应该尽可能地接近；尽量避免在设计和排版过程中出现边缘尖端以及尖角, 这样可以防止出现应力集中, 从而避免断裂的出现；最后, 提倡使用低应力塑封料以及低应力芯片焊接剂, 可以最大限度防止在封装的过程中出现多余应力。

第06章封装系统的失效机理第六章封装系统的失效机理1*封装⽅法简介在半导体器件和集成电路的⽣产⼯艺中，引线和封装⼯艺的质量对可靠性具有很重要的作⽤。

任何半导体器件，如果只有良好的管芯，⽽没有良好的/牢固的封装管壳来保护管芯，管芯的性能就要受到外部环境的影响。

例如，⾼温/低温/温度冲击/潮⽓/盐雾和低⽓压环境以及震动/冲击/离⼼⼒作⽤等都会强烈地影响管芯的性能，甚⾄引起失效。

⼀．器件对封装的要求1．保护器件的芯⽚和键合系统。

要求密封性好，机械结构牢固，防⽌来⾃外界的潮⽓和冲击。

2．使管芯与外电路实现电连接，并且稳定可靠。

3．具有较好的散热作⽤，器件⼯作时芯⽚内产⽣的焦⽿热能顺利地通过管壳散发出去，⽽且要尽量减少体积和重量。

4．超⾼频器件，管壳结构的分布电容和电感要尽可能⼩。

5．易于安装在印制板上（仅对⼩功率器件⽽⾔）。

⼆．封装⽅法⽤来封装半导体器件的外壳称为管壳，管壳⼀般由管帽和管座（也称底座）两部分构成，集成电路所使⽤的外壳⼀般可分为TO-5型/直插型和扁平型三种。

这些外壳的封装⽅法有通电流的电阻熔焊法低熔点焊锡法/低熔点玻璃法以及树脂模型法等。

（⼀）电阻熔焊法1．环性熔焊法。

这个⽅法⽤于TO-5型环形外壳的封装。

先把管帽盖在管座的顶部，然后将外壳置于上下电极之间并通以⼤电流，此时在⾼阻的凸缘部分发热和熔化并相互粘结从⽽实现密封。

密封操作⼀般在⼲燥箱中进⾏，⽤⼲氮或其它惰性⽓体置换箱内空⽓，以防⽌潮⽓侵⼊。

2.缝焊法。

这种⽅法属于电阻熔焊法，但与环形熔焊⼜不同，它有两个旋转的电极，在两个电极之间通以电流，焊接就在管帽与底座的镀⾦层之间进⾏，电极在外壳周围旋⼀圈就可完成密封。

例如陶瓷⾦属化双列直插式的管该缝焊法----平⾏封焊，就属于这种缝焊法。

（⼆）低熔点焊锡及玻璃法。

1．低熔点焊锡法。

这是⽤低熔点焊锡或钎焊料粘结底座和盖的⽅法。

密封时必须加热，低熔点焊料⼀般采⽤Au---Si（370*C）/Au---Ge（365*C）/Au（280*C）等。

塑封器件常见失效模式及其机理分析总结塑封器件（Plastic Encapsulation Device，PED）是指使用塑料作为封装材料的电子器件。

由于其低成本、轻量化、易加工等优势，塑封器件被广泛应用于各种电子设备中。

然而，塑封器件也存在一些常见的失效模式，本文将对这些失效模式及其机理进行分析总结。

1.温度失效：在高温环境下，塑封器件的封装材料容易发生老化和变形，导致器件性能下降或失效。

该失效模式的机理主要是材料的热老化，其中塑料封装材料中的添加剂如稳定剂、防护剂等会因长时间高温作用而分解或迁移，导致封装材料的物理和化学性质的变化。

2.湿气失效：湿气失效是指器件在高湿环境中发生导电路径或绝缘破坏而失效。

该失效模式的机理主要是由于湿气中的氧化物、离子等与器件内部的金属导线、介质等发生化学反应，导致电阻降低、绝缘性能下降。

3.机械失效：机械失效是指塑封器件在受到机械应力、振动等外力作用下，发生封装裂纹、金属引脚断裂等损坏而失效。

该失效模式的机理主要是由于材料的强度不足、结构设计不合理等导致的。

4.电气失效：电气失效是指器件在使用过程中发生电性能下降或功能失效。

该失效模式的机理主要包括电极与封装材料之间的接触不良、氧化等导致电阻增加；电容器内部介质的老化和损坏导致容量减小或绝缘性能下降等。

5.化学失效：化学失效是指塑封器件在受到化学物质（酸、碱、溶剂等）侵蚀或与化学物质发生反应而失效。

该失效模式的机理主要是材料与化学物质发生化学反应，导致封装材料的物理性质变化或金属导线的腐蚀等。

针对上述失效模式，可以采取以下措施来减少或避免塑封器件的失效：1.选择合适的封装材料，考虑其在高温、高湿等环境下的稳定性和耐候性。

2.优化封装结构设计，增强塑封器件的抗机械振动和应力能力，避免封装裂纹和金属引脚断裂等机械失效。

3.采取防湿措施，如封装材料添加防湿剂、采用防潮包装等，以防止湿气失效的发生。

4.优化金属电极的表面处理和封装材料的加工工艺，提高接触质量和电阻、容量的稳定性，减少电气失效的可能。

塑封功率器件分层失效机理研究与工艺改进【引言】塑封功率器件在现代电子设备中有着广泛的应用，其性能和可靠性对整个系统的稳定运行至关重要。

然而，塑封功率器件在长时间使用过程中，容易出现分层失效现象，严重影响器件的性能和寿命。

本文针对这一问题，对塑封功率器件的分层失效机理进行了深入研究，并提出了相应的工艺改进措施。

【塑封功率器件分层失效机理分析】塑封功率器件的分层失效主要与材料性质、封装过程影响和器件工作环境因素密切相关。

1.材料性质：塑封材料的选择对器件的可靠性具有重要影响。

不同的塑封材料具有不同的热膨胀系数和力学性能，容易在温度变化和机械应力作用下产生分层。

此外，塑封材料中的杂质和气泡也会降低其粘结性能，加速分层失效的产生。

2.封装过程影响：封装过程对塑封器件的可靠性也有很大影响。

封装过程中，塑封材料与器件引脚、芯片之间的界面结合力不足，容易导致分层。

此外，封装过程中的温度控制和压力分布对分层失效也有重要影响。

3.器件工作环境因素：长时间处于高温、高湿、高压等恶劣环境下的塑封器件，容易出现分层失效。

这是因为这些环境条件会加速塑封材料内部应力的累积和材料性能的退化。

【塑封功率器件分层失效的预防措施】针对塑封功率器件分层失效的机理，本文提出以下预防措施：1.材料选择：选用热膨胀系数匹配、力学性能优良且杂质含量低的塑封材料。

同时，尽量减少材料中的气泡和缺陷，提高其粘结性能。

2.封装工艺改进：优化封装过程中的温度控制和压力分布，提高塑封材料与器件引脚、芯片之间的界面结合力。

此外，采用分层失效敏感性低的封装工艺，如湿法分层封装工艺。

3.工作环境优化：尽量降低器件工作环境中的温度、湿度和压力等参数，以减缓塑封材料性能的退化和应力的累积。

【分层失效对器件性能的影响及评估】塑封器件的分层失效会导致其性能下降，甚至失效。

为评估分层失效对器件性能的影响，可通过电学测试、力学测试和热学测试等方法，对器件的导通特性、击穿电压、热稳定性等性能指标进行评估。

塑封器件常见失效模式及其机理分析1、受潮腐蚀对塑封器件而言，湿气渗入是影响其气密性导致失效的1）由于树脂本身的透湿率与吸水性，水气会直接通过塑封料包封层本体扩散到芯片表面；2）通过塑封料包封层与金属框架间的间隙，然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。

当湿气通过这两条途径到达芯片表面时，在表面形成一层导电水膜，并将塑封料中的Na+、CL－离子也随之带入，在电位差的作为下，会加速对芯片表面铝布线的电化学腐蚀，最终导致电路内引线开路。

随着电路集成度的不断提高，铝布线越来越细，因此，铝布线腐蚀对器件寿命的影响就越发严重。

其腐蚀机理均可归结为铝与离子沾污物的化学反应：由于水汽的浸入，加速了水解物质 （Na+、CL－）从树脂中的离解，同时也加速芯片表面钝化膜磷硅玻璃离解出(PO4)3－。

腐蚀过程中离解出的物质由于其物理特性改变，例如脆性增加、接触电阻值增加、热膨胀系数发生变化等，在器件使用或贮存过程中随着温度及加载电压的变化，会表现出电参数漂移、漏电流过大，甚至短路或开路等失效模式，且有些失效模式不稳定，在一定条件下有可能恢复自1962年开始出现塑封半导体器件，因其在封装尺寸、代替原先的金属、陶瓷封装器件。

但塑封器件在发展初、中期可靠性水平较低，在80年代之后，随着高纯度、低应力的塑封材料的使用，高质量的芯片钝化、芯片粘接、内涂覆材料、引线键合、加速筛选工艺及自动模制等新工艺技术的发展，使得塑封器件的可靠性逐步赶上金属封装与陶瓷封装的器件。

一般塑封器件的失效可分为早期失效和使用期失效，前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致，可通过常规电性能检测和筛选来判别；后者则是由器件的潜在缺陷引起的，潜在缺陷的行为与时间和应力有关，经验表明，受潮、腐蚀、机械应力、电过应力和静电放电等产生的失效占主导地位。

塑封器件，就是用塑封料把支撑集成芯片的引线框架、塑封器件封装材料主要是环氧模塑料。

环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂，以酚醛树脂为固化剂，再加上一些填料，如填充剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂等微量组分，在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应，产生交联固化作用使之成为热固性塑料。