封装可靠性与失效分析93页PPT
封装可靠性测试概述.ppt
封装可靠性测试概述
学习目标
教学 目标
可靠性概念 封装可靠性 可靠性测试项目
可靠性概述
产品可靠度的性能
质量 可用性 性能
可靠性参数
封装可靠性
短时间内就损坏的产品 顾客接受的产品 顾客接受的产品
可靠性测试
不良率高
可靠性测试
盈利
21世纪
20世纪90年代 可靠性 质量
产能
可靠性测试
①预处理
可 靠
②温度循环测试
性
③热冲击
温度
测
湿度
试
④高温储藏
压强
项
⑤温度和湿度
目ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
⑥高压蒸煮
知识小结
1、可靠性概念: 产品可靠度的性能; 2、封装可靠性: 产品的不良率降低; 3、可靠性测试项目: ①预处理、②温度循环测试、③热冲击、④高温储藏、 ⑤温度和湿度、⑥高压蒸煮;
三维封装优点
三维(3D)封装:
封装可靠性测试概述.ppt
可 靠
②温度循环测试
性
③热冲击
温度
测
湿度
试
④高温储藏
压强
项
⑤温度和湿度
目
⑥高压蒸煮
知识小结
1、可靠性概念: 产品可靠度的性能; 2、封装可靠性: 产品的不良率降低; 3、可靠性测试项目: ①预处理、②温度循环测试、③热冲击、④高温储藏、 ⑤温度和湿度、⑥高压蒸煮;
三维封装优点
三维(3D)封装:
封装可靠性工程
封装可靠性测试概述
学习目标
教学 目标
可靠性概念 封装可靠性 可靠性测试项目
可靠性概述
产品可靠度的性能
质量 可用性 性能
可靠性参数
封装可靠性
短时间内就损坏的产品 顾客接受的产品 顾客接受的产品
可靠性测试
不良率高
可靠性测试
盈利
2Hale Waihona Puke 世纪20世纪90年代 可靠性 质量
产能
可靠性测试
①预处理
可靠性分析--失效分析-PPT
失效分析的对象可以是一个完整的电子产品设备,一块 单板也可以是一个元器件,但制定分析程序的基本原则 是一致的。如下:
先方案后操作 先安检后通电 先弱点后强点 先静态后动态 先外部后内部 先宏观后微观
先外设后主机 先电源后负载 先一般后特殊 先公用后专用 先简单后复杂 先主要后次要 先断电后换件 先无损后破坏 最后一定要对每一项工作做好认真的笔记,以提高失效分
• 失效分析
失效分析(Failure Analysis)的定义
失效分析是通过对失效的元器件进行必要的电、物 理、化学检测,并结合元器件失效前后的具体情况 进行 技术分析,以确定元器件的失效模式、失效机 理和造成 失效的原因。 失效分析既要从本质上研究元器件自身的 不可靠性 因素,又要分析研究其工作条件、环境应力和 时间 等因素对器件发生失效所产生的影响。 失效分析在 可靠性设计、材料选择、工艺制造和使 用维护等方面都 为有关人员提供各种科学依据。
提出预防措施及设计改进方法 根据机理分析,提出消除产生失效的办法和建议 反馈到设计、工艺、使用单位等各个方面,以便控制 乃
至完全消除主要失效模式的出现
发挥团队力量,提出防止产生失效的设想和建议 包括材料、工艺、电路设计、结构设计、筛选方法和 条
件、使用方法和条件、质量控制和管等方面
失效模式就是元器件失效的表现形式 半导体器件:开 路、短路、无功能、特性退化(劣化) 一般通过观察或 电性能测试就能发现
确定失效机理,需要选用分析、试验和观测设备对失效 样品 进行仔细分析,验证失效原因的判断是否属实。
有时需要用合格的同种元器件进行类似的破坏性试验, 观察 是否产生相似的失效现象,通过反复验证。
以失效机理的理论为指导,对失效模式、失效原因进行 理论 推理,并结合材料性质、有关设计和工艺的理论及 经验,提 出在可能的失效条件下导致该失效模式产生的 内在原因或具 体物理化学过
封装可靠性及失效分析 ppt课件
封装可靠性及失效分析
• 电测技术
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 打开封装
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 失效定位技术
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 微焦点X射线检测
封装可靠性及失效分析
• 激光温度响应方法
封装可靠性及失效分析
• 激光温度响应方法原理
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 疲劳寿命与应力和应变的关系
封装可靠性及失效分析
• 应力应变洄滞曲线
封装可靠性及失效分析
ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
ACF键合的剥离强度失效
封装可靠性及失效分析
扩散引起的失效-铝钉
封装可靠性及失效分析
• 铝钉的形成过程
封装可靠性及失效分析
• 扩散引起的失效-紫斑
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
封装可靠性及失效分析
封装可靠性及失效分析
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
封装可靠性及失效分析
• 焊点界面的金属间化合物
封装可靠性及失效分析
• 老化时间对接头强度的影响
封装可靠性及失效分析
• 由热失配导致的倒装失效
封装可靠性及失效分析
• 钎料合金的力学性能对寿命的影响
封装可靠性与失效分析
•
•
先将模具预热,将经过微互连的芯片框架插入上下模具中,上模具下 降,将芯片框架固定。 注塑压头按设定程序下降,树脂料饼经预加热器加热,粘度下降,在 注塑压头压力作用下,由料筒经流道,通过浇口分配器进入浇口,最 后注入到型腔中。
•
注入中不加压力,待封装树脂基本上填满每个型腔之后再 加压力。在加压状态下保持数分钟,树脂聚合而硬化。 上模具提升,取出模注好的封装体。切除流道、浇口等不 必要的树脂部分。 此时树脂聚合仍不充分,特性也不稳定,需要在160~180 摄氏度经数小时的高温加热,使聚合反应完结。 由于模注时树脂可能从模具的微细间隙流出,故最后还要 利用高压水及介质(玻璃粉等)的冲击力,使残留在外引脚 表面的树脂溢料(又称毛边、飞边等)剥离。
•
关于密封性,不单单取决于树脂材料,还取决于引脚的表 面状态,以及树脂材料同氧化铝陶瓷多层布线板等基体材 料的匹配情况。对于耐湿性良好而密封性不太理想的树脂, 可以通过增加基体材料表面粗糙度的方法,增加整体的密 封性。
•
树脂封装法中,芯片周围包围的树脂材料越多、有效隔离长度越长、 耐湿性越好。但另一方面,随着封装树脂量的增加及树脂中内应力的 增加,会造成陶瓷布线板发生翘曲,致使芯片布线板上搭载的芯片部 件剥离、引起WB电气连接破坏、造成布线板上膜电阻出现裂纹等。 故应正确把握树脂填充量、有效绝缘长度、内应力等因素的关系。 热膨胀系数是否匹配为内应力产生的重要起因之一。应通过改进树脂 添加成分,使树脂与电路材料热膨胀系数尽量匹配。
•
固化剂的主要成分为苯酚-酚醛系树脂,其与环氧树脂一 起对成形时的流动性及树脂特性起作用。
此外,模注树脂中还含有如下成分:促进固化反应的固化 促进剂(触媒);树脂在注模内固化后,为使其便于取出的 脱模剂;为阻止燃烧,满足阻燃特性规定的阻燃剂;以黑 色炭粉及各种颜料进行着色的着色剂等。
系统级封装的可靠性与失效分析技术研究
系统级封装的可靠性与失效分析技术研究一、概述随着微电子技术的快速发展,系统级封装(SiP,SysteminPackage)技术已经成为当今集成电路产业的重要发展方向。
SiP技术通过将多个具有不同功能或工艺的芯片及无源元件集成在一个封装体内,实现了系统功能的高度集成化和小型化,从而提高了产品的性能和可靠性。
随着封装密度的不断提高和工艺复杂性的增加,SiP技术的可靠性问题也日益凸显,失效分析技术的研究变得尤为重要。
系统级封装的可靠性主要受到封装材料、工艺、结构以及使用环境等多种因素的影响。
在封装材料方面,不同的材料具有不同的热膨胀系数、机械强度以及化学稳定性,这些差异可能导致封装体在温度变化、机械应力或化学腐蚀等条件下出现失效。
在工艺方面,封装过程中的焊接、封装胶填充等工艺环节可能引入缺陷,导致封装体的性能下降或失效。
封装体的结构设计和使用环境也是影响其可靠性的重要因素。
失效分析技术是研究和解决系统级封装可靠性问题的关键手段。
通过对失效封装体进行详细的物理和化学分析,可以确定失效的原因和机理,为改进封装工艺、优化结构设计以及提高产品可靠性提供重要依据。
目前,失效分析技术主要包括非破坏性分析和破坏性分析两大类。
非破坏性分析技术如射线检测、红外热成像等,可以在不破坏封装体的情况下检测其内部结构和性能。
而破坏性分析技术如开封、切片等,则需要通过破坏封装体来观察和分析其内部结构和失效模式。
本文旨在深入研究系统级封装的可靠性与失效分析技术,通过分析封装体的失效原因和机理,提出有效的可靠性提升方案和失效预防措施,为SiP技术的发展和应用提供有力支持。
1. 系统级封装技术的发展背景与现状随着信息技术的快速发展,电子产品正朝着小型化、集成化、高性能化的方向不断演进。
在这一背景下,系统级封装技术应运而生,成为推动电子产品发展的关键性技术之一。
系统级封装技术是指在单一封装结构内部,将多个裸芯片、元件或组件集成于一体,从而实现电子产品完整的系统或子系统功能。
12_封装可靠性与失效分析-课件
1.温度循环(TC) -40℃或-55℃或-65℃到+
2. 高温 / 高湿 / 偏压 高温、高湿环境并施正偏压或反向 铝引线或铝金属化层的 偏压工作。通常为85℃/85%RH/ 腐蚀;模塑料中的离子 (THB)
额定偏臵 性杂质的浸蚀。
3.高温贮存寿命 (HTS) 4.压力锅试验 (PCT)
高温环境下,施加偏压或不加偏压下工 高温失效机理; 作。 Al-Au互扩形成金属间化 如125℃或150℃下1000h。 合物,或金属-Si互扩散。
JEDEC(Joint Electron Devices Engineering Council ),电子元件工业联合会,作 为一个全球性组织,JEDEC所制定的标准为全行业所接受和采纳。 MIL-STD 美国军用标准,当今世界技术最先进、体系最完备的军用标准 。
温度循环曲线示意
JESD22-A104D
a注:与封装或组装密切关联的失效共计28.1%
过载(Overstress) 大弹性变形 机械 - 屈服
失效机理
磨损(Wear out)
热
- 断裂—脆性,韧性 - 裂纹,爆裂(Popcorn) - 弯曲 - 界面分开 - 热过载 - 接近Tg(玻璃化温度)
- 融化 - 蠕变断裂温度
机械
- 高低周疲劳 - 蠕变 - 磨损(磨粒磨损 等) - 金属迁移 (电/离子迁移) - 应力驱动扩散 - 表面充电 - 内部扩散 Kirkendall空洞 - 氢脆 - 腐蚀 - 解聚
失效率=失效率函数
n(t t) n(t) n(t) (t) [ N n(t) ]t [ N n(t) ]t
N为产品的总数,且足够大; n(t)为N个产品从开始工作到t时刻的累积失效数。
《集成电路封装和可靠性》培训课件:芯片互连技术
Lead Scan (LS 检测)
Packing (PK 包装)
集成电路封装测试与可靠性
1 电子级硅所含的硅的纯度很高,可 达 99.9999 99999%
1 中德电子材料公司制作的晶棒(长度 达一公尺,重量超过一百公斤)
集成电路封装测试与可靠性
debris l e f t over from the grinding process.
1 Process Methods:
1)Coarse grinding by mechanical. ( 粗磨)
2)Fine polishing by mechanical or plasma etching. ( 细磨抛光)
14
集成电路封装测试与可靠性
Wire Bonding Technology -- Die Attach Process
Purpose:
The die attach process i s to attach the sawed die in the right orientation accurately onto the substrate with a bonding medium in between to enable the next wire bond f i r s t level interconnection operation .
刀刃
集成电路封装测试与可靠性
切割设备示意图
晶圆 工作台
Dicing Blade
Silicon Wafer Flame
Flame
Blue Tape
两次进刀切割法
Wafer sawing
集成电路封装测试与可靠性
半导体器件可靠性与失效分析微电子ppt课件
39
驱动力:电子与离子动量交换和外电场产生 的综合力、非平衡态离子浓度产生的扩散 力、机械应力、热应力
影响因素: 几何因素:长度、线宽、转角、台阶、接 触孔等 材料性质:铜最好、铝较差、铝铜合金介 于其中
塑封件因吸收过多潮气,在受热例如焊接 过程中出现分层(爆米花现象); BGA封装中,模塑料与基体界的界面及粘 胶处易发生水汽爆裂。
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• 应力迁移(Stress Migration) 引子:铜互连替代铝互连,虽然铜的电阻率
较低,抗电迁移和应力迁移能力强,但应 力迁移诱生空洞,导致电阻增大甚至完全 断裂
关于混合集成电路:
• 按制作工艺,可将集成电路分为:
1.半导体集成电路(基片:半导体) 即:单片集成电路(固体电路) 工艺:半导体工艺(扩散、氧化、外延等)
2. 膜集成电路(基片:玻璃、陶瓷等绝缘体) 工艺:薄膜集成电路 真空蒸镀 溅射 化学气相沉积技术 厚膜集成电路 浆料喷涂在基片上 经烧结而成(丝网印刷技术)
29
插孔周边绝缘介质有较深的插痕
(孔学东,恩云飞主编的电)
30
偏离的半圆夹片根部有裂纹
(孔学飞主编的电)
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• 蠕变----材料在长时间恒温、恒压下,即使应力没有 达到屈服强度,也会慢慢产生塑性变形的现象
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蠕变导致焊点断裂
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• 脆性断裂 当应力超过某一值时,陶瓷、玻璃和硅等 脆性材料易发生脆性断裂。断裂一般发生 在有初始裂纹和刻痕的地方,当原有裂纹 扩展到器件的有源区时,器件将失效。
封装可靠性
最新的封装发展趋势
封装的可靠性问题
集成电路封装的可靠性要求:
保持器件管芯与外界环境隔绝,排除外界干扰,即集成电路工 作期间维持比较干燥的惰性的内部环境。
从封装的材料方面,封装可分为:
1. 气密封装:金属封装、陶瓷封装、低熔点玻璃封装 2. 塑料封装
一般塑料封装的可靠性比气密封装的差。通常在工作环境苛刻、整机 可靠性要求高或使用较长时,采用气密封装;工作环境良好条件下 采用塑料封装。在美国大量的器件采用塑料封装,气密封装大都用于 军用器件。
可靠性要求:
1. 树脂渗透性小:水份渗透过程中,水、钠离子、氯离子或具有极性 基的有机物沾污会引起金属引线部分断裂,或增加器件表面漏电
2. 塑料中的离子浓度小。 3. 热稳定性好 4. 加工性能好,尺寸稳定,成型后有较好的机械强度。
塑料封装的可靠性问题
常用的封装材料:
聚酯、聚氨酯、环氧化物、有机硅树脂(硅酮树脂)和热固性塑料 (聚酰亚胺、聚苯二甲酸二丙烯脂)。目前,主要有环氧化物和硅 酮树脂两大类。
分立
分立 分立/组合 集成
有机
有机
DCA板
SLIM
3
3
3~1
1
5~10 5~10
5~10
1
7%
10%
25%
>75%
先进的封装技术
简介
从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM,技术指标一代比一代先 进,包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1,适用频率越来 越高,耐温性能越来越好,引脚数增多,引脚间距减小,重量减 小,可靠性提高,使用更加方便等等。
实封存在问题:涂料与管芯引线的热膨胀系数不同,多次温度变化 后,会拉断引线,造成开路而导致器件失效。因此,高可靠性器件 封装均采用气密性空封。
封装可靠性及失效分析(共66张PPT)
封装可靠性及失效分析
1.1芯片键合
失效机理
扩散 化学失效 热失配和热疲劳
影响芯片键合热疲劳寿命的因素
• 焊点形状对疲劳寿命的影响
• 焊点界面的金属间化合物
• 老化时间对接头强度的影响 ACF键合的剥离强度失效
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 焊点界面的金属间化合物 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 桥连过程的结果-能量变化 由热失配导致的倒装失效 由热失配导致的倒装失效 老化时间对接头强度的影响 热膨胀系数不匹配导致的Whisker 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响 扩散引起的失效-电位移 老化时间对接头强度的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 桥连过程的结果-能量变化 钎料合金的力学性能对寿命的影响 焊点形状对疲劳寿命的影响 钎料合金的力学性能对寿命的影响
• 电位移引起的失效评估-防治措施
• 电位移导致的晶须短路
铜引线上镀锡层的Whisker生长机理
引线桥连缺陷
• 桥连发生的过程
• 桥连发生的过程解析
• 桥连过程的结果-能量变化
• 焊盘宽度的设计准则
• 墓碑缺陷
• 热膨胀系数不匹配导致的Whisker
钎料合金的力学性能对寿命的影响 老化时间对接头强度的影响 封装可靠性及失效分析 钎料合金的力学性能对寿命的影响 铜引线上镀锡层的Whisker生长机理 由热失配导致的倒装失效 影响芯片键合热疲劳寿命的因素 老化时间对接头强度的影响 1芯片键合 1芯片键合 ACF键合的剥离强度失效 焊点界面的金属间化合物 1芯片键合 桥连过程的结果-能量变化 桥连过程的结果-能量变化 ACF键合的剥离强度失效 疲劳寿命与应力和应变的关系 焊点形状对疲劳寿命的影响 疲劳寿命与应力和应变的关系 扩散引起的失效-电位移
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21、静念园林好,人间良可辞。 22、步步寻往迹,有处特依依。 23、望云惭高鸟,临木愧游鱼。 24、结庐在人境,而无车马喧;问君 何能尔 ?心远 地自偏 。 25、人生归有道,衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道