芯片封装可靠性系统培训

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塑封料对产品可靠性的影响
塑封料对产品可靠性的影响是非常大的
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塑封料对产品可靠性的影响
塑封料的成分
成分 树脂 硬化剂 填充料 催化剂 耦合剂 阻燃剂 着色剂 润滑剂 应力释放剂 流性提高剂 粘附提高剂 离子获取剂
重量 % 5-20 3-10 70-90 <2 <1 <3 <1 <1 <3 <3 <1 <1
功能 提供交联反应 提供交联反应 改善物理特性,降低成本 加快反应速度 联结树脂和填充料 满足 UL-94 要求 颜色 有助脱模 降低内部应力 提高流性,降低粘度 提高对 L/F,ST 粘附性 提高可靠性
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塑封料对产品可靠性的影响
1 SPIRAL FLOW (CM) 2 GEL TIME (AT 175度) 3 VISCOSITY Pa.s 4 THERMAL EXPANSION 1 *10E-5/度 5 THERMAL EXPANSION 2 *10E-5/度 6 TG 7 THERMAL CONDUCTIVITY cal/cm*sec*度 8 FLEXURAL STRENGTH AT 25度 kgf/mm*mm 9 FLEXURAL MODULUS AT 25度 kgf/mm*mm 10 FLEXURAL STRENGTH AT 240度 kgf/mm*mm 11SPECIFIC GRAVITY 12 VOLUME RESISTVITY AT 150度 OM-cm 13 UL FLAME CLASS 14 WATER ABOSORPTION (BOLLING 24 HOURS) 15 EXTRACTED NA+(PPM) 16 EXTRACTED CL-(PPM) 17 FILLER DIAMETER (um) 18 PH 19 SHORE D HARDNESS 20 SHRINKAGE
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铜线产品的可靠性保证
铜线键合对芯片的要求,芯片铝层厚度最低要求
压区下二氧化硅层要大于4000埃
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铜线产品的可靠性保证
铜线键合对芯片压区要求
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铜线产品的可靠性保证
铜线键合对芯片压区要求
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铜线产品的可靠性保证
铜线键合产品的注意事项
1.压区下有图形的产品尽量不要用铜线键合 2.高可靠性要求产品如工业控制\计算机\汽车电子等不要采用铜线键合 3.对VDMOS管在采用铜线键合时要注意铝层厚度必须满足>3UM 4.铜线工艺封装的产品应及时做好功能测试,测试中应注意漏电流和波形 失真等的异常,对测试良率低或者分BIN异常的要做好弹坑和CRACK的检查 5.金线键合转铜线键合要做好可靠性试验
பைடு நூலகம்26
铜线产品的可靠性保证
铜丝球焊具有的优势: (1)价格优势 (2)导电性和导热性均好于金线 (3)冲弯率好于金线
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铜线产品的可靠性保证
铜丝球焊的难点: (1)铜容易被氧化,键合工艺不稳定 (2)铜的硬度、屈服强度等物理参数高于金和铝。 键合时需要施加更 大的超声能量和键合压力, 因此容易对硅芯片造成损伤甚至是破坏。
W/B站工艺控制要点: 1. 球焊温度的控制,包括预热区、工作区和冷却区 2. 在轨道上异常停留时间的控制 3. 球焊参数优化防止弹坑、CRACK 4. 铜线产品气体的流量和氢气的含量控制 5. 第二点针印控制 6. 劈刀寿命控制 7. 球厚、球直径、铝挤出球直径、铝残留、IMC、推力、拉力 8. 球焊机器类型的选择 9.不同编号球焊机器参数的误差补偿 10.线夹的维护保养 11. 压缩气气压的稳定性 12.劈刀的选择 13.打火参数的控制 14. 焊线的选择,包括供应商的选择 15. 在线时间控制 16.空气中硫含量控制
94%
4% 1% 1%
• •
在产品压焊后塑封前对产品芯片表面点胶,来避免芯片电性能受塑封料应力的影 响,从而达到封装良率高而稳定的作用.但是芯片表面点胶也会影响产品散热,对 TO220来说这个工艺会造成产品使用时爆管增加。 可靠性方面是否会有影响需进一步评估。
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导电胶对产品可靠性的影响
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如何从工艺角度做到产品零分层
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产品防湿等级对应的不同包装要求
• LEVEL 1 求; • LEVEL 2 • • • LEVEL 3 • 产品在小于30C/85%相对湿度下存放时,包装无特殊要
产品在30C/60%条件下1年内存放时,包装无特殊要求 但是很多情况下,特别是产品在南方存放时,湿度比较高, 产品要达到1年的存放期,包装要作适当的防湿措施; 在小于30C/60%条件下,包装无防湿措施仅能保存1周, 所以产品如要长时间保存,应该采取密封包装;
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如何分析超声扫描的结果
Detectable Defects

1.Delamination 2.Package Crack 3.Die Crack 4.Void
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如何分析超声扫描的结果
超声扫描结果与切片和SEM的验证对照 SEM的标尺为1um很重要
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如何分析超声扫描的结果
超声扫描结果的判断(PRECON试验前后): 1)芯片表面不得有分层 2)焊线区域不得有分层 3)非有效区直插式产品正面分层面积不得超过10%,背面不得超过20% 非有效区表面贴装式产品正面分层面积不得超过5%,背面不得超过10% 客户要求零分层的应按照客户要求 笔记本电脑、安全控制件、军用、高可靠工业控制类按照零分层要求 4)芯片和基岛连接面TSCAN结果分层面积不得超过5% 5)可靠性试验前后分层变化率不得大于5%
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LEVEL3产品防湿标签例子
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注意: 袋内含湿敏器件 1.器件在密封袋内的寿命为:温度<40℃,湿度<90%下的寿命是12个 月 2.密封袋开封后,需要进行红外回流、气相回流、波峰焊或等效处理的 器件必须按照下列条件进行: a.)工厂条件为温度≤30℃,湿度≤60%时,168小时(若此处空白,参见 相邻的条码标签)内安装 b.)在湿度<20%的环境下储存 3.若器件符合下列条件,要求安装前烘烤. a.)温度为23加减5度时,湿度指示卡的读数>10%. b.)不符合2a或2b. 4.若要求烘烤,器件烘烤时间为: a.)低温器件容器在40℃+5℃/-0℃,5%RH下烘烤192小时 b.)高温器件容器在115℃加减5℃下烘烤8小时 口袋密封日期: (若此处空白,参见相邻的条码标签)
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如何从工艺角度做到产品零分层
时间控制:
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如何从工艺角度做到产品零分层
封装工艺控制要关注的要点小结: • 磨片进刀速度、转速、磨片厚度、去离子水电导率、粗糙度、应力残留控制 • 划片进刀速度、转速、切割深度、防静电措施、裂缝和崩角控制 • 装片压力、顶针、吸嘴、银浆头的选用、压伤控制、背面顶针印、胶厚度控制 • 装片烘烤曲线、烘箱类型选择、挥发物沾污及框架氧化控制 • 球焊第一点参数、焊针的选用、预热及球焊温度、弧度、球焊深度 IMC 弹坑 CRACK控制、 针印痕迹控制 • BGA塑封前等离子清洗效果和水珠角度测量控制 • 塑封模具的设计如顶杆位置、脱模角度、侧面粗糙度、是否开齿及塑封温度、压强、速度、 胶体错位、胶体偏心、注胶口厚度、分层和开裂控制 • 后固化温度、时间、翘曲和铰链反应程度的控制 • 冲塑刀片与胶体的距离、刀片形状如倒角控制、产品受力和分层控制 • 电镀去飞边工艺、电镀电流、前处理、后处理、镀液成份、易焊性控制、机械 化学 电 受 力和分层控制 • 切筋成形和切割分离时产品胶体受力情况的监控(显微镜检查裂缝和SAT)、共面性、防静 电 • 对薄形产品激光打印打印深度的控制 • 对产品的烘烤和真空包装、对防湿等级在MSL2、MSL3的产品在包装时的防湿和对应包装 控制
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铜线产品的可靠性保证
铜丝球焊的难点的解决办法: (1) 防止氧化---在键合时加氮氢混合气体 (2) 防止对硅芯片损伤---对芯片本身提出了要求,具体见下页 ---严格控制加工工艺,做好弹坑和 CRACK检查 (3)芯片压区设计和工艺的支持,如AL压区的AL-SI-CU成分, 避免CUP的设计等
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如产品已经吸湿使用前如何处理
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对产品进行烘烤,烘烤条件一般为: a.)低温器件容器在40℃+5℃/-0℃,5%RH下烘烤192小时 如装在塑料管里的SOP产品 b.)对编带产品在65℃~80℃下烘烤48~72小时 c.)高温器件容器在115℃~125 ℃下烘烤8小时, 如装在托盘里的QFP产品
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塑封料对产品可靠性的影响
我们需要什么样的塑封料 高粘结力 低吸水率 高抗弯强度 PH值5.2~7.5 低卤素 低应力 高稳定性
1.对薄形而且面积大的产品要充分考虑料饼的吸湿性带来的失效风险,以及料饼 收缩带来的产品翘曲。 2.对芯片在塑封体内占的面积很大的时候,必须考虑到冲切等时候受的力很多直 接加到芯片上,塑封料的抗弯强度、模量要被考虑。 3.对散热要求高的产品更应充分考虑塑封料的散热系数、玻璃化温度与对低应力 的要求的均衡,事实上塑封料的高散热系数与低应力有时侯是一对矛盾,必 要时可以采用添加了高散热材料的塑封料。 4.数字通信的(高频率的)、功率的、电源调整的、CMOS(栅的厚度与α1的要 求有直接的关系)、存储器类的等特殊要求要被充分考虑。 5.大量生产前做好小批量试验和确认工作。
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如何分析超声扫描的结果
分层与失效的关系: 1. CSCAN扫描分层显示波形没有完全反波的不一定会造成产品失效 (分层的距离基本在0.1um~0.2um级别),是否会失效需要验证; 2. TSCAN扫描使用软件判断为红色,而且红色在打线区,基本上这 个产品会造成使用失效巨大的风险;分层的距离基本在1um级别) 3. 没有分层的产品不一定不失效,如ELQFP大基岛的焊接时塑封料的 形变造成焊线与基岛脱开,如BGA焊接时BALL LIFT,这些异常很多 情况下不一定能看到分层,如可靠性PCT\HAST后球与铝层脱开造成 失效,也一般与分层无关。
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导电胶对产品可靠性的影响
导电胶对产品可靠性的影响也是非常大的
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导电胶对产品可靠性的影响
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导电胶对产品可靠性的影响
BGA 常用2025D --不导胶 2100A--导电胶
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导电胶对产品可靠性的影响
覆晶胶(白色硅胶)的成份和作用 化学物质名称 含量%
聚二甲基硅氧烷
二氧化硅 钛白粉 含氢硅油
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塑料封装是非气密封装

塑料封装属于非气密封装,塑料封装采用的塑封料和导电胶是有 一定吸水率的材料,其吸水率通常在千分之几到千分之十几左右,产 品吸收一定程度的湿气之后,在波峰焊或者红外回流焊时,湿气在高 温下迅速膨胀,从而产生产品内部的界面分层,导致连接线开路、 芯片损伤等缺点,严重的造成胶体鼓胀或裂开,即我们常说的”爆 米花”效应. • 一般来讲如回风炉温度由240°C变成260 °C ,则其蒸气压变成原 来的2.12倍. • ”爆米花”效应不是QFP产品的特有的,SOP、SSOP、TSSOP等产品 也因为吸湿经常产生
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产品防湿等级试验流程
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芯片来源更换时可以也按照流程做可靠的实验,正常后再开始批量生产
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湿气敏感等级和那些因素有关
• • • • • • • • • • 1.和封装形式有关,湿气敏感度按照封装形式由强到弱的大致顺序为 BGA\TQFP\LQFP\QFP\TSSOP\SSOP\SOP\SOT\TO\SDIP\DIP 2.和塑封材料吸水率、粘结力、耐高温性能有关 3.和导电胶的挥发物、吸水率、粘结力、耐高温性能有关 4.和产品的芯片大小、封装的引线框架基岛大小、封装体内塑封料本身 结合面积占塑封体面积有关 5.和各站封装工艺有关 6.与产品的设计结构有关 * 所有表贴封装的产品芯片与基岛面积比最小为30%. 若低于30%需进行工程风险评估(做MSL考核), 除非该封装可靠性的项目已经覆盖该框架的该情况
“集成电路封装可靠性原理、 案例分析及方案解决”高级研 修班
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可靠性常用术语
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集成电路封装常用可靠性试验对应的缺点项目
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产品防湿等级定义
• 防湿等级 • LEVEL 1 • LEVEL 2 • LEVEL 3 • • • •
非密封包装状态下存放期
标准吸湿考核条件
在小于30C/85%相对湿度无期限 85C/85% 168小时 在30C/60%条件下1年 85C/60% 168小时 在小于30C/60%条件下1周 30C/60% 192小时 加速=60C/60% 40小时 SAMPLE:50
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