集成电路芯片封装第十五讲
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集成电路芯片封装第十五讲
可靠性测试项目
不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同， 不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同，但所包 含的测试项目基本一致。 含的测试项目基本一致。
可靠性测试项目
各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法， 各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法，测试 有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进行测试， 有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进行测试，不同的 随机抽样进行测试 企业采用的标准不尽相同：不同水准的标准。 企业采用的标准不尽相同：不同水准的标准。
可靠性测试结果应如实反馈回封装设计工艺 端，从而有助于通过调整材料和工艺来改善产 品的可靠性：正反馈与负反馈
预处理测试流程
产品抽样 检查电气性能和内部结构 T/C测试： T/C测试：模拟实际运输过程 测试 水分干燥处理： 水分干燥处理：模拟实际真空包装 恒温放置吸湿 模拟焊接： 模拟焊接：电气特性和内部结构测试
越接近实际状况，测试结果越有指导意义
预处理模拟环境等级
加速试验—不改变失效机理前提下, 加速试验 不改变失效机理前提下,通过强化试验条件使受试产品加 不改变失效机理前提下 速失效, 速失效,便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指 加速试验有助于产品尽早投放市场， 标。加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生 的故障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子， 的故障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频 率功率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。 率功率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。
高温下， 高温下，由于元器件吸收过多潮气产生的塑封体开裂现象
T/C测试 T/C测试
T/C测试即温度循环 T/C测试即温度循环 测试， 测试，测试进行时需要 控制测试设备四个参数 ：热腔温度、冷腔温度 热腔温度、 、循环次数和芯片停留 时间。 时间。
芯片封装专业知识培训讲义
1500
100 pF
Device Under Test
芯片封装研专究业生知教识育培训
新一代封装技术（柔性连接）
芯片封装研专究业生知教识育培训
新一代封装技术（3D连接）
Packaging Technology with 2 or More DIE Stacked in a Single Package or Multiple Packages Stacked Together
芯片封装研专究业生知教识育培训
CSP模式
・Wrist Camera (Fujitsu) ・G-SHOCK Watch (IEP)
Wire-bonding
27mm
WLCSP
shrink
30mm
75% down-size mounting area
芯片封装研专究业生知教识育培训
芯片封装（ Flip-chip ）
芯片封装研专究业生知教识育培训
芯片封装（邦定）
Two methods
芯片封装研专究业生知教识育培训
芯片封装（结构形式）
过孔和表面贴装形式
芯片封装研专究业生知教识育培训
芯片封装（高级模式）
Bond wires contribute parasitic inductance Fancy packages have many signal, power layers
芯片封装研专究业生知教识育培训
芯片封装发展史
1959 - Planar technology invented
芯片封装研专究业生知教识育培训
芯片封装发展史
1960 - Epitaxial deposition developed Bell Labs developed the technique of Epitaxial
芯片封装详细图解通用课件
焊接方法主要有两种：热压焊接 和超声焊接。
焊接过程中需要控制温度、时间 和压力等参数，以保证焊接质量
和可靠性。
封装成型
封装成型是将已贴装和焊接好的芯片封装在保护壳内的过程。
封装材料主要有金属、陶瓷和塑料等。
成型过程中需要注意保护好芯片和引脚，防止损坏和短路。同时要保证封装质量和 外观要求。
质量检测
VS
详细描述
高性能的芯片封装需要具备低延迟、高传 输速率和低功耗等特性，以满足电子设备 在运行速度、响应时间和能效等方面的需 求。同时，高可靠性的封装能够确保芯片 在各种环境条件下稳定运行，提高产品的 使用寿命和可靠性。
多功能集成化
总结词
为了满足电子设备多功能化的需求，芯片封 装也呈现出多功能集成化的趋势。
02
芯片封装流程
芯片贴装
芯片贴装是芯片封装流程的第 一个环节，主要涉及将芯片按 照设计要求粘贴在基板上。
粘贴方法主要有三种：粘结剂 粘贴、导电胶粘贴和焊接粘贴 。
粘贴过程中需要注意芯片的方 向和位置，确保与设计要求一 致，同时要保的引脚与基板 的引脚对应焊接在一起的过程。
塑料材料具有成本低、重量轻、加工方便等优点，常用于 封装壳体和绝缘材料等。
常用的塑料材料包括聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯等，其加 工工艺包括注塑成型、热压成型等。
其他材料
其他材料包括玻璃、石墨烯、碳纳米管等新型材料，具有优异的性能和广阔的应 用前景。
这些新型材料的加工工艺尚在不断发展和完善中。
05
芯片封装发展趋势
02
陶瓷材料主要包括95%Al2O3、 Al2O3-ZrO2、Al2O3-TiO2等， 其加工工艺包括高温烧结、等静 压成型和干压成型等。
金属材料
半导体 第十五讲 互连
铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质是导体原 子与通过该导体电子流之间 存在相互作用，当一个铝金 属粒子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候，它 将受到两个方向相反的作用 力：
（1）静电作用力，方向沿 着电场（电流）的方向。 （2）由于导电电子与金属 原（离）子之间的碰撞引起的相 互间的动量交换，我们称之为 “电子风”作用力，方向沿着电 子流的方向。
以Cu作为互连材料的工艺流程
刻蚀引线沟槽 去掉刻蚀停止层 淀积刻蚀停止层 淀积介质材料 光刻通孔图形 去掉光刻胶 刻蚀通孔 溅射势垒和籽晶层 光刻引线沟槽图形 金属填充通孔 去掉光刻胶 CMP 金属层
电迁移现象是集成电路 制造中需要努力解决的 一个问题。特别是当集 成度增加，互连线条变 窄时，这个问题更为突 出。
早期互连技术：铝互连
铝互连的优点：
铝在室温下的电阻率仅为2.7μΩ·cm； 与n+ 和p+ 硅的欧姆接触电阻可以低至 10E- 6Ω/cm2；与硅和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积与刻蚀。由于上述优 点，铝成为集成电路中最早使用的互连 金属材料。
• 引入铜工艺技术，可以说是半导体制造业的一场 革命。由此带来了设计、设备、工艺、材料、可 靠性以及工艺线管理等方面的巨大变化。从技术 层面上来说，涉及工艺线后段从光刻、等离子刻 蚀、铜金属化、化学机械抛光、多层介质、清洗 ，直到工艺集成的所有模块。 • 随着设计的进一步缩小，金属布线层不断增加， 随之而来的互联延迟也随之加大。
三层夹心结构
在两层铝膜之间增加一个约50nm的过渡金属层（如Ti）可以改 善铝的电迁移。这种方法可以使MTF值提高2-3个量级，但工艺 比较复杂。
采用新的互连金属材料
目前应用最广泛的互连技术：铜互连
集成电路芯片封装第十五讲共25页
集成电路芯片封装第十五讲
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
Hale Waihona Puke •10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
Hale Waihona Puke •10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢！
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
集成电路芯片封装技术培训课程(ppt 35页)
Package–sized systems
微电子封装技术的演变
微电子封装技术的演变
PAST
1970s
DIP
PRESENT
1980s
PGA
2000s
1990s
QFP
BGA
FUTURE
CSP
WLP
2010s
SIP
SOP
Single Chip:
Chip
Connector:
Board MCM:
Package
高起点、微电子封装技术产业链构建迅速
封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存
封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存
封装形态、封装工艺、封装材料由产品的电特性、导热性能、可靠性需求、材料工艺技术和成本价格等因素决定。
发展方向：轻、薄、短、小
物体由于温度改变而有胀缩现象，等压条件下，单位温度变所导致的体积变化，即热膨胀系数表示。
元器件埋置或芯片嵌入
SCM 与MCM（Single/Multi Chip Module）
微电子技术发展对封装的要求
二、适应更高得散热和电性能要求
1、IC功能集成度增大，功耗增加，封装热阻增大
2、电信号延迟和串扰等现象严重
解决途径：
1、降低芯片功耗：双极型-PMOS-CMOS-？？？
2、增加材料的热导率：成本
微电子技术发展对封装的要求
三、集成度提高 适应大芯片要求
CTE失配—热应力和热变形
解决途径：
1、采用低应力贴片材料：使大尺寸IC采用CTE接近
Si的陶瓷材料，但目前环氧树脂封装仍为主流
2、采用应力低传递模压树脂 消除封装过程中的热应
力和残留应力。
3、采用低应力液态密封树脂
微电子封装技术的演变
微电子封装技术的演变
PAST
1970s
DIP
PRESENT
1980s
PGA
2000s
1990s
QFP
BGA
FUTURE
CSP
WLP
2010s
SIP
SOP
Single Chip:
Chip
Connector:
Board MCM:
Package
高起点、微电子封装技术产业链构建迅速
封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存
封装技术发展快速与封装材料业发展落后并存
封装形态、封装工艺、封装材料由产品的电特性、导热性能、可靠性需求、材料工艺技术和成本价格等因素决定。
发展方向：轻、薄、短、小
物体由于温度改变而有胀缩现象，等压条件下，单位温度变所导致的体积变化，即热膨胀系数表示。
元器件埋置或芯片嵌入
SCM 与MCM（Single/Multi Chip Module）
微电子技术发展对封装的要求
二、适应更高得散热和电性能要求
1、IC功能集成度增大，功耗增加，封装热阻增大
2、电信号延迟和串扰等现象严重
解决途径：
1、降低芯片功耗：双极型-PMOS-CMOS-？？？
2、增加材料的热导率：成本
微电子技术发展对封装的要求
三、集成度提高 适应大芯片要求
CTE失配—热应力和热变形
解决途径：
1、采用低应力贴片材料：使大尺寸IC采用CTE接近
Si的陶瓷材料，但目前环氧树脂封装仍为主流
2、采用应力低传递模压树脂 消除封装过程中的热应
力和残留应力。
3、采用低应力液态密封树脂
2024版集成电路芯片封装技术培训课程
术培训课程•封装技术概述•封装材料选择与性能要求•芯片与基板连接技术•封装工艺流程详解•先进封装技术探讨•封装设备选型及使用注意事项•封装质量管理与可靠性评估方法目录封装技术概述封装定义与作用封装定义封装作用保护芯片免受外部环境的影响，如温度、湿度、机械应力等；为芯片提供稳定的电气连接和信号传输；实现芯片与外部器件的连接和互操作。
封装技术发展历程中期封装技术早期封装技术逐渐出现塑料封装和陶瓷封装，体积减小、重量减轻、成本降低。
现代封装技术SOP 封装小外形封装，引脚从两侧引出，体积小、重量轻，适合表面贴装。
BGA 封装3D 封装将多个芯片在垂直方向上堆叠起来，通过穿硅通孔等技术实现芯片间的互连，可大幅提高集成度和性能。
DIP 封装双列直插式封装，引脚从两侧引出，插装方便，但封装密度较低。
QFP 封装CSP 封装芯片尺寸封装，引脚间距极小，可实现与裸片相近的尺寸和性能。
010203040506常见封装类型及其特点封装材料选择与性能要求铜铝金030201陶瓷塑料玻璃密封材料环氧树脂低成本、良好的密封性和绝缘性，广泛用于中低端封装。
硅橡胶高弹性、耐高低温、良好的密封性，用于高端封装和特殊环境。
聚酰亚胺高热稳定性、良好的绝缘性和机械强度，用于高端封装。
导电性能绝缘性能热稳定性能机械性能性能要求及测试方法芯片与基板连接技术超声键合利用超声波振动能量实现芯片与基板的连接，适用于对温度敏感的材料和微小间距的连接。
热压键合利用高温和压力将芯片与基板连接，适用于大规模生产，具有高效率和高可靠性的特点。
激光键合利用激光能量局部加热芯片和基板实现连接，具有高精度和高灵活性的特点。
1 2 3金丝球焊铜丝压焊铝丝压焊载带自动键合技术(TAB)内引线TAB01外引线TAB02多层TAB03对连接后的芯片进行拉力、剪切力等机械性能测试，以评估连接的牢固程度。
机械性能测试电性能测试环境适应性测试可靠性寿命测试对连接后的芯片进行电阻、电容等电性能测试，以评估连接的电气性能。
集成电路芯片封装
第一章集成电路芯片封装概述(P1)封装概念：狭义：利用膜技术及微细加工技术，将芯片及其他要素在框架或基板上布置、粘贴固定及连接，引出接线端子并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺。
广义：将封装体与基板连接固定，装配成完整的系统或电子设备，并确保整个系统综合性能的工程。
（P3）芯片封装实现的功能：1、传递功能2、传递电路信号3、提供散热途径4、结构保护与支持（P4）封装工程的技术层次封装工程始于集成电路芯片制成之后，包括集成电路芯片的粘贴固定、互连、封装、密封保护、与电路板的连接、系统组合，直到最终产品完成之前的所有过程。
第一层次：又称为芯片层次的封装，是指把集成电路芯片与封装基板或引脚架之间的粘贴固定、电路连线与封装保护的工艺，使之成为易于取放输送，并可与下一层次组装进行连接的模块（组件）元件。
第二层次：将数个第一层次完成的封装与其他电子元器件组成一个电路卡的工艺。
第三层次：将数个第二层次完成的封装组装的电路卡组合成在一个主电路板上使之成为一个部件或子系统的工艺。
第四层次：将数个子系统组装成为一个完整电子产品的工艺过程。
在芯片上的集成电路元器件间的连线工艺也称为零级层次的封装，因此封装工程也可以用五个层次区分。
（P5）封装的分类：1、按封装集成电路芯片的数目：单芯片封装（SCP）和多芯片封装（MCP）2、按密封材料区分：高分子材料（塑料）和陶瓷3、按器件与电路板互连方式：引脚插入型（PTH）和表面贴装型（SMT）4、按引脚分布形态：单边引脚、双边引脚、四边引脚和底部引脚SMT器件有L型、J型、I型的金属引脚。
SIP：单列式封装SQP：小型化封装MCP：金属鑵式封装DIP：双列式封装CSP：芯片尺寸封装QFP：四边扁平封装PGA：点阵式封装BGA：球栅阵列式封装LCCC：无引线陶瓷芯片载体第二章封装工艺流程（P19）封装流程一般分为两个部分：用塑料封装（固封）之前的工艺步骤称为前段操作，在成型之后的工艺步骤称为后段操作。
半导体-第十五讲-互连
• 在正、负电极之间加波形电场，有两种方 式，一是加脉冲波形，另一种是加多级直 流电场。
一种3参数2级直流电场示意图
• 正电场时加快图形底部扩散层的置换，最 终达到消除空洞的目的。负电场明显改进 图形侧壁的平均淀积速率，其产生的铜离 子梯度分布加快底部的淀积速度。人们研 究发现脉冲电场与低的正向电流相结合， 可以显著改进电镀铜在孔颈部位的夹断现 象，从而减小中间空洞。
铝互连的不足（二）：电迁移现象
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
电迁移现象的本质是导体原 子与通过该导体电子流之间 存在相互作用，当一个铝金 属粒子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候，它 将受到两个方向相反的作用 力：
（1）静电作用力，方向沿 着电场（电流）的方向。
铜电镀工艺技术
• 电镀工艺早以应用于电子工业，但真正能 在铜金属布线工艺中得以推广还是近几年 的事情，铜电镀的重要优点是：
• （1）淀积条件易于控制； • （2）淀积速度较快，可以＞ 350nm/min； • （3）与低介电常数介质材料有良好兼容性
，因为铜电镀是在低温（通常为室温）、 常压的条件下进行。
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
电迁移现象：
金属化引线中的电迁移现 象是一种在大电流密度作 用下的质量输运现象。质 量输运是沿电子流动方向 进行的，结果在一个方向 形成空洞，而在另一个方 向则由于金属原子的堆积 形成小丘。前者将使互连 引线开路或断裂，而后者 会造成光刻的困难和多层 布线之间的短路。
以Cu作为互连材料的工艺流程
因为在很多方面Cu的性质与铝不同。所以不能用 传统的以铝作为互连材料的布线工艺。对以Cu作 为互连的工艺来说，目前被人们看好并被普遍采 用的技术方案是所谓的Daul Damascene（双镶 嵌）工艺。其主要特点是对任何一层进行互连材 料淀积的同时，也对该层与下层之间的Via进行 填充，而CMP平整化工艺只对导电金属层材料进 行，因此，与传统的互连工艺相比，工艺步骤得 到简化，相应的工艺成本得到降低，这是铜互连 工艺技术所带来的另一优点。
一种3参数2级直流电场示意图
• 正电场时加快图形底部扩散层的置换，最 终达到消除空洞的目的。负电场明显改进 图形侧壁的平均淀积速率，其产生的铜离 子梯度分布加快底部的淀积速度。人们研 究发现脉冲电场与低的正向电流相结合， 可以显著改进电镀铜在孔颈部位的夹断现 象，从而减小中间空洞。
铝互连的不足（二）：电迁移现象
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
电迁移现象的本质是导体原 子与通过该导体电子流之间 存在相互作用，当一个铝金 属粒子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候，它 将受到两个方向相反的作用 力：
（1）静电作用力，方向沿 着电场（电流）的方向。
铜电镀工艺技术
• 电镀工艺早以应用于电子工业，但真正能 在铜金属布线工艺中得以推广还是近几年 的事情，铜电镀的重要优点是：
• （1）淀积条件易于控制； • （2）淀积速度较快，可以＞ 350nm/min； • （3）与低介电常数介质材料有良好兼容性
，因为铜电镀是在低温（通常为室温）、 常压的条件下进行。
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
电迁移现象：
金属化引线中的电迁移现 象是一种在大电流密度作 用下的质量输运现象。质 量输运是沿电子流动方向 进行的，结果在一个方向 形成空洞，而在另一个方 向则由于金属原子的堆积 形成小丘。前者将使互连 引线开路或断裂，而后者 会造成光刻的困难和多层 布线之间的短路。
以Cu作为互连材料的工艺流程
因为在很多方面Cu的性质与铝不同。所以不能用 传统的以铝作为互连材料的布线工艺。对以Cu作 为互连的工艺来说，目前被人们看好并被普遍采 用的技术方案是所谓的Daul Damascene（双镶 嵌）工艺。其主要特点是对任何一层进行互连材 料淀积的同时，也对该层与下层之间的Via进行 填充，而CMP平整化工艺只对导电金属层材料进 行，因此，与传统的互连工艺相比，工艺步骤得 到简化，相应的工艺成本得到降低，这是铜互连 工艺技术所带来的另一优点。
《集成电路封装技术》PPT课件
➢PGA封装具有以下特点： 1.插拔操作更方便，可靠性高。 2.可适应更高的频率。
➢Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用 这种封装形式。
一、微电子封装技术的发展趋势
三次重大变革
直插式
DIP
表面贴装式 SMT
芯片尺寸封装 CSP
封装技术的第一次重大变革
插装技术
➢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电路板上安裝布線。
2.适合高频使用 .
3.操作方便，可靠性高。
PGA
Pin Grid Array
平面栅阵电极封装
背面
集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚， 使得只在四周边设置引脚遇到很大困难
PGA插针网格阵列封装
➢PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片 的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的 四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围 成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使 CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一 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
芯片
封装外壳
单芯片封装电路板 印制板 多芯片封装电路板 可大幅度减小封体积
2、三维封装 封装树脂
IC芯片
绝缘胶
内引线
印制板 焊料微球
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) SBGA的横截面结构示意图（局部）
➢Intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用 这种封装形式。
一、微电子封装技术的发展趋势
三次重大变革
直插式
DIP
表面贴装式 SMT
芯片尺寸封装 CSP
封装技术的第一次重大变革
插装技术
➢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电路板上安裝布線。
2.适合高频使用 .
3.操作方便，可靠性高。
PGA
Pin Grid Array
平面栅阵电极封装
背面
集成电路管脚的不断增加，可达3000个管脚， 使得只在四周边设置引脚遇到很大困难
PGA插针网格阵列封装
➢PGA(Pin Grid Array Package)芯片封装形式在芯片 的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的 四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可以围 成2-5圈。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使 CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现一 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
芯片
封装外壳
单芯片封装电路板 印制板 多芯片封装电路板 可大幅度减小封体积
2、三维封装 封装树脂
IC芯片
绝缘胶
内引线
印制板 焊料微球
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) SBGA的横截面结构示意图（局部）
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恒温放置吸湿 模拟焊接：电气特性和内部结构测试
越接近实际状况，测试结果越有指导意义
预处理模拟环境等级
加速试验—不改变失效机理前提下,通过强化试验条件使受试产品加速 失效,便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指标。 加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生的故 障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频率功 率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。
PC测试
PC（Pressure Cooker）测试又称为高压蒸煮测试， 是在TH测试基础上增加环境压强以缩短测试时间，实验 工具为“高压锅”。
PC测试最后，同样是测试 产品的电路通断特性，特别 是LeadfFrame和EMC材 料的结合处：采用UV光照 射检测。
可靠性测试
可靠性测试的目的在于检验封装芯片的可靠度性能， 一个良好的封装体必须具有良好的耐湿、耐高温能力，以 上六个测试项目均与温度和湿度密不可分，芯片封装体的 失效或寿命不合格多是因为热、湿引起的综合作用。
温度循环测试
各材料界面间随环境温度变化热胀冷缩，进而引起裂 纹、脱层和电性能失效等。
脱层与开裂模型
解决方案：材料选择匹配性要好；增加缓冲材料层
T/S测试
T/S（Thermal Shock Test）测试指温度冲击试验， 用来测试封装体抗热冲击的能力。与温度循环区别在于热 量的加载速度：骤冷骤热。测试参数选择及产品性能测试 与温度循环相类似。
பைடு நூலகம்
芯片测试常见产品问题
预处理测试中常见芯片问题：爆米花效应、分层开裂 和电路失效等：随工艺温度提升，元器件吸入的潮气在高 温作用下汽化并急剧膨胀，形成很大的压力。
爆米花现象（popcorn effect）
高温下，由于元器件吸收过多潮气产生的塑封体开裂现象
T/C测试
T/C测试即温度循环 测试，测试进行时需要 控制测试设备四个参数 ：热腔温度、冷腔温度 、循环次数和芯片停留 时间。
预处理测试是指在产品出厂前模拟产品达到客户端前 可能经历的实际阶段，并将模拟后的产品用于后续可靠性 试验的样品。
预处理测试（Precon测试）
预处理测试模拟了产品由芯片制造企业到最终用户端 的全过程，只有通过了Precon测试，产品才能进入到后 续测试项目。
预处理测试流程
产品抽样 检查电气性能和内部结构 T/C测试：模拟实际运输过程 水分干燥处理：模拟实际真空包装
HTS测试
HTS（High Temperature Storage）测试指测试样 品长时间暴露于高温环境下的耐久性试验。将封装产品放 置在惰性气体保护环境下测试其电性能和其他性能。
TS测试机理
高温下，半导体材料活化性增 强，物质间扩散加剧：机械特性 差的材料易损坏。柯肯达尔空洞 ：物质间扩散-Al和Au
企业测试
企业通常在芯片封装完成后会进行两方面检测：质量测 试和可靠性测试—二者的区别？
二者区别： 质量测试—产品的可用性，是否符合使用要求：非破坏
性测试。 可靠性测试—产品的耐用性：寿命和寿命合理性，通常
为破坏性实验或对产品性能有影响的测试。
可靠性测试项目
不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同，但所包 含的测试项目基本一致。
热致失效：长时间高温或温度循环 热应力来源：PCB制造过程中的热冲击或热循环
组装过程中的热冲击或热循环 工作过程中的热循环
失效机理-电化学失效
• 导电污染物引起桥连 • 电化学腐蚀 • 导电阳极丝生长-阴极孔洞 • 锡（晶）须-Tin whiskers
预处理测试（Precon测试）
预处理的必要性：电子产品的成品与半成品在 到达客户之前有一段较长时间间隔，且需要经历 包装和运输等阶段的外界干扰，存在有潜在损坏 产品的因素：国际合作化和代工加工
可靠性测试项目
各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法，测试 有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进行测试，不同的 企业采用的标准不尽相同：不同水准的标准。
电子组装失效机理
测试目的在于确定组装完成的电路具有性能优劣程度和 寿命：失效主要出现在三个方面：【元器件、PCB和互连 焊点】，从失效原因角度来看又分为机械失效、热致失效 和电化学失效，其中元器件失效以热致失效为主。 机械失效：过载与冲击失效、振动失效
解决办法：采用同种物质连接 电路；增加扩散阻挡层；避免产 品长时间处于高温环境。
TH测试
TH测试常称为蒸煮测试，是测试芯片封装体在高温、 潮湿环境下的耐久性试验。测试在等压、恒温、恒湿锅体 中进行，实验结束后测定封装体电路通断特性。
塑封EMC（Epoxy Molding Compound）材 料吸湿性强，内部电路在潮 湿环境下很容易漏电和短路 。可通过改善材料成分控制 吸湿性。
封装可靠性工程
桂林电子科技大学职业技术学院
前课回顾
１、气密性封装定义与近气密性封装
气密性封装是指完全能够防止污染物的侵入和腐蚀的 封装形式；介于Full-Non：材料不同、工艺相同
2、气密性封装常用材料
陶瓷、金属、玻璃
3、金属气密性封装的分类
平台插入式、腔体插入式、扁平式和圆形金属封装
浴盆曲线 失效率—时间关系曲线
可靠性测试结果应如实反馈回封装设计工艺 端，从而有助于通过调整材料和工艺来改善产 品的可靠性：正反馈与负反馈
越接近实际状况，测试结果越有指导意义
预处理模拟环境等级
加速试验—不改变失效机理前提下,通过强化试验条件使受试产品加速 失效,便于较短时间内获得必要信息评估产品在正常条件下的可靠性指标。 加速试验有助于产品尽早投放市场，但不能引入正常使用中不发生的故 障模式。在加速试验中要单独或者综合使用加速因子，包括更高频率功 率循环、更高的振动水平、高温高湿、更严酷的温度循环。
PC测试
PC（Pressure Cooker）测试又称为高压蒸煮测试， 是在TH测试基础上增加环境压强以缩短测试时间，实验 工具为“高压锅”。
PC测试最后，同样是测试 产品的电路通断特性，特别 是LeadfFrame和EMC材 料的结合处：采用UV光照 射检测。
可靠性测试
可靠性测试的目的在于检验封装芯片的可靠度性能， 一个良好的封装体必须具有良好的耐湿、耐高温能力，以 上六个测试项目均与温度和湿度密不可分，芯片封装体的 失效或寿命不合格多是因为热、湿引起的综合作用。
温度循环测试
各材料界面间随环境温度变化热胀冷缩，进而引起裂 纹、脱层和电性能失效等。
脱层与开裂模型
解决方案：材料选择匹配性要好；增加缓冲材料层
T/S测试
T/S（Thermal Shock Test）测试指温度冲击试验， 用来测试封装体抗热冲击的能力。与温度循环区别在于热 量的加载速度：骤冷骤热。测试参数选择及产品性能测试 与温度循环相类似。
பைடு நூலகம்
芯片测试常见产品问题
预处理测试中常见芯片问题：爆米花效应、分层开裂 和电路失效等：随工艺温度提升，元器件吸入的潮气在高 温作用下汽化并急剧膨胀，形成很大的压力。
爆米花现象（popcorn effect）
高温下，由于元器件吸收过多潮气产生的塑封体开裂现象
T/C测试
T/C测试即温度循环 测试，测试进行时需要 控制测试设备四个参数 ：热腔温度、冷腔温度 、循环次数和芯片停留 时间。
预处理测试是指在产品出厂前模拟产品达到客户端前 可能经历的实际阶段，并将模拟后的产品用于后续可靠性 试验的样品。
预处理测试（Precon测试）
预处理测试模拟了产品由芯片制造企业到最终用户端 的全过程，只有通过了Precon测试，产品才能进入到后 续测试项目。
预处理测试流程
产品抽样 检查电气性能和内部结构 T/C测试：模拟实际运输过程 水分干燥处理：模拟实际真空包装
HTS测试
HTS（High Temperature Storage）测试指测试样 品长时间暴露于高温环境下的耐久性试验。将封装产品放 置在惰性气体保护环境下测试其电性能和其他性能。
TS测试机理
高温下，半导体材料活化性增 强，物质间扩散加剧：机械特性 差的材料易损坏。柯肯达尔空洞 ：物质间扩散-Al和Au
企业测试
企业通常在芯片封装完成后会进行两方面检测：质量测 试和可靠性测试—二者的区别？
二者区别： 质量测试—产品的可用性，是否符合使用要求：非破坏
性测试。 可靠性测试—产品的耐用性：寿命和寿命合理性，通常
为破坏性实验或对产品性能有影响的测试。
可靠性测试项目
不同企业间的的可靠性测试类型不完全相同，但所包 含的测试项目基本一致。
热致失效：长时间高温或温度循环 热应力来源：PCB制造过程中的热冲击或热循环
组装过程中的热冲击或热循环 工作过程中的热循环
失效机理-电化学失效
• 导电污染物引起桥连 • 电化学腐蚀 • 导电阳极丝生长-阴极孔洞 • 锡（晶）须-Tin whiskers
预处理测试（Precon测试）
预处理的必要性：电子产品的成品与半成品在 到达客户之前有一段较长时间间隔，且需要经历 包装和运输等阶段的外界干扰，存在有潜在损坏 产品的因素：国际合作化和代工加工
可靠性测试项目
各测试项目均有一定的针对性和具体操作方法，测试 有一定的顺序。各试验均采用随机抽样进行测试，不同的 企业采用的标准不尽相同：不同水准的标准。
电子组装失效机理
测试目的在于确定组装完成的电路具有性能优劣程度和 寿命：失效主要出现在三个方面：【元器件、PCB和互连 焊点】，从失效原因角度来看又分为机械失效、热致失效 和电化学失效，其中元器件失效以热致失效为主。 机械失效：过载与冲击失效、振动失效
解决办法：采用同种物质连接 电路；增加扩散阻挡层；避免产 品长时间处于高温环境。
TH测试
TH测试常称为蒸煮测试，是测试芯片封装体在高温、 潮湿环境下的耐久性试验。测试在等压、恒温、恒湿锅体 中进行，实验结束后测定封装体电路通断特性。
塑封EMC（Epoxy Molding Compound）材 料吸湿性强，内部电路在潮 湿环境下很容易漏电和短路 。可通过改善材料成分控制 吸湿性。
封装可靠性工程
桂林电子科技大学职业技术学院
前课回顾
１、气密性封装定义与近气密性封装
气密性封装是指完全能够防止污染物的侵入和腐蚀的 封装形式；介于Full-Non：材料不同、工艺相同
2、气密性封装常用材料
陶瓷、金属、玻璃
3、金属气密性封装的分类
平台插入式、腔体插入式、扁平式和圆形金属封装
浴盆曲线 失效率—时间关系曲线
可靠性测试结果应如实反馈回封装设计工艺 端，从而有助于通过调整材料和工艺来改善产 品的可靠性：正反馈与负反馈