
為什么會(huì)發(fā)生分層和開(kāi)裂?
芯片是一個(gè)非常精密的“三明治"結(jié)構(gòu),由芯片(硅片)、塑封料(環(huán)氧樹(shù)脂)、引線框架、基板等多種材料構(gòu)成。
核心原因:熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配。這些材料的熱膨脹系數(shù)差異巨大。硅的熱膨脹系數(shù)很低,而塑封料和基板卻要大得多。當(dāng)芯片經(jīng)歷劇烈的溫度變化(尤其是冷熱沖擊)時(shí),不同材料的脹縮幅度不同,在結(jié)合界面就會(huì)產(chǎn)生巨大的剪切應(yīng)力。當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)材料界面的結(jié)合強(qiáng)度時(shí),就會(huì)發(fā)生分層。如果應(yīng)力足夠大,甚至?xí)?dǎo)致芯片本體或塑封料開(kāi)裂。
預(yù)處理環(huán)節(jié)的“引爆":如果你做了完整的預(yù)處理流程,那么分層和開(kāi)裂的高發(fā)環(huán)節(jié)通常在模擬回流焊這一步。因?yàn)樾酒谖鼭癫襟E中吸收的水分,在260℃的高溫回流焊下會(huì)瞬間汽化膨脹,產(chǎn)生巨大的蒸汽壓力,從內(nèi)部直接“炸開(kāi)"封裝界面。
可能的原因排查:?jiǎn)栴}出在哪里?
這多半不是偶然現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),大概率是以下三個(gè)方面中的一個(gè)或多個(gè)出了問(wèn)題:
材料或工藝問(wèn)題(內(nèi)因):
塑封料與芯片/基板不匹配:這是最常見(jiàn)的原因??赡苓x用的塑封料熱膨脹系數(shù)過(guò)高,或者與芯片表面的鈍化層、基板材料的結(jié)合力不足。
界面污染:芯片表面或引線框架在塑封前可能受到了微量的污染,導(dǎo)致塑封料無(wú)法結(jié)合,形成先天薄弱界面。
固化工藝不當(dāng):塑封料的固化時(shí)間和溫度未達(dá)最佳,導(dǎo)致其交聯(lián)密度不足,整體強(qiáng)度不夠。
測(cè)試條件過(guò)于嚴(yán)苛(外因):
吸濕等級(jí)(MSL)設(shè)置偏高:可能芯片實(shí)際的防潮等級(jí)(如MSL 3級(jí)),卻被用更嚴(yán)格的MSL 2級(jí)或1級(jí)的要求進(jìn)行預(yù)處理,導(dǎo)致其吸濕遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)承受能力。
回流焊溫度過(guò)高:如果回流焊設(shè)定的峰值溫度或時(shí)間超出了芯片的額定范圍,即使是合格的芯片也可能在此環(huán)節(jié)損壞。
溫度循環(huán)范圍或速率過(guò)快:對(duì)于某些封裝,-55℃到+125℃的沖擊范圍可能過(guò)大,或轉(zhuǎn)換速度過(guò)快。
檢測(cè)時(shí)機(jī)的偏差:
如果是出箱后進(jìn)行電性能測(cè)試才發(fā)現(xiàn)失效,失效點(diǎn)可能在進(jìn)箱前就已經(jīng)存在(如鍵合絲微裂),只是通過(guò)測(cè)試才被放大。
下一步該怎么辦?
這需要一套系統(tǒng)的分析方法來(lái)定位根因。建議按以下順序進(jìn)行:
無(wú)損檢測(cè)確認(rèn):首先用超聲波掃描顯微鏡(C-SAM) 對(duì)分層開(kāi)裂的芯片進(jìn)行掃描,確認(rèn)分層的具體位置和形態(tài)(是發(fā)生在芯片表面、引線框架界面,還是基板邊緣)。
失效分析(破壞性):對(duì)失效樣品進(jìn)行開(kāi)蓋、切片、SEM(掃描電鏡)分析,觀察分層的界面特征、是否存在裂紋擴(kuò)展路徑,以及是否有污染物殘留。
過(guò)程回溯:檢查這批芯片的來(lái)料檢驗(yàn)記錄、塑封工藝參數(shù)、預(yù)處理過(guò)程記錄,看是否有異常。
交叉驗(yàn)證:取同批次芯片,降低測(cè)試應(yīng)力(如降低溫變速率、縮短沖擊時(shí)間、改用更低吸濕等級(jí)進(jìn)行預(yù)處理)進(jìn)行驗(yàn)證。如果通過(guò)了,則說(shuō)明原測(cè)試條件對(duì)于該封裝確實(shí)過(guò)于嚴(yán)苛。
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