第二单元 集成电路芯片封装可靠性知识—郭小伟（60学时）第一章、可靠性试验1．可靠性试验常用术语试验名称 英文简称 常用试验条件备注温度循环 TCT （T/C ） －65℃~150℃, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式，此温度设置为设备的极限温度 高压蒸煮 PCT 121℃，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽，英文也称为autoclave热冲击 TST （T/S ）－65℃~150℃, dwell15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同，但温度转换速率更快，所以比温度循环更严酷。
稳态湿热 THT85℃,85%RH.,168hrs 此试验有时是需要加偏置电压的，一般为Vcb=0.7~0.8BVcbo,此时试验为THBT 。
易焊性 solderability 235℃,2±0.5s此试验为槽焊法，试验后为10~40倍的显微镜下看管脚的上锡面积。
耐焊接热 SHT260℃,10±1s 模拟焊接过程对产品的影响。
电耐久 Burn inVce=0.7Bvceo,Ic=P/Vce,168hrs模拟产品的使用。
（条件主要针对三极管）高温反偏 HTRB 125℃,Vcb=0.7~0.8BVcbo,168hrs主要对产品的PN 结进行考核。
回流焊 IR reflowPeak temp.240℃（225℃）只针对SMD 产品进行考核，且最多只能做三次。
高温贮存 HTSL 150℃,168hrs产品的高温寿命考核。
超声波检测 SAT CSCAN,BSCAN,TSCAN检测产品的内部离层、气泡、裂缝。
但产品表面一定要平整。
2．可靠性试验条件和判断试验流程:F/T SAT1-4 1-5 F/T 1-6 1-72:T/S 3: T/C 4:PCT 5: THT 6:HSTL以客户为代表为例子:客户1：precondition TCT –55/125℃,5cycles for L1,l2,L3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –55/125℃,10min,200cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,96hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,168/500/1000hrs sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户2：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,100cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,10min,500cycles sample size: 77Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)THT: 85℃/85%,1000hrs sample size: 77 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,1000hrs sample size:77 Ac:Re=(0,1)HAST: 130℃/85%rh,168hr sample size: 77 Ac:Re=(0,1)客户3：precondition T/C –40/60℃,5cycles forL3 Ac:Re=(0,1)T/S: –55/125℃,5min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,50cycles sample size: 24 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 24 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168hrs sample size:24 Ac:Re=(0,1)客户4：precondition T/C N/A ，L1 Ac:Re=(0,1)T/C: –65/150℃,15min,100/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168/336hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃10SEC sample size: 45 Ac:Re=(0,1)客户5：QFP 做 precondition，DIP不做preconditionprecondition T/C N/A，L3 sample size：184 Ac:Re=(5,6)T/C: –65/150℃,15min,200/500cycles sample size: 45 Ac:Re=(0,1)PCT: 121℃/100%rh,15Psig,168hr sample size: 45 Ac:Re=(0,1)HTSL: 150℃,168/500/1000hrs sample size:45 Ac:Re=(0,1)SOLDER DUNK: 245℃5SEC sample size: 15 Ac:Re=(0,1)塑料密封等级塑料密封等级：在装配现场拆包后地面存放期标准试验条件LEVEL 1 在小于30C/85%相对湿度无期限 85C/85% 168小时LEVEL 2 在30C/60%条件下1年85C/60% 168小时LEVEL 3 在小于30C/60%条件下1周 30C/60% 192小时加速=60C/60% 40小时SAMPLE：50塑料密封等级试验步骤：1． DC和功能测试2．外观检查（在80倍以上显微镜下检查）3． SAT扫描4． BAKE 125C/24小时5．做LEVEL 相应条件的试验6．在15分钟后和4小时内做3次回流焊—注意温度曲线必须提供和符合JEDEC标准。
7．外观检查（在80倍以上显微镜下检查）--不可以有裂缝。
8． DC和功能测试—注意如果无法通过测试要验证是否和塑料密封有关部门9． ------可以做BAKE 150C/24小时，冷却2小时后做未通过产品的功能测试来验证10． SAT扫描----判断依据：A 芯片表面不可有离层B镀银脚精压区域不可有离层C产品内部不可有进水后离层图像（图形上表现该有图像却隐隐约约或同被划伤的痕迹）D引脚与引脚之间在胶体内部分，离层相连的面积不可超过胶体正面面积的10%或引脚通过离层相连的脚数不可超过引脚总数的1/5E芯片四周导电胶造成的离层不可超过胶体正面面积的10%集成电路封装在设计过程中可靠性的考虑封装所用主要材料：• 磨划片所用薄膜：型号、纯度、厚度、粘度• 引线框架：材质、厚度、防拖性、电性能、传热性、热膨胀系数、镀层材料、镀层厚度、镀层质量• 芯片粘接剂：型号、电性能、传热性、抗疲劳、热膨胀系数、装片牢度• 焊线：型号、HAZ、电性能、传热性、拉力、弧度• 塑封料：型号、热硬度、传热性、电性能、玻璃化温度、线膨胀系数、离子纯度、填料比例、吸水率、抗弯强度、粘结力、阻燃性、对应封装别水汽敏感等级• 电镀成份：SN/Pb的比例集成电路封装在设计过程中可靠性的考虑封装工艺控制要关注的方面：• 磨片进刀速度、转速、磨片厚度、去离子水电导率• 划片进刀速度、转速、切割深度、防静电措施• 装片压力、顶针、吸嘴、银浆头的选用• 球焊第一点参数、焊针的选用、温度、弧度• 塑封模具的设计如顶杆位置、脱模角度、侧面粗糙度及塑封温度、压强、速度• 后固化温度、时间• 冲塑刀片与胶体的距离• 电镀去飞边工艺、电镀电流、前处理、后处理、镀液成份• 切筋成形时产品胶体受力情况的监控（显微镜和SAT）、共面性、防静电• 对薄形产品激光打印打印深度的控制• 对薄形但面积较大胶体产品真空包装封装工艺控制要关注的方面(球焊后合理的金线拉力下限):• 集成电路封装中球焊后金线拉力最低要求，应该考虑金线在塑封时的受力情况和运输及操作时的合理振动。
金线在塑封时的受力不仅与金线的长度、直径有关，还与塑封料的粘度、塑封时的注射速度有关，并与塑封产品的几何尺寸、注胶口的形状和尺寸等诸多因素有关。
应该按照不同封装形式的产品给出球焊后金线拉力最低要求，并给出最佳的范围。
下面是我们对不同封装别（均指传统模要求）拉力的模拟计算结果（部分内容）在实际工艺标准控制中对25微米的金线拉力下限我们建议通常可以是5g集成电路封装在设计过程中可靠性的考虑封装工艺控制要关注的方面（超声SAT）：超声图片观察和判断：• 芯片表面不可有离层• 镀银脚精压区域不可有离层• 产品内部不可有进水后离层图像（图形上表现该有图像却隐隐约约或同被划伤的痕迹）• 引脚与引脚之间在胶体内部分，离层相连的面积不可超过胶体正面面积的20%或引脚通过离层相连的脚数不可超过引脚总数的1/5• 芯片四周导电胶造成的离层在做可靠性试验通过或做Bscan时未超出芯片高度的2/3不判为不合格• 判断超声图片时要以波形为准，要注意对颜色黑白异常区域的波形检查。
下面的图片均为不正常：集成电路封装常用可靠性试验对应的缺点项目第二章、失效分析1.集成电路封装失效分析的常规流程1. 接受分析请求2. 在数据库中登记3. 收集相关的信息4. 对失效的产品确认5. 对漏电流超差的产品在125度~150度的温度下烘烤2小时,再测试是否通过对功能失效的产品在125度~150度的温度下烘烤24小时,再测试是否通过6. 在80倍显微镜下检查外观7. 开短路测试,检查对应PIN是否开短路或对应内阻异常8. X-RAY,检查打线情况9. C-SAM,检查分层情况和内部气泡10. Decapsulation (开帽)or Cross-section(做对应分层区域横切面)11. 检查芯片表面、球状质量、裂缝、扫描电子显微镜（SEM）检查焊点形貌、结构、沾污、腐球后检查是否有压区凹陷12. 更多的检查方法和试验方案13. 结论和图片记录在数据库中14. 出具报告15. 存入档案2.集成电路封装失效分析的常用方法1. 立体或金相显微镜下检查形貌、结构2. 开短路测试,检查对应PIN是否开短路或对应内阻异常3. X-RAY,检查打线情况、焊点错位、碰线、塌丝、球脱、点脱4. C-SAM,检查分层情况和内部气泡5. 扫描电子显微镜（SEM）检查焊点形貌、结构6. 红外热像仪检查温度分布集成电路封装失效分析的常用方法还有• 表面形貌：• 表面轮廓仪(Surface profiler) 器件、电路板变形等• 激光轮廓仪(Laser profiler) 焊膏印刷尺寸，引脚平整度等• 扫描超声显微镜（C-SAM）· 各种行貌观测• 力学性能：• 推力/拉力(shear/pull test) 焊线、贴片、焊接力学性能等• 材料试验机(Mircotester) 材料力学性能等• 粘度计(Viscosity measurement) 焊膏、贴片胶粘度测量等• 成份分析：• 化学分析(CA) 定量分析焊料主成份；助焊剂、稀释剂中卤素含量；封装、组装用金属合金材料的主成份等。