可靠性系统培训教材一.ppt

集成电路封装可靠性,可靠性常用术语,集成电路封装常用可靠性试验对应的缺点项目,国际标准概述,国际标准概述,国际标准概述,国际标准概述,国际标准概述,产品防湿等级定义,防湿等级 非密封包装状态下存放期 标准吸湿考核条件 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,如产品已经吸湿使用前如何处理,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,产品防湿等级对应的不同包装要求,LEVEL 1 产品在小于30C/85%相对湿度下存放时,包装无特殊要求; LEVEL 2 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; LEVEL 3 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;,LEVEL3产品防湿标签例子,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),产品防湿等级试验流程,***** 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,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、胶体结合面长度与厚度比有关 5.和框架材质表面镀层质量如粗糙度、表面杂质等有关（200度2小时变色试验） 6.与产品的设计结构和各站封装工艺有关 * 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,,框架的半腐蚀结构形成塑封料把管脚嵌住，保证了产品的机械和应力可靠性，除了半腐蚀结构，还有开孔、开槽等类似作用的结构可以考虑利用。

封装结构和可靠性,框架设计和可靠性,抗拖拉设计—开孔和拐角,抗分层设计—开槽,框架设计和可靠性,抗分层设计—背面嵌套结构,框架设计和可靠性,抗分层设计—背面凹坑结构,框架设计和可靠性,框架设计和可靠性,抗分层设计—综合抗分层设计,框架设计和可靠性,抗分层设计—基岛局部镀银 框架粗化加棕色氧化 注意局部镀银框架在球焊时间过长温度过高时也容易产生产品的分层，对多排矩阵框架要注意这一点 D/B后EPOXY CURE烘箱类型对基岛全镀银框架和局部镀银框架的可靠性有影响,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,塑封料对产品可靠性的影响,塑封料的成分,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,塑封料对产品可靠性的影响,塑封料对产品可靠性的影响,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,我们需要什么样的塑封料,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塑封料对产品可靠性的影响,G700 G770 CEL9220 CEL9240 G631G760L LGE100 KE-G1250 KE-G1280 G600 CEL7470 GE1030 G630 CEL1702 SL7300 KL6500 KL6800 KL7000 MP8000CH4 KL4500 MP8000AN SL7200 SP-G260 EMG-350 KL1000,主流塑封料及用途,装片胶对产品可靠性的影响,装片胶对产品可靠性的影响也是非常大的,装片胶对产品可靠性的影响,装片电胶对产品可靠性的影响,BGA 常用2025D 和NC7720M--不导胶 2100A--导电胶,8290 8200T S502 EN4900 84-1 S210 DAD90 DAD87,84-3 84-3J 8006NS QMI538NB,覆晶胶(白色硅胶)的成份和作用,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导电胶对产品可靠性的影响,导电胶对产品可靠性的影响,如何从工艺角度做到产品零分层,磨片站工艺控制要点： 磨片应力控制 防止芯片内部受损和背面粗糙 防止芯片在D/B时芯片破裂 甚至分层 芯片表面沾污 芯片表面胶粘层的粘污会带来一些问题 如影响打线等,如何从工艺角度做到产品零分层,划片站工艺控制要点： 芯片要防止压区腐蚀和粘污和避免静电 要控制切割水温度、加高分子处理液、去离子水加CO2后的兆数控制等 切割速度和时间的控制、刀片类型与切割工艺的匹配等 2. 芯片表面沾污 芯片表面压区粘污会很大程度的影响打线,如何从工艺角度做到产品零分层,D/B站工艺控制要点： 银浆的寿命 使用前的搅拌 银浆厚度控制 芯片倾斜控制 芯片背面顶针印控制 芯片蓝膜防刺破 芯片防压伤（对65nm及以下的更要注意） 芯片防静电 银扩散的控制 空洞控制 时间控制,D/B站工艺控制要点：（烘箱） 烘烤温度曲线 烘烤时挥发物的挥发（QFN密度高，挥发物更多，烘箱要易于挥发物的挥发） 烘箱氮气流量 烘箱类型 烘箱抽风风速 烘箱温度均匀性 产品放置的数量 料盒和花篮设计是否利于挥发物的挥发 料盒与风的方向 内部风的循环路线 定期的清洁，包括对后部抽风管的清洁,如何从工艺角度做到产品零分层,W/B站工艺控制要点： 球焊温度的控制，包括预热区、工作区和冷却区 在轨道上异常停留时间的控制 球焊参数优化防止弹坑、CRACK 铜线产品气体的流量和氢气的含量控制 第二点针印控制 劈刀寿命控制 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. 时间控制 16.空气中硫含量控制,如何从工艺角度做到产品零分层,MOLDING站工艺控制要点： 1. 模温、注射压强、注射速度、合模压力、保压时间 2. 清模润模 3. 塑封胶体偏位、错位 4. 料饼回温 5. 料饼有效期 6. 塑封内部空洞控制 7. 对BGA PEELING TEST \PLASMA后时间控制 8. 产品塑封前的时间控制 9. 后固化温度和时间 10.烘箱温度均匀度 11.QFN\BGA产品压块方式和重量及垫纸方式,如何从工艺角度做到产品零分层,时间控制：,如何从工艺角度做到产品零分层,时间控制：,如何从工艺角度做到产品零分层,时间控制：,如何从工艺角度做到产品零分层,T/P站工艺控制要点： 去胶方式的选择 避免选择酸性软化液 露基岛的产品不可以电解 高压水的压力和链速的控制（要避免个别产品共振） 各站液体喷嘴的位置和防堵 软化的温度和时间 前处理的工艺 后处理工艺 各槽药液的分析、添加、更换控制 易焊性 11. 是否电解 12. 磨胶工艺----------现在一般不在用了,如何从工艺角度做到产品零分层,T/F站工艺控制要点： 刀片离胶体的距离 刀片的形状 模具的清理 胶体受力控制 塑封错位的影响控制 一些产品冲切前的去湿烘烤控制,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 。