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塑料封装可靠性问题浅析

摘要：

塑料封装器件在现在的封装产业中具有无可比拟的优势,诸如成本、可靠性、尺寸以及重量等.但是还是有相当一部分人对于塑封器件的可靠性持怀疑态度.文章的目的就是使读者能够更深入地了解到塑封器件的可靠性,尤其是在塑封器件应用于高可靠性的要求时,这个问题显得至关重要.文章总结了现阶段对可靠性问题研究的成果与进度,并且在生产、测试以及应用储存等方面提供了一定的思路。关键词: 塑封器件; 可靠性; 失效原理; 环氧模塑料;

引言

塑料封装器件很容易由于多种原因而导致早期失效:这些缺陷产生的根源很多，他们能够导致在塑封体各个部位产生一系列的失效模式和失效机理。缺陷的产生主要足由于原材料的不匹配、设计存在缺陷或者不完善的制造工艺。塑料封装器件同样也存在着非缺陷机理性失效。同时也将讨论避免产生缺陷的各种方法以及生产过程的优化和完善的设计。这些都是为了保证最后成品的质量和可靠性。

1 塑料封装器件的缺陷及其预防

有些缺陷很自然地归类于热机性能造成的而其他的缺陷通常和一些特殊的制成有关系，比如芯片的制造、芯片的粘接、塑封、芯片的钝化、引线框架芯片基板的制造、焊丝或者后道成品包装。这些都将在下面的讨论中看到，同时其中的某些缺陷在分类上还是相互交叉的。

1.1、热机缺陷

某些缺陷能够导致失效，而这些缺陷都与热以及微观物质的移动有密切关系产生的主要原因就是环氧塑封料和不同接触界面材料的线膨胀系数不-致比如说当emc固化时，热收缩应力也随之产生这些应力将会导致巨大的拉伴和剪功应力作用于直接接触的芯片表面特别是在邑片的角部应力将会成几何级数增长，很容易导致芯片薄膜钝化层或者芯片焊接材料以及，芯片本身的破裂。这些应力同样也容易导致emc和芯片/芯片基板/引线框架之间出现分层断裂以及分层将会导致电路断开、短路以及问歇性断路问题出现。同样它们;也为潮气和污染源更容易进人塑封体内部提供了通路。这些类型的缺陷可以通过以下措施来避免:在选择塑封料、引线框架、芯片焊接剂以及芯片钝化层的原材料时所有材料的线膨胀系数必须尽可能地相互匹配;芯片上部和下部塑封料的序度应该尽可能地接近;尽量避免在设计和排版过程中出现边缘尖端以及尖角样可以防止出现应力集中，从而避免断裂的出现;最后，提倡使用低应力塑封料以及低应力芯片焊接剂，可以最大限度防止在封装的过程中出现多余应力。

1.2芯片缺陷

芯片缺陷通常都是和半导体圆片制造以及塑料封装器件特有的缺陷(比如在应力作用下所产生的金属化分层以及钝化层破裂现象) 有关系的。这里不再详细描述所有缺陷，仅限于讨论对塑封体结构关系非常密切的缺陷以及塑封体独有的缺陷。

1.3芯片粘接缺陷

出现在气密性封装的缺陷同样也会出现在塑料封装器件中，芯片和基板的粘接性能差在芯片焊接剂中去侣现气孔以及不完全充填等。这些缺陷通常都是因过程控制较差导致的，比如不台适的材料韦备以及固化等。它们会导致不均匀的热分配(局部过热) ,从而形成芯片分层或者芯片断裂。由于过热产生的应力或者内部开路会导致突变失效。此外，气孔很可能为潮气以及污染源提供通路。同样也存在着和塑封体独特的芯片粘接材料有关的缺陷。如果原材料的热膨胀系数和芯片、芯片基板以及塑封体的热膨胀系数严重不匹配这样过余的应力在模玉操作时就作用于芯片。此外，一些聚合物芯片粘接剂在高湿环境下吸收了相当数量的潮气，这将会导致塑封体断裂现象的出现。

1.4钝化层缺陷

一般的钝化层缺陷，比如断裂、多孔以及粘接性差，使得塑封体更容易失效。塑封料的收缩应力大于钝化层的强度时就会出现钝化层断裂。在双层镀金属系统上面的钝化层更容易破裂，这是因为其几何外形和高度会导致更大的收缩应力。钝化层破裂将会导致开路、间断或者较高的漏电流。它司样和焊球的虚焊及剪切应力有关，这是因为剪切应力集中在芯片的边缘，会导致接近钝化层破裂区域的焊球对芯片造成损伤。低应力塑封料的使用以及在芯片钝化层表面使用了弹性硅橡胶这些措施都极大地降低作用于芯片钝化层的应力。同样，在芯片排版设计中，一定要牢记尖角及边缘是应力集中的区域，因此在这些地方应该避免设计活性的电路。

1.5封装后的缺陷

当塑封体固化完成以后，同样会有-一定数量的缺陷发生。相比看yga线焊接。材料不良或者过程缺陷都会导致印字产生拖尾效应。这些印字会消失或者模糊不清，从而造成产品制造商、器件号码、生产日期等的不可追溯。

2与缺陷无关的失效机理和模式

并不是所有的塑封器件都-定会有相应的缺陷。缺陷或者设计不良都起着很敏感的作用，而其他因素也一起加剧了诸如腐蚀这样的自然哀降过程。

2.1腐蚀

所有封装好的器件都会从周围环境中吸收一定量的潮气如果吸收潮气过多，将会导致-系列的问题。如果湖气中含有一系列的离子，这就会出现芯片的金属化腐蚀现象。金属化腐蚀通常出现在焊球附近，这些焊球通常都是裸露的以便进行焊丝。。焊球的腐蚀可能不会直接导致失效，但是会导致接触电阻的增大，这很容易使得器件变得没有任何功能。腐蚀的基本原理如下:

对铝布线的腐蚀

al 4cl→ 2aici 3e

2aici 6ho→2a(oh) 6h 8cl

对金属共熔物的腐蚀

aual 6br→ au ai br 6e

2al au- > aual

auai au→2auai

高温及高压通常能够加速这些机理的发生,由于潮气和离子的存在使得金丝间的内部连接同样容易受到腐蚀杂质水解后产生的一些离子能够和焊球中的金铝共熔相中的铝发生反应。焊丝和芯片的金属化腐蚀失效模式包括电性能参数移动、过大的漏电流、短路以及断路。应该采取一些措施来防止和腐蚀有关的失效发生,这些措施包括选择的塑封材料可水解离子含量要少于10x10,寻找更适合的阻燃剂来取代嗅类阻燃剂在设计塑封料配方时耍考虑使用离子捕捉剂来捕捉塑封料中的离子而且也要充分考虑到塑封材料和引线框架之间的粘接性能以阻止潮气人侵用抗湿涂料比如硅树脂来密封焊球(这个过程应该在焊接以后封装以前进行),并且在划片时应该严格控制磷的进入。此外,引线和塑封料之间粘接力的增强也是十分重要的,可以防止污染源进人,并且可以防止内部引线表面的腐蚀发生。

2.2爆米花现象

塑封体在焊接到电路板上时，所吸收的潮气将会导致系列的严重问题。悍接过程中所产生的热量能够导致所谓爆米花现象。爆米花现象是一个术语，就是用来描述pwb焊接时由于器件吸收过多潮气所产生的塑封体开裂现象。这种现象一般都出现在塑封体暴露于高温中或者塑封体所经受的温度急剧升高，比如说表面安装时将器件焊接pwb到上时所进行的回流焊，当热量开始向外散发时，塑封体内部所吸收的潮气开始急剧气化并且膨胀这就会在塑封体内部产生一个压力，导致塑封体和引线框架的分层慢慢出现塑封体弯曲现象。如果塑封体内部潮气的数量很多焊接次数和温度足够时，就会出现塑封体断裂的现象(经常伴有可以听见的燥米花的声音)。断裂既可能出现在塑封体膨胀时，也可能出现在塑封体后来冷却收缩至正常尺寸，下面列出一些对爆米花现象影响很大的因素

(1)内部所吸收湖气数量高于0.11 %;(2)焊接温度高于220’c;(3)在焊接时温升速度变化率大于10*c s。

在pwb上取出失效的器件，重新焊接新的器件将会恶化这个问题，主要足因为相邻的元件受到了附加的热应力或者热机应力这将会导致先前潜在的断裂得以继续进行。这同样也会导致电路开路，增加接触电阻以及金丝断裂。

2.3焊接板缩陷

当焊接所产生的热量传递至吸收过量潮气的表面封装器件时，就很容易出现焊接板缩陷的现象。通常在薄片加工时在焊接应力(比如超声波焊接时所产生的震动)的协同作用下这些硅球可能会导致在铝钝化层下面绝缘层的内部损坏如局部氧化。当焊接所产生的热量作用于塑封体时，吸收的潮气气化成气体。其所产生的压力以及塑封料所产生的热应力同时作用在焊球上，这就导致绝缘层损坏加剧，出现了所谓的缩陷现象。这种现象会扩散到底部基板上，从而造成焊球脱离基板，出现电路断开的现象?通过选择合适的塑封料可以避免爆米花以及焊板缩陷现象发生。这种塑封料应当通过周密的配方设计，具有优异的防水性能以及粘接性能。同样也可以采用其他-些技术比如:修改引线框架的设计(比如表面花纹增多)来提高和塑封料的粘接性能:使用低吸湿的芯片焊接材料;控制芯片基板的尺寸以及塑封料在基板上下的厚度; 要避免基板设计时出现尖端或者芯片设计时出现容易应力集中的尖角区域,再加工或者回流焊时要控制最高焊接温度，运输过程中使用干燥剂以及在焊接之前预先进行烘烤这样就可以释放出内部所吸收的潮气。

2.4芯片断裂

在芯片切割及打晶时以及由于塑封体内各种材料的热膨胀系数的不匹配所产生的应力容易造成芯片断裂。在芯片粘接的时候，粘接材料中出现气孔或者施加了过多的机械应力同样也会导致邑片破裂。失效主要表现为开路、短路以及漏电流过大通过使用低应力塑封料、选择热膨张系数匹配的原材料、减少粘接材料的厚度、消除粘接材料的内部气孔以及保持塑封料在芯片!基板周围足够的厚度就可以避免在后道生产过程中产生芯片断裂现象:屈化分层芯片上面的铝钝化层可能会由于塑封料收缩产生的应力而导致分层。在收缩时出现剪切应力，剪切应力最大的地方出现在芯片的边缘因此，芯片的边缘也是钝化最可能出现分层的地方。塑封体和芯片表面之间的粘接性差会使得塑封体沿着毖片表面移动这也增加了钝化分层的几率。有些因素会提高剪切应力。通常来说，芯片周围的基板剩余空间比较大的时侯就很容易产生过高的应力。定位以及毖片的展弦比是影响芯片边缘应力产生的两个重要因素。

3磨损失效机理(疲劳型)

热膨胀系数的不匹配，再加上更宽范围的温度循环，会导致应力来回作用在塑封体的表面，最终导致老化失效的产生以及塑封体变脆很可能出现断裂，并且为潮气以及污染源提供了进人塑封体的通道。前面已经谈论过和潮气以及污染源有关的失效模式。pem的使用者必须很熟悉塑封材料的热限并且必须确保其所要使用的热膨胀应力不会超过塑封体的承受范围。在焊丝的区域pem同样也会遭受到有害的金-铝的共融现象。在气密性封装中单一的金属超声波焊接的金属化系统可以用来防止此类现象的发生这在过去的20多年里被大家发现并且接受。但是在塑料封装器件中金丝一般都是使用热熔融球的方法焊接到铝板上的，这主要是因为这种方法能够适用于不同的基板排版而且产量也很高。因此pem的使用者必须要知道这种潜在的金属共熔问题。过量的共熔现象发生会导致气孔以及过早的焊接破坏。制造商应该在生产过程中严格控制生产工艺，避免杂质的进人以及过高的温度。如果在生产过程中存在过多的金属共熔现象那么延长升温时间将会恶化这个缺陷。

4 结论

总而言之，随着电子产品轻、港短、小趋势的发展，半导体制程技术飞快地进展，迫使ic构装技术必须不断提升，朝向更先进技术发展。但是封装的缺陷是影响塑封器件性能及应用的主要因素。随着塑料封装器件在现在的电子封装中所占的比重增加,其可靠性问题弓起制造商以及使用者关注的程度越来越高。本文只是简单地叙述了塑料封装器件缺陷产生的机理以及外在表现形式，为器件制造商以及终端产品提供一定的参考随着电子塑料封装的迅猛发展，了解缺陷的产生机理以便能够采取相应以及必要的措施来防止这些缺陷的发生，具有十分重要的意义。

参考文献：

[1] 塑封微电子器件失效机理研究进展李新，周毅，孙承松-《半导体技术》 [2] 塑封集成电路分层的研究刘培生，卢颖，王金兰 - 《电子元件与材料》 [3] 试论环氧塑封料性能与器件封装缺陷杨光敏 - 《科技风》

苹果手机验机教程

一、快递开封二、封装验收后操作三、开机验收辨别手机类型识别问题机

四、验证二手机

一、快递开封

1、首先当着快递员拆开外包装，在未拆手机盒膜的时拿捏手机盒，如果机盒棱角分明，进行下一步看封装。

2、封边在手机盒四个棱边上，长封边工整划一无歪斜、手机膜亮丽光滑贴实无趋纹、膜上气孔排列整齐有规律，进行下一步。包装分两种，第一种是机器塑封包装，正品原装封口非常平整，外观干净整洁。如果是拆过之后手工塑封，封口粗糙，缝隙也比较大。第二种是贴标式包装，检查封口标签是否平整，如果有气泡或粘性不足，很可能就是被拆过的。

3、看盒上标签，小标签字迹清晰，字母间距符合真标要求，字体颜色符合真标要求，进行下一步。

二、封装验收后操作

1、进入苹果爱游戏平台官网，输入标签上的imei号或序列号，看机型、激活、保修是否符合，进入下一步。

2、上述均符合，则可拆开膜，拿捏着盒盖处，将整个机盒提到距桌面一定的高度，看内盒是否缓慢的自行滑落（仿机盒内盒是不会自行缓慢的滑落的）。如符合，进入下一步。

3、验证手机配件，如耳机、数据线、充电器符合原装，进入下一步。（具体教程看爱游戏平台官网）

一般来说，原装手机都会有封条，配送的数据线、充电器、耳机等三大配件也都会进行包装。如果到手的手机及配件并没有此类包装，很可能就是翻新机了。

4、查看手机上的原贴保护膜上是否有划痕、指纹、污迹、拆趋，如无，进入下一步。

再来看手机外观，检查手机外观是否有划痕，屏幕与机身是否闭合紧密，充电口、卡槽周围是否有使用过的摩擦痕迹，如果出现任意一项异常，你的手机几乎是翻新机无疑了。

5、查看机身上所贴imei号是否与盒上一致，如一致，进入一下步。

这里说的三码分别是手机设置中的imel码、外包装上的imel码、手机背部标签/保修卡上的imel码（不同手机贴的位置不同），核对这些imel码是否完全一致，如果一致，可以确定就是正版了。

找到设备里的imei号，和包装盒，三包卡，sim卡卡槽，机身背面的imei核对一下，看是否是“五码合一”。

在 iphone、ipad 或 ipod touch 上查找序列号或 imei：https://support.apple.com/zh-cn/ht204073

三、开机验收

1、插卡、开机、激活，进入界面，打开拨号，输入*#06#，查看弹出的imei号是否与手机系统、手机机身标、手机盒标所示是否一致，如一致，进入一下步。

如果你手机不支持已激活的iphone无理由退换的话，那就不要激活，看看品控的问题检查外观，比如摄像头会不会有灰尘、手机缝隙过大、屏幕亮度不均匀，这个都没问题的话那说明基本外观没毛病。

外观没啥问题后，接着就是看内观了，因为不能激活看不到序列号，可以花点钱去淘宝搜索gxs进行检测查询，查询前会要求你提供imei，你只需要拍个照，基本客服会给你全面验机和讲解。

客服验证完事后，你可以对比下报告种的序列号和你机子的序列号是不是一样的，如果一样的话那基本没啥大问题，也可以上网站把你序列号再次验证，网站链接：https://checkcoverage.apple.com/cn/zh，链接直达查询保障服务和支持期限，也可以登录爱游戏平台官网查询。

知道序列号在哪这步骤可以跳过，不知道的话：点开设置——通用——关于本机，就能看到序列号了输入你的序列号后，就可以看得到：维修和服务保障情况：有效，上面有个日期如果和你激活时间差不多那恭喜你！是新机！

具体的查询情况如下：

新买的苹果设备都有三个月的免费电话爱游戏官网登录入口的技术支持，这个显示过期的话，说明你的设备已经购买使用超过三个月。

当然具体的购买激活时间只有你自己知道，如果推算出来的激活时间在你实际激活之前，就说明之前设备已经被激活使用过了。

如果你的实际激活日期和查询到的保修日期一致的话，就说明你的设备是正版的设备，没有问题。 2、连上itunes，让其自动识别手机，看是否与卖家所述的型号规格及imei号一致（如itunes不能识别、或识别有误，退货维权吧）。

3、再次进入苹果爱游戏平台官网，验证激活、保修是否符合。

4、连上91手机助手，查看是否越狱，如无越狱，进入一下步。

5、测试指纹识别功能，输入大拇指指纹，解锁时用所有手指测试解锁，如只能大拇指可解锁则进入下一步。

6、测试三网4g网速，和平时4g上网网速无差别则可；测试相机慢动作功能，正常即可；测试通话、短信功能，正常即可。

辨别手机类型

打开iphone中的“设置”-“通用”-“关于手机”，查看“型号名称”。

以m开头的为官方零售机，这种机型是全部未激活的，有全套配件；

以n开头的为官方换新机，也就是手机在保修期内出现问题，苹果官方换的一部新裸机，不带任何配件；

以f开头的为官方翻新机，也就是官方回收后修理过的手机，配件全新，同样享受苹果保修包换政策。

识别问题机

第一步：打开手机设置，在设置里面找到隐私一栏。

第二步：点击隐私，在隐私里面下拉有个分析一栏。

第三步：点击分析，在分析里面打开分析数据。这时候你会看到满屏的英文和数字，不要慌，下拉在里面找首行开头是否有:panic和resetcounter这两个英文，这两个英文代表着是手机的故障机注，这种手机可以断定是问题机（在iphone 8和iphone x出现的频率比较高），这种问题机将会出现重启、死机等问题，而且特别难修，如果有千万、千万不要买。

四、验证二手机

首先有两款在pc端的iphone验机软件——《爱思助手》和《沙漏验机》。但是我们平时手边不一定会有电脑，而且大部分在小商家和个人手里购买的二手iphone手机，爱游戏平台的售后服务也无法得以保障。那么在手机到手后，我们该怎样方便快速的得知手机的具体情况，以及硬件功能是否正常呢？

首先拿到手后，如果身边没有电脑，请第一时间先把手机抹除还原一遍。来验证此iphone是否为“隐藏id”的机器，或者卖家忘记把个人icloud账号登出等情况。这是非常重要的！因为有id锁的iphone刷机后没有密码就无法激活，只能拆机卖零件。

需要用到两款app软件的部分功能-cpu dasher、cpu max（app store免费下载）

请仔细检查屏幕、边框、后盖的成色（划痕磕碰掉漆等），是否跟卖家的描述一致。如果实机与描述有较大的差异，请及时跟卖家核实，是否为运输导致。以免发生不必要的麻烦。检查音量键、电源键、home键、静音键是否松动，功能是否正常。

把手机电池及时充满再使用。有些二手机更换劣质的第三方电池或者电源ic出现问题，是无法将电量充满100%的。

打开相机—切换前后摄像头分别拍照，看是否正常（摄像头是否原装，建议连接爱思助手查看，是比较准确的。非原装的劣质摄像头虽然功能正常，但是在画质和清晰度上与原装有很大差异的）。

打电话，作为手机最基本的功能，是不能有任何问题，不然在紧急情况时就是一件非常麻烦的事情。收到手机后，可以给朋友或者家人打个电话，听筒和免提都要打开测试，同时把音量调到最大，看是否有杂音，破音等问题，这样可以同时将这三个部件的功能都检测到。

打开手机自带的“指南针”软件，左右晃动手机即可看到变化，手机的电子罗盘功能一旦损坏，便无法使用导航功能，利用第三方软件“cpu-x”可以实时的看到iphone内部传感器的数据

屏幕：iphone7以后加入了“原彩显示”功能，这个功能只有在原装屏幕上才能开启，若更换了国产屏，设置里是没有这个选项的，不过华强北现在也可以实现国产屏改原装屏了，有原彩显示的不一定是原装屏，没有原彩显示的一定不是原装屏！

显示是否正常。打开“cpu dasher”软件，利用“屏幕测试功能”来查看屏幕显示是否有异常，以及坏点、亮点、烧屏（oled机型）等异常。

对于触摸测试，可以打开“小白点”在屏幕四周随意拖动，看是否有断触的情况。