杨文杰 王霞 王荣 邵荣昌
(天水华天科技股份有限公司 甘肃天水)
摘要:
在现行引线框架的ic封装模式过程中,分层是一种重大的质量异常现象,且是产品本身可靠性的绝对关键因素。而在生产过程中如何防患于未然,提高合格率,是急需解决的问题。概述分层及分层分类,提出影响分层的主要因素,并给出了避免塑封器件分层的有效措施,降低产品失效的几率,提高可靠性。
塑封器件在使用的过程中,在成本上具备很大的优势。随着集成电路集成度的持续增长,为了满足电子器件微型化、多功能化和智能化的要求,半导体分立器件越来越小,器件表面积减小,引线框架设计的高密度化,给产能带来新的机遇。但也产生了一系列的问题:
(1)封装体因尺寸减小而引起机械强度的降低;
(2)无铅化进程要求回流焊的温度提高,这使得塑封料需要提高自身的粘结强度以抵御因回流焊温度升高引起的塑封料与芯片之间以及塑封料与引线框架之间的分层现象;
(3)塑封材料与框架之间的热膨胀系数不一致,在温度变化较大时引起的分层现象等。
1分层概述
在塑封器的使用过程中,由于使用不同的参数,因此造成不同材料的粘结面存在着分离或者剥离现象,属于内应力问题的一种,会影响塑封器件的工作与使用寿命。分层主要是因为材料不同,从而湿气与热应力对其造成破坏。对框架式的塑封元器件中,分层存在大概4种形态[1],如图1所示。
分层的4种形态:
(1)芯
table?1.?ipc/jedec?j-std-20?msl?classifications
soak?requirements
(
濕度環境要求
)
floor?life
(
車間時間
)
standard
(
標準
)
accelerated
(
加速
)
level
time
cond
°
c
/
%rh
time?(hrs)
cond
°
c
/
%rh
time?(hrs)
cond
°
c
/
%rh
1
unlimited
≦
30/85%
168
5/-0
85/85
n/a
n/a
2
1?year
≦
30/60%
168
5/-0
85/60
n/a
n/a
2a
4?weeks
≦
30/60%
696
5/-0
30/60
120
1/-0
60/60
3
我们在电路设计是首先都是以电路性能为主,但很多时候实际产品设计,稳定性和可靠性,往往是产品口碑的基石。选用的器件是关键的因素,很多产品都是使用好几年时间的,但我们不能等到若干年后再研究器件;我们必须增加施加的应力。施加的应力可增强或加快潜在的故障机制,帮助找出根本原因,下面我们从选用的芯片下手确保每个砖瓦的可靠性。
?????? 参考国内射频前端芯片原厂深圳芯百特的一些产品可靠性测试。
?
芯片级预处理(pc) & msl试验
评估芯?在包装,运输,焊接过程中对温度、湿度冲击的抗性,仅对?封闭的封装(塑封)约束。模拟焊接过程?温产?内部?汽对内部电路的影 响,是封装可靠性测试前需要进?的测试
测试条件:msl-3, 30°c/60%rh, 192hrs reflow x3 at 260°c
参考标准:jesd22-a113、j-st020
高温老化寿命试验(htol)
芯片工作寿命试验、老化试验(operating life test),为利用温度、电压加速方式,在短时间试验内,预估芯片在长时间可工作下的寿命时间(生命周期预估)。
测试条件:125℃,而定电压,加信号,1000h
参考标准:jesd22-a108b
高温存储试验(htsl)
长期存储条件下,高温和时间对器件的影响,htsl不需要做pc预处理
加速寿命模拟测试——主要考验产品电气可靠性
?? 测试条件:125°c bake, 1000hrs
参考标准:jesd22-a103
温度循环试验(tc)
检测芯片是否会因为热疲劳失效,tc需要提前pc处理。
测试条件:-55°c~125°c (air to air), 1000 cycles
参考标准:jesd22-a104
温湿度偏压高加速应力测试
仅针对塑封,评估芯片长期存储条件下,评估非密封封装固态器件在潮湿环境中的可靠性。它是一种高加速试验。在不凝结的条件下利用温度和湿度来加速湿气通过外部保护材料(封装材料或密封材料)或沿着外部保护材料和通过它的金属导体之间的界面渗透实验前无需pc处理
试验条件:130℃,85%rh,230kpa大气压,96hour, vccmax
参考标准:jesd22-a118
温湿度无偏压高加速应力测试(uhast)
仅针对塑封,评估非密封封装固态器件在潮湿环境中的可靠性。它是一种高加速试验。在不凝结的条件下利用温度和湿度来加速湿气通过外部保护材料(封装材料或密封材料)或沿着外部保护材料和通过它的金属导体之间的界面渗透。不采用偏置,以确保可能被偏置掩盖的失效机制能够被发现,实验前需要需要提前pc处理。
试验条件:130℃,85%rh,230kpa大气压,96hour
参考标准:jesd22-a118
温湿度实验
评估产品在高温,高湿条件下对湿气的抵抗能力,加速其失效进程。
试验条件:85℃,85%rh,1000小时
参考标准:jesd22-a101
静电测试 ( esd)
主要测试hbm模式和cdm模式
hbm(human-body model)模拟人体带电接触器件放电发生的静电放电模型
cdm(charged device mode)模拟器件在装配、传递、测试、运输及存储过程中带电器件通过管脚与地接触时,发生对地的静电放电模型
通过这8项测试的芯片,稳定性和可靠性都有了保证,当前有几个wifi模组采用芯百特的fem cb5717在做生产,已经连续出货800k以上,生产相当稳定,不良率确实也非常低。
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