电子元器件温度形变失效研究

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1、电子元器件温度形变失效研究　　【摘要】为了对电子元器件的温度形变失效原因和失效原理进行深层次的认识和理解,本文对电子元器件温度形变失效的现象特征、失效机理、检测方法和分析结论进行了总结,总结出了电子元器件失效与温度形变的关系结论有三类5种情况。通过详细的分析对比,可以分析出电子元器件温度形变失效的根本原因及形成过程。【关键词】温度形变热膨胀系数塑封机械应力封装异物引言电子元器件在各种电子产品中有广泛的应用。电子产品都有一定的使用寿命,这与电子元器件的寿命密切相关。电子元器件在使用的过程可能出现故障,即失去了原有的功能,从而使电子产品失效。电

2、子产品的应用十分的广泛,是生产生活所不能缺少的重要部分,因此,研究电子元器件的失效原因,分析其失效机理,具有重要的意义。本文针对电子元器件温度形变失效进行了分析和总结。1失效现象特征8温度形变:塑封器件采用整体模塑封装结构,包括金属框架、芯片、芯片与基板的粘接材料、内引线以及塑模化合物。塑料、框架和硅芯片间的热膨胀系数不同,在受到持续的温度变化时,会导致封装体和芯片间发生温度形变,并能最终导致疲劳或不同材料的截面产生裂缝。温度形变失效的主要表现形式有:热膨胀系数不匹配造成的失效、对芯片的机械应力造成的失效、封装异物造成的失效等。(1)热膨胀

3、系数不匹配造成失效的主要特征有:介面合金共和物(IMC)空洞造成的漏电或功能性失效;芯片剥离造成的开路;金属离子迁移形成的晶圆表面的孔洞造成的开路、短路及漏电;封装开裂;引线折断造成的开路。(2)对芯片的机械应力造成失效的特征有:粘结应力;接触不良;键合脱离;金属键合点损伤;芯片剥离;金属丝下垂、引线接碰;引线折断;封装开裂;晶圆裂纹等造成的漏电、开路及短路。(3)封装异物造成失效的主要特征有:晶圆划痕;晶圆裂纹等造成的漏电、开路及短路。2失效机理特征外界温度冲击或低温环境造成的塑封材料对芯片的应力是主要的失效机理。2.1热膨胀系数不匹配8

4、调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与热膨胀系数不匹配失效机理的特征进行比对,热膨胀系数不匹配失效机理的特征包括但不限于以下情况:a)元器件受到的外界环境温差变化大;b)样品失效应具有热膨胀系数不匹配的失效机理的综合特征;c)检材电性检测发现失效(开路、短路、漏电),或功能检测有失效;d)检材的外观检测可能发现封装分裂;e)检材的声扫检测可能出现分层;f)检材的X-RAY检测可能出现引线断裂;g)开封检查可能发现:介面合金共和物(IMC)空洞;芯片剥离;金属离子迁移形成的晶圆表面的孔洞;引线折断。2

5、.2对芯片的机械应力调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与对芯片的机械应力失效机理的特征进行比对,对芯片的机械应力失效机理的特征包括但不限于以下情况:a)元器件受到的外界环境温差变化大;b)样品失效应具有对芯片的机械应力的失效机理的综合特征;c)检材电性检测发现失效(开路、短路、漏电),或功能检测有失效;d)检材的外观检测可能发现封装分裂,封装材料和芯片在温度变化时有滑移现象;e)检材的声扫检测可能出现分层;f)检材的X-RAY检测可能出现引线断裂、金属丝下垂、引线接碰;g)开封检测可能发现:晶圆表

6、面有划痕;粘结应力;接触不良;键合脱离;金属键合点损伤;芯片剥离;金属丝下垂、引线接碰;引线折断;晶圆裂纹。2.3封装异物造成的失效8塑封料中加了石英砂填料等物质,以其尖锐的角尖接触芯片,在温度变化时塑封料的压力传递到芯片上,刺破钝化层和金属层造成开路或短路,也会造成IC中的元器件参数变化。调查待检样品的失效背景,包括使用环境、使用时间、材料选择、发生失效时的情况等,与封装异物造成失效机理的特征进行比对,封装异物造成的失效机理的特征包括但不限于以下情况:a)元器件受到的外界环境温差变化大;b)样品失效应具有对芯片的机械应力的失效机理的综合特

7、征;c)检材电性检测发现失效(开路、短路、漏电),或功能检测有失效;d)检材的外观检测可能发现封装分裂,封装材料和芯片在温度变化时有滑移现象;e)检材的声扫检测可能出现分层;f)检材的X-RAY检测可能出现引线断裂、金属丝下垂、引线接碰。开封检测可能发现:晶圆表面有划痕;晶圆裂纹;封装材料中有较为尖锐的物质。3分析步骤3.1检验原则(1)应综合了解检材背景、使用环境温湿度、使用时间长短、是否有过应力等,与失效现象特征作比较;(2)电学验证失效现象;(3)先做非破坏性试验,再做破坏性试验;(4)先做失效隔离定位,再做物理验证,并与良品比对;(

8、5)模拟验证确认失效现象,此项适当时采用。83.2失效点电学定位综合运用电性测量分析检验方法对检材进行失效点定位。电性能分析方法包括:元器件的功能、参数、引线间特性和结特性的测试