塑封半导体器件的可靠性保证措施

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1、张臻鉴等：塑封半导体器件的可靠性保证措施塑封半导体器Ⅲ蛳～oe一菩l件一．一Ⅲ～一的一～bS可一～fd_蚕U～一靠m∞D一=～U一～藿m0性一∞S，幽一．保一唧～一me～ev证措施张臻鉴，刘文媛(中国航空计算A技术研究所～，一陕西一西～安一710一068一)摘要：为了降低塑封半导体器应用于高可靠性产品领域中的质量风险，采用质量细化分析方法，针对塑封半导体器件本身在材料、结构等方面的特点，做了塑封半导体器件失效模式与机理的原理探讨。得出器件应用于产品前，应该进行温度适应性评估、二次筛选以及破坏性物理分析等先期工作。关键词：塑封半导体器件；可靠性；温度适应性评估；二次筛选；破坏性物理分

2、析中图分类号：TN304．05—34文献标识码：B文章编号：1004—373X(2010)16-0164—02．由于塑封半导体器件的体积、重量、价格等～方面的_王佻塑甜封材料=和引一线框架界面侵入芯片入侵的水汽与封优势，近年来广泛应用于国民生产的各个方面_】J。受这装材料中的氯离子等结合产生酸性液体，会使芯片的键种趋势推动，生产厂家加大了塑封半导体器件研制生产合区发生腐蚀，当芯片表面钝化层存在缺陷，还会腐蚀的投入，塑封半导体器件逐渐具备了种类全面、高性能、到芯片的金属化层，导致器件漏电流增大，甚至造成诸{耋一Ⅲ一哪高精度、高集成度等特点，并且通过使用新型的环氧材如短路、开路的失效现

3、象。另一个方面，当器件所处的料，进行更为严谨的工艺控制等措施，塑封半导体器件环境温度升高，例如在回流焊过程中，器件内部的水汽一血SX=∞，．n㈣的可靠性也有所提高。但是由于塑封半导体器件本身受热眦，体m积急剧膨胀，就会在器件内部产生爆米花裂痕，是一种非气密性封装形式，当将其应用在对可靠性要求这3；样的裂¨痕通常从芯片焊接面处向下方延伸。由于器较高的领域时，仍要谨慎对待，必须针对塑封半导体器件底部几=乎不存在引线，向下方延伸的裂痕很少会造成件的固有失效模式，确定严格的质量保证方案_2]。器件的“即时失效”，通过电学测试不能剔除，但是却为器件的使用带来严重的问题：裂痕为水汽的进一步入侵

4、1塑封半导体器件的失效模式及机理分析提供大的通路，并且可能进一步延伸破坏器件的内部引起塑封半导体器件失效的主要诱因包括封装材结构。料固有的吸潮性，封装材料与芯片热膨胀系数的差异和1．2热膨胀系数不匹配导致的失效生产工艺控制不当造成的芯片粘接缺陷、封装缺陷等。由于塑封半导体器件使用材料的多样性，引线框主要的失效机理有爆米花效应、腐蚀、热膨胀系数不匹架、塑封材料、粘接材料、芯片等的热膨胀系数都存在差配导致的失效等L6]。异，因此当温度变化时，会在不同材料的接触面上产生应力作用，使得界面处的两种材料产生分离倾向，导致1．1爆米花效应以及腐蚀不同材料间出现分层，从而造成器件的短路、开路等，

5、而爆米花效应以及腐蚀这两种失效机理主要是由水且分层的出现更利于水汽的侵入。汽的入侵引起。空气中的水汽可能通过塑封材料本体、1．3生产工艺控制不当引入的缺陷收稿日期：20100319在塑封半导体器件的生产过程中产生的缺陷，比如1642010年第16期总第327芯片粘接缺陷、钝化层缺陷、封装中引入杂质或多余物半导体器件，测试中采用的测试条件、极限值等参数均等，可能造成芯片的剥离、器件的漏电流增加、开路或沿用厂家手册中额定温度范围内的定义。短路。3塑封半导体器件的二次筛选2塑封半导体器件的温度适应性评估为了尽量剔除存在缺陷及可能早期失效的塑封半生产厂家为塑封半导体器件定义温度范围一般有：

6、导体器件，需要对其进行100的二次筛选，筛选方法O～7O℃(商业级)、一4O～+85。C(工业级)、一4O～目前尚不统一，比较有代表性的是文献[7]提出的筛选+125℃(汽车级)，这些范围小于高可靠性领域通常要方法，如图3所示。求的范围一55～+125℃。因此若将其应用于靠可靠外部人』图检性领域，必须考察其在一55～+125。C范围内的温度适，1~D[A⋯

7、测试结果，器件参数可延用手册中的数值，若测试值有所变化可对其参数做相应调整。如图1所示。初始化电学测试图3二次筛选流程图4破坏性物理分析塑封半导体器件存在的设计、材料、工艺方面缺陷，可能在温度适应性考察和二次筛选中暴露不出来，但是在实际应用中会引起产品参数的变化甚至性能失效。破坏性物理分析(DPA)技术的发展为甄别这些缺陷提供了有力支撑。可以分别在温度适应性考察和二次筛选前后进行两次DPA。第一次DPA目的在于探查产图1参数再定义流程图品存在设计、材料、工艺方面的缺陷