塑封IC常见失效及对策.pdf

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1、塑封IC常见失效及对策1引言在现代激烈的市场竞争中，质量是企业的生命。当一种产品的性能不合格时，我们通常称产品失效。电子器件的失效可分为早期失效和使用期失效，前者多是由设计或工艺失误造成的质量缺陷所致，可以通过常规电参数检验和筛选进行检测，后者则是由器件中的潜在缺陷引起的，潜在缺陷的行为与时间和应力有关，经验表明，潮汽吸附、腐蚀和热机械应力、电过应力、静电放电等产生的失效占主导地位。2塑封IC常见失效塑封IC是指以塑料等树脂类聚合物材料封装的集成电路。由于树脂类材料具有吸附水汽的特性，故限制了其在航天、航空等领域的应用。其常见的失效有

2、：(1)芯片破裂；(2)管芯钝化层损伤；(3)管芯金属化腐蚀；(4)金属化变形；(5)键合金丝弯曲；(6)金丝键合焊盘凹陷；(7)键合线损伤；(8)键合线断裂和脱落；(9)键合引线和焊盘腐蚀；(10)引线框架腐蚀；(11)引线框架的低粘附性及脱层(12)包封料破裂；(13)包封材料疲劳裂缝；(14)封装爆裂(“爆米花”)(15)电学过载和静电放电；(16)焊接点疲劳。3塑封IC失效分析中的理化分析方法理化分析是搞清失效机理的最先进的分析方法，以下简要介绍一些理化分析方法的基本原理及其在失效分析中的应用。3．1扫描电子显微镜扫描电子显微

3、镜是运用电子束在样品上逐点扫描，引起二次电子发射，再将这些二次电子等信息转换成随试样表面形貌、材料等因素而变化的放大了的信息图像。它与光学显微镜等相比，具有聚焦景深长、视野大、不破坏样品，并富有立体感，分辨率高，能观察lOnm以下的细节，放大倍数可以方便地在20-10万倍连续变化等优点，是目前最有效的一种失效分析工具。3．2电子微探针电子微探针是利用细电子束作为X射线的激发源，打在要分析的样品表面(穿透深度一般约1-3μm)，激发产生出与被打击的微小区域内所包含元素的特征X射线谱，通过对特征X射线波长和强度的分析，来判断样品的成分和数

4、量情况，对硅中缺陷、pn结区重金属杂质沉淀，半导体材料微区域杂质及扩散层剖面杂质等进行分析，以确定潜在的失效模式。3．3离子微探针离子微探针是用一次电子束轰击试样，产生二次离子，然后按荷质比进行分离，从而分析出试样的成分，其取样的深度一般只有5-20原子层，可用来测定表面污染、表面吸附以及对氧化、扩散薄层、涂层等表面的分析。3．4俄歇电子能谱仪俄歇电子能谱仪的基本原理，是用低能电子束(1000eV以下)轰击被分析的靶材料，使其释放出具有不同能量的二次电子，通过能量分析器对其进行能量分析，测出其能量分布，得到一系列的能谱，其中有些峰就是

5、俄歇电子峰，与光谱分析相似，根据俄歇电子峰可以决定出某些元素的存在，由峰的强度可以测出该元素的含量。俄歇电子具有表面探针的作用，它可以用来分析表面，如表面组分、表面生长过程、合金接触质量、键合质量以及其它与表面有关的现象，其深度可深至10μm左右的表面层。3．5红外热分析红外热分析可运用红外显微镜、红外扫描显微镜等，它的基本原理，是当器件加上电源后，芯片上将有一定温度，产生相应的红外辐射，通过相应的红外接收系统，可将芯片上的反常热点显示出来，发现不合理的设计及材料和工艺中的缺陷，如反偏pn结上的发光点、针孔、尖端扩散及铝膜台阶处的局部

6、发热等。4塑封IC失效分析基本步骤4．1保存物理证据在生产过程中，回流焊返工或替换有问题的元器件是可以接受的，但在失效分析中，让已暴露出来的问题清楚显现，最为重要。失效分析最禁忌的是替换或修理问题点，这样会损坏物理证据。对失效分析样品，应温、湿度受控，并避免振动及静电等外力作用，在原因未得到确认前，应避免对失效样品进行通电。4．2物理分析初步电参数测试，观察失效器件哪些参数与正常器件参数不符合。外观及密封性检查。开帽镜检，开帽时，注意不要损坏管芯和引入新的失效因素，用30-60倍显微镜检查机械缺陷、内引线、芯片位置、铝条好坏等，用40

7、0-1000倍的金相显微镜观察光刻、铝引线、氧化层缺陷、芯片裂纹等，并对结果照相。图1为某失效样品芯片裂纹扫描声学显微图像。进一步测试电参数，必要时可划断铝条用探针测试管芯，检查电路的有源和无源元件性能是否正常。除去铝膜再对管芯进行测试，观察性能变化，并检查二氧化硅层的厚度与存在的针孔等。除去Si02用探针测试管芯，分析表面是否有沟道，失效是否由表面效应引起。4．3根本失效原因确定塑封IC失效的原因有：设计缺陷、原材料品质不良、制程问题、运输中静电击穿或存储环境中水汽吸附、使用时的过应力等。应征对失效分析样品，确定导致失效的根本原因。

8、工艺问题在塑封IC中占失效比例最大，问题主要集中在后工序上，如某塑封电路，由于器件塑封材料与金属框架和芯片间发生分层效应(俗称“爆米花”效应)，而拉断键合丝，从而发生开路失效。经分析，其主要原因是塑封料中的水分在高温下迅