封装缺陷与失效的研究方法论

封装缺陷与失效的研究方法论

电子器件是一个非常复杂的系统，其封装过程的缺陷和失效也是非常复杂的。因此，研究封装缺陷和失效需要对封装过程有一个系统性的了解，这样才能从多个角度去分析缺陷产生的原因。

封装缺陷与失效的研究方法论

封装的失效机理可以分为两类：过应力和磨损。过应力失效往往是瞬时的、灾难性的；磨损失效是长期的累积损坏，往往首先表示为性能退化，接着才是器件失效。失效的负载类型又可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载等。

影响封装缺陷和失效的因素是多种多样的，材料成分和属性、封装设计、环境条件和工艺参数等都会有所影响。确定影响因素和预防封装缺陷和失效的基本前提。影响因素可以通过试验或者模拟仿真的方法来确定，一般多采用物理模型法和数值参数法。对于更复杂的缺陷和失效机理，常常采用试差法确定关键的影响因素，但是这个方法需要较长的试验时间和设备修正，效率低、花费高。

在分析失效机理的过程中，采用鱼骨图（因果图）展示影响因素是行业通用的方法。鱼骨图可以说明复杂的原因及影响因素和封装缺陷之间的关系，也可以区分多种原因并将其分门别类。生产应用中，有一类鱼骨图被称为6Ms：从机器、方法、材料、量度、人力和自然力等六个维度分析影响因素。

这一张图所示的是展示塑封芯片分层原因的鱼骨图，从设计、工艺、环境和材料四个方面进行了分析。通过鱼骨图，清晰地展现了所有的影响因素，为失效分析奠定了良好基础。引发失效的负载类型

如上一节所述，封装的负载类型可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载。

失效机理的分类

机械载荷：包括物理冲击、振动、填充颗粒在硅芯片上施加的应力（如收缩应力）和惯性

(完整版)√MOS器件及其集成电路的可靠性与失效分析

MOS 器件及其集成电路的可靠性与失效分析（提要） 作者：Xie M. X. (UESTC ，成都市) 影响MOS 器件及其集成电路可靠性的因素很多，有设计方面的，如材料、器件和工艺等的选取；有工艺方面的，如物理、化学等工艺的不稳定性；也有使用方面的，如电、热、机械等的应力和水汽等的侵入等。 从器件和工艺方面来考虑，影响MOS 集成电路可靠性的主要因素有三个：一是栅极氧化层性能退化；二是热电子效应；三是电极布线的退化。 由于器件和电路存在有一定失效的可能性，所以为了保证器件和电路能够正常工作一定的年限（例如，对于集成电路一般要求在10年以上），在出厂前就需要进行所谓可靠性评估，即事先预测出器件或者IC 的寿命或者失效率。 （1）可靠性评估： 对于各种元器件进行可靠性评估，实际上也就是根据检测到的元器件失效的数据来估算出元器件的有效使用寿命——能够正常工作的平均时间（MTTF ，mean time to failure ）的一种处理过程。 因为对于元器件通过可靠性试验而获得的失效数据，往往遵从某种规律的分布，因此根据这些数据，由一定的分布规律出发，即可估算出MTTF 和失效率。 比较符合实际情况、使用最广泛的分布规律有两种，即对数正态分布和Weibull 分布。 ①对数正态分布： 若一个随机变量x 的对数服从正态分布，则该随机变量x 就服从对数正态分布；对数正态分布的概率密度函数为 222/)(ln 21)(σμπσ--?=x e x x f 该分布函数的形式如图1所示。 对数正态分布是对数为正态分布的任 意随机变量的概率分布；如果x 是正态分布 的随机变量，则exp(x)为对数分布；同样， 如果y 是对数正态分布，则log(y)为正态分 布。 ②Weibull 分布： 由于Weibull 分布是根据最弱环节模型 或串联模型得到的，能充分反映材料缺陷和 应力集中源对材料疲劳寿命的影响，而且具 有递增的失效率，所以，将它作为材料或零件的寿命分布模型或给定寿命下的疲劳强 度模型是合适的；而且尤其适用于机电类产品的磨损累计失效的分布形式。由于它可以根据失效概率密度来容易地推断出其分布参数，故被广泛地应用于各种寿命试验的数据处理。与对数正态分布相比，Weibull 分布具有更大的适用性。 Weibull 分布的失效概率密度函数为 m t m t m e t m t f )/()(ηη--?= 图1 对数正态分布

封装失效分析1

第二单元 集成电路芯片封装可靠性知识—郭小伟 （60学时） 第一章、可靠性试验 1．可靠性试验常用术语 试验名称 英文简称 常用试验条件 备注 温度循环 TCT （T/C ） －65℃~150℃, dwell15min, 100cycles 试验设备采用气冷的方式，此温度设置为设备的极限温度 高压蒸煮 PCT 121℃，100RH., 2ATM,96hrs 此试验也称为高压蒸汽，英文也称为autoclave 热冲击 TST （T/S ） －65℃~150℃, dwell15min, 50cycles 此试验原理与温度循环相同，但温度转换速率更快，所以比温度循环更严酷。 稳态湿热 THT 85℃,85%RH., 168hrs 此试验有时是需要加偏置电压的，一般为Vcb=0.7~0.8BVcbo,此时试验为THBT 。 易焊性 solderability 235℃,2±0.5s 此试验为槽焊法，试验后为10~40倍的显微镜下看管脚的 上锡面积。 耐焊接热 SHT 260℃,10±1s 模拟焊接过程对产品的影响。 电耐久 Burn in Vce=0.7Bvceo, Ic=P/Vce,168hrs 模拟产品的使用。（条件主要针 对三极管） 高温反偏 HTRB 125℃, Vcb=0.7~0.8BVcbo, 168hrs 主要对产品的PN 结进行考核。回流焊 IR reflow Peak temp.240℃ （225℃） 只针对SMD 产品进行考核，且 最多只能做三次。 高温贮存 HTSL 150℃,168hrs 产品的高温寿命考核。 超声波检测 SAT CSCAN,BSCAN,TSCAN 检测产品的内部离层、气泡、裂缝。但产品表面一定要平整。

常规封装失效分析流程

常规封装失效分析流程1q5| `4q { H v 芯片设计版图芯片制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,process,lay out,pack age,F A,QA G L g l ^ d 封装常规失效分析流程 1，接受上级或客户不良品信息反馈及分析请求，并了解客户相关信息。（指失效模式，参数值，客户抱怨内容，型号，批号，失效率，所占比例等，与正常品相比不同之处）芯片设计版图芯片制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,process,lay out,pack age,F A,QA a/r m)_6D#X B 2，记录各项信息内容，以在长期记录中形成信息库，为今后的分析工作提供经验值。 3，收信工艺信息，包括与此产品有关的生产过程中的人，机，料，法，环变动的情况（老员工，新员工，班次，人员当时的工作状态，机台状况，工夹具，所采用的原材料，工艺参数的变动，环境温湿度的变动等） 通常有：装片机号，球焊机号，包封机号，后固化烘箱号，去飞边机号，软化线号，是否二次软化，测试机台，测试参数，料饼品种型号，引线条供应者及批号，金丝品种及型号，供应者等。https://www.wendangku.net/doc/e915055043.html,:? _ F8D8F 2F3J 半导体技术天地Semiconductor Technolo gy World] d ;R R;U R 4，失效确认，可用自已的测试机检测功能、开短路，以确认客户反映情况是否属实。 "s o v z4d*X | a;f 5，对于非开短路情况，如对于漏电流大的产品要彻底清洗（用冷热纯水或有机溶剂如丙酮）后再进行下述烘烤试验：125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试问题，对封装工艺要严查。https://www.wendangku.net/doc/e915055043.html, o*B\'d ~-M0j 6? n)z v ]3I/\\ y L8m 6，对于开短路情况，观察开短路测试值是开路还是短路，还是芯片不良，如是开路或短路，则要注意是第几脚开路或短路，待开帽后用万用表测量该脚所连的金丝的压区与脚之间的电阻，以判断该脚球焊是否虚焊。 4c\'{ J ` _ i a Y"U 7,对于大芯片薄形封装产品要注意所用材料（如料饼，导电胶）是否确当，产品失效是否与应力和湿气有关（125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后，门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试的问题，对封装工艺要严查，如检查去飞边方式，浸酸时间等。）芯片设计版图晶圆制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,design,fabrication,process,lay out,pac age,test,A,RA,QA m } U Y$P b h9n"j&ZQ 半导体技术天地Semiconductor Technolo gy World]"?$Z u0Z4\\ 8，80倍以上显微镜观察产品外形特征，特别是树脂休是否有破裂，裂缝，鼓泡膨胀。（注胶口，脚与脚之间树脂体和导电物） 半导体技术天地Semiconductor Technolo gy World] n:m b q z4_ 9，对所有失效样品进行X-RAY检查，观察金丝情况，并和布线图相比较，以判断布线是否错误。如发现错误要加抽产品确认失效总数并及时反映相关信息给责任人。芯片设计版图晶圆制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,design,fabrication,process,lay out,pack age,test,FA,RA,QA Q/p c k L 芯片设计版图晶圆制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,design,fabrication,process,lay out,pac age,test,A,RA,QA0Y,\\-n+O H |2R v 10，C-SAM即SA T，观察产品芯片分层情况。判断规范另见。样品数量为10只以内/批。 g0@ N/~ P\'] ? M4P m 11，开帽：对于漏电流大的产品采用机械方式即干开帽形式，其它情况用强酸即湿开帽形式。切开剖面观察金丝情况，及金球情况，表面铝线是否受伤，芯片是否有裂缝，光刻是否不良,是否中测，芯片名是否与布线图芯片名相符。样品数量为5只/批。对于开短路和用不导电胶装片的产品要用万用表检测芯片地线和基岛之间电阻检查装片是否有问题。对于密间距产品要测量铝线宽度，确认所用材料（料饼，导电胶，金丝）是否确当开帽后应该再测试，根据结果进一步分析。芯片设计版图芯片制造工艺制程封装测试,wafer,chip,ic,process,lay out,pack age,A,QA G1R M9A } d G y#i%L U

基于LED芯片封装缺陷检测方法研究

基于LED芯片封装缺陷检测方法研究 LED(Light-emitting diode)由于寿命长、能耗低等优点被广泛地应用于指示、显示等领域。可靠性、稳定性及高出光率是LED取代现有照明光源必须考虑的因素。封装工艺是影响LED功能作用的主要因素之一，封装工艺关键工序有装架、压焊、封装。由于封装工艺本身的原因，导致LED封装过程中存在诸多缺陷(如重复焊接、芯片电极氧化等)，统计数据显示[1-2]：焊接系 统的失效占整个半导体失效模式的比例是25%～30%，在国内[3]，由于受到 设备和产量的双重限制，多数生产厂家采用人工焊接的方法，焊接系统不合 格占不合格总数的40%以上。从使用角度分析，LED封装过程中产生的缺陷，虽然使用初期并不影响其光电性能，但在以后的使用过程中会逐渐暴露出来 并导致器件失效。在LED的某些应用领域，如高精密航天器材，其潜在的缺陷比那些立即出现致命性失效的缺陷危害更大。因此，如何在封装过程中实 现对LED芯片的检测、阻断存在缺陷的LED进入后序封装工序，从而降低 生产成本、提高产品的质量、避免使用存在缺陷的LED造成重大损失就成为LED封装行业急需解决的难题。 ? ?目前，LED产业的检测技术主要集中于封装前晶片级的检测[4-5]及封装完成后的成品级检测[6-7]，而国内针对封装过程中LED的检测技术尚不成熟。本文在LED芯片非接触检测方法的基础上[8-9]，在LED引脚式封装过程中，利用p-n结光生伏特效应，分析了封装缺陷对光照射LED芯片在引线支架中产生的回路光电流的影响，采用电磁感应定律测量该回路光电流，实现LED 封装过程中芯片质量及封装缺陷的检测。 ?

塑料封装可靠性问题浅析

塑料封装可靠性问题浅析 1、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。缺陷的产生主要是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, 比如PEM在空气中吸潮, 所吸收的潮气将会导致很多的问题出现, 包含在这一类失效中的就是所谓的磨损型失效机理。这些类型的失效在后面将会进行详细的论述。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。 2、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。 2.1、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一致比如说, 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伸和剪切应力, 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、短路以及间歇性断路问题出现。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厚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, 这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。 2.2、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。 2.3、芯片粘接缺陷

绘制原理图和PCB图的过程中常遇到的一些问题

一、绘制原理图和PCB图的过程中常遇到的一些问题 （请结合上机验证以加深体会） 1、放置元件时，光标在图纸中心，元件却在图纸外，试分析可能的原因。 答：这是由于创建元件库时，没有在元件库图纸中心创建元件。这样，放置元件时，光标所在处是元件库图纸的中心，而元件却距离此中心非常远。编辑库文件时，元件应该放在原点附近，尽量把元件的第一个管脚放在原点。 2、负电平输入有效的引脚外观如何设置？ 答：在设置元件属性栏中的DOT项前打勾选中即可。 答：在原理图或元件库的编辑中，遇到需要在网络标号或管脚名等字符上方画横线时，只要在输入这些名字的每个字母后面再补充输入一个“\”符号，Protel即可自动把“\”转化为前一字母的上画线。4、为什么导线明明和管脚相连，ERC却报告说缺少连线？ 答：可能的原因有： (1)该问题可能是由于栅格(Grids)选项设置不当引起。如果捕捉栅格精度(Snap)取得太高，而可视栅格(Visible)取得较大，可能导致绘制导线（wire）时，在导线端点与管脚间留下难以察觉的间隙。例如：当Snap取为1，Visible取为10，就容易产生这种问题； (2)另外在编辑库元件、放置元件管脚时，如果把捕捉栅格精度取得太高，同样也会使得该元件在使用中出现此类似问题。所以，进行库编辑时最好取与原理图编辑相同的栅格精度。 5、ERC报告管脚没有接入信号，试分析可能的原因。 答：可能的原因有： a、创建封装时给管脚定义了I/O属性； b、创建元件或放置元件时修改了不一致的grid属性，管脚与线没有连上； c、创建元件时，管脚方向反向，使得原理图中是“pin name”端与导线相连。 6、网络载入时报告NODE没有找到，试分析可能的原因。 答：可能的原因有： a、原理图中的元件使用了pcb库中没有的封装； b、原理图中的元件使用了pcb库中名称不一致的封装； c、原理图中的元件使用了pcb库中pin number不一致的封装。如三极管：sch中pin number为e,b,c而pcb中为1,2,3； d、原理图元件引角数量多余该元件封装引角时，会引起NODE没有找到。 7、创建的工程文件网络表只能部分调入pcb 答：生成netlist时没有选择为global。 8、当使用自己创建的多部分组成的元件时，千万不要使用annotate. 9、打印时总是不能打印到一页纸上： a. 创建pcb库时没有在原点； b. 多次移动和旋转了元件，pcb板界外有隐藏的字符。选择显示所有隐藏的字符，缩小pcb, 然后移动字符到边界内。

调试过程存在问题分析及解决措施

5.2调试过程存在问题分析及解决措施 在调试的过程中，一开始时比较正常，很容易就检测到了TP1和TP2的波形。但是，当用示波器显示TP3的时候就发现没有波形。之后的TP4~TP7也一样没有波形。经过检测，我们发现稳压管两端电压居然高于5V，正常应该在3.6V左右，于是我们找老师换了一个新的稳压管。但换上新的稳压管后还是测不出波形。我们又从新检测其他所有器件，后来发现，在V2的基极是有波形的，而到V3的基极就没有波形了，而同支路的其他各点电压都正常。所以，我们决定，将V2元件拆下来进行检验。果然，检验后发现原来这个二极管的放大倍数很小，并不满足要求。于是，换来新管，进行更换。更换后，检测TP3，示波器上显示出波形，但那却是不正确的，这让我们挺沮丧。 光检测就花了我们大量时间，后来决定把一些器件拆下来重新焊接过，用万用表再检测一下元件，而且可以避免出现虚焊等情况，重新焊接后用二极管档检测了所有元件的每个脚与电路板都是道通，依然无法检测出波形。信心再次大受打击。 这时我们又接上电路重新再一次全面检查，这一次我们发现稳压管两端的电压竟然接近零，估计是被击穿了，我们马上找了老师再次换上新的稳压管并检查了一遍，这次稳压管的电压3.5V，是正确的数字，于是我们再次接上示波器，检测了TP3的波形。终于皇天不负苦心人，这次示波器现实出了正确的波形并且很完美。接下去的TP4-TP7都能显示出正确的结果。

6实训的收获体会 上个星期，我们电力4班在在工学二号馆512进行了为期一周的电力电子技能实训。经过这次实训，我既学会了怎样用PROTEL软件设计电子电路的布局和连接，又加深了对电路板的焊接技术和示波器应用的熟悉，而且还懂得怎么去选用合理的元件。从中，我也达到了锻炼动手能力、培养工程实践观念的目的。而最重要的是，从这次实训我与队友的配合中，我懂得了团队精神很重要，两个人要分工明确，相互配合，才能发挥最大的作用。 通过电力电子技能实训课程设计，首先，对于PROTEL这个不熟悉的全英文软件，从不懂到熟悉的确花了不少时间，从网上查找了很多资料，看文档，看视频讲解，一样都不能少。就画电路图来说，只要会用PROTEL还是没多大的问题，主要问题还是在于封装。这不仅要要求之前的电路图布局合理，而且还要重新把封装后改变的电路线路分布好，这不是一件简单的事情。接着就是打印了，要记住把线路宽度尽量调大一点，而且要把图层选对，只选线路图，不要元件。之后就是去铜，过松香，打孔，还算轻松。轮到焊接了，有一定的难度，要分清元件的方向，要焊得漂亮，不要虚焊、短路，因为这样直接关系到电路的成功。我们组就是因为开始没有弄清电容的方向，导致发光二极管无法发光，而且没有分清三极管的类型导致调节RP3没有电压变化。在这个过程中，我觉得这不仅仅是对手动能力的要求，你还要弄清楚电路的原理，因为这样方便你检修。 制作电路板的过程的不顺利虽然在一定程度上打击了我们的信心和耐性，但是，因为调试过程比较顺利的完成，结果还是不错的。这样的制作过程让我懂得制作要认真细心，掌握了更多检测的技巧，并锻炼了我的独立分析问题的能力。 其次就是调试，这是主要是考验我们的细心、耐性。我们组遇到的问题不大，解决过程也比较顺利。电路的波形一开始出来就比较完美，不用怎么调试，直接记录就可以了，这与我们之前的制作完善也有一定的关系。 整个过程中,我们2人一组,遇到不明白的时候我们就互相讨论，如果解决不了就询问老师，直到得出正确结果为止。比如就是电容的方向，三极管的接法等等，虽然这样做比较费时,但是它培养了我们独立思考问题的能力。 最后，我个人认为这次实训不足之处在于我们焊接的时候比较粗心，没有注意元件的焊接方向，导致出现了很多问题，而且虽然不是元件的问题，但是也忽略了对元件的检测，还有的就是很多时候效率不高，做事比较拖拉。 理论指导实践，实践是检验真理的唯一标准，这次实训我认识了电力电子电路设计的一般规律，加深了我对电力电子技术的理论知识理解，积累了宝贵的设计经验，明确了自己的学习方向，激发了自己的学习热情，我会不断地调整和完善自己的知识结构，战胜前进道路上的各种挫折，锻炼自己的意志和毅力，为以后的专业学习打下了基础，为适应今后的工作做好准备。从简入繁，到现在应用到自己动手，是一个再认识的过程。深刻感受到制作电路所需要的细心和耐心，容不下一丁点的差错，令我受益匪浅。最后要感谢我们的指导老师，感谢他们的严格要求和耐心指导，有很多我们无法自己解决的问题他都给我们指导了方向。

电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训

电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术培训 讲讲师师介介绍绍:: 费老师 男，原信息产业部电子五所高级工程师,理学硕士,“电子产品可靠性与环境试验”杂志编委，长期从事电子元器件的失效机理、失效分析技术和可靠性技术研究。分别于1989年、1992－1993年、2001年由联合国、原国家教委和中国国家留学基金管理委员会资助赴联邦德国、加拿大和美国作访问学者。曾在国内外刊物和学术会议上发表论文三十余篇。他领导的“VLSI 失效分析技术”课题组荣获2003年度“国防科技二等奖”。他领导的“VLSI 失效分析与可靠性评价技术”课题组荣获2006年度“国防科技二等奖”。2001年起多次应邀外出讲学,获得广大学员的一致好评。 【培训对象】系统总质量师、产品质量师、设计师、工艺师、研究员，质量可靠性管理和从事电子元器件（包括集成电路）失效分析工程师 【主办单位】中 国 电 子 标 准 协 会 培 训 中 心 【协办单位】深 圳 市 威 硕 企 业 管 理 咨 询 有 限 公 司 为了满足广大元器件生产企业对产品质量及可靠性方面的要求，我司决定在全国组织召开“电子元器件可靠性试验、失效分析、故障复现及筛选技术”高级研修班。研修班将由具有工程实践和教学丰富经验的教师主讲，通过讲解大量实例,帮助学员了解各种主要电子元器件的可靠性试验方法和试验结果的分析方法．

课程提纲： 第一部分电子元器件的可靠性试验 1 可靠性试验的基本概念 1．1 概率论基础 1．2 可靠性特征量 1．3 寿命分布函数 1．4 可靠性试验的目的和分类 1．5 可靠性试验设计的关键问题 2 寿命试验技术 2．1 加速寿命试验 2．2 定性寿命保证试验 2．3 截尾寿命试验 2．4 抽样寿命试验 3 试验结果的分析方法：威布尔分布的图估法 4 可靠性测定试验 4．1 点估计法 4．2 置信区间 5 可靠性验证试验 5．1 失效率等级和置信度 5．2 试验程序和抽样表 5．3 标准和应用 6 电子元器件可靠性培训试验案例

环氧塑封料工艺选择和封装失效分析流程

塑封料＼环氧塑封料工艺选择和封装失效分析流程 一环氧塑封料的工艺选择 1.1预成型料块的处理 （1）预成型塑封料块一般都储存在5℃-10℃的环境中，必会有不同程度的吸潮。因此在使用前应在干燥的地方室温醒料，一般不低于16小时。 （2）料块的密度要高。疏松的料块会含有过多的空气和湿气，经醒料和高频预热也不易挥发干净，会造成器件包封层内水平增多。 （3）料块大小要适中，料块小，模具填充不良；料块大，启模困难，模具与注塑杆沾污严重并造成材料的浪费。 1.2模具的温度 生产过程中，模具温度控制在略高于塑封料玻璃化温度Tg时，能获得较理想的流动性，约160℃-180℃。模具温度过高，塑封料固化过快，内应力增大，包封层与框架粘接力下降。同时，固化过快也会使模具冲不满；模具温度过低，塑封料流动性差，同样会出现模具填充不良，包封层机械强度下降。同时，保持模具各区域温度均匀是非常重要的，因为模具温度不均匀，会造成塑封料固化程度不均匀，导致器件机械强度不一致。 1.3注塑压力 注塑压力的选择，要根据塑封料的流动性和模具温度而定，压力过小，器件包封层密度低，与框架黏结性差，易发生吸湿腐蚀，并出现模具没有注满塑封料提前固化的情况；压力过大，对内引线冲击力增大，造成内引线被冲歪或冲断，并可能出现溢料，堵塞出气孔，产生气泡和填充不良。 1.4注模速度 注模速度的选择主要根据塑封料的凝胶化时间确定。凝胶化时间短，注模速度要稍快，反之亦然。注模要在凝胶化时间结束前完成，否则由于塑封料的提前固化造成内引线冲断或包封层缺陷。 1.5塑封工艺调整 对工艺调整的同时，还应注意到预成型料块的保管、模具的清洗、环境的温湿度等原因对塑封工序的影响。 2塑封料性能对器件可靠性的影响 2.1塑封料的吸湿性和化学粘接性 对塑封器件而言，湿气渗入是影响其气密性导致失效的重要原因之一。湿气渗入器件主要有两条途径：

失效分析及其在保证电子产品可靠性中的作用

失效分析及其在保证电子产品可靠性中的作用 本报编辑：韩双露时间: 2009-3-19 10:55:13 来源: 电子制造商情 中国赛宝实验室可靠性研究分析中心 李少平 1 电子产品失效分析概述 失效分析（FA）是指为了确定失效部件的失效模式、失效机理、失效原因以及失效后果所作的检查和分析。 电子产品失效分析利用电分析、形貌分析、成分分析、物理参量分析、应力试验分析等手段求证失效样品的失效证据，根据失效证据与失效机理的内在联系，并结合样品现场的失效信息，诊断失效样品的失效机理、失效原因。 在电子产品中，FA的对象是电子元器件，电子元器件主要包括要电容器、电阻器、电感器、继电器、连接器、滤波器、开关、晶体器件、半导体器件（包括半导体分立器件、集成电路）、纤维光学器件、组件（具有一定功能、独立封装的电子部件，如DC/DC电源，晶体振荡器等）等。 失效是指电子元器件丧失或部分丧失了预定的功能。 失效模式是指电子元器件失效的外在宏观表现。对于半导体分立器件失效模式主要有开路、短路、参数漂移（退化）、间歇失效，密封继电器失效模式主要有接触不良、触点粘接、开路、断路，瓷介电容失效模式主要有开裂、短路、低电压失效。不同类别的电子元器件失效模式的表现各不相同，既使对同一门类的电子元器件，由于其原理、结构和电气性能的差异失效模式的表现也不尽相同。失效模式的确认是失效分析工作的重要的环节，失效模式确认需要借助于观察、测试等技术方法。 失效机理是指电子元器件失效的物理、化学变化，这种变化深层次的意义指失效过程中元器件内部的原子、分子、离子的变化，以及结构的变化，是失效发生的内在本质。电子元器件的失效机理可分为机械失效机理，如磨损、疲劳、断裂等；电失效机理，如静电放电损伤、电压引起的场致击穿和退化、电流引起热致击穿和退化等；热失效机理，如热引起的物态变化、结构变化等；反应失效机理，如腐蚀、合金、降解等；电化学机理，如化学电迁移、源电池效应等；产品特有的失效机理，如CMOS集成电路的闩锁效应、金属化铝电迁移效应、热电子

IC封装样品失效分析概述

IC封装样品失效分析概述 Angus 2011-12-05

IC封装样品失效分析 FA (Failure Analysis),失效分析不仅有助于提高产品可靠性，而且可以带来很高的经济效益，是IC生产中不可缺少的部分。 按照分析目的或分析手段，FA可分为： PFA(Physical Failure Analysis), 是主要做物理、材料方面的失效分析EFA(Electrical Failure Analysis),是以电学测试为主的失效分析，

IC封装样品失效分析 Cu pad on substrate Pillar Bump 失效分析的目的：分析失效现象，确定失效原因，提出改善建议，提高产品可靠性如何做失效分析：先简单后复杂，先外后内，先无损后有损

IC封装样品失效分析 1.X-Ray (X射线检测) 2.C-SAM (超声波检测) 3.Microscope (显微镜检测) 4.SEM & EDX(扫描电镜及能谱检测） 5. Decapsulation(开帽检查） 6.Cross-Section (Polish&FIB) 7.EFA(EMMI, OBIRCH，InGaAs)

1.X-Ray (X射线检测) X射线是1895年由伦琴发现的，因此也叫伦琴射线。 X射线肉眼不可见，但可是照相底片感光，具有很强的穿透力。 X射线本质上是一种波长很短的电磁波，波长范围0.01~ 10nm,介于紫外线与γ射线之间。 左图为X射线的产生原理图： 1.在阴极灯丝1与阳极4之间加直流高压(上万伏)， 2.灯丝产生大量热电子， 3.电子在高压电场作用下，冲击阳极上的靶材5， 4.靶材受电子激发产生X射线。 灯丝的材质通常为钨，靶材的材质有Ti、Cu、Mo等

电子封装中的可靠性问题

电子封装中的可靠性问题 电子器件是一个非常复杂的系统，其封装过程的缺陷和失效也是非常复杂的。因此，研究封装缺陷和失效需要对封装过程有一个系统性的了解，这样才能从多个角度去分析缺陷产生的原因。 封装缺陷与失效的研究方法论 封装的失效机理可以分为两类：过应力和磨损。过应力失效往往是瞬时的、灾难性的；磨损失效是长期的累积损坏，往往首先表示为性能退化，接着才是器件失效。失效的负载类型又可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载等。 影响封装缺陷和失效的因素是多种多样的，材料成分和属性、封装设计、环境条件和工艺参数等都会有所影响。确定影响因素和预防封装缺陷和失效的基本前提。影响因素可以通过试验或者模拟仿真的方法来确定，一般多采用物理模型法和数值参数法。对于更复杂的缺陷和失效机理，常常采用试差法确定关键的影响因素，但是这个方法需要较长的试验时间和设备修正，效率低、花费高。 在分析失效机理的过程中，采用鱼骨图（因果图）展示影响因素是行业通用的方法。鱼骨图可以说明复杂的原因及影响因素和封装缺陷之间的关系，也可以区分多种原因并将其分门别类。生产应用中，有一类鱼骨图被称为6Ms：从机器、方法、材料、量度、人力和自然力等六个维度分析影响因素。

这一张图所示的是展示塑封芯片分层原因的鱼骨图，从设计、工艺、环境和材料四个方面进行了分析。通过鱼骨图，清晰地展现了所有的影响因素，为失效分析奠定了良好基础。 引发失效的负载类型 如上一节所述，封装的负载类型可以分为机械、热、电气、辐射和化学负载。 失效机理的分类 机械载荷：包括物理冲击、振动、填充颗粒在硅芯片上施加的应力（如收缩应力）和惯性力（如宇宙飞船的巨大加速度）等。材料对这些载荷的响应可能表现为弹性形变、塑性形变、翘曲、脆性或柔性断裂、界面分层、疲劳裂缝产生和扩展、蠕变以及蠕变开裂等等。 热载荷：包括芯片黏结剂固化时的高温、引线键合前的预加热、成型工艺、后固化、邻近元器件的再加工、浸焊、气相焊接和回流焊接等等。外部热载荷会使材料因热膨胀而发生尺寸变化，同时也会改变蠕变速率等物理属性。如发生热膨胀系数失配（CTE失配）进而引发局部应力，并最终导致封装结构失效。过大的热载荷甚至可能会导致器件内易燃材料发生燃烧。 电载荷：包括突然的电冲击、电压不稳或电流传输时突然的振荡（如接地不良）而引起的电流波动、静电放电、过电应力等。这些外部电载荷可能导致介质击穿、电压表面击穿、电能的热损耗或电迁移。也可能增加电解腐蚀、树枝状结晶生长，引起漏电流、热致退化等。 化学载荷：包括化学使用环境导致的腐蚀、氧化和离子表面枝晶生长。由于湿气能通过塑封料渗透，因此在潮湿环境下湿气是影响塑封器件的主要问题。被

可靠性失效分析常见方法

可靠性失效分析常见思路 失效分析在生产建设中极其重要，失效分析的限期往往要求很短，分析结论要正确无误，改进措施要切实可行。 1 失效分析思路的内涵 失效分析思路是指导失效分析全过程的思维路线，是在思想中以机械失效的规律(即宏观表象特征和微观过程机理)为理论依据，把通过调查、观察和实验获得的失效信息(失效对象、失效现象、失效环境统称为失效信息)分别加以考察，然后有机结合起来作为一个统一整体综合考察，以获取的客观事实为证据，全面应用推理的方法，来判断失效事件的失效模式，并推断失效原因。因此，失效分析思路在整个失效分析过程中一脉相承、前后呼应，自成思考体系，把失效分析的指导思路、推理方法、程序、步骤、技巧有机地融为一体，从而达到失效分析的根本目的。 在科学的分析思路指导下，才能制定出正确的分析程序;机械的失效往往是多种原因造成的，即一果多因，常常需要正确的失效分析思路的指导;对于复杂的机械失效，涉及面广，任务艰巨，更需要正确的失效分析思路，以最小代价来获取较科学合理的分析结论。总之，掌握并运用正确的分析思路，才可能对失效事件有本质的认识，减少失效分析工作中的盲目性、片面性和主观随意性，大大提高工作的效率和质量。因此，失效分析思路不仅是失效分析学科的重要组成部分，而且是失效分析的灵魂。 失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程，结果和原因具有双重性，因此，失效分析可以从原因入手，也可以从结果入手，也可以从失效的某个过程入手，如“顺藤摸瓜”，即以失效过程中间状态的现象为原因，推断过程进一步发展的结果，直至过程的终点结果“;顺藤找根”，即以失效过程中间状态的现象为结果，推断该过程退一步的原因，直至过程起始状态的直接原因“;顺瓜摸藤”，即从过程中的终点结果出发，不断由过程的结果推断其原因“顺;根摸藤”，即从过程起始状态的原因出发，不断由过程的原因推断其结果。再如“顺瓜摸藤+顺藤找根”、“顺根摸藤+顺藤摸瓜”、“顺藤摸瓜+顺藤找根”等。 2 失效分析的主要思路 常用的失效分析思路很多，笔者介绍几种主要思路。 “撒大网”逐个因素排除的思路 一桩失效事件不论是属于大事故还是小故障，其原因总是包括操作人员、机械设备系统、材料、制造工艺、环境和管理6个方面。根据失效现场的调查和对背景资料(规划、设计、制造说明书和蓝图)

封装常规失效分析流程

封装常规失效分析流程 1，接受上级或客户不良品信息反馈及分析请求，并了解客户相关信息。（指失效模式，参数值，客户抱怨内容，型号，批号，失效率，所占比例等，与正常品相比不同之处） 2，记录各项信息内容，以在长期记录中形成信息库，为今后的分析工作提供经验值。 3，收信工艺信息，包括与此产品有关的生产过程中的人，机，料，法，环变动的情况（老员工，新员工，班次，人员当时的工作状态，机台状况，工夹具，所采用的原材料，工艺参数的变动，环境温湿度的变动等）通常有：装片机号，球焊机号，包封机号，后固化烘箱号，去飞边机号，软化线号，是否二次软化，测试机台，测试参数，料饼品种型号，引线条供应者及批号，金丝品种及型号，供应者等。 4，失效确认，可用自已的测试机检测功能、开短路，以确认客户反映情况是否属实。 5，对于非开短路情况，如对于漏电流大的产品要彻底清洗（用冷热纯水或有机溶剂如丙酮）后再进行下述烘烤试验：125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试问题，对封装工艺要严查。 6，对于开短路情况，观察开短路测试值是开路还是短路，还是芯片不良，如是开路或短路，则要注意是第几脚开路或短路，待开帽后用万用表测量该脚所连的金丝的压区与脚之间的电阻，以判断该脚球焊是否虚焊。 7,对于大芯片薄形封装产品要注意所用材料（如料饼，导电胶）是否确当，产品失效是否与应力和湿气有关（125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后，门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试的问题，对封装工艺要严查，如检查去飞边方式，浸酸时间等。） 8，80倍以上显微镜观察产品外形特征，特别是树脂休是否有破裂，裂缝，鼓泡膨胀。（注胶口，脚与脚之间树脂体和导电物） 9，对所有失效样品进行X-RAY检查，观察金丝情况，并和布线图相比较，以判断布线是否错误。如发现错误要加抽产品确认失效总数并及时反映相关信息给责任人。 10，C-SAM即SAT，观察产品芯片分层情况。判断规范另见。样品数量为10只以内/批。 11，开帽：对于漏电流大的产品采用机械方式即干开帽形式，其它情况用强酸即湿开帽形式。切开剖面观察金丝情况，及金球情况，表面铝线是否受伤，芯片是否有裂缝，光刻是否不良,是否中测，芯片名是否与布线图芯片名相符。样品数量为5只/批。对于开短路和用不导电胶装片的产品要用万用表检测芯片地线和基岛之间电阻检查装片是否有问题。对于密间距产品要测量铝线宽度，确认所用材料（料饼，导电胶，金丝）是否确当开帽后应该再测试，根据结果进一步分析。 12，腐球：观察压区硅层是否破裂，严重氧化（用王水或氢氧化钠或氢氧化钾），腐球时注意要腐透（金丝彻底脱离芯片或溶化掉），不能用细针去硬拨金丝以免造成人为压区损坏。

LED失效分析(开路,不发光)

LED失效分析（发光失效） 美信检测失效分析实验室 摘要： 本文通过对正常及失效样品进行外观检查及失效现象确认，X-Ray透视检查，金相及SEM 观察，EDS分析等测试后，分析认为导致失效样品LED加电不亮，手轻压可正常发光（开路）的原因为：失效样品受到外部机械应力影响内部晶片上的第二绑定点发生机械应力断裂。 关键词： LED LED失效分析 LED不亮应力断裂第二绑定点 LED开路 1. 案例背景 LED加电不亮，手轻压可正常发光。 2. 分析方法简述 1）X射线透视可明显发现NG样品上的两根连接在LED内部大晶片上的绑定线在绑定点端头部分有明显断裂，内部连接负极的一端绑定良好。OK样品则未见任何异常。 2）用化学方法腐蚀掉LED灯表面封装胶体，电子显微镜观察其内部结构，可明显看到芯片内部连接正极的两条金线在端头部分存在明显的机械应力断裂，断口有颈缩及金属机械拉尖现象。断裂位置均在绑定颈部位置，绑定点位置绑定良好。剖面观察未见LED半球形的封胶体有明显的裂纹或气孔等封装缺陷。 3）从LED开封后的内部结构来看，该样品不同于常见LED的封装，晶片上的正极绑定点为带尾翼的第二绑定点（一般第二绑定点是晶片封装中强度薄弱的点，易发生断裂等异常），而框架负极上的绑定点反而为球型的第一绑定点。发生机械断裂的正是带尾翼的第二绑定点位置，该位置立体空间上高于负极的第一绑定点，更易受到外部机械应力的影响。 图1.LED外观照片（20X）

图2.NG样品X射线透视照片 图3. NG样品剖面SEM/EDS图片（150X）

图4.NG样品开封后SEM照片（150X,1000X,3000X） 3. 失效模式分析 LED失效模式主要有：晶片失效、封装失效、热应力失效、机械应力失效、电过应力失效及键合失效。该NG样品均为机械应力致失效。 1）晶片失效：晶片失效是指晶片本身失效或其它原因造成晶片失效。造成这种失效的原因往往有很多种：晶片裂纹是由于键合工艺条件不合适，造成较大的应力，随着热量积累所产生的热机械应力也随之加强，导致晶片产生微裂纹，工作时注入的电流会进一步加剧微裂纹使之不断扩大，直至完全失效。其次，如果芯片有源区本来就有损伤，那么会导致在加电过程中

功率器件失效分析流程

封装常规失效分析流程： 1、接受上级或客户不良品信息反馈及分析请求，并了解客户相关信息。 主要包括的内容为：失效模式，参数值，客户抱怨内容，型号，批号，失效率，所占比例等，与正常品相比不同之处等。 2、记录各项信息内容，以在长期记录中形成信息库，为今后的分析工作提供经验值。 3、收集工艺信息，包括与此产品有关的生产过程中的人，机，料，法，环变动的情况．主要包括：老员工，新员工，班次，人员当时的工作状态，机台状况，工夹具，所采用的原材料，工艺参数的变动，环境温湿度的变动等。 通常有：装片机号，球焊机号，包封机号，后固化烘箱号，去飞边机号，软化线号，是否二次软化，测试机台，测试参数，料饼品种型号，引线条供应者及批号，金丝品种及型号，供应者等。 4、失效确认，可用自已的测试机检测功能、开短路，以确认客户反映情况是否属实。 5、对于非开短路情况，如对于漏电流大的产品要彻底清洗（用冷热纯水或有机溶剂如丙酮）后再进行下述烘烤试验：125度烘烤24小时或175度烘烤4

小时以上，烘箱关电源后门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试问题，对封装工艺要严查。 6、对于开短路情况，观察开短路测试值是开路还是短路，还是芯片不良，如是开路或短路，则要注意是第几脚开路或短路，待开帽后用万用表测量该脚所连的金丝的压区与脚之间的电阻，以判断该脚球焊是否虚焊。 7、对于大芯片薄形封装产品要注意所用材料（如料饼，导电胶）是否确当，产品失效是否与应力和湿气有关（125度烘烤24小时或175度烘烤4小时以上，烘箱关电源后，门打开45度角缓慢冷却1小时后再测其功能，如功能变好，则极有可能是封装或者测试的问题，对封装工艺要严查，如检查去飞边方式，浸酸时间等。） 8、80倍以上显微镜观察产品外形特征，特别是树脂休是否有破裂，裂缝，鼓泡膨胀。主要包括：注胶口，脚与脚之间树脂体和导电物。 9、对所有失效样品进行X-RAY检查，观察金丝情况，并和布线图相比较，以判断布线是否错误。如发现错误要加抽产品确认失效总数并及时反映相关信息给责任人。 10、C-SAM即SAT，观察产品芯片分层情况。判断规范另见。样品数量为10只以内/批。

失效分析(和可靠性)没有那么高深莫测

失效分析(和可靠性)没有那么高深莫测 失效分析现在已经成为了热门技术。业界也有不少专家在讲授失效分析知识。总的来说，失效分析在一般人的眼中，是很高深莫测的一门学问。 这以失效分析方面的专家动辄就拿昂贵的仪器，拿高深IC的解剖来说事不无关系。事实上，有的仪器他们可能也没用过，只有美国的大机构才用得起。 学院派的专家就不用说了，他们由于没有工作经验，所以只能讲解一些理论，他们的主要东西基本上是靠照搬美国的理论来的。所以，大理论一听，真的很高深。而一些研究所的专家，可能用过一些仪器（但是他们用得也不全），也做过一些解剖，但是，很少有企业用到那些仪器。 即使是一些有工作经验的专家出来传授失效分析知识，也不能免俗，总是以那些高深的分析和解剖为主要讲解内容。（我不清楚他们是有所保留，还是觉得不讲高深一点镇不住人） 在我看来，一味地强调高深的失效分析，不顾中国企业现状，就像没有教会人走路就先教人跑步一样。 中国电子行业现在的状况可以说是可靠性非常差。即使一些大公司有可靠性相关部门，很多大公司对可靠性测试花了大投入，但是对失效分析不够重视，失效分析人员沦为修理人员。而可靠性测试的理论基础也是基于发达国家的理论过来的，所以有时并不是那么符合我国，因为我国的技术水平以发达国家不在同一个层面，所以出的问题也不是同层面的问题。中国人有个很大的缺点，就是喜欢形式主义，所以不管是大公司还是小公司，在失效分析和可靠性方面，空有形式，少有实质。 可靠性领域，有两个榜样。美国和日本。美国以严格全面的测试保证可靠性。日本却是更重视失效分析。当然，美国失效分析也是老大，但是日本相对来说更重视实用的失效分析（当然日本也重视可靠性实验）。美国是技术巨无霸，可靠性测试方面日本也没办法达到那样的水平，所以日本实事求是地选择失效分析为重点，不断完善，从而使品质不断提升。 日本的电子产品曾经是劣质品的代名词，但是后来很多地方，特别是家电，赶上了甚至超越了美国。日本的电子产品成为了价廉物美的代名词。日本没有美国的大手笔投入来搞那么全面的可靠性测试，所以其可靠性成本也比美国低。但是，他们通过失效分析，不断提升了品质，所以物美。 举一个实际的例子。 塑封IC刚开始时，可靠性是很差的。当然，IC美国是老大，日本的IC更差。所以日本的电子产品大多要靠进口美国的IC。一开始，美国对塑封IC的可靠性差，认为是理所当然的。他们称要用高可靠性的IC，就要用陶瓷封装的IC，因为那是通过严格的测试的。但是，日本的失效分析专家做了实实在在的测试、失效分析、DPA（破坏性物理实验，以良品解剖为核心），把失效的问题找出来了，通过不断的改善，使日本的塑封IC可靠性也大大提高。美国后来才反过来学习日本的经验，从而提升了他们的塑封IC可靠性，最后重新超越日本。（有几个地方都是这样，美国一开始很厉害，但是日本采用了更合适的方法超过了美国，美国后来重新检讨改进，重新超越日本。比如美国在目标管理和绩效考核进行得如火如荼的时候，日本推行全面质量管理，结果最后日本胜出，美国领悟过来后，抛掉目标管理和绩效考核，才重新赶超日本的）。