集成電路封裝設(shè)計(jì)的可靠性提高方法研究
提高焊接可靠性的一個(gè)重要方法是使用等離子清洗。等離子清洗除能清潔掉芯片及引線框架表面的沾污和氧化物之外,還能激活表面,使結(jié)合面更加牢固。等離子清洗需要保證氣體在產(chǎn)品各個(gè)表面均勻的流動(dòng),因此需要使用有孔料盒,如圖6所示。
圖6 等離子清洗使用的料盒
等離子清洗的幾個(gè)關(guān)鍵影響因素有:
?。?)氣體成分。等離子清洗使用的氣體一般為氬氣、氧氣和氫氣,也可以使用混合氣體。氬氣和氧氣用來(lái)清洗有機(jī)殘留,氫氣用來(lái)清洗氧化物。
(2)料盒和產(chǎn)品排布。清洗效果的一致性是很重要的,有利于獲得封裝組裝工藝的高質(zhì)量控制 [3]。對(duì)于射頻型等離子清洗機(jī)而言,應(yīng)該讓料盒的排布順應(yīng)氣體的流向,讓氣體均勻流通在料盒的各個(gè)位置。
?。?)功率和時(shí)間。對(duì)不同廠家制造的等離子清洗機(jī)以及不同類型的產(chǎn)品,都要通過(guò)DOE實(shí)驗(yàn)方法,找出最合適的設(shè)定范圍。
?。?)評(píng)定方法。最直觀的評(píng)定等離子清洗效果的方法是滴水試驗(yàn),通過(guò)觀察界面角來(lái)判定親水性,如圖7。
圖7 浸濕示意圖
浸濕角在20°~40°之間是合適狀態(tài),16h后浸濕角會(huì)大于40°。因此,等離子清洗后的延遲時(shí)間建議為8h。
評(píng)估等離子清洗效果的另一方法為比較PpK或CpK,這也是使用等離子清洗的最終目標(biāo)。為了獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量控制,我們做了PpK的比較試驗(yàn),結(jié)果證明,等離子清洗能夠在一定程度上提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。試驗(yàn)內(nèi)容如下:
試驗(yàn)設(shè)備:EUROPLASMA;氣體:Ar+H2(氬氣+氫氣);線徑:30μm金線;焊球直徑:82.5μm;等離子清洗機(jī)RF功率:300W;清洗時(shí)間:180s。
表1 等離子清洗前后樣品焊球推力測(cè)試結(jié)果比較
由此可見(jiàn),等離子清洗對(duì)金線的結(jié)合力有一定程度的提高,同時(shí)也提高了品質(zhì)穩(wěn)定性。
4 塑封
影響塑封效果的主要因素有以下幾個(gè)方面。
4.1 模具和框架設(shè)計(jì)
前文中提到一些加強(qiáng)框架與塑封料之間結(jié)合力的設(shè)計(jì)方法,當(dāng)需要用到大面積的基島時(shí),就需要考慮用到加強(qiáng)型的設(shè)計(jì);同時(shí),接近塑封體邊緣的部分也是脆弱點(diǎn),也需要一些加強(qiáng)結(jié)合力的方法。
框架和塑封模具之間關(guān)系密切,它們互補(bǔ)互足,設(shè)計(jì)模具時(shí)需要綜合考量框架、內(nèi)部芯片擺放位置、走線方向以及塑封料的物理化學(xué)性能。
4.2 塑封料
塑封料性能的好壞也直接影響可靠性。一般判斷塑封料等級(jí)的首要因素為MSL(潮濕敏感度等級(jí)),MSL等級(jí)越高,其對(duì)芯片的保護(hù)越好。其次,熱硬度即熱轉(zhuǎn)化溫度及與不同金屬面之間的粘結(jié)性能也是需要考慮的重要因素。
5 總結(jié)
在進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)時(shí),除了考慮電性能方面的穩(wěn)定性之外,封裝工藝的可靠性設(shè)計(jì)也是重要的環(huán)節(jié)。封裝工藝需要依靠行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和各個(gè)公司總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn),同時(shí),封裝工藝設(shè)計(jì)和可靠性測(cè)試與失效分析是密不可分的,它們具有相輔相成的關(guān)系。封裝工藝需要通過(guò)可靠性試驗(yàn)來(lái)衡量,需要失效分析來(lái)尋找問(wèn)題的原因,需要經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)來(lái)得出改進(jìn)的方法。
評(píng)論