塑封分立器件的分层问题

1、塑封分立器件的分层问题随着我国科学技术的不断发展， 集成电路的封装与贴装技术 得到了极大的进步，而塑封成为封装领域中最重要的封装工艺。 而塑封器在使用的过程中，不仅在资金成本上具备很大的优势， 而且使用寿命较长， 但是塑封还是存在很多的不足之处。 如果封 装材料中的分层现象较为严重的话， 会对塑封器件的使用性能造 成不良影响， 影响内部电路的正常运行。 因此需要对塑封器件的 分层问题进行解决，以提高其工作效率。1 分层概述在塑封器的使用过程中， 由于使用了不同参数， 因此造成不 同材料的粘结界面存在着分离或者是剥离的现象， 属于内应力问 题中的一种， 会影响塑封器的正常工作与使用寿命。 分层主

2、要是 因为材料的不同， 造成热膨胀系数的不同， 从而对湿气与热应力 造成破坏。在框架式塑封器件中， 分层问题主要集中在芯片截面和封装 树脂、引线框架界面和封装树脂、引线框架界面和导电胶、载片 界面和封装树脂、导电胶界面和芯片等区域。而在BGA勺封装中， 主要发生在铜基片DAP与封装树脂界面。塑封器件的结构图如图 1 所示。图 1 塑封器件的结构图2 分层分类分析2.1 热应力分析在塑封中存在很多的封装材料， 例如：金属引线框架、 金丝、 封装树脂、粘接料以及芯片等，芯片的热膨胀系数是3.5 X 10-6/K，比引线、硅片等略高一些。因此在塑封器件处在 高温或者是低温环境中时，会与其他材料的热膨

3、胀系数存在差 异，从而造成不同材料粘接位置常见应力。 当应力超过某一种材 料的承受能力时，就会出现断裂强度与屈服强度，产生分层。在对界面中存在的应力数值进行分析时，可以使用多种方 法，例如区域能量释放理论、有限元法、虚拟裂纹闭合技术以及 J 积分法等。有限元分析法在封装失效分析中较为适用，不仅能 够对封装内部的应力分布情况进行预测，而且还能够转移载片、 芯片、塑封之间存在的应力。而在过去长达十年的时间里，有效 元分析法一直在失效分析中应用， 大大提高了分析的准确性。 Xue 等对薄型阵列塑封器件中的界面进行分析， 主要是判断温度对其 产生的影响，发现无任何外应力存在的模型， 即使温降较为均匀，

4、 也会造成塑封器件的形变，出现垂直收缩。有限元分析法的使用，铜基片DAP与封装树脂之间存在的应 力较高， 而在温差较大的环境中， 两者之间产生的拉伸应力会集 中在某一个局部， 如果超过两者中的任意一个参数， 将会产生开 裂的现象。2.2 湿气影响塑封属于一种非气密性封装， 湿气可以经过封装树脂和引线框架之间的界面或者是封装树脂进入塑封器件内部， 导致内部出 现腐蚀。 在芯片封装的过程中， 湿气腐蚀是导致器件出现失效的 最大原因， 会造成金属表面出现水合氧化物， 而氧化物后续又会 吸收一部分的水汽， 在封装树脂与金属界面中出现了较为脆弱的 部分，导致粘接失效。如果湿气中存在着钾-纳- 氯等离子的

5、话，大大增加了芯片、引线框架以及DAP发生腐蚀的几率，离解树脂， 从而出现分层或者是剥离的现象。 在发生分层后， 大大降低了湿 气侵入的难度，器件可靠性也大大降低。在组装器件板时，在进 行高温回流焊的操作中，湿气会被汽化，产生大量的蒸汽压力， 塑封材料界面在热应力与蒸汽压力的共同作用下，就可出现分 层，也会造成裂纹的出现，严重时会造成塑封体外开裂，产生爆 米花效应。3 分层解决方案的制定通过对分层产生原因的分析， 笔者认为可从两个方面来制定 分层解决方案：改进封装材料；预防湿气。3.1 改进封装材料对分层影响最大的材料是封装树脂， 主要在吸湿性、 应力以 及粘接性等三个方面影响分层。 而在塑封

6、料的使用过程中， 填料 占据较大的比例， 填料的不同会影响封装材料的性能。 环氧树脂 的热膨胀系数为（50-90 ） X 10-6/ C，而硅微粉的热膨胀系数是 0.6 X 10- 6/C，仅为环氧树脂的1%因此在高填料的选择过程 中，应尽量使用热膨胀系数较小的材料， 从而降低热应力的影响， 但是硅微粉的弹性模量却较高， 而填料一旦过多的话， 就会增加 应力，因此工作人员要选取合适的封装材料使用。如果塑封材料中存在着Cl-、Na+等离子杂质的话，侵入的 湿气会带着离子附在芯片表面， 造成湿气腐蚀的出现。 塑封料具 有很高的纯度， 但是在塑封的操作过程中， 要尽量降低芯片表面 存在的离子浓度。条件允许的话，可使用离子捕捉剂进行处理。3.2 预防湿气在进行塑封操作前， 工作人员需要对芯片表面进行观察。 如 果在芯片表面出现玷污或者是发黄现象的话， 就需要在塑封前进 行离子清洗操作， 以对分层问题进行改善或者是消除分层出现的 几率；在塑封操作后，对器件进行测试，若属于良品的话，则需 要进行真空烘烤。在塑封后，需要定期使用MSL可靠性或者是超 声扫描分层检查对湿气进行抽样检验。 一旦发现器件已经被侵入 湿气，则需要将器件连续 24 h放置于125C的烘箱中进行去湿 操作，在去湿后方可使用，以提高器件使用的有效性。在使用防 静电真空包装的过程中， 工作人员需要将干燥剂放置于静电