國(guó)內(nèi)塑封半導(dǎo)體集成電路鑒定檢驗(yàn)主要依據(jù)GJB7400-2011《合格制造廠認(rèn)證用半導(dǎo)體集成電路通用規(guī)范》進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)包括了器件應(yīng)滿足的質(zhì)量和可靠性保證要求，并規(guī)定了相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量保證等級(jí)（V級(jí)、Q級(jí)、T級(jí)、N級(jí)）。

    GJB7400-2011中4.4條鑒定檢驗(yàn)規(guī)定，應(yīng)按附錄B中B.2.4.2和B.2.4.3的規(guī)定進(jìn)行（但附錄B中并沒(méi)有B.2.4.2和B.2.4.3），器件并應(yīng)至少滿足本規(guī)范A、B、C、D和E組（適用時(shí)）的試驗(yàn)要求。但目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)單位在按照標(biāo)準(zhǔn)中的D4分組進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)（表1所示），預(yù)處理?xiàng)l件（表貼塑封器件）及熱沖擊、溫度循環(huán)試驗(yàn)樣品疊加及降低強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱條件等問(wèn)題日益突出。

    1、表貼塑封器件的預(yù)處理

    表面貼裝塑封器件屬于非氣密封器件，外部環(huán)境中的潮氣易滲透進(jìn)封裝內(nèi)部，組裝過(guò)程中的焊接高溫將導(dǎo)致器件內(nèi)部界面產(chǎn)生分層，甚至爆炸開(kāi)裂。所以，表貼塑封器件比通孔安裝的塑封器件更容易發(fā)生失效，進(jìn)行預(yù)處理十分必要。但預(yù)處理的試驗(yàn)條件卻沒(méi)有對(duì)應(yīng)的國(guó)軍標(biāo)，也沒(méi)有國(guó)標(biāo)或是行標(biāo)，只是簡(jiǎn)單的一句話“按器件詳細(xì)規(guī)范的規(guī)定”。導(dǎo)致一些單位在進(jìn)行預(yù)處理時(shí)往往只按GJB548B-2005方法1008進(jìn)行穩(wěn)定性烘焙。
    查閱NASA在2003年發(fā)布的頒布PEM-INST-001《塑封微電路選用、篩選和鑒定指南》可知，塑封集成電路預(yù)處理試驗(yàn)時(shí)按照J(rèn)ESD22-A113-F《可靠性測(cè)試前非密封表面貼裝器件預(yù)處理》進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)采用了溫度循環(huán)、穩(wěn)定烘焙及回流焊三種組合方式進(jìn)行預(yù)處理。
    a）溫度循環(huán)，按照MIL-STD-883方法1010試驗(yàn)條件為-40℃～60℃，5次；
    b）穩(wěn)定烘焙，對(duì)于濕度敏感度2a-5a級(jí)的器件（JEDEC-STD-033C）預(yù)處理為（厚度≤1.4mm，125℃下烘烤8h~28h；厚度≤2.5mm，125℃下烘烤23h~24h；厚度≤4.0mm，125℃烘烤48小時(shí)）。

    c）回流焊，回流曲線按照J(rèn)EDEC-STD-020E.1進(jìn)行，根據(jù)不同潮濕敏感度等級(jí)（1級(jí)～6級(jí)）的器件對(duì)應(yīng)允許暴露的時(shí)間（離袋長(zhǎng)時(shí)間），選擇不同條件的吸潮試驗(yàn)（如圖1所示），大多數(shù)單位選擇條件30℃/60%RH、192h。當(dāng)從高低溫濕熱試驗(yàn)箱中取出樣品后至少放置15min，并在4h內(nèi)進(jìn)行3次回流焊（各區(qū)間溫度見(jiàn)圖2～圖3所示）。如果樣品取出高低溫濕熱試驗(yàn)箱和初始回流焊之間的等待時(shí)間沒(méi)有達(dá)到要求，需重新進(jìn)行穩(wěn)定烘培及吸潮，回流焊之間的間隔時(shí)間應(yīng)在5min～60min，并充分進(jìn)行有效降溫，避免影響后續(xù)的回流焊。

    回流焊三次循環(huán)的過(guò)程：第1次循環(huán)，模擬器件在雙層板兩次組裝中的次回流焊過(guò)程；第2次循環(huán)，模擬器件在雙層板兩次組裝中的第二次回流焊過(guò)程；第3次循環(huán)，模擬器件返工的回流過(guò)程。
    全部預(yù)處理結(jié)束后用40倍光學(xué)放大鏡檢查外部是否有裂紋。

    2、D4a)分組試驗(yàn)樣品的疊加

    目前國(guó)產(chǎn)塑封器件按N級(jí)進(jìn)行考核，大多數(shù)通過(guò)不了D4a）組試驗(yàn)，主要原因是GJB7400-2011表6中的4a）組冷熱沖擊和溫度循環(huán)試驗(yàn)的樣品（22只）是疊加進(jìn)行，即做完冷熱沖擊試驗(yàn)后的樣品繼續(xù)進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)。 冷熱沖擊試驗(yàn)主要考察塑封材料熱脹冷縮引起的交變應(yīng)力，試驗(yàn)可能會(huì)造成材料的開(kāi)裂、接觸不良、性能變化等現(xiàn)象，而溫度循環(huán)試驗(yàn)主要是測(cè)定器件承受極端高溫和極端低溫的能力，以及極端高溫與極端低溫交替變化對(duì)器件的影響，當(dāng)樣品經(jīng)受極端環(huán)境應(yīng)力循環(huán)時(shí)，若塑封內(nèi)部各材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，缺陷部位就會(huì)受到應(yīng)力而不斷擴(kuò)大，從而產(chǎn)生熱疲勞失效開(kāi)裂現(xiàn)象。
    因此，試驗(yàn)樣品的疊加對(duì)器件的封裝可靠性要求相對(duì)較高。同一組的樣品在經(jīng)歷冷熱沖擊100次150℃～-65℃后，再進(jìn)行溫度循環(huán)1000次-65℃～150℃時(shí)，大多數(shù)產(chǎn)品會(huì)失效，進(jìn)行S-CAM檢查時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)芯片與塑封料的大面積分層。
針對(duì)上述情況，國(guó)內(nèi)一些單位又想通過(guò)GJB7400的N級(jí)鑒定，但按標(biāo)準(zhǔn)又不能通過(guò)，所以只能降低考核要求（所謂的N1級(jí)考核），采取試驗(yàn)樣品分組（即用不同樣品分別進(jìn)行熱沖擊和溫度循環(huán)）和降低試驗(yàn)條件的方式通過(guò)4a）組考核，典型試驗(yàn)條件見(jiàn)表2所示。

表2  塑封器件N1級(jí) D4分組（4a、4b）試驗(yàn)項(xiàng)目及條件

    另外，樣品在進(jìn)行高壓加速老化試驗(yàn)（HAST）后，檢查外觀通常也會(huì)發(fā)現(xiàn)腐蝕，因?yàn)樗芊饬显诮宦?lián)固化時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯化鈉作為副產(chǎn)品，如在封裝時(shí)沒(méi)有及時(shí)去除，那么在強(qiáng)加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)中極易暴露這一缺陷并發(fā)生腐蝕，尤其是塑封中的Al金屬腐蝕更為明顯。所以，采取降低D4b)分組中高壓加速老化試驗(yàn)（HAST）的試驗(yàn)條件，典型試驗(yàn)條件見(jiàn)表3所示。

表3  塑封器件N1級(jí) D4分組（4c）HAST試驗(yàn)條件

    3、D4分組的聲學(xué)掃描顯微鏡檢查判據(jù)要求

    在進(jìn)行D4分組試驗(yàn)前，需進(jìn)行一次聲學(xué)掃描顯微鏡檢查，檢查并記錄引線框架（正面與背面）與模塑料之間、芯片基座（正面和背面）與模塑料直接的分層。當(dāng)進(jìn)行熱沖擊與溫度循環(huán)試驗(yàn)后，再進(jìn)行聲學(xué)掃描顯微鏡檢查。檢測(cè)器件時(shí)，呈現(xiàn)任何下來(lái)缺陷的器件應(yīng)判不合格：與4組超聲檢測(cè)比較，引線框架和芯片基座分層面積變化超過(guò)10%；芯片表面、引出端引線鍵合區(qū)出現(xiàn)分層；塑料出現(xiàn)空洞或裂紋符合GJB4027A-2006工作項(xiàng)目1103中2.4.4的規(guī)定。
    D4分組的聲掃判據(jù)相比GJB4027A-2006工作項(xiàng)目1103中2.4.4增加了引線框架和芯片基座分層面積變化率的要求，但對(duì)引腳從塑封完全剝離及連筋頂部分層超過(guò)其長(zhǎng)度的1/2的這兩條判據(jù)未做要求。
    另外，需要留意GJB7400-2011塑封器件篩選程序中（表1B）的聲學(xué)掃描顯微鏡檢查中的判據(jù)與鑒定程序的差異。用于找出器件的芯片表面及引出端焊線鍵合區(qū)的嚴(yán)重缺陷（只做頂視圖）。判據(jù)如下：
    a）裂紋：塑料封裝內(nèi)與鍵合引線交叉的裂縫；從任一引線指至任一內(nèi)部特征物（引腳，芯片，芯片粘接側(cè)翼）的內(nèi)部裂紋，其長(zhǎng)度超過(guò)相應(yīng)間距的1/2；任何延伸至封裝表面的裂紋；
    b）空洞：跨越鍵合絲的模塑料的任何空洞；芯片區(qū)內(nèi)有任何模塑料內(nèi)部的空洞，其他區(qū)域大于0.25mm；
    c）分層：芯片與模塑料間的任何可測(cè)量的分層；引出端引線鍵合區(qū)的任何分層；大于引腳內(nèi)部長(zhǎng)度2/3的分層。
    后，對(duì)于完成聲學(xué)掃描顯微鏡檢查后的樣品，建議按照標(biāo)準(zhǔn)PEM-INST-001，在125℃下烘烤1h，以便去除樣品吸附的水分。

    參考標(biāo)準(zhǔn)：

    PEM-INST-001、JEDEC-STD-033C、MIL-STD-883K、JESD22-A113-F、GJB7400-2011、GJB4027-2006、JEDEC-STD-020E.1

文章出自：技術(shù)游俠

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