1. 首頁 > 生活百科 > >

芯片封裝失效典型現象

集成電路it芯片芯片

芯片封裝失效典型現象

文章圖片

金線偏移


在封裝過程中 ， 金線偏移是較為常見的失效類型 。 對于 IC 元器件而言 ， 金線偏移量過大可能致使相鄰金線相互接觸 ， 進而引發短路故障；極端情況下 ， 金線甚至會被沖斷 ， 造成斷路 ， 使元器件出現缺陷 。 引發金線偏移的原因復雜多樣 ， 具體如下：

樹脂流動拖曳力：在填充階段 ， 若樹脂黏性過高、流速過快 ， 產生的拖曳力會作用于金線 ， 導致其偏移量增大 ， 這是金線偏移失效的常見誘因。
導線架變形：上下模穴中樹脂流動波前失衡 ， 會在模流間形成壓力差 。 導線架受此壓力差產生彎矩發生變形 ， 由于金線連接于導線架的芯片焊墊與內引腳 ， 導線架變形便會引發金線偏移 。
氣泡移動影響：填充過程中 ， 空氣進入模穴形成小氣泡 ， 氣泡在模穴內移動時碰撞金線 ， 也會造成金線一定程度的偏移 。
保壓異常：過保壓會使模穴內壓力過高 ， 導致偏移的金線無法彈性恢復；遲滯保壓則會引起溫度上升 ， 對于添加催化劑后反應活躍的樹脂 ， 高溫使其黏性進一步增加 ， 同樣阻礙金線恢復原狀 。
填充物碰撞：封裝材料中添加的填充物 ， 若顆粒尺寸較大（如 2.5 - 250μm） ， 在封裝過程中與精細的金線（如 25μm）碰撞 ， 也可能致使金線偏移。
此外 ， 隨著多引腳集成電路的發展 ， 封裝內金線數量與引腳數目不斷增加 ， 金線密度隨之提升 ， 這也使得金線偏移現象更為顯著 。 為有效減少金線偏移 ， 防范短路或斷路問題 ， 封裝工程師需審慎選擇封裝材料 ， 精準調控工藝參數 ， 降低模穴內金線所受應力 ， 避免出現過大的偏移量 。
芯片開裂
2025
IC 裸芯片的制造原料通常為單晶硅 ， 這種材料雖具備高強度 ， 卻因脆性大的特性 ， 在遭受外力作用或表面存在瑕疵時 ， 極容易出現破裂情況 。 在晶圓減薄、晶圓切割、芯片貼裝和引線鍵合等一系列需要施加應力的工藝操作過程中 ， 芯片開裂的風險大幅增加 ， 這一問題已成為致使 IC 封裝失效的重要因素之一 。 若芯片裂紋未蔓延至引線區域 ， 通過常規手段很難發現；更有部分存在裂紋的芯片 ， 在常規工藝檢查與電學性能檢測時 ， 其性能表現與正常芯片并無明顯差異 ， 使得裂紋問題極易被忽略 。 然而 ， 這些隱藏的裂紋會對封裝后器件的穩定性與使用壽命造成嚴重威脅 。 由于常規電學性能測試無法有效識別芯片開裂 ， 因此需要借助高低溫熱循環實驗進行檢測 。 該實驗利用不同材料熱膨脹系數的差異 ， 在加熱和冷卻交替過程中 ， 材料間產生的熱應力會促使裂紋逐步擴展 ， 直至芯片徹底破裂 ， 最終在電學性能上呈現出異常狀態 。
鑒于外部應力是引發芯片開裂的主因 ， 一旦檢測到芯片存在裂紋 ， 就必須立即對芯片封裝的工藝流程和參數進行優化 ， 最大程度減少工藝環節對芯片產生的應力影響 。 例如 ， 在晶圓減薄工序中 ， 采用更為精細的加工方式 ， 提高芯片表面的平整度 ， 以此消除潛在應力；晶圓切割時 ， 運用激光切割技術替代傳統方法 ， 降低切割過程對芯片表面造成的應力損傷；在引線鍵合環節 ， 精準調控鍵合溫度和壓力參數 ， 確保鍵合過程平穩安全 。
界面開裂
2025
開裂問題不僅存在于芯片內部 ， 在不同材料的交界位置同樣會出現 ， 這種現象被稱為界面開裂 。 在界面開裂的初始階段 ， 各部件之間的電氣連接尚能維持正常 ， 但隨著使用時間的延長 ， 熱應力的持續作用以及電化學腐蝕的影響 ， 會導致界面開裂程度不斷加劇 ， 最終破壞部件間的電氣連通性 ， 對集成電路的可靠性產生嚴重影響 。 封裝過程中應力過大、封裝材料受到污染等工藝缺陷 ， 是引發界面開裂的主要根源 。 界面開裂可能出現在金線與焊盤的連接部位 ， 造成電路斷路故障；也可能發生在外部塑料封裝體中 ， 降低封裝對芯片的防護性能 ， 導致芯片受到污染 。 因此 ， 必須采用專業的檢測方法對潛在的界面開裂問題進行全面排查 ， 并根據檢測結果對工藝方案進行針對性調整。
基板裂紋
2025
在倒裝焊工藝里 ， 通過焊球實現芯片與基板焊盤的電氣連接 ， 而在此過程中 ， 基板開裂是較為常見的失效模式 ， 在引線鍵合環節同樣可能出現此類問題 。 基板一旦開裂 ， 會嚴重干擾芯片正常的電學性能 ， 引發斷路、高阻抗等故障 ， 影響集成電路的整體功能 。
基板開裂的成因較為復雜 ， 一方面 ， 芯片或基板本身若存在材料缺陷、內部應力集中等問題 ， 會降低其結構強度；另一方面 ， 焊接過程中的工藝參數匹配不當也是關鍵因素 。 例如 ， 鍵合力過大、基板溫度控制不合理、超聲功率設置不精準等 ， 都會使基板承受額外應力 ， 進而導致裂紋產生。
再流焊缺陷
2025
晶圓翹曲
再流焊工藝容易引發晶圓翹曲問題 。 由于封裝體由多種材料構成 ， 各材料熱膨脹系數存在差異 ， 同時還受流動應力和黏著力影響 ， 在封裝過程中外界溫度變化時 ， 封裝體內部會產生內應力 ， 而翹曲變形便是材料釋放內應力的一種表現形式 ， 這種現象在再流焊接階段尤為突出 。 翹曲受多個工藝參數協同作用 ， 通過針對性調整部分參數 ， 能夠有效緩解或消除這一問題 。
器件受力不均衡是導致翹曲的主要根源 。 在預熱階段 ， 因材料熱膨脹系數不匹配、焊膏涂覆不均或器件放置偏差等原因 ， 器件一端可能脫離焊膏 ， 阻礙熱量正常傳導 。 當熱量經器件傳導時 ， 一端先熔化的焊料會形成新月形 ， 其表面張力產生的旋轉力矩大于器件自身重力 ， 從而致使器件發生翹曲變形 。
為改善晶圓翹曲狀況 ， 可從多方面著手優化工藝：首先 ， 要嚴格把控焊膏印刷與器件放置精度 ， 規范設備操作流程 ， 定期維護印刷和安裝設備 ， 確保生產過程穩定；其次 ， 重視印刷清晰度與精確度控制 ， 這直接關系到襯墊配置 ， 若控制不當會加劇器件兩端受力失衡 ， 需定期檢查印刷配準參數 ， 及時修正偏差 ， 清潔印刷模板防止堵塞 ， 同時保證焊膏濕度適宜 ， 支撐基板平整堅固；最后 ， 關注器件放置環節 ， 定期校準進料器位置 ， 精準控制放置對準 ， 降低放置速度 ， 合理選擇拾取工具噴嘴尺寸 ， 并確保支撐平臺平穩可靠 。
此外 ， 焊接材料和印刷電路板特性也會對翹曲產生影響 。 焊接合金熔點時的表面張力大小 ， 與翹曲時的扭曲力呈正相關 ， 雖目前尚無統一的合金標準評估體系 ， 但部分廠商嘗試使用 Sn/Pb/In 合金 ， 發現對翹曲有一定抑制作用 ， 但效果有限 。 不同類型焊膏的特性差異 ， 會改變其對器件的作用效果 ， 焊膏活性越強 ， 越易引發翹曲；印刷電路板和器件表面的光潔度 ， 會影響焊膏濕潤性能 ， 過量使用焊膏會增加熔化時的應力 ， 適當減少用量有助于降低翹曲風險 。 在再流焊過程中 ， 若器件兩端熱傳遞速率差異顯著 ， 也會因受力不均導致翹曲現象發生。
錫珠
在再流焊工藝中 ， 錫珠是一種常見的缺陷類型 ， 多聚集于無引腳片式元器件兩側 。 若錫珠未與其他焊點相連 ， 不僅會影響封裝外觀 ， 還可能干擾產品電性能 。 錫珠產生的原因涵蓋多個方面 ， 涉及模板設計、印刷操作、錫膏使用及工藝參數設置等環節 。
從模板開口角度來看 ， 若鋼網開口尺寸過大 ， 或開口形狀與元器件、焊盤不匹配 ， 在貼裝片式元器件時 ， 焊膏易溢出焊盤范圍 ， 進而形成錫珠 。 為規避此問題 ， 片式阻容元器件的模板開口尺寸通常應略小于印制板焊盤 。 考慮到線路板刻蝕因素 ， 一般將焊盤的模板開口設置為印制板焊盤尺寸的 90% - 95% ， 同時還需依據實際生產情況靈活選擇合適的開口形狀 ， 以此減少焊膏過量擠出的風險 。
模板與印刷電路板的精準對位及穩固固定同樣關鍵 。 對位偏差會致使焊膏蔓延至焊盤外 ， 增加錫珠產生幾率 。 印刷錫膏的方式包括手工、半自動和全自動 ， 即便在全自動印刷模式下 ， 壓力、速度、間隙等參數仍依賴人工設定 。 因此 ， 無論采用何種印刷方式 ， 都需協調好機器、模板、印刷電路板和刮刀之間的關系 ， 確保印刷質量穩定 。 在錫膏使用方面 ， 從冷藏室取出的錫膏若升溫時間不足、攪拌不均勻 ， 容易吸濕 。 在高溫再流焊過程中 ， 錫膏內水汽揮發 ， 就會形成錫珠 。 所以 ， 使用前應將錫膏在室溫下放置約 4 小時恢復溫度 ， 并充分攪拌均勻。
【芯片封裝失效典型現象】溫度曲線作為再流焊工藝的核心參數 ， 包含預熱、保溫、回流、冷卻四個階段 。 預熱和保溫環節能夠降低元器件與印刷電路板所受熱沖擊 ， 促使錫膏中溶劑充分揮發 。 若預熱溫度不足或保溫時間過短 ， 將直接影響焊接質量 ， 通常建議保溫階段控制在 150 - 160℃、持續 70 - 90 秒 。 此外 ， 生產中若需重新印刷錫膏 ， 務必徹底清理殘留錫膏 ， 防止其形成錫珠 ， 清理時應避免錫膏流入插孔造成通孔堵塞。
空洞
空洞也是再流焊的主要缺陷之一 ， 表現為焊點表面或內部存在氣孔、針孔 。 其形成原因多樣：焊膏中金屬粉末含氧量過高、使用回收焊膏、工藝環境差混入雜質等 ， 需嚴格把控焊膏質量；焊膏受潮吸收水汽 ， 可通過控制環境溫度在 20 - 26℃、相對濕度 40% - 70% ， 且待焊膏達室溫后再開蓋使用來解決；元件焊端、引腳、印制電路板焊盤氧化污染或印制板受潮 ， 應遵循元件先進先出原則 ， 避免在潮濕環境存放并注意使用期限；升溫速率過快導致焊膏中溶劑和氣體未充分揮發 ， 可將 160℃前的升溫速率控制在 1 - 2℃/s 。
再流焊過程中還存在多種其他缺陷 。 例如 ， 焊膏熔融不完全 ， 表現為焊點周圍部分或全部焊膏未熔化；濕潤不良 ， 即元件焊端、引腳或焊盤出現不沾錫或局部不沾錫現象；焊料量不足 ， 焊點高度未達規定標準 ， 影響焊點機械強度與電氣連接可靠性 ， 甚至引發虛焊、斷路；橋連（短路） ， 元件端頭、引腳或與鄰近導線間出現不應有的焊錫連接；錫點高度異常 ， 焊料向焊端或引腳根部遷移 ， 高度觸及或超過元件體；錫絲 ， 元件焊端、引腳間或與通孔間存在細微錫絲；元件或端頭出現裂紋、缺損；元件端頭電極鍍層剝落；冷焊（焊錫紊亂） ， 焊點表面有焊錫紊亂痕跡；焊點表面或內部出現裂縫等 。 還有一些肉眼難以察覺的缺陷 ， 如焊點晶粒大小、內部應力、內部裂紋等 ， 需借助 X 射線檢測、焊點疲勞測試等手段才能發現。

來源于學習那些事 ， 作者前路漫漫


    推薦閱讀