芯片封裝工藝與芯片封裝失效典型現(xiàn)象全解析

一、芯片封裝工藝概述

芯片封裝是將制造完成的晶圓上的裸芯片通過一系列工藝處理，使其成為具有機械支撐、電氣連接、物理保護和良好散熱性能的獨立電子器件的過程。封裝不僅保護芯片免受外界環(huán)境的影響，還為芯片提供了一個與外部電路連接的接口。

1. 芯片封裝的目的

• 防護：防止芯片受到物理損傷、化學腐蝕、濕氣侵入等不良影響。

• 支撐：確保芯片在安裝和使用過程中保持穩(wěn)定，不易損壞。

• 連接：實現(xiàn)芯片內(nèi)部電路與外部世界的電氣連接。

• 可靠性：提高芯片在各種工作條件下的穩(wěn)定性和壽命。

2. 芯片封裝的基本流程

根據(jù)不同的封裝技術(shù)，具體的工藝步驟可能有所不同，但一般包括以下幾個主要環(huán)節(jié)：

2.1 硅片減薄

通過物理或化學方法減少芯片厚度，以利于散熱和減小封裝體積。

2.2 硅片切割

使用多線切割機或激光設(shè)備將大尺寸的晶圓分割成單個芯片。

2.3 芯片貼裝

將芯片固定在引線框架或基板上，通常使用銀膠或其他粘合劑。

2.4 芯片互聯(lián)

采用打線鍵合、載帶自動鍵合（TAB）或倒裝芯片鍵合等方式連接芯片焊區(qū)與基板上的金屬布線。

2.5 包封固化

用樹脂等材料包裹芯片，形成保護層，并進行固化處理。

2.6 電鍍

在引腳上鍍錫或其他金屬，增強焊接性能和抗氧化能力。

2.7 打印

在封裝體表面打印產(chǎn)品型號、制造商信息等標識。

2.8 切腳成型

修剪多余的引線，形成標準的引腳形狀。

2.9 測試

對封裝后的芯片進行全面的功能測試，確保其符合質(zhì)量要求。

2.10 包裝入庫

合格的芯片按照規(guī)定進行包裝，準備出廠銷售。

二、芯片封裝失效的典型現(xiàn)象

芯片封裝失效是指在封裝過程中或封裝完成后，由于各種原因?qū)е滦酒瑹o法正常工作或性能下降的現(xiàn)象。常見的失效模式及其成因如下：

1. 物理損壞

• 裂紋或破損：在封裝過程中，如果操作不當或設(shè)備故障，可能導致芯片表面出現(xiàn)裂紋或破損。

• 引線斷裂：在打線鍵合過程中，金線可能因張力過大或焊接不良而斷裂。

• 封裝體開裂：封裝材料收縮不均或外部沖擊可能導致封裝體開裂。

2. 電氣故障

• 短路：封裝過程中殘留的金屬顆粒或焊料可能造成不同引腳之間的短路。

• 開路：焊點不良、引線斷裂或接觸不良可能導致電路開路。

• 漏電流：封裝材料絕緣性能不佳或污染可能導致漏電流增加。

3. 熱失效

• 過熱：封裝材料導熱性能差或散熱設(shè)計不合理，可能導致芯片在工作時溫度過高，進而引發(fā)性能下降或永久性損壞。

• 熱應(yīng)力：封裝材料與芯片的熱膨脹系數(shù)差異較大，可能導致在溫度變化時產(chǎn)生熱應(yīng)力，進而引發(fā)裂紋或分層。

4. 化學腐蝕

• 氧化：封裝材料或引線暴露在潮濕環(huán)境中，可能導致氧化，影響導電性和可靠性。

• 腐蝕性物質(zhì)殘留：清洗不徹底可能導致助焊劑殘留，長期積累可能腐蝕芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

5. 環(huán)境因素

• 濕度：高濕度環(huán)境下，封裝材料可能吸濕，導致芯片內(nèi)部受潮，影響電氣性能。

• 靜電放電（ESD）：封裝過程中未采取有效防靜電措施，可能導致芯片內(nèi)部電路被靜電擊穿。

6. 材料老化

• 封裝材料老化：隨著時間推移，封裝材料可能逐漸失去原有的物理和化學性能，導致芯片性能下降。

• 焊料疲勞：長期使用過程中，焊料可能因溫度循環(huán)而發(fā)生疲勞，導致連接可靠性降低。

三、芯片封裝失效的檢測與分析方法

為了準確判斷芯片封裝失效的原因，通常采用以下幾種檢測與分析方法：

1. 外部目檢

通過肉眼或顯微鏡檢查芯片外觀，判斷是否有裂紋、破損、引線斷裂等明顯缺陷。

2. X-RAY檢測

利用X射線透視芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，檢測是否存在分層、空洞、引線錯位等問題。

3. 聲學掃描

通過超聲波反射與傳輸特性，檢測芯片內(nèi)部是否存在雜質(zhì)、空洞、裂紋等缺陷。

4. 開封后SEM檢測

對芯片進行開封處理后，使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，分析缺陷位置和形態(tài)。

5. 電氣測試

通過對芯片進行電壓、電流、頻率等參數(shù)的測量，判斷是否存在電路異常。

6. 比較分析

將失效芯片與正常工作的芯片進行對比分析，找出差異并推斷故障原因。

四、小結(jié)論

芯片封裝工藝是確保芯片性能和可靠性的重要環(huán)節(jié)。封裝過程中需要注意每一個細節(jié)，避免因工藝不當導致芯片失效。同時，針對封裝失效的現(xiàn)象，應(yīng)采用科學的檢測與分析方法，及時找出原因并采取相應(yīng)的改進措施，以提高芯片的整體質(zhì)量和使用壽命。

五、芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

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