封装可靠性与失效分析讲解学习

ex:环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分 子化合物。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为 其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于 分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可交联反应而形成不溶、不 熔的具有网状结构的高聚物。
传递模注树脂封装的可靠性取决于模注树脂的可靠
• 上模具提升，取出模注好的封装体。切除流道、浇口等不 必要的树脂部分。
• 此时树脂聚合仍不充分，特性也不稳定，需要在160~180 摄氏度经数小时的高温加热，使聚合反应完结。
• 由于模注时树脂可能从模具的微细间隙流出，故最后还要 利用高压水及介质(玻璃粉等)的冲击力，使残留在外引脚 表面的树脂溢料(又称毛边、飞边等)剥离。
非气密性树脂封装技术
一、单芯片封装
单芯片封装分气密性封装型和非气密性封装型两大类：前者包括金属 外壳封接型、玻璃封接型(陶瓷盖板或金属盖板)、钎焊(Au/Sn共晶焊 料)封接型；后者包括传递模注塑封型、液态树脂封装型、树脂块封 装型等。其中传递模注塑封法价格便宜，便于大批量生产，目前采用 最为普遍。
即使已完成了微互连，不经封装而在含有湿气的空气中工 作加之迁移现象，半导体元件及多层布线板及半导体元件表面露 出的导体图形必须与外界气氛隔绝。无论对于单个使用的 裸芯片还是MCM，封装都是必不可少的。
封装除对混合电路起机械支撑、防水和防磁、隔绝空气等 的作用外，还具有对芯片及电连接的物理保护、应力缓和、 散热防潮、尺寸过渡、规格标准化等多种功能。
封装可靠性与失效分析
本章围绕非气密封性装技术、气 密封性装技术、常见的封装形式、 混合电路常见的失效模式与分析 等方面进行介绍。
将有源器件以及无源元件组装到已完成膜层印烧/蒸发/ 溅射的基片上以后，这个混合微电路就可以进行封装 了。组装和封装作为产品开发中的关键技术在业界引 起人们日益增多的关注。
性。标准模注树脂的组成，按其配比质量分数， 从高到低依次为填充料(filler)(约70%),环氧树脂 (约18%以下)，固化剂(约9%以下)等。
• 填充料的主要成分是二氧化硅。晶态二氧化硅 有利于提 高模注树脂的导热性，熔凝态(非晶)二氧化硅有利于降低 模注树脂的热膨胀系数及吸湿性。图中可见随熔凝二氧化 硅含量的增加，封装树脂热膨胀系数降低最多，从而对模 注塑封中的热应力缓和更为有效。
按树脂分子主链组成分类 : 按此方法可将树脂分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有 机聚合物。 碳链聚合物是指主链全由碳原子构成的聚合物，如聚乙烯、 聚苯乙烯等。 杂链聚合物是指主链由碳和氧、氮、硫等两种以上元素的 原子所构成的聚合物，如聚甲醛、聚酰胺、聚醚等。 元素有机聚合物是指主链上不一定含有碳原子，主要由硅、 氧、铝、钛、硼、硫、磷等元素的原子构成，如有机硅。
• 外引脚经过电镀焊料或电镀Sn等处理，以改善引脚的耐蚀 性及微互连时焊料与它的浸润性。至此，传递模注封装全 部完成。
问题1：随着芯片封装规模及相应模具的大型化，往往会 发生树脂注入型腔的不均匀化问题。从树脂注入每个型腔 的过程看，离注塑压头远的型腔注入树脂前，离注塑压头 近的型腔中树脂已开始硬化；离注塑压头远的型腔填充完 毕开始增加注入压力时，离注塑压头近的型腔中的树脂已 经硬化，残留的气体会产生气孔或气泡。
广义的封装是指将半导体和电子元器件所具有的电子 的、物理的功能，转变为适用于设备或系统的形式， 并使之能够为人类社会服务的科学技术。
狭义的封装(Packaging,PKG)是指裸芯片与布线板实现微 互连后，将其密封在塑料、玻璃、金属或者陶瓷外壳中， 以确保半导体集成电路芯片在各种恶劣条件下正常工作。
b.传递模注工艺过程
• 先将模具预热，将经过微互连的芯片框架插入上下模具中，上模具下 降，将芯片框架固定。
• 注塑压头按设定程序下降，树脂料饼经预加热器加热，粘度下降，在 注塑压头压力作用下，由料筒经流道，通过浇口分配器进入浇口，最 后注入到型腔中。
• 注入中不加压力，待封装树脂基本上填满每个型腔之后再 加压力。在加压状态下保持数分钟，树脂聚合而硬化。
解决方法是采用多个注塑压头，以保证树脂在每个型腔内处于均衡的 流入状态。
问题2：一般的模注采用下浇口注入树脂，这在芯片和封装尺寸较小 时没有问题，但随着芯片和封装尺寸变大，离浇口远的封装上部，往 往出现树脂未填充的部分。
解决方法是通过将浇口设置在封装中部，保证注入树脂在型腔内芯片 的上面、下面均衡流动，从而避免树脂未填充问题。
• 环氧树脂的组成，一般都采用甲酚-酚醛系([C6H3OHCH2]n)。 环氧树脂具有保护芯片、使其于外部气体隔绝，确保成形 时的流动性外，还对模注树脂的机械、电气、热等基本特 性起决定性作用。
• 固化剂的主要成分为苯酚-酚醛系树脂，其与环氧树脂一 起对成形时的流动性及树脂特性起作用。
• 此外，模注树脂中还含有如下成分：促进固化反应的固化 促进剂(触媒)；树脂在注模内固化后，为使其便于取出的 脱模剂；为阻止燃烧，满足阻燃特性规定的阻燃剂；以黑 色炭粉及各种颜料进行着色的着色剂等。
传递模注塑封技术
a.模注树脂成分及特性
树脂通常是指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作 用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是 液态的有机聚合物。广义地讲，可以作为塑料制品加工原 料的任何聚合物都称为树脂。
树脂有天然树脂和合成树脂之分。天然树脂是指由自然界 中动植物分泌物所得的有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。 合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经 化学反应而得到的树脂产物。
c.模注树脂流速及粘度对Au丝偏移(冲丝)的影响 封装树脂在型腔内流动会造成微互连Au丝的偏移(冲丝)。
• 为了减小Au丝偏移，应降低封装树脂的粘度，并控制封装 树脂尽量缓慢的在型腔内流动。
二、多芯片封装 MCM封装也可按其气密性等级，分为气密封装和非气密 封装两大类。非气密封装的代表是树脂封装法，依树脂的 加入方式不同，进一步还可分为注型(casting)法、浸渍 (dipping)法、滴灌(potting)法及流动浸渍法(粉体涂装法)等； 气密性封装包括低熔点玻璃封接法、钎焊封接法、缝焊封 接法及激光熔焊法等。