等離子處理前封裝缺陷的分類

封裝缺陷主要包括引線變形、底座偏移、翹曲、芯片破裂、分層、空洞、不均勻封裝、毛邊、外來顆粒和不完全固化等。

引線變形

引線變形通常指塑封料流動(dòng)過程中引起的引線位移或者變形，通常采用引線最大橫向位移x與引線長度L之間的比值x/L來表示。引線彎曲可能會(huì)導(dǎo)致電器短路（特別是在高密度I/O器件封裝中）。有時(shí)，彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致鍵合點(diǎn)開裂或鍵合強(qiáng)度下降。

影響引線鍵合的因素包括封裝設(shè)計(jì)、引線布局、引線材料與尺寸、模塑料屬性、引線鍵合工藝和封裝工藝等。影響引線彎曲的引線參數(shù)包括引線直徑、引線長度、引線斷裂載荷和引線密度等等。

底座偏移

底座偏移指的是支撐芯片的載體（芯片底座）出現(xiàn)變形和偏移。

塑封料導(dǎo)致的底座偏移，上下層模塑腔體內(nèi)不均勻的塑封料流動(dòng)會(huì)導(dǎo)致底座偏移。

影響底座偏移的因素包括塑封料的流動(dòng)性、引線框架的組裝設(shè)計(jì)以及塑封料和引線框架的材料屬性。薄型小尺寸封裝（TSOP）和薄型方形扁平封裝（TQFP）等封裝器件由于引線框架較薄，容易發(fā)生底座偏移和引腳變形。

翹曲

翹曲是指封裝器件在平面外的彎曲和變形。因塑封工藝而引起的翹曲會(huì)導(dǎo)致如分層和芯片開裂等一系列的可靠性問題。 翹曲也會(huì)導(dǎo)致一系列的制造問題，如在塑封球柵陣列（PBGA）器件中，翹曲會(huì)導(dǎo)致焊料球共面性差，使器件在組裝到印刷電路板的回流焊過程中發(fā)生貼裝問題。

導(dǎo)致翹曲的原因主要包括CTE失配和固化/壓縮收縮。后者一開始并沒有受到太多的關(guān)注，深入研究發(fā)現(xiàn)，模塑料的化學(xué)收縮在IC器件的翹曲中也扮演著重要角色，尤其是在芯片上下兩側(cè)厚度不同的封裝器件上。在固化和后固化的過程中，塑封料在高固化溫度下將發(fā)生化學(xué)收縮，被稱為“熱化學(xué)收縮”。通過提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和降低Tg附近的熱膨脹系數(shù)變化，可以減小固化過程中發(fā)生的化學(xué)收縮。

導(dǎo)致翹曲的因素還包括諸如塑封料成分、模塑料濕氣、封裝的幾何結(jié)構(gòu)等等。通過對(duì)塑封材料和成分、工藝參數(shù)、封裝結(jié)構(gòu)和封裝前環(huán)境的把控，可以將封裝翹曲降低到最小。在某些情況下，可以通過封裝電子組件的背面來進(jìn)行翹曲的補(bǔ)償。例如，大陶瓷電路板或多層板的外部連接位于同一側(cè)，對(duì)他們進(jìn)行背面封裝可以減小翹曲。

芯片破裂

封裝工藝中產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致芯片破裂。封裝工藝通常會(huì)加重前道組裝工藝中形成的微裂縫。晶圓或芯片減薄、背面研磨以及芯片粘結(jié)都是可能導(dǎo)致芯片裂縫萌生的步驟。

破裂的、機(jī)械失效的芯片不一定會(huì)發(fā)生電氣失效。芯片破裂是否會(huì)導(dǎo)致器件的瞬間電氣失效還取決于裂縫的生長路徑。例如，若裂縫出現(xiàn)在芯片的背面，可能不會(huì)影響到任何敏感結(jié)構(gòu)。

因?yàn)楣杈A比較薄且脆，晶圓級(jí)封裝更容易發(fā)生芯片破裂。因此，必須嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)移成型工藝中的夾持壓力和成型轉(zhuǎn)換壓力等工藝參數(shù)，以防止芯片破裂。3D堆疊封裝中因疊層工藝而容易出現(xiàn)芯片破裂。在3D封裝中影響芯片破裂的設(shè)計(jì)因素包括芯片疊層結(jié)構(gòu)、基板厚度、模塑體積和模套厚度等。

分層

分層或粘結(jié)不牢指的是在塑封料和其相鄰材料界面之間的分離。分層位置可能發(fā)生在塑封微電子器件中的任何區(qū)域；同時(shí)也可能發(fā)生在封裝工藝、后封裝制造階段或者器件使用階段。

封裝工藝導(dǎo)致的不良粘接界面是引起分層的主要因素。界面空洞、封裝時(shí)的表面污染和固化不完全都會(huì)導(dǎo)致粘接不良。其他影響因素還包括固化和冷卻時(shí)收縮應(yīng)力與翹曲。在冷卻過程中，塑封料和相鄰材料之間的CTE不匹配也會(huì)導(dǎo)致熱-機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致分層。

空洞

封裝工藝中，氣泡嵌入環(huán)氧材料中形成了空洞，空洞可以發(fā)生在封裝工藝過程中的任意階段，包括轉(zhuǎn)移成型、填充、灌封和塑封料至于空氣環(huán)境下的印刷。通過最小化空氣量，如排空或者抽真空，可以減少空洞。有報(bào)道采用的真空壓力范圍為1~300Torr（一個(gè)大氣壓為760Torr）。

填模仿真分析認(rèn)為，是底部熔體前沿與芯片接觸，導(dǎo)致了流動(dòng)性受到阻礙。部分熔體前沿向上流動(dòng)并通過芯片外圍的大開口區(qū)域填充半模頂部。新形成的熔體前沿和吸附的熔體前沿進(jìn)入半模頂部區(qū)域，從而形成起泡。

不均勻封裝

非均勻的塑封體厚度會(huì)導(dǎo)致翹曲和分層。傳統(tǒng)的封裝技術(shù)，諸如轉(zhuǎn)移成型、壓力成型和灌注封裝技術(shù)等，不易產(chǎn)生厚度不均勻的封裝缺陷。晶圓級(jí)封裝因其工藝特點(diǎn)，而特別容易導(dǎo)致不均勻的塑封厚度。

為了確保獲得均勻的塑封層厚度，應(yīng)固定晶圓載體使其傾斜度最小以便于刮刀安裝。此外，需要進(jìn)行刮刀位置控制以確保刮刀壓力穩(wěn)定，從而得到均勻的塑封層厚度。

在硬化前，當(dāng)填充粒子在塑封料中的局部區(qū)域聚集并形成不均勻分布時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不同質(zhì)或不均勻的材料組成。塑封料的不充分混合將會(huì)導(dǎo)致封裝灌封過程中不同質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。

毛邊

毛邊是指在塑封成型工藝中通過分型線并沉積在器件引腳上的模塑料。

夾持壓力不足是產(chǎn)生毛邊的主要原因。如果引腳上的模料殘留沒有及時(shí)清除，將導(dǎo)致組裝階段產(chǎn)生各種問題。例如，在下一個(gè)封裝階段中鍵合或者黏附不充分。樹脂泄漏是較稀疏的毛邊形式。

外來顆粒

在封裝工藝中，封裝材料若暴露在污染的環(huán)境、設(shè)備或者材料中，外來粒子就會(huì)在封裝中擴(kuò)散并聚集在封裝內(nèi)的金屬部位上（如IC芯片和引線鍵合點(diǎn)），從而導(dǎo)致腐蝕和其他的后續(xù)可靠性問題。

不完全固化

固化時(shí)間不足或者固化溫度偏低都會(huì)導(dǎo)致不完全固化。另外，在兩種封裝料的灌注中，混合比例的輕微偏移都將導(dǎo)致不完全固化。為了最大化實(shí)現(xiàn)封裝材料的特性，必須確保封裝材料完全固化。在很多封裝方法中，允許采用后固化的方法確保封裝材料的完全固化。而且要注意保證封裝料比例的精確配比。

封裝失效的分類

在封裝組裝階段或者器件使用階段，都會(huì)發(fā)生封裝失效。特別是當(dāng)封裝微電子器件組裝到印刷電路板上時(shí)更容易發(fā)生，該階段器件需要承受高的回流溫度，會(huì)導(dǎo)致塑封料界面分層或者破裂。

分層

如上一節(jié)所述，分層是指塑封材料在粘接界面處與相鄰的材料分離?？赡軐?dǎo)致分層的外部載荷和應(yīng)力包括水汽、濕氣、溫度以及它們的共同作用。

在組裝階段常常發(fā)生的一類分層被稱為水汽誘導(dǎo)（或蒸汽誘導(dǎo)）分層，其失效機(jī)理主要是相對(duì)高溫下的水汽壓力。在封裝器件被組裝到印刷電路板上的時(shí)候，為使焊料融化溫度需要達(dá)到220℃甚至更高，這遠(yuǎn)高于模塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（約110~200℃）。在回流高溫下，塑封料與金屬界面之間存在的水汽蒸發(fā)形成水蒸氣，產(chǎn)生的蒸汽壓與材料間熱失配、吸濕膨脹引起的應(yīng)力等因素共同作用，最終導(dǎo)致界面粘接不牢或分層，甚至導(dǎo)致封裝體的破裂。無鉛焊料相比傳統(tǒng)鉛基焊料，其回流溫度更高，更容易發(fā)生分層問題。

吸濕膨脹系數(shù)（CHE），又稱濕氣膨脹系數(shù)（CME）

濕氣擴(kuò)散到封裝界面的失效機(jī)理是水汽和濕氣引起分層的重要因素。濕氣可通過封裝體擴(kuò)散，或者沿著引線框架和模塑料的界面擴(kuò)散。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模塑料和引線框架界面之間具有良好粘接時(shí)，濕氣主要通過塑封體進(jìn)入封裝內(nèi)部。但是，當(dāng)這個(gè)粘結(jié)界面因封裝工藝不良（如鍵合溫度引起的氧化、應(yīng)力釋放不充分引起的引線框架翹曲或者過度修剪和形式應(yīng)力等）而退化時(shí)，在封裝輪廓上會(huì)形成分層和微裂縫，并且濕氣或者水汽將易于沿這一路徑擴(kuò)散。更糟糕的是，濕氣會(huì)導(dǎo)致極性環(huán)氧黏結(jié)劑的水合作用，從而弱化和降低界面的化學(xué)鍵合。

表面清潔是實(shí)現(xiàn)良好粘結(jié)的關(guān)鍵要求。表面氧化常常導(dǎo)致分層的發(fā)生（如上一篇中所提到的例子），如銅合金引線框架暴露在高溫下就常常導(dǎo)致分層。氮?dú)饣蚱渌铣蓺怏w的存在，有利于避免氧化。

模塑料中的潤滑劑和附著力促進(jìn)劑會(huì)促進(jìn)分層。潤滑劑可以幫助模塑料與模具型腔分離，但會(huì)增加界面分層的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，附著力促進(jìn)劑可以確保模塑料和芯片界面之間的良好粘結(jié)，但卻難以從模具型腔內(nèi)清除。

分層不僅為水汽擴(kuò)散提供了路徑，也是樹脂裂縫的源頭。分層界面是裂縫萌生的位置，當(dāng)承受交大外部載荷的時(shí)候，裂縫會(huì)通過樹脂擴(kuò)展。研究表明，發(fā)生在芯片底座地面和樹脂之間的分層最容易引起樹脂裂縫，其它位置出現(xiàn)的界面分層對(duì)樹脂裂縫的影響較小。