集成電路封裝設計提高可靠性的方法研究

　　提高焊接可靠性的一個重要方法是使用等離子清洗。等離子清洗除能清潔掉芯片及引線框架表面的沾污和氧化物之外，還能激活表面，使結合面更加牢固。等離子清洗需要保證氣體在產品各個表面均勻的流動，因此需要使用有孔料盒，如圖6所示。

圖6　等離子清洗使用的料盒

等離子清洗的幾個關鍵影響因素有：

　　（1）氣體成分。等離子清洗使用的氣體一般為氬氣、氧氣和氫氣，也可以使用混合氣體。氬氣和氧氣用來清洗有機殘留，氫氣用來清洗氧化物。

　?。?）料盒和產品排布。清洗效果的一致性是很重要的，有利于獲得封裝組裝工藝的高質量控制 [3]。對于射頻型等離子清洗機而言，應該讓料盒的排布順應氣體的流向，讓氣體均勻流通在料盒的各個位置。

　?。?）功率和時間。對不同廠家制造的等離子清洗機以及不同類型的產品，都要通過DOE實驗方法，找出最合適的設定范圍。

　?。?）評定方法。最直觀的評定等離子清洗效果的方法是滴水試驗，通過觀察界面角來判定親水性，如圖7。

圖7　浸濕示意圖

　　浸濕角在20°~40°之間是合適狀態(tài)，16h后浸濕角會大于40°。因此，等離子清洗后的延遲時間建議為8h。

　　評估等離子清洗效果的另一方法為比較PpK或CpK，這也是使用等離子清洗的最終目標。為了獲得穩(wěn)定的高質量控制，我們做了PpK的比較試驗，結果證明，等離子清洗能夠在一定程度上提高產品的質量穩(wěn)定性。試驗內容如下：

　　試驗設備：EUROPLASMA；氣體：Ar+H2（氬氣+氫氣）；線徑：30μm金線；焊球直徑：82.5μm；等離子清洗機RF功率：300W；清洗時間：180s。

表1　等離子清洗前后樣品焊球推力測試結果比較

　　由此可見，等離子清洗對金線的結合力有一定程度的提高，同時也提高了品質穩(wěn)定性。

　　4 塑封

　　影響塑封效果的主要因素有以下幾個方面。

　　4.1 模具和框架設計

　　前文中提到一些加強框架與塑封料之間結合力的設計方法，當需要用到大面積的基島時，就需要考慮用到加強型的設計；同時，接近塑封體邊緣的部分也是脆弱點，也需要一些加強結合力的方法。

　　框架和塑封模具之間關系密切，它們互補互足，設計模具時需要綜合考量框架、內部芯片擺放位置、走線方向以及塑封料的物理化學性能。

　　4.2 塑封料

　　塑封料性能的好壞也直接影響可靠性。一般判斷塑封料等級的首要因素為MSL（潮濕敏感度等級），MSL等級越高，其對芯片的保護越好。其次，熱硬度即熱轉化溫度及與不同金屬面之間的粘結性能也是需要考慮的重要因素。

　　5 總結

　　在進行封裝設計時，除了考慮電性能方面的穩(wěn)定性之外，封裝工藝的可靠性設計也是重要的環(huán)節(jié)。封裝工藝需要依靠行業(yè)標準和各個公司總結出的經驗，同時，封裝工藝設計和可靠性測試與失效分析是密不可分的，它們具有相輔相成的關系。封裝工藝需要通過可靠性試驗來衡量，需要失效分析來尋找問題的原因，需要經驗與技術來得出改進的方法。