集成電路封裝設(shè)計(jì)的可靠性提高方法研究

　　提高焊接可靠性的一個(gè)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(jié)合面更加牢固。等離子清洗需要保證氣體在產(chǎn)品各個(gè)表面均勻的流動(dòng)，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(gè)關(guān)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(jī)殘留，氫氣用來清洗氧化物。

　?。?）料盒和產(chǎn)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(zhì)量控制 [3]。對(duì)于射頻型等離子清洗機(jī)而言，應(yīng)該讓料盒的排布順應(yīng)氣體的流向，讓氣體均勻流通在料盒的各個(gè)位置。

　?。?）功率和時(shí)間。對(duì)不同廠家制造的等離子清洗機(jī)以及不同類型的產(chǎn)品，都要通過DOE實(shí)驗(yàn)方法，找出最合適的設(shè)定范圍。

　?。?）評(píng)定方法。最直觀的評(píng)定等離子清洗效果的方法是滴水試驗(yàn)，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(huì)大于40°。因此，等離子清洗后的延遲時(shí)間建議為8h。

　　評(píng)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(biāo)。為了獲得穩(wěn)定的高質(zhì)量控制，我們做了PpK的比較試驗(yàn)，結(jié)果證明，等離子清洗能夠在一定程度上提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。試驗(yàn)內(nèi)容如下：

　　試驗(yàn)設(shè)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(jī)RF功率：300W；清洗時(shí)間：180s。

表1　等離子清洗前后樣品焊球推力測(cè)試結(jié)果比較

　　由此可見，等離子清洗對(duì)金線的結(jié)合力有一定程度的提高，同時(shí)也提高了品質(zhì)穩(wěn)定性。

　　4 塑封

　　影響塑封效果的主要因素有以下幾個(gè)方面。

　　4.1 模具和框架設(shè)計(jì)

　　前文中提到一些加強(qiáng)框架與塑封料之間結(jié)合力的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)需要用到大面積的基島時(shí)，就需要考慮用到加強(qiáng)型的設(shè)計(jì)；同時(shí)，接近塑封體邊緣的部分也是脆弱點(diǎn)，也需要一些加強(qiáng)結(jié)合力的方法。

　　框架和塑封模具之間關(guān)系密切，它們互補(bǔ)互足，設(shè)計(jì)模具時(shí)需要綜合考量框架、內(nèi)部芯片擺放位置、走線方向以及塑封料的物理化學(xué)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(jí)的首要因素為MSL（潮濕敏感度等級(jí)），MSL等級(jí)越高，其對(duì)芯片的保護(hù)越好。其次，熱硬度即熱轉(zhuǎn)化溫度及與不同金屬面之間的粘結(jié)性能也是需要考慮的重要因素。

　　5 總結(jié)

　　在進(jìn)行封裝設(shè)計(jì)時(shí)，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(shè)計(jì)也是重要的環(huán)節(jié)。封裝工藝需要依靠行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和各個(gè)公司總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，封裝工藝設(shè)計(jì)和可靠性測(cè)試與失效分析是密不可分的，它們具有相輔相成的關(guān)系。封裝工藝需要通過可靠性試驗(yàn)來衡量，需要失效分析來尋找問題的原因，需要經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)來得出改進(jìn)的方法。