國內(nèi)塑封半導體集成電路鑒定檢驗主要依據(jù)GJB7400-2011《合格制造廠認證用半導體集成電路通用規(guī)范》進行。標準包括了器件應滿足的質(zhì)量和可靠性保證要求，并規(guī)定了相應的產(chǎn)品質(zhì)量保證等級（V級、Q級、T級、N級）。

    GJB7400-2011中4.4條鑒定檢驗規(guī)定，應按附錄B中B.2.4.2和B.2.4.3的規(guī)定進行（但附錄B中并沒有B.2.4.2和B.2.4.3），器件并應至少滿足本規(guī)范A、B、C、D和E組（適用時）的試驗要求。但目前國內(nèi)大多數(shù)單位在按照標準中的D4分組進行檢驗時（表1所示），預處理條件（表貼塑封器件）及熱沖擊、溫度循環(huán)試驗樣品疊加及降低強加速穩(wěn)態(tài)濕熱條件等問題日益突出。

    1、表貼塑封器件的預處理

    表面貼裝塑封器件屬于非氣密封器件，外部環(huán)境中的潮氣易滲透進封裝內(nèi)部，組裝過程中的焊接高溫將導致器件內(nèi)部界面產(chǎn)生分層，甚至爆炸開裂。所以，表貼塑封器件比通孔安裝的塑封器件更容易發(fā)生失效，進行預處理十分必要。但預處理的試驗條件卻沒有對應的國軍標，也沒有國標或是行標，只是簡單的一句話“按器件詳細規(guī)范的規(guī)定”。導致一些單位在進行預處理時往往只按GJB548B-2005方法1008進行穩(wěn)定性烘焙。
    查閱NASA在2003年發(fā)布的頒布PEM-INST-001《塑封微電路選用、篩選和鑒定指南》可知，塑封集成電路預處理試驗時按照JESD22-A113-F《可靠性測試前非密封表面貼裝器件預處理》進行，該標準采用了溫度循環(huán)、穩(wěn)定烘焙及回流焊三種組合方式進行預處理。
    a）溫度循環(huán)，按照MIL-STD-883方法1010試驗條件為-40℃～60℃，5次；
    b）穩(wěn)定烘焙，對于濕度敏感度2a-5a級的器件（JEDEC-STD-033C）預處理為（厚度≤1.4mm，125℃下烘烤8h~28h；厚度≤2.5mm，125℃下烘烤23h~24h；厚度≤4.0mm，125℃烘烤48小時）。

    c）回流焊，回流曲線按照JEDEC-STD-020E.1進行，根據(jù)不同潮濕敏感度等級（1級～6級）的器件對應允許暴露的時間（離袋長時間），選擇不同條件的吸潮試驗（如圖1所示），大多數(shù)單位選擇條件30℃/60%RH、192h。當從高低溫濕熱試驗箱中取出樣品后至少放置15min，并在4h內(nèi)進行3次回流焊（各區(qū)間溫度見圖2～圖3所示）。如果樣品取出高低溫濕熱試驗箱和初始回流焊之間的等待時間沒有達到要求，需重新進行穩(wěn)定烘培及吸潮，回流焊之間的間隔時間應在5min～60min，并充分進行有效降溫，避免影響后續(xù)的回流焊。

    回流焊三次循環(huán)的過程：第1次循環(huán)，模擬器件在雙層板兩次組裝中的次回流焊過程；第2次循環(huán)，模擬器件在雙層板兩次組裝中的第二次回流焊過程；第3次循環(huán)，模擬器件返工的回流過程。
    全部預處理結(jié)束后用40倍光學放大鏡檢查外部是否有裂紋。

    2、D4a)分組試驗樣品的疊加

    目前國產(chǎn)塑封器件按N級進行考核，大多數(shù)通過不了D4a）組試驗，主要原因是GJB7400-2011表6中的4a）組冷熱沖擊和溫度循環(huán)試驗的樣品（22只）是疊加進行，即做完冷熱沖擊試驗后的樣品繼續(xù)進行溫度循環(huán)試驗。 冷熱沖擊試驗主要考察塑封材料熱脹冷縮引起的交變應力，試驗可能會造成材料的開裂、接觸不良、性能變化等現(xiàn)象，而溫度循環(huán)試驗主要是測定器件承受極端高溫和極端低溫的能力，以及極端高溫與極端低溫交替變化對器件的影響，當樣品經(jīng)受極端環(huán)境應力循環(huán)時，若塑封內(nèi)部各材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，缺陷部位就會受到應力而不斷擴大，從而產(chǎn)生熱疲勞失效開裂現(xiàn)象。
    因此，試驗樣品的疊加對器件的封裝可靠性要求相對較高。同一組的樣品在經(jīng)歷冷熱沖擊100次150℃～-65℃后，再進行溫度循環(huán)1000次-65℃～150℃時，大多數(shù)產(chǎn)品會失效，進行S-CAM檢查時經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)芯片與塑封料的大面積分層。
針對上述情況，國內(nèi)一些單位又想通過GJB7400的N級鑒定，但按標準又不能通過，所以只能降低考核要求（所謂的N1級考核），采取試驗樣品分組（即用不同樣品分別進行熱沖擊和溫度循環(huán)）和降低試驗條件的方式通過4a）組考核，典型試驗條件見表2所示。

表2  塑封器件N1級 D4分組（4a、4b）試驗項目及條件

    另外，樣品在進行高壓加速老化試驗（HAST）后，檢查外觀通常也會發(fā)現(xiàn)腐蝕，因為塑封料在交聯(lián)固化時會產(chǎn)生氯化鈉作為副產(chǎn)品，如在封裝時沒有及時去除，那么在強加速穩(wěn)態(tài)濕熱試驗中極易暴露這一缺陷并發(fā)生腐蝕，尤其是塑封中的Al金屬腐蝕更為明顯。所以，采取降低D4b)分組中高壓加速老化試驗（HAST）的試驗條件，典型試驗條件見表3所示。

表3  塑封器件N1級 D4分組（4c）HAST試驗條件

    3、D4分組的聲學掃描顯微鏡檢查判據(jù)要求

    在進行D4分組試驗前，需進行一次聲學掃描顯微鏡檢查，檢查并記錄引線框架（正面與背面）與模塑料之間、芯片基座（正面和背面）與模塑料直接的分層。當進行熱沖擊與溫度循環(huán)試驗后，再進行聲學掃描顯微鏡檢查。檢測器件時，呈現(xiàn)任何下來缺陷的器件應判不合格：與4組超聲檢測比較，引線框架和芯片基座分層面積變化超過10%；芯片表面、引出端引線鍵合區(qū)出現(xiàn)分層；塑料出現(xiàn)空洞或裂紋符合GJB4027A-2006工作項目1103中2.4.4的規(guī)定。
    D4分組的聲掃判據(jù)相比GJB4027A-2006工作項目1103中2.4.4增加了引線框架和芯片基座分層面積變化率的要求，但對引腳從塑封完全剝離及連筋頂部分層超過其長度的1/2的這兩條判據(jù)未做要求。
    另外，需要留意GJB7400-2011塑封器件篩選程序中（表1B）的聲學掃描顯微鏡檢查中的判據(jù)與鑒定程序的差異。用于找出器件的芯片表面及引出端焊線鍵合區(qū)的嚴重缺陷（只做頂視圖）。判據(jù)如下：
    a）裂紋：塑料封裝內(nèi)與鍵合引線交叉的裂縫；從任一引線指至任一內(nèi)部特征物（引腳，芯片，芯片粘接側(cè)翼）的內(nèi)部裂紋，其長度超過相應間距的1/2；任何延伸至封裝表面的裂紋；
    b）空洞：跨越鍵合絲的模塑料的任何空洞；芯片區(qū)內(nèi)有任何模塑料內(nèi)部的空洞，其他區(qū)域大于0.25mm；
    c）分層：芯片與模塑料間的任何可測量的分層；引出端引線鍵合區(qū)的任何分層；大于引腳內(nèi)部長度2/3的分層。
    后，對于完成聲學掃描顯微鏡檢查后的樣品，建議按照標準PEM-INST-001，在125℃下烘烤1h，以便去除樣品吸附的水分。

    參考標準：

    PEM-INST-001、JEDEC-STD-033C、MIL-STD-883K、JESD22-A113-F、GJB7400-2011、GJB4027-2006、JEDEC-STD-020E.1

文章出自：技術游俠

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