电子产品可靠性与环境试验 ＶｏＬ２８Ｎｏ．６Ｄｅｃ．，２０１０ 声扫检测中易误判的塑封器件的验证方法 肖诗满．彭泽亚 （工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 ５１０６１０） ＰＥＭ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎｓ Ｐｒｏｎｅ ｔｏ Ｍｉｓｊｕｄｇｍｅｎｔ ｉｎ ＳＡＭ Ｔｅｓｔｉｎｇ ＸＩＡＯ Ｓｈｉ－ｍａｎ，ＰＥＮＧ Ｚｅ－ｙａ （ＣＥＰＲＥＩ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＥＭｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉ ｇｈ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｏ ｍｉｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｒｉｓｋ，ｓｏｍｅ ｔｅｓｔｓ ｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ａｒｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ，ａｎｄ ＳＡＭ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｍｏｎｇ ｔｈｅｍ．Ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｎｅｗ ＰＥＭｓ，ｓｏｍｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｆｏｒ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ＳＡＭ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｉｍｐｒｏｐｅｒ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｃｋａｇｅ ｓｔｙｌｅ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｓｏｍｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｎｉｓｈｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｗｈｅｎ ｐａｃｋａｇｅｄ ｏｆｔｅｎ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｓａｎｌｅ ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｏｒｔ ｉｍａｇｅ ａｓ ｔｈａｔ ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｍｉｓｊｕｄｇｍｅｎｔｓ．Ｓｏｍｅ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅｓｅ ｐａｃｋａｇｅ ａｎｄ ｉｔｓ ＳＡＭ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＥＭ；ＳＡＭ；ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ １ 引言 鉴于塑料封装与其它封装方式的不可比拟的优 封装缺陷和主要失效机理．有针对性地进行检测和 筛选．能够有效地降低使用塑封器件带来的风险。 其中．扫描声学显微镜检查（ＳＡＭ）是检查塑封器 点，如成本、尺寸、集成度、质量和可靠性等，塑 料封装应用范围越来越广泛．甚至在以往要求高可 件分层的最佳手段，同时作为一种无损检测手段。 可以在上板前筛选出其中不合格产品。塑封器件的 分层现象是塑封器件失效的最主要原因之一．分层 以及分层过程中形成的应力可以导致器件键合退化 靠要求的军品领域也使用塑封器件 为了降低失效 率、减少使用方的风险。对塑封器件进行质量控制 是必要的。针对塑封器件的封装特点、可能存在的 （应力或腐蚀）、芯片或钝化层开裂甚至金属化台阶 收稿日期：２０１０－０８－０９ 修回日期：２０１０—１０—２１ 作者简介：肖诗满（１９８２一），男，湖南浏阳人，工业和信息化部电子第五研究所研究分析中心工程师，主要从事电子元器 件失效分析、检测工作。 ４６ 第６期 肖诗满等：声扫检测中易误判的塑封器件的验证方法 退化。因此，标、美军标都把ＳＡＭ作为塑封 器件ＤＰＡ检测的一项必要的检测项目 扫描声学 显微镜的工作原理就是利用超声波在不同的材料中 ３验证方法 我们发现．当芯片表面分层较严重时。就需要 考虑这个问题了 的声阻不同、接收到的回波时间和范围不同的原理 （本文不对此进行详细的说明），以检查是否存在分 层、空洞和裂纹等缺陷【－－ 对于一般结构的塑封器件．进行ＳＡＭ时．往 往主要对塑封材料与芯片、塑封材料与基板边缘 （顶视图）、塑封材料与引线架（顶视图）、塑封材 当出现这种情况时．取一只样品固封后．进行 剖切面检查．是最有效的验证方法。ＧＪＢ ４０２７Ａ一 ２００６、ＭＩＬ—ＳＴＤ一１５８０Ｂ中的章节１６．５．１．９都规定。 当不能确定是否应该拒收时．则需要将样品剖切并 抛光进行验证．ＰＥＭ—ＩＮＳＴ一００１更是要求对塑封器 件进行剖面检查 图２为声扫结果显示为红色后， 对样品进行剖面检查后观察到的塑封材料与芯片之 间的分层 图３为针对有怀疑样品进行剖切后．观 察到芯片与塑封材料之间有一层有机材料．这层材 料与引线架（后视图）、塑封材料与基板（后视图） 等界面进行检查，其中，标准对与键合（丝）、芯 片有关区域的分层、空洞和裂纹等缺陷要求非常严 格。一旦检查到．就要判为不合格 ２容易引起误判的结构 但是．标准要求的检查内容和方式只适用于最 基本的封装形式．对于某些最新的封装方式．我们 料是在封装时就设计好的．我们进行检测时，不能 因此而判声扫不合格．而整批拒收 需要因地制宜、特殊情况特殊分析，以避免因为器 件的封装结构引起的负波而非器件分层拒收产品 南于元器件Ｔ艺的持续改进、功能日益强大， 要求电子产品封装更小、更薄、功能更强大，各种 封装形式不断涌现。现代的电子封装技术考虑的不 仅仅需要保护芯片、互连、冷却和支撑，还需要考 虑应力的释放和ａ一粒子屏蔽层 在芯片表面涂覆 一层可吸收射线的材料（涂覆胶）来保护集成电 图２样品塑封材料与芯片之间的分层 路．并且Ｔ艺简单、屏蔽效果好，因此成为目前主 要采用的手段１２１ 当在芯片表面涂覆有这种材料ｆ一般是有机材 料）时，对这种器件进行ＳＡＭ，很有可能得到的 波形为负波．显示的图像也与分层一般。如果此时 考虑不周或检验Ｔ程师的经验不足．往往会将其判 为不合格．得ｆ｛Ｉ错误的结论 图１就是声扫检测到 芯片表面整个为负波、图像为红色 图３样品剖面检测到“分层”和涂覆胶 除此之外．将样品正面研磨减薄后．用刀片将 塑封材料挑开．暴露 芯片表面也是一种很好的方 法。取一只未开封样品，机械将表面塑封材料去除 后． 芷：片正面形貌如图４所示．从图中可以清楚地 图ｌ样品声扫结果显示芯片与塑封材料界面为红色 ＤｌＡＮｚＩ ＣＨＡＮＰＩＮ ＫＥＫＡＯＸＩＮＧ ＹＵ ＨＵＡＮＪＩＮＧ ＳＨＩＹＡＮ 看到涂覆胶。 ４７ 电子产品可靠性与环境试验 ２０１０年 还有另外一种方法．当对塑封器件进行ＤＰＡ 时。进行完外部曰检、ｘ射线检查、ＳＡＭ检查３ 项无损检测后．接下来就是进行化学方法开封．对 样品的芯片进行内部目检、扫描电子显微镜 （ＳＥＭ）检查、玻璃钝化层完整性检查。以及对键 合进行键合强度试验 开封过程可以通过等离子刻 蚀或化学湿法腐蚀 在进行开封时．有经验的Ｔ程 师可以通过控制腐蚀用酸的配比、度和时间．很好 地控制刻蚀速度和厚度 在开封这种可能有涂覆胶 图４芯片表面的涂覆胶 的样品时．减少腐蚀时间或降低浓酸的温度．把芯 有时候．Ｘ—ＲＡＹ检查也能帮到我们 ．Ｘ—ＲＡＹ 片正面的塑封材料全部或部分腐蚀掉．而保留芯片 检查是一种很方便、很经济的检测手段，重要的 表面的涂覆胶。图７就是在湿法刻蚀时．保留的涂 是．它也是一种无损的检测方法 南于涂覆层往往 覆胶。但是，这种方法需要多次尝试、总结经验， 是有机物．其密度比较低 而塑封材料除环氧树脂 因为涂覆胶比塑封材料更容易受到酸的腐蚀．如果 等有机材料外．还有石英砂等填充材料．这些材料 酸的温度稍高或时间稍长．涂覆胶就会很快被腐蚀 的密度往往比涂覆胶大很多．冈此．存Ｘ—ＲＡＹ检 掉了．从而就丢失了相关信息 查时．就能很容易地区分开来（Ｘ—ＲＡＹ检查的原 理是：不同的材料对Ｘ—ＲＡＹ的吸收率和透射率不 同．Ｘ射线通过样品各部位衰减后的射线强度也不 同．Ｘ射线衰减的程度与样品的材料、厚度和密度 有关） 以下给出的就是从侧面观察样品时．可以 看到的芯片表面颜色比芯片和 封材料都浅．很明 显．在芯片表面和塑封材料之间存在一种中间材 料 当进行Ｃ—ＳＡＭ时．果然芯片与塑封材料之间 显示为红色．如果此时不多加以考虑．直接认为是 分层的话．就会导致错误的结论 图５为声扫检查 到的芯片异常．图６为Ｘ射线观察到的芯片表面 存在一层密度小的物质 图７化学开封后芯片面存在的涂覆胶 ４ 结束语 ＳＡＭ是检查塑封器件分层的最佳手段．但当 器件表面存在涂覆胶时．探测到的波形町能为负 波．显示出来的图像ｆ＿ｉ！．为红色．如果不加以区别而 图５样品声扫显示芯片与塑封材料之间界面为负波、 判为不合格，就会导致器件“无辜”地被拒。本文 图像为红色 提 了几种简单、有效的验证方法，将这种结构区 分开来 参考文献： ［１］牛付林．超声波检测技术在保证电子元器件质量中的应 用ＩＪＪ．电子质量，２００３，（９）：８－１０． 图６图５检测的样品ｘ射线检查照片：芯片表面有 ［２】刘金刚，何民辉，范琳，等．先进电子封装中的聚酰亚 一层密度较小的物质 胺树脂『Ｊ】．半导体技术，２００３，２８（１０）：３７—４１． ＤＩＡＮＺＩＣＨＡＮＰＩＮＫＥＫＡＯＸＩＮＧ ＹＵＨＵＡＮＪｔＮＧ ｓＨｔＹＡＮ
