聚焦瑞凯,传递环境检测行业新动态

深度解析GJB7400-2011塑封集成电路鉴定程序

作者: 技术游侠 编辑: 瑞凯仪器 来源: 技术游侠 发布日期: 2019.12.20
    国内塑封半导体集成电路鉴定检验主要依据GJB7400-2011《合格制造厂认证用半导体集成电路通用规范》进行。标准包括了器件应满足的质量和可靠性保证要求,并规定了相应的产品质量保证等级(V级、Q级、T级、N级)。

    GJB7400-2011中4.4条鉴定检验规定,应按附录B中B.2.4.2和B.2.4.3的规定进行(但附录B中并没有B.2.4.2和B.2.4.3),器件并应至少满足本规范A、B、C、D和E组(适用时)的试验要求。但目前国内大多数单位在按照标准中的D4分组进行检验时(表1所示),预处理条件(表贴塑封器件)及热冲击、温度循环试验样品叠加及降低强加速稳态湿热条件等问题日益突出。

表1 塑封器件

    1、表贴塑封器件的预处理

    表面贴装塑封器件属于非气密封器件,外部环境中的潮气易渗透进封装内部,组装过程中的焊接高温将导致器件内部界面产生分层,甚至爆炸开裂。所以,表贴塑封器件比通孔安装的塑封器件更容易发生失效,进行预处理十分必要。但预处理的试验条件却没有对应的国军标,也没有国标或是行标,只是简单的一句话“按器件详细规范的规定”。导致一些单位在进行预处理时往往只按GJB548B-2005方法1008进行稳定性烘焙。
    查阅NASA在2003年发布的颁布PEM-INST-001《塑封微电路选用、筛选和鉴定指南》可知,塑封集成电路预处理试验时按照JESD22-A113-F《可靠性测试前非密封表面贴装器件预处理》进行,该标准采用了温度循环、稳定烘焙及回流焊三种组合方式进行预处理。
    a)温度循环,按照MIL-STD-883方法1010试验条件为-40℃~60℃,5次;
    b)稳定烘焙,对于湿度敏感度2a-5a级的器件(JEDEC-STD-033C)预处理为(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小时)。

    c)回流焊,回流曲线按照JEDEC-STD-020E.1进行,根据不同潮湿敏感度等级(1级~6级)的器件对应允许暴露的时间(离袋最长时间),选择不同条件的吸潮试验(如图1所示),大多数单位选择条件30℃/60%RH、192h。当从高低温湿热试验箱中取出样品后至少放置15min,并在4h内进行3次回流焊(各区间温度见图2~图3所示)。如果样品取出高低温湿热试验箱和初始回流焊之间的等待时间没有达到要求,需重新进行稳定烘培及吸潮,回流焊之间的间隔时间应在5min~60min,并充分进行有效降温,避免影响后续的回流焊。

图1 潮湿敏感度等级

图3 回流焊曲线

    回流焊三次循环的过程:第1次循环,模拟器件在双层板两次组装中的第一次回流焊过程;第2次循环,模拟器件在双层板两次组装中的第二次回流焊过程;第3次循环,模拟器件返工的回流过程。
    全部预处理结束后用40倍光学放大镜检查外部是否有裂纹。

    2、D4a)分组试验样品的叠加

    目前国产塑封器件按N级进行考核,大多数通过不了D4a)组试验,主要原因是GJB7400-2011表6中的4a)组冷热冲击和温度循环试验的样品(22只)是叠加进行,即做完冷热冲击试验后的样品继续进行温度循环试验。 冷热冲击试验主要考察塑封材料热胀冷缩引起的交变应力,试验可能会造成材料的开裂、接触不良、性能变化等现象,而温度循环试验主要是测定器件承受极端高温和极端低温的能力,以及极端高温与极端低温交替变化对器件的影响,当样品经受极端环境应力循环时,若塑封内部各材料的热膨胀系数不匹配,缺陷部位就会受到应力而不断扩大,从而产生热疲劳失效开裂现象。
    因此,试验样品的叠加对器件的封装可靠性要求相对较高。同一组的样品在经历冷热冲击100次150℃~-65℃后,再进行温度循环1000次-65℃~150℃时,大多数产品会失效,进行S-CAM检查时经常会发现芯片与塑封料的大面积分层。
针对上述情况,国内一些单位又想通过GJB7400的N级鉴定,但按标准又不能通过,所以只能降低考核要求(所谓的N1级考核),采取试验样品分组(即用不同样品分别进行热冲击和温度循环)和降低试验条件的方式通过4a)组考核,典型试验条件见表2所示。

表2  塑封器件N1级 D4分组(4a、4b)试验项目及条件

表2 塑封器件N1级 D4分组(4a、4b)试验项目及条件

    另外,样品在进行高压加速老化试验(HAST)后,检查外观通常也会发现腐蚀,因为塑封料在交联固化时会产生氯化钠作为副产品,如在封装时没有及时去除,那么在强加速稳态湿热试验中极易暴露这一缺陷并发生腐蚀,尤其是塑封中的Al金属腐蚀更为明显。所以,采取降低D4b)分组中高压加速老化试验(HAST)的试验条件,典型试验条件见表3所示。

表3  塑封器件N1级 D4分组(4c)HAST试验条件

表3 塑封器件N1级 D4分组(4c)HAST试验条件

    3、D4分组的声学扫描显微镜检查判据要求

    在进行D4分组试验前,需进行一次声学扫描显微镜检查,检查并记录引线框架(正面与背面)与模塑料之间、芯片基座(正面和背面)与模塑料直接的分层。当进行热冲击与温度循环试验后,再进行声学扫描显微镜检查。检测器件时,呈现任何下来缺陷的器件应判不合格:与4组超声检测比较,引线框架和芯片基座分层面积变化超过10%;芯片表面、引出端引线键合区出现分层;塑料出现空洞或裂纹符合GJB4027A-2006工作项目1103中2.4.4的规定。
    D4分组的声扫判据相比GJB4027A-2006工作项目1103中2.4.4增加了引线框架和芯片基座分层面积变化率的要求,但对引脚从塑封完全剥离及连筋顶部分层超过其长度的1/2的这两条判据未做要求。
    另外,需要留意GJB7400-2011塑封器件筛选程序中(表1B)的声学扫描显微镜检查中的判据与鉴定程序的差异。用于找出器件的芯片表面及引出端焊线键合区的严重缺陷(只做顶视图)。判据如下:
    a)裂纹:塑料封装内与键合引线交叉的裂缝;从任一引线指至任一内部特征物(引脚,芯片,芯片粘接侧翼)的内部裂纹,其长度超过相应间距的1/2;任何延伸至封装表面的裂纹;
    b)空洞:跨越键合丝的模塑料的任何空洞;芯片区内有任何模塑料内部的空洞,其他区域大于0.25mm;
    c)分层:芯片与模塑料间的任何可测量的分层;引出端引线键合区的任何分层;大于引脚内部长度2/3的分层。
    最后,对于完成声学扫描显微镜检查后的样品,建议按照标准PEM-INST-001,在125℃下烘烤1h,以便去除样品吸附的水分。

    参考标准:

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

文章出自:技术游侠

如有侵权,删

【相关推荐】
查看详情 + 上一条 技术贴|混合合金焊点的可靠性试验和评估
查看详情 + 下一条 液氮高低温试验箱之高温调试试验

东莞市瑞凯环境检测仪器有限公司 版权所有

备案号:粤ICP备11018191号

咨询热线:400-088-3892 技术支持:瑞凯仪器 百度统计

联系我们

  • 邮箱:riukai@riukai.com
  • 手机:189 3856 3648
  • 座机:0769-81019278
  • 公司地址:东莞市横沥镇西城工业园二区B19号

关注我们

  • <a title="瑞凯仪器客服" target="_blank" href="javascript:void(0);"></a>客服微信
  • <a title="微信公众号" target="_blank" href="javascript:void(0);"></a>关注官方公众号