IC芯片等产品高温测试失效原因分析
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瑞凯仪器
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发布日期： 2020.06.10
一、问题描述
因有一款产品在COB功能检测完全正常，但在后工序生产中有部份产品在高温时出现功能不良，当温度降低后又恢复功能的不稳定现象。另外，根据客户提供的资料，该批产品所使用的IC表面可能有“伤痕”。
二、原因分析
该产品的高温失效问题，与COB各材料都有着密切的关系: PCB、IC、邦定线、黑胶。但主要的原因是在IC质量有缺陷的前提下，由于黑胶、邦定线、PCB各部分的热膨胀系数(CTE)，在高温条件下，黑胶可能拉动邦定线，导致接触不良使得IC功能丧失。在低温条件下则不会发生上述问题。材料的CTE是电子产品产生内应力的重要原因之一，当各种材料的CTE不一致时，在高温的条件下，由于材料受热之后膨胀的程度不同，就可能出现功能失效、短路断路等问题。各种材料的CTE的影响因素如下:
1、PCB的因素
PCB的类型(Fr-4、 CEM1、CEM3)、PCB的厚度(薄板、厚板)不同都会对黑胶产品产生影响。Fr-4 本身的CTE比CEM-1和CEM-3要低得多，如果黑胶CTE过大，在Fr-4 板上体现得越明显。另外，板材越厚，CTE越低，板材越薄，CTE越高。
2、邦定线的因素
邦定线的长度、大小与其能承受的拉力成反比，如果邦定线很长，即使很微小热膨胀导致的应力都可以将其拉断，反之亦然。另外IC线数过密，封胶时黑胶不能完全填充内部的孔隙就已经固化，这样产品经过受热或冷却，黑胶CTE会明显增大。
3、黑胶本身的因素
这个是重要的因素，不同的黑胶产品所使用的填料(碳酸钙、氧化硅、氧化铝等)及用量(40~100份)都不尽相同，使用不同的填料生产出来，黑胶产品的CTE差别很大。而填料的用量越大的话，CTE就会越低。对于CTE要求较严的产品应该采用高填料填充量的黑胶产品。
4、IC的因素
芯片的大小高度等对黑胶的影响不是很大，但过大或者过高的IC会影响黑胶的触变性，而且封胶面积越大，导致应力产生的可能性就越大。另外，IC的质量也关系到高温功能测试能否正常的重要因素。该产品的高温测试是在60℃下进行测试的，在该条件下，各种材料的膨胀程度并不大，黑胶在Tg以下的CTE为45ppm/℃，不足以拉断邦定线导致功能丧失。黑胶在120~130℃的条件下固化60分钟，Tg
可以达到130℃左右。根据聚合物时温等效原理，在温度不变的情况下，延长固化时间与在固化时间不变的情况下，提高固化温度，都可以提高产品Tg。固化时间、固化温度对Tg的影响如下:
高Tg的产品势必有较高的CTE,对于CTE要求较严的产品则必须在不影响产品质量的前提下可以采用以下方法来降低材料膨胀程度:.
1、在中温条件下(120℃左右)固化。
2、采用分别升温的方法，先在80~90℃下固化20分钟左右，在提升到高温。
3、采用填充量较高的黑胶产品。.
三、建议方案
根据客户的实际情况和需求，采用填料填充量为70 phr的高填充量黑胶，为了降低热膨胀程度，建议客户采用在以下条件进行固化:常温升温至80℃，恒温20分钟，升温至120℃，恒温60分钟，再降温到80℃，保持10分钟，此时可以打开高温老化试验箱取出。(该固化条件只适用于该产品，其它产品建议采用原固化条件或根据产品特性而定)
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