塑封器件失效机理及其快速评估技术研究

塑封器件失效机理及其快速评估技术研究
张鹏，陈亿裕
（华南理工大学 材料科学与工程学院，广州510610）

1 引言

塑封器件是指以树脂类聚合物为材料封装的半导体器件，其固有的特点限制了塑封器件在卫星、军事等一些高可靠性场合的使用 [1]。虽然自70年代以来[2]，大大改进了封装材料、芯片钝化和生产工艺，使塑封器件的可靠性得到很大的提高，但仍存在着许多问题。这些潜在的问题无法通过普通的筛选来剔除，因此，要研究合适的方法对塑封器件的可靠性加以评定。

美国航空航天局（NASA）的Goddard空间飞行中心在2003年6月颁布的文件（NASA/TP- 2003- 212244: Instructions for Plastic Encapsulated Microcircuit（PEM）Selection,Screening,and Qualification）承认，由于PEM自身的缺陷不可能既满足高可靠性的军事需求，同时又满足低风险的失效率，因此就必须进行筛选和鉴定试验。本文对塑封器件的失效机理分析，并就筛选这个环节的可靠性快速评价进行论述。

2 失效模式及其机理分析

塑封器件在没有安装到电路板上使用前，潮气很容易入侵，这是由于水汽渗透进树脂而产生的，而且水汽渗透的速度与温度有关。塑封器件的许多失效机理，如腐蚀、爆米花效应等都可归结为潮气入侵。

2.1 腐蚀

潮气主要是通过塑封料与外引线框架界面进入加工好的塑封器件管壳，然后再沿着内引线与塑封料的封接界面进入器件芯片表面。同时由于树脂本身的透湿率与吸水性，也会导致水汽直接通过塑封料扩散到芯片表面。吸入的潮气中，如果带有较多的离子沾污物，就会使芯片的键合区发生腐蚀。如果芯片表面的钝化层存在缺陷，则潮气会侵入到芯片的金属化层。无论是键合区的腐蚀还是金属化层的腐蚀，其机理均可归结为铝与离子沾污物的化学反应：由于水汽的浸入，加速了水解物质（Cl -，Na+）从树脂中的离解，同时也加速了芯片表面钝化膜磷硅玻璃离解出(PO4)3-。

⑴在有氯离子的酸性环境中反应

2Al