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在集成電路<a href="/tags/封裝" target="_blank">封裝</a>技術(shù)中，我們常面臨兩大挑戰(zhàn)：封裝缺陷與封裝失效。封裝缺陷，如焊盤開裂、引腳松動，主要源于制造工藝、材料選擇及封裝結(jié)構(gòu)的不足，直接影響封裝件的性能與可靠性。為解決此類問題，行業(yè)專家致力于改進(jìn)封裝工藝，選用高質(zhì)量材料，并優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，推動封裝工藝的自動化與智能化，也是降低缺陷率的有效途徑。另一方面，封裝失效，如引腳斷裂、焊點(diǎn)腐蝕，多因環(huán)境因素如溫度、濕度、震動等導(dǎo)致。預(yù)防失效，需加強(qiáng)封裝件設(shè)計(jì)，改進(jìn)工藝，選用高可靠性材料，并定期檢測維修。此外，引入智能監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)預(yù)警，有效預(yù)防失效發(fā)生?？傊?，應(yīng)對封裝技術(shù)中的這兩大挑戰(zhàn)，需綜合運(yùn)用技術(shù)創(chuàng)新、材料升級與管理優(yōu)化等多方面策略，確保封裝件的高性能與長期可靠性。
	
	
		一、焊接缺陷
	
	
		焊接是電子元器件封裝的重要方法之一，但是焊接缺陷也是封裝失效的主要原因之一。焊接缺陷分為焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷和焊盤表面缺陷兩種，其中焊點(diǎn)內(nèi)部缺陷包括虛焊、冷焊、氣泡等，焊盤表面缺陷則包括焊盤氧化、焊盤變形等。焊接缺陷會導(dǎo)致信號傳輸不良、電路中斷等問題，對電子元器件的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響。
	
	
		解決方案：通過提高焊接工藝水平、優(yōu)化焊接設(shè)計(jì)等方式，可以有效減少焊接缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)，使用探傷等技術(shù)檢測焊接質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)缺陷。
	
	
		二、導(dǎo)體斷裂
	
	
		導(dǎo)體是電子封裝中的重要組成部分，但容易因?yàn)檫^度彎曲、擠壓等原因而導(dǎo)致斷裂。導(dǎo)體斷裂會導(dǎo)致信號不連通、電路斷路等問題，對電子元器件的正常工作產(chǎn)生重要影響。
	
	
		解決方案：在電子封裝中使用高質(zhì)量的導(dǎo)體材料和工藝，避免過度彎曲和擠壓操作，同時(shí)避免在導(dǎo)體表面使用過硬的物品或者使用過高的力度。此外，通過使用精密檢測設(shè)備和嚴(yán)格的質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理導(dǎo)體斷裂問題。
	
	
		三、接觸不良
	
	
		接觸不良是封裝失效最常見的形式之一，包括接觸不良和接觸間隙不良兩種。接觸不良會導(dǎo)致電路不通、信號傳輸不暢等問題，如果處理不及時(shí)會對電子元器件的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。
	
	
		解決方案：通過選用高質(zhì)量的導(dǎo)體材料和工藝、合理優(yōu)化封裝結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)接觸檢測等方式，可以有效減少接觸不良的發(fā)生。此外，定期對電子封裝進(jìn)行維護(hù)和檢測，及時(shí)處理發(fā)現(xiàn)的問題，可以有效提高電子元器件的可靠性和穩(wěn)定性。
	
	
		總結(jié)：電子封裝中的缺陷和失效形式多種多樣，需要針對具體情況采取相應(yīng)的預(yù)防和處理措施。通過優(yōu)化工藝、選用優(yōu)質(zhì)材料、使用高精度檢測設(shè)備等多種方式，可以有效減少封裝缺陷和失效的產(chǎn)生，提高電子元器件的可靠性和穩(wěn)定性。
	
	
		1. 封裝缺陷與失效的研究方法論
	
	
		封裝的失效機(jī)理可以分為兩類：過應(yīng)力和磨損。過應(yīng)力失效往往是瞬時(shí)的、災(zāi)難性的;磨損失效是長期的累積損壞，往往首先表示為性能退化，接著才是器件失效。失效的負(fù)載類型又可以分為機(jī)械、熱、電氣、輻射和化學(xué)負(fù)載等。
	
	
		影響封裝缺陷和失效的因素是多種多樣的， 
材料成分和屬性、封裝設(shè)計(jì)、環(huán)境條件和工藝參數(shù)等都會有所影響。確定影響因素和預(yù)防封裝缺陷和失效的基本前提。影響因素可以通過試驗(yàn)或者模擬仿真的方法來確定，一般多采用物理模型法和數(shù)值參數(shù)法。對于更復(fù)雜的缺陷和失效機(jī)理，常常采用試差法確定關(guān)鍵的影響因素，但是這個(gè)方法需要較長的試驗(yàn)時(shí)間和設(shè)備修正，效率低、花費(fèi)高。
	
	
		在分析失效機(jī)理的過程中， 
采用魚骨圖(因果圖)展示影響因素是行業(yè)通用的方法。魚骨圖可以說明復(fù)雜的原因及影響因素和封裝缺陷之間的關(guān)系，也可以區(qū)分多種原因并將其分門別類。生產(chǎn)應(yīng)用中，有一類魚骨圖被稱為 
6Ms：從機(jī)器、方法、材料、量度、人力和自然力等六個(gè)維度分析影響因素。
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f618542e2.gif" width="520" height="379" />
	
		這一張圖所示的是展示塑封芯片分層原因的魚骨圖，從設(shè)計(jì)、工藝、環(huán)境和材料四個(gè)方面進(jìn)行了分析。通過魚骨圖，清晰地展現(xiàn)了所有的影響因素，為失效分析奠定了良好基礎(chǔ)。
	
	
		2. 引發(fā)失效的負(fù)載類型
	
	
		如上一節(jié)所述，封裝的負(fù)載類型可以分為機(jī)械、熱、電氣、輻射和化學(xué)負(fù)載。
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f6187da28.gif" width="539" height="268" />
	
		失效機(jī)理的分類
	
	
		機(jī)械載荷：包括物理沖擊、振動、填充顆粒在硅芯片上施加的應(yīng)力(如收縮應(yīng)力)和慣性力(如宇宙飛船的巨大加速度)等。材料對這些載荷的響應(yīng)可能表現(xiàn)為彈性形變、塑性形變、翹曲、脆性或柔性斷裂、界面分層、疲勞裂縫產(chǎn)生和擴(kuò)展、蠕變以及蠕變開裂等等。
	
	
		熱載荷：包括芯片黏結(jié)劑固化時(shí)的高溫、引線鍵合前的預(yù)加熱、成型工藝、后固化、鄰近元器件的再加工、浸焊、氣相焊接和回流焊接等等。外部熱載荷會使材料因熱膨脹而發(fā)生尺寸變化，同時(shí)也會改變?nèi)渥兯俾实任锢韺傩?。如發(fā)生熱膨脹系數(shù)失配(CTE 
失配)進(jìn)而引發(fā)局部應(yīng)力，并最終導(dǎo)致封裝結(jié)構(gòu)失效。過大的熱載荷甚至可能會導(dǎo)致器件內(nèi)易燃材料發(fā)生燃燒。
	
	
		電載荷：包括突然的電沖擊、電壓不穩(wěn)或電流傳輸時(shí)突然的振蕩(如接地不良)而引起的電流波動、靜電放電、過電應(yīng)力等。這些外部電載荷可能導(dǎo)致介質(zhì)擊穿、電壓表面擊穿、電能的熱損耗或電遷移。也可能增加電解腐蝕、樹枝狀結(jié)晶生長，引起漏電流、熱致退化等。
	
	
		化學(xué)載荷：包括化學(xué)使用環(huán)境導(dǎo)致的腐蝕、氧化和離子表面枝晶生長。由于濕氣能通過塑封料滲透，因此在潮濕環(huán)境下濕氣是影響塑封器件的主要問題。被塑封料吸收的濕氣能將塑封料中的催化劑殘留萃取出來，形成副產(chǎn)物進(jìn)入芯片粘接的金屬底座、半導(dǎo)體材料和各種界面，誘發(fā)導(dǎo)致器件性能退化甚至失效。例如，組裝后殘留在器件上的助焊劑會通過塑封料遷移到芯片表面。在高頻電路中，介質(zhì)屬性的細(xì)微變化(如吸潮后的介電常數(shù)、耗散因子等的變化)都非常關(guān)鍵。在高電壓轉(zhuǎn)換器等器件中，封裝體擊穿電壓的變化非常關(guān)鍵。此外，一些環(huán)氧聚酰胺和聚氨酯如若長期暴露在高溫高濕環(huán)境中也會引起降解(有時(shí)也稱為“逆轉(zhuǎn)”)。通常采用加速試驗(yàn)來鑒定塑封料是否易發(fā)生該種失效。
	
	
		需要注意的是，當(dāng)施加不同類型載荷的時(shí)候，各種失效機(jī)理可能同時(shí)在塑封器件上產(chǎn)生交互作用。例如，熱載荷會使封裝體結(jié)構(gòu)內(nèi)相鄰材料間發(fā)生熱膨脹系數(shù)失配，從而引起機(jī)械失效。其他的交互作用，包括應(yīng)力輔助腐蝕、應(yīng)力腐蝕裂紋、場致金屬遷移、鈍化層和電解質(zhì)層裂縫、濕熱導(dǎo)致的封裝體開裂以及溫度導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)加速等等。在這些情況下，失效機(jī)理的綜合影響并不一定等于個(gè)體影響的總和。
	
	
		3. 封裝缺陷的分類
	
	
		封裝缺陷主要包括引線變形、底座偏移、翹曲、芯片破裂、分層、空洞、不均勻封裝、毛邊、外來顆粒和不完全固化等。
	
	
		3.1 引線變形
	
	
		引線變形通常指塑封料流動過程中引起的引線位移或者變形，通常采用引線最大橫向位移 x 與引線長度 L 之間的比值 x/L 
來表示。引線彎曲可能會導(dǎo)致電器短路(特別是在高密度 I/O 器件封裝中)。有時(shí)，彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力會導(dǎo)致鍵合點(diǎn)開裂或鍵合強(qiáng)度下降。
	
	
		影響引線鍵合的因素包括封裝設(shè)計(jì)、引線布局、引線材料與尺寸、模塑料屬性、引線鍵合工藝和封裝工藝等。影響引線彎曲的引線參數(shù)包括引線直徑、引線長度、引線斷裂載荷和引線密度等等。
	
	
		3.2 底座偏移
	
	
		底座偏移指的是支撐芯片的載體(芯片底座)出現(xiàn)變形和偏移
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f618a93e5.gif" width="455" height="127" />
	
		如圖所示為塑封料導(dǎo)致的底座偏移，此時(shí)，上下層模塑腔體內(nèi)不均勻的塑封料流動會導(dǎo)致底座偏移。
	
	
		影響底座偏移的因素包括塑封料的流動性、引線框架的組裝設(shè)計(jì)以及塑封料和引線框架的材料屬性。薄型小尺寸封裝(TSOP)和薄型方形扁平封裝(TQFP)等封裝器件由于引線框架較薄，容易發(fā)生底座偏移和引腳變形。
	
	
		3.3 翹曲
	
	
		翹曲是指封裝器件在平面外的彎曲和變形。因塑封工藝而引起的翹曲會導(dǎo)致如分層和芯片開裂等一系列的可靠性問題。
	
	
		翹曲也會導(dǎo)致一系列的制造問題，如在塑封球柵陣列(PBGA)器件中，翹曲會導(dǎo)致焊料球共面性差，使器件在組裝到印刷電路板的回流焊過程中發(fā)生貼裝問題。
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f6190dc5b.gif" width="488" height="325" />
	
		翹曲模式包括內(nèi)凹、外凸和組合模式三種。在半導(dǎo)體公司中，有時(shí)候會把內(nèi)凹稱為“笑臉”，外凸稱為“哭臉”。
	
	
		導(dǎo)致翹曲的原因主要包括 CTE 失配和固化 / 壓縮收縮。后者一開始并沒有受到太多的關(guān)注，深入研究發(fā)現(xiàn)，模塑料的化學(xué)收縮在 IC 
器件的翹曲中也扮演著重要角色，尤其是在芯片上下兩側(cè)厚度不同的封裝器件上。在固化和后固化的過程中，塑封料在高固化溫度下將發(fā)生化學(xué)收縮，被稱為“熱化學(xué)收縮”。通過提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和降低 
Tg 附近的熱膨脹系數(shù)變化，可以減小固化過程中發(fā)生的化學(xué)收縮。
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f619448d0.gif" width="500" height="313" />
	
		導(dǎo)致翹曲的因素還包括諸如塑封料成分、模塑料濕氣、封裝的幾何結(jié)構(gòu)等等。通過對塑封材料和成分、工藝參數(shù)、封裝結(jié)構(gòu)和封裝前環(huán)境的把控，可以將封裝翹曲降低到最小。在某些情況下，可以通過封裝電子組件的背面來進(jìn)行翹曲的補(bǔ)償。例如，大陶瓷電路板或多層板的外部連接位于同一側(cè)，對他們進(jìn)行背面封裝可以減小翹曲。
	
	
		3.4 芯片破裂
	
	
		封裝工藝中產(chǎn)生的應(yīng)力會導(dǎo)致芯片破裂。封裝工藝通常會加重前道組裝工藝中形成的微裂縫。晶圓或芯片減薄、背面研磨以及芯片粘結(jié)都是可能導(dǎo)致芯片裂縫萌生的步驟。
	
	
		破裂的、機(jī)械失效的芯片不一定會發(fā)生電氣失效。芯片破裂是否會導(dǎo)致器件的瞬間電氣失效還取決于裂縫的生長路徑。例如，若裂縫出現(xiàn)在芯片的背面，可能不會影響到任何敏感結(jié)構(gòu)。
	
	
		因?yàn)楣杈A比較薄且脆，晶圓級封裝更容易發(fā)生芯片破裂。因此，必須嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)移成型工藝中的夾持壓力和成型轉(zhuǎn)換壓力等工藝參數(shù)，以防止芯片破裂。3D 
堆疊封裝中因疊層工藝而容易出現(xiàn)芯片破裂。在 3D 封裝中影響芯片破裂的設(shè)計(jì)因素包括芯片疊層結(jié)構(gòu)、基板厚度、模塑體積和模套厚度等。
	
	
		3.5 分層
	
	
		分層或粘結(jié)不牢指的是在塑封料和其相鄰材料界面之間的分離。分層位置可能發(fā)生在塑封微<a href="/tags/電子器件" target="_blank">電子器件</a>中的任何區(qū)域;同時(shí)也可能發(fā)生在封裝工藝、后封裝制造階段或者器件使用階段。
	
	
		封裝工藝導(dǎo)致的不良粘接界面是引起分層的主要因素。界面空洞、封裝時(shí)的表面污染和固化不完全都會導(dǎo)致粘接不良。其他影響因素還包括固化和冷卻時(shí)收縮應(yīng)力與翹曲。在冷卻過程中，塑封料和相鄰材料之間的 
CTE 不匹配也會導(dǎo)致熱 - 機(jī)械應(yīng)力，從而導(dǎo)致分層。
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f6195c282.gif" width="551" height="246" />
	
		可以根據(jù)界面類型對分層進(jìn)行分類
	
	
		3.6 空洞
	
	
		封裝工藝中，氣泡嵌入環(huán)氧材料中形成了空洞，空洞可以發(fā)生在封裝工藝過程中的任意階段，包括轉(zhuǎn)移成型、填充、灌封和塑封料至于空氣環(huán)境下的印刷。通過最小化空氣量，如排空或者抽真空，可以減少空洞。有報(bào)道采用的真空壓力范圍為 
1~300Torr(一個(gè)大氣壓為 760Torr)。
	
	
		填模仿真分析認(rèn)為，是底部熔體前沿與芯片接觸，導(dǎo)致了流動性受到阻礙。部分熔體前沿向上流動并通過芯片外圍的大開口區(qū)域填充半模頂部。新形成的熔體前沿和吸附的熔體前沿進(jìn)入半模頂部區(qū)域，從而形成起泡。
	
	
		3.7 不均勻封裝
	
	
		非均勻的塑封體厚度會導(dǎo)致翹曲和分層。傳統(tǒng)的封裝技術(shù)，諸如轉(zhuǎn)移成型、壓力成型和灌注封裝技術(shù)等，不易產(chǎn)生厚度不均勻的封裝缺陷。晶圓級封裝因其工藝特點(diǎn)，而特別容易導(dǎo)致不均勻的塑封厚度。
	
	
		為了確保獲得均勻的塑封層厚度，應(yīng)固定晶圓載體使其傾斜度最小以便于刮刀安裝。此外，需要進(jìn)行刮刀位置控制以確保刮刀壓力穩(wěn)定，從而得到均勻的塑封層厚度。
	
	
		在硬化前，當(dāng)填充粒子在塑封料中的局部區(qū)域聚集并形成不均勻分布時(shí)，會導(dǎo)致不同質(zhì)或不均勻的材料組成。塑封料的不充分混合將會導(dǎo)致封裝灌封過程中不同質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。
	
	
		3.8 毛邊
	
	
		毛邊是指在塑封成型工藝中通過分型線并沉積在器件引腳上的模塑料。
	
	
		夾持壓力不足是產(chǎn)生毛邊的主要原因。如果引腳上的模料殘留沒有及時(shí)清除，將導(dǎo)致組裝階段產(chǎn)生各種問題。例如，在下一個(gè)封裝階段中鍵合或者黏附不充分。樹脂泄漏是較稀疏的毛邊形式。
	
	
		3.9 外來顆粒
	
	
		在封裝工藝中，封裝材料若暴露在污染的環(huán)境、設(shè)備或者材料中，外來粒子就會在封裝中擴(kuò)散并聚集在封裝內(nèi)的金屬部位上(如 IC 
芯片和引線鍵合點(diǎn))，從而導(dǎo)致腐蝕和其他的后續(xù)可靠性問題。
	
	
		3.10 不完全固化
	
	
		固化時(shí)間不足或者固化溫度偏低都會導(dǎo)致不完全固化。另外，在兩種封裝料的灌注中，混合比例的輕微偏移都將導(dǎo)致不完全固化。為了最大化實(shí)現(xiàn)封裝材料的特性，必須確保封裝材料完全固化。在很多封裝方法中，允許采用后固化的方法確保封裝材料的完全固化。而且要注意保證封裝料比例的精確配比。
	
	
		4. 封裝失效的分類
	
	
		在封裝組裝階段或者器件使用階段，都會發(fā)生封裝失效。特別是當(dāng)封裝微電子器件組裝到印刷電路板上時(shí)更容易發(fā)生，該階段器件需要承受高的回流溫度，會導(dǎo)致塑封料界面分層或者破裂。
	
	
		4.1 分層
	
	
		如上一節(jié)所述，分層是指塑封材料在粘接界面處與相鄰的材料分離?？赡軐?dǎo)致分層的外部載荷和應(yīng)力包括水汽、濕氣、溫度以及它們的共同作用。
	
	
		在組裝階段常常發(fā)生的一類分層被稱為水汽誘導(dǎo)(或蒸汽誘導(dǎo))分層，其失效機(jī)理主要是相對高溫下的水汽壓力。在封裝器件被組裝到印刷電路板上的時(shí)候，為使焊料融化溫度需要達(dá)到 
220℃甚至更高，這遠(yuǎn)高于模塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(約 
110~200℃)。在回流高溫下，塑封料與金屬界面之間存在的水汽蒸發(fā)形成水蒸氣，產(chǎn)生的蒸汽壓與材料間熱失配、吸濕膨脹引起的應(yīng)力等因素共同作用，最終導(dǎo)致界面粘接不牢或分層，甚至導(dǎo)致封裝體的破裂。無鉛焊料相比傳統(tǒng)鉛基焊料，其回流溫度更高，更容易發(fā)生分層問題。
	
	
		吸濕膨脹系數(shù)(CHE)，又稱濕氣膨脹系數(shù)(CME)
	
	
		濕氣擴(kuò)散到封裝界面的失效機(jī)理是水汽和濕氣引起分層的重要因素。濕氣可通過封裝體擴(kuò)散，或者沿著引線框架和模塑料的界面擴(kuò)散。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模塑料和引線框架界面之間具有良好粘接時(shí)，濕氣主要通過塑封體進(jìn)入封裝內(nèi)部。但是，當(dāng)這個(gè)粘結(jié)界面因封裝工藝不良(如鍵合溫度引起的氧化、應(yīng)力釋放不充分引起的引線框架翹曲或者過度修剪和形式應(yīng)力等)而退化時(shí)，在封裝輪廓上會形成分層和微裂縫，并且濕氣或者水汽將易于沿這一路徑擴(kuò)散。更糟糕的是，濕氣會導(dǎo)致極性環(huán)氧黏結(jié)劑的水合作用，從而弱化和降低界面的化學(xué)鍵合。
	
	
		表面清潔是實(shí)現(xiàn)良好粘結(jié)的關(guān)鍵要求。表面氧化常常導(dǎo)致分層的發(fā)生(如上一篇中所提到的例子)，如銅合金引線框架暴露在高溫下就常常導(dǎo)致分層。氮?dú)饣蚱渌铣蓺怏w的存在，有利于避免氧化。
	
	
		模塑料中的潤滑劑和附著力促進(jìn)劑會促進(jìn)分層。潤滑劑可以幫助模塑料與模具型腔分離，但會增加界面分層的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，附著力促進(jìn)劑可以確保模塑料和芯片界面之間的良好粘結(jié)，但卻難以從模具型腔內(nèi)清除。
	
	
		分層不僅為水汽擴(kuò)散提供了路徑，也是樹脂裂縫的源頭。分層界面是裂縫萌生的位置，當(dāng)承受交大外部載荷的時(shí)候，裂縫會通過樹脂擴(kuò)展。研究表明，發(fā)生在芯片底座地面和樹脂之間的分層最容易引起樹脂裂縫，其它位置出現(xiàn)的界面分層對樹脂裂縫的影響較小。
	
	
		4.2 氣相誘導(dǎo)裂縫(爆米花現(xiàn)象)
	
	
		水汽誘導(dǎo)分層進(jìn)一步發(fā)展會導(dǎo)致氣相誘導(dǎo)裂縫。當(dāng)封裝體內(nèi)水汽通過裂縫逃逸時(shí)會產(chǎn)生爆裂聲，和爆米花的聲音非常像，因此又被稱為爆米花現(xiàn)象。裂縫常常從芯片底座向塑封底面擴(kuò)展。在焊接后的電路板中，外觀檢查難以發(fā)現(xiàn)這些裂縫。QFP 
和 TQFP 
等大而薄的塑封形式最容易產(chǎn)生爆米花現(xiàn)象;此外也容易發(fā)生在芯片底座面積與器件面積之比較大、芯片底座面積與最小塑封料厚度之比較大的的器件中。爆米花現(xiàn)象可能會伴隨其他問題，包括鍵合球從鍵合盤上斷裂以及鍵合球下面的硅凹坑等。
	
	
		 
	
<img alt="" src="/uploads/47286/68f6f6195c282.gif" width="493" height="101" />
	
		塑封器件內(nèi)的裂縫通常起源于引線框架上的應(yīng)力集中區(qū)(如邊緣和毛邊)，并且在最薄塑封區(qū)域內(nèi)擴(kuò)展。毛邊是引線框架表面在沖壓工藝中產(chǎn)生的小尺寸變形，改變沖壓方向使毛邊位于引線框架頂部，或者刻蝕引線框架(模壓)都可以減少裂縫。
	
	
		減少塑封器件內(nèi)的濕氣是降低爆米花現(xiàn)象的關(guān)鍵。常采用高溫烘烤的方法減少塑封器件內(nèi)的濕氣。前人研究發(fā)現(xiàn)，封裝內(nèi)允許的安全濕氣含量約為 
1100×10^-6(0.11 wt.%)。在 125℃下烘烤 24h，可以充分去除封裝內(nèi)吸收的濕氣。
	
	
		4.3 脆性斷裂
	
	
		脆性斷裂經(jīng)常發(fā)生在低屈服強(qiáng)度和非彈性材料中(如硅芯片)。到材料受到過應(yīng)力作用時(shí)，突然的、災(zāi)難性的裂縫擴(kuò)展會起源于如空洞、夾雜物或不連續(xù)等微小缺陷。
	
	
		4.4 韌性斷裂
	
	
		塑封材料容易發(fā)生脆性和韌性兩種斷裂模式，主要取決于環(huán)境和材料因素，包括溫度、聚合樹脂的黏塑特性和填充載荷。即使在含有脆性硅填料的高加載塑封材料中，因聚合樹脂的黏塑特性，仍然可能發(fā)生韌性斷裂。
	
	
		4.5 疲勞斷裂
	
	
		塑封料遭受到極限強(qiáng)度范圍內(nèi)的周期性應(yīng)力作用時(shí)，會因累積的疲勞斷裂而斷裂。施加到塑封材料上的濕、熱、機(jī)械或綜合載荷，都會產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力。疲勞失效是一種磨損失效機(jī)理，裂縫一般會在間斷點(diǎn)或缺陷位置萌生。
	
	
		疲勞斷裂機(jī)理包括三個(gè)階段：裂紋萌生(階段Ⅰ);穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展(階段Ⅱ);突發(fā)的、不確定的、災(zāi)難性失效(階段Ⅲ)。在周期性應(yīng)力下，階段Ⅱ的疲勞裂縫擴(kuò)展指的是裂縫長度的穩(wěn)定增長。塑封材料的裂紋擴(kuò)展速率要遠(yuǎn)高于金屬材料疲勞裂縫擴(kuò)展的典型值(約 
3 倍)。
	
	
		5. 加速失效的因素
	
	
		環(huán)境和材料的載荷和應(yīng)力，如濕氣、溫度和污染物，會加速塑封器件的失效。塑封工藝正在封裝失效中起到了關(guān)鍵作用，如濕氣擴(kuò)散系數(shù)、飽和濕氣含量、離子擴(kuò)散速率、熱膨脹系數(shù)和塑封材料的吸濕膨脹系數(shù)等特性會極大地影響失效速率。導(dǎo)致失效加速的因素主要有潮氣、溫度、污染物和溶劑性環(huán)境、殘余應(yīng)力、自然環(huán)境應(yīng)力、制造和組裝載荷以及綜合載荷應(yīng)力條件。
	
	
		潮氣 能加速塑封微<a href="/tags/電子器件" target="_blank">電子器件</a>的分層、裂縫和腐蝕失效。在塑封器件中， 
潮氣是一個(gè)重要的失效加速因子。與潮氣導(dǎo)致失效加速有關(guān)的機(jī)理包括粘結(jié)面退化、吸濕膨脹應(yīng)力、水汽壓力、離子遷移以及塑封料特性改變等等。潮氣能夠改變塑封料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 
Tg、彈性模量和體積電阻率等特性。
	
	
		溫度 是另一個(gè)關(guān)鍵的失效加速因子，通常利用與模塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、各種材料的熱膨脹洗漱以及由此引起的熱 - 
機(jī)械應(yīng)力相關(guān)的溫度等級來評估溫度對封裝失效的影響。溫度對封裝失效的另一個(gè)影響因素表現(xiàn)在會改變與溫度相關(guān)的封裝材料屬性、濕氣擴(kuò)散系數(shù)和金屬間擴(kuò)散等失效。
	
	
		污染物和溶劑性環(huán)境 
污染物為失效的萌生和擴(kuò)展提供了場所，污染源主要有大氣污染物、濕氣、助焊劑殘留、塑封料中的不潔凈例子、熱退化產(chǎn)生的腐蝕性元素以及芯片黏結(jié)劑中排出的副產(chǎn)物(通常為環(huán)氧)。塑料封裝體一般不會被腐蝕，但是濕氣和污染物會在塑封料中擴(kuò)散并達(dá)到金屬部位，引起塑封器件內(nèi)金屬部分的腐蝕。
	
	
		殘余應(yīng)力 芯片粘結(jié)會產(chǎn)生單于應(yīng)力。應(yīng)力水平的大小，主要取決于芯片粘接層的特性。由于模塑料的收縮大于其他封裝材料， 
因此模塑成型時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力是相當(dāng)大的?？梢圆捎脩?yīng)力測試芯片來測定組裝應(yīng)力。
	
	
		印刷電路板(PCB)作為電子信息產(chǎn)品中承載元器件、傳輸電路信號的核心載體，其質(zhì)量優(yōu)劣與可靠性高低，直接關(guān)乎整機(jī)設(shè)備的性能表現(xiàn)。PCB 
常見的失效模式豐富多樣，涵蓋爆板、分層、短路、起泡、焊接缺陷以及腐蝕遷移等多種類型。
	
	
		在 PCB 失效檢測技術(shù)體系中，無損檢測占據(jù)重要地位。X 射線透視、三維 CT 
掃描、掃描聲學(xué)顯微鏡(C-SAM)及紅外熱成像等技術(shù)，無需破壞樣品，便能精準(zhǔn)展現(xiàn) PCB 內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，有效識別隱藏缺陷。表面元素剖析則依賴掃描電鏡 - 
能譜儀(SEM/EDS)、顯微紅外光譜儀(FTIR)、俄歇電子能譜儀(AES)、X 
射線光電子能譜儀(XPS)、飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀(TOF-SIMS)等設(shè)備，深入解析材料表面的元素構(gòu)成與化學(xué)狀態(tài)。熱性能研究通過差示掃描量熱法(DSC)、熱機(jī)械分析(TMA)、熱重分析(TGA)、動態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)，配合穩(wěn)態(tài)熱流法與激光散射法測定熱導(dǎo)率，探究材料在不同溫度下的性能變化規(guī)律。電性能測試涵蓋擊穿電壓、耐電壓、介電常數(shù)及電遷移測試等項(xiàng)目，全面評估 
PCB 的電氣性能表現(xiàn)。而染色滲透檢測作為破壞性檢測手段，能夠進(jìn)一步揭示材料內(nèi)部的細(xì)微缺陷。
	
	
		電子元器件失效分析
	
	
		電子元器件的可靠性研究致力于通過多元技術(shù)手段，提升其在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性能。在服役過程中，元器件易出現(xiàn)開路、短路、漏電、功能失效、電參數(shù)波動及性能不穩(wěn)定等故障。
	
	
		在失效檢測流程里，電學(xué)性能檢測是關(guān)鍵的初始環(huán)節(jié)。通過連接性測試、電參數(shù)精確測量和功能完整性測試，可快速判斷元器件的電氣功能是否正常。無損檢測借助機(jī)械開封、化學(xué)開封、激光開封等技術(shù)，結(jié)合化學(xué)腐蝕、等離子腐蝕、機(jī)械研磨等去鈍化層方法，以及聚焦離子束(FIB)、芯片探針(CP)等微區(qū)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)觀察。制樣技術(shù)為后續(xù)分析提供標(biāo)準(zhǔn)樣本;光學(xué)顯微技術(shù)與掃描電子顯微鏡二次電子成像技術(shù)，從微觀層面呈現(xiàn)元器件的表面形貌特征。表面元素分析運(yùn)用掃描電鏡 
- 能譜儀(SEM/EDS)、俄歇電子能譜儀(AES)、X 
射線光電子能譜儀(XPS)、二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)等先進(jìn)工具，準(zhǔn)確測定元器件表面的元素成分。此外，X 
射線透視、三維成像及反射式掃描聲學(xué)顯微技術(shù)(C-SAM)等無損檢測方式，能夠有效探測元器件內(nèi)部的缺陷隱患。
	
	
		金屬材料失效分析
	
	
		金屬封裝材料的失效誘因繁雜，涉及多個(gè)方面，常見的失效模式包括設(shè)計(jì)不合理、材料本身存在缺陷、鑄造工藝出現(xiàn)問題、焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)以及熱處理操作不當(dāng)?shù)惹闆r 
。這些失效問題會對金屬封裝材料的性能與可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
	
	
		為了準(zhǔn)確找出金屬材料失效的根本原因，需要綜合運(yùn)用多種檢測手段。在微觀組織分析方面，借助金相分析、X 
射線相結(jié)構(gòu)分析、表面殘余應(yīng)力分析以及晶粒度檢測等方法，深入研究金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)特征，探尋結(jié)構(gòu)變化與失效之間的關(guān)聯(lián) 。成分分析依賴直讀光譜儀、X 
射線光電子能譜儀(XPS)、俄歇電子能譜儀(AES)等專業(yè)設(shè)備，對材料的化學(xué)成分進(jìn)行精確測定。X 
射線衍射儀(XRD)則在物相分析中發(fā)揮關(guān)鍵作用，用于確定材料中具體的物相組成。通過 X 
射線應(yīng)力測定儀開展殘余應(yīng)力分析，能夠檢測材料內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)。此外，利用萬能試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)、硬度試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行機(jī)械性能測試，可全面評估材料的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，為失效分析提供有力的數(shù)據(jù)支撐。
	
	
		高分子材料失效分析
	
	
		高分子材料作為封裝技術(shù)的重要組成部分，在保障封裝性能方面發(fā)揮著核心作用。但在實(shí)際的電子封裝應(yīng)用場景中，高分子材料面臨著較為嚴(yán)峻的失效問題，其失效表現(xiàn)形式多樣，涵蓋斷裂、開裂、分層、腐蝕、起泡、涂層脫落、變色、磨損等多種類型 
。這些失效現(xiàn)象不僅會破壞封裝結(jié)構(gòu)的完整性，還可能干擾電子設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，影響設(shè)備的性能與使用壽命。
	
	
		針對高分子材料的失效檢測，目前已形成了一套全面且豐富的檢測體系。在成分分析領(lǐng)域，傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、顯微共焦拉曼(Raman)光譜儀、掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)、X 
射線熒光光譜分析(XRF)等多種先進(jìn)儀器協(xié)同作用，能夠深入剖析材料的化學(xué)成分與分子結(jié)構(gòu) 
。熱分析借助差示掃描量熱法(DSC)、熱機(jī)械分析(TMA)、熱重分析(TGA)等技術(shù)，結(jié)合穩(wěn)態(tài)熱流法、激光散射法測量導(dǎo)熱系數(shù)，系統(tǒng)地研究材料在不同溫度環(huán)境下的性能變化規(guī)律。裂解分析采用裂解氣相色譜 
- 質(zhì)譜法、凝膠滲透色譜分析(GPC)、熔融指數(shù)測試(MFR)等方法，探究材料的熱裂解行為以及分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。斷口分析利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X 
射線能譜儀(EDS)，對材料斷裂后的表面形貌和元素分布情況進(jìn)行分析，從而推斷失效的具體原因。此外，借助硬度計(jì)、拉伸試驗(yàn)機(jī)、萬能試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備開展物理性能測試，能夠全面評估高分子材料的力學(xué)性能，為失效分析和材料優(yōu)化提供重要依據(jù)。
	
	
		復(fù)合材料失效分析
	
	
		復(fù)合材料由兩種及以上不同性質(zhì)材料復(fù)合而成，憑借高比強(qiáng)度、優(yōu)異韌性和良好環(huán)境適應(yīng)性等顯著優(yōu)勢，在封裝生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際使用過程中，也會出現(xiàn)斷裂、變色、腐蝕、機(jī)械性能下降等失效現(xiàn)象。
	
	
		為有效檢測復(fù)合材料失效問題，多種技術(shù)手段綜合運(yùn)用。無損檢測技術(shù)作為重要的初步篩查方法，涵蓋射線檢測技術(shù)(如 X 射線、γ 射線、中子射線檢測)、工業(yè) 
CT、康普頓背散射成像(CST)技術(shù)、超聲檢測技術(shù)(穿透法、脈沖反射法、串列法)等，可在不破壞樣品的情況下，發(fā)現(xiàn)材料內(nèi)部缺陷與損傷 。成分分析主要借助 X 
射線熒光光譜分析(XRF)等方法，確定材料元素組成 
。熱分析采用熱重分析法(TG)、差示掃描量熱法(DSC)、靜態(tài)熱機(jī)械分析法(TMA)等技術(shù)，研究材料熱穩(wěn)定性與熱機(jī)械性能 
。對于需要深入觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況，通過金相切片、聚焦離子束(FIB)制樣、離子研磨(CP)制樣等切片分析的破壞性實(shí)驗(yàn)，獲取微觀層面詳細(xì)信息。
	
	
		涂層 / 鍍層失效分析
	
	
		涂層 / 鍍層在使用過程中，分層、開裂、腐蝕、起泡、脫落、變色等失效情況較為常見，這些問題會削弱其對基底材料的保護(hù)作用，影響產(chǎn)品外觀與性能。
	
	
		在檢測手段方面，涂層 / 
鍍層的無損檢測、成分分析、熱分析方法與高分子材料檢測存在諸多相似之處。此外，斷口分析利用體式顯微鏡(OM)、掃描電鏡分析(SEM)，細(xì)致觀察涂層 / 
鍍層斷裂處微觀形貌，深入分析失效機(jī)理 ;通過拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能測試，評估涂層 / 
鍍層與基底的結(jié)合強(qiáng)度及自身力學(xué)性能，為失效原因判斷與工藝改進(jìn)提供有力依據(jù)。
	
	
		自然環(huán)境應(yīng)力 
在自然環(huán)境下，塑封料可能會發(fā)生降解。降解的特點(diǎn)是聚合鍵的斷裂，常常是固體聚合物轉(zhuǎn)變成包含單體、二聚體和其他低分子量種類的黏性液體。升高的溫度和密閉的環(huán)境常常會加速降解。陽光中的紫外線和大氣臭氧層是降解的強(qiáng)有力催化劑，可通過切斷環(huán)氧樹脂的分子鏈導(dǎo)致降解。將塑封器件與易誘發(fā)降解的環(huán)境隔離、采用具有抗降解能力的聚合物都是防止降解的方法。需要在濕熱環(huán)境下工作的產(chǎn)品要求采用抗降解聚合物。
	
	
		制造和組裝載荷 
制造和組裝條件都有可能導(dǎo)致封裝失效，包括高溫、低溫、溫度變化、操作載荷以及因塑封料流動而在鍵合引線和芯片底座上施加的載荷。進(jìn)行塑封器件組裝時(shí)出現(xiàn)的爆米花現(xiàn)象就是一個(gè)典型的例子。
	
	
		綜合載荷應(yīng)力條件 
在制造、組裝或者操作的過程中，諸如溫度和濕氣等失效加速因子常常是同時(shí)存在的。綜合載荷和應(yīng)力條件常常會進(jìn)一步加速失效。這一特點(diǎn)常被應(yīng)用于以缺陷部件篩選和易失效<a href="/tags/封裝" target="_blank">封裝</a>器件鑒別為目的的加速試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

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