塑料封装是功率半导体器件主要的封装形式,但塑料封装的非气密性会带来潜在的可靠性问题,封装分层就是其中最常见的一种失效模式。封装分层一般是在水汽和热应力的协同作用下发生的,工作温度很高的功率器件极易发生分层。封装分层会导致键合引线脱落、芯片表面金属层或钝化层损伤、爆米花效应、金属的腐蚀,使塑封器件的性能极大降低甚至失效。功率器件的广泛应用对封装可靠性提出了更高的要求。
塑封器件受封装材料和本身特性的限制,采用环氧树脂塑封料进行封装。塑封器件是非气密性封装,在封装方面就存在一些缺点,最主要的缺点就是对潮气比较敏感。湿气的侵入,会使电子封装中产生一些可靠性问题,特别是分层现象。对处于较高温度工作的塑封半导体功率电子器件来说,分层现象会更加严重。相较于塑封器件,在使用或是在可靠性试验时,分层相对于常温贮存的普通塑封器件更容易产生,且在较高的温度下,扩展和蔓延在分层现象中更容易形成,进而造成器件失效。
失效模式及原因分析
塑封早期失效。早期失效多是由封装工艺的不完善造成的,主要发生在芯片焊接、引线键合和模塑料注塑等封装工艺过程中,主要表现形式有以下 4 方面:
①芯片上的焊接或粘接缺陷,如烧焊空洞、芯片位置偏移、同心度差、溢出焊盘的焊料导致短路、不牢固的焊接芯片和较弱的剪切强度等。
②引线键合上的缺陷,如键合点的脱落、偏移、弹坑;线尾过长引、线间短路、引线形状异常等。
③塑封料因流动性问题而形成的注塑缺陷,如冲丝导致的金线间短路或金丝断裂;塑封料层空洞、气孔或填充不完全;基板移动等。
④热胀冷缩的收缩应力在塑封料固化中形成的封装缺陷,如损伤或断裂的引线、焊球或焊点;受损伤的芯片钝化层或表面金属化;焊接或粘接界面分层等。
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