微电子器件封装失效机理与对策

      随着电子器件行业日新月异的发展，涌出了越来越多，越来越先进的不同样式，不同功效的元件。

      可是电子器件的使用寿命一直是困扰我们的难题，使电子产品的可靠性不能被保障。如今随着可靠性的不断发展，对这方面的研究也越来越多，今天我们先和大家一起了解一下由封装引起的微电子器件失效机理。

      失效机理是指失效的原因，分析器件为什么失效，研究它们失效的物理，化学反应过程，以便采取有效措施，消灭或控制这些失效机理的发生。

1.封装材料α射线引起的软误差

1)产生机理：

      铀或钍等放射性元素是集成电路封装材料中天然存在的的杂质，这些材料发射的α粒子进入硅中时，在粒子经过的路径上产生电子-空穴对，这些电子-空穴对在电场的作用下被电路结点收集，引起电路误动作，产生软误差。

2)改进措施：

      ①提高封装材料的纯度，减少α粒子的来源；

      ②片表面涂阻挡层，如聚酸铵系列有机高分子化合物；

      ③从器件设计入手，增加存储单元单位电荷存储容量，如采用介电系数大的材料或沟槽结构电容，增大储存电容面积；

      ④优化电路设计，从电路设计入手，采用纠错码(Error Correcting Code,ECC)技术；

      ⑤改进时序控制电路，DRAM的使用中采取复杂的时序控制电路，缩短位线电压的浮动时间。

2. 水汽引起的分层效应

1) 产生机理：

      塑封材料中的水分在高温下迅速膨胀使塑封材料与其附着的其他材料间发生分离，严重时会使塑封体爆裂。

2) 改进措施：

      ①减少塑封体内部气泡，避免塑封体裂纹的产生，如采取树脂预热时温差工艺；

      ②减小金属框架对封装的影响，比如为了提高塑封IC的可靠性，塑封用的金属框架应选铜质引线框架，以达到良好的热匹配，外引线锁脚的锁定和潮气隔离结构，增加工序去除塑封冲制成形时的毛刺，减小应力；

      ③电装要求。拆包装后必须在24小时内装配完器件，没有装配完成的器件需要保存在干燥的气氛中，否则要进行高温烘烤，才能进行电装。

3. 金属化腐蚀

1)产生机理；

     ①化学腐朽。集成电路存放在高温，高湿环境中会产生铝的化学腐朽，如果铝暴露在干燥的空气中会形成一层三氧化二铝的保护膜，使其不再氧化，避免化学腐蚀的产生；但是有潮气存在时，就会产生氢氧化铝，氢氧化铝可溶于酸也可溶于碱，当外部有物质到达铝表面时会发生化学反应；

      ②电化学腐蚀。集成电路存放在高温，高湿环境中会产生电化学腐蚀，产生氢氧化铝；

      ③外引线腐蚀。管退材料多用柯伐，它是铁钴镍的合金，使用中长引起腐蚀。

2) 改进措施：

      ①改用低吸湿性树脂，提高树脂纯度，减少其中所含钠离子，氯离子等有害杂质；

      ②降低树脂的热膨胀系数，添加耦合剂，改变引线框架形状，以改善材料间的粘合强度，防止引线框和树脂界面进入水分；

      ③芯片表面加钝化层保护，如氯化硅，二氧化硅，磷硅玻璃，有机涂料等，其中以等离子体淀积的氯化硅薄膜效果明显；

      ④开发耐腐蚀布线材料和工艺，如利用等离子体放电的铝表面氧化，利用砷，磷等的离子注入提高铝布线膜质，另在纳米工艺技术中用铜代替铝作为互连线使用。

4. 键合引线失效

1) 产生机理：

      塑封材料中的水分在高温下迅速膨胀使塑封材料与其附着的其他材料间发生分离，严重时会使塑封体爆裂。

2) 改进措施：

      ①弯引线时为防止将过大应力加在管座和引线之间，应将弯曲点和管座间的引线用工具加以固定，弯曲时应防止工具碰到管座，更不能用手夹着管座来弯折引线；

      ②不要对引线进行反复弯折，应避免对扁平形状得引线进行横向弯折，沿引线“轴向”施加过大应力（拉力）时，会导致器件得密封性遭到损坏。