QFN器件在湿热环境中的界面裂纹分析

因吸潮而引起的界面破裂是塑封电子器件失效的一个重要原因。通过吸潮实验、无铅回流焊环境实验和湿热老化实验研究了QFN塑封器件内部界面裂纹情况。结果表明,未吸潮的器件经历无铅回流焊后很少产生裂纹,吸潮器件在吸潮期间未产生裂纹,但经历无铅回流焊后器件产生裂纹的几率达100%;裂纹在芯片、芯片粘结材料(DA)和塑封材料(EMC)的交界处的破坏程度最大;产生的裂纹的位置和扩展方向与结合材料的特性、结合界面的强度紧密相关。     

QFN器件在湿热环境下可靠性的有限元仿真分析

因吸潮而引起的界面可靠性问题是塑封电子器件失效的一个重要原因,其主要表现形式是界面破裂。论文利用有限元分析工具对QFN器件进行吸潮、解吸潮、无铅回流焊和湿热综合应力的仿真分析。分析结果表明,器件中的湿气在高温或有温度冲击的环境中形成的蒸汽压力是促进裂纹萌生和扩展的重要因素,为了减小在无铅回流焊期间湿、热以及蒸汽压力共同作用造成的应力冲击,应当设置较为合适的无铅焊回流曲线,在进入峰值温度前设置一个保温平台区,使进入峰值温度前器件的整体温度达到一致,减小峰值温度时湿、热应力对可靠性的不利影响。     

湿热环境下吸潮对QFN器件可靠性的影响研究

由吸潮引起的微电子塑封器件失效已经越来越多地引起人们的关注.选用QFN器件作为研究对象,首先进行QFN器件在高温高湿环境下吸潮17 h、50 h、96 h试验;然后利用有限元软件分析和模拟潮湿在QFN器件中的扩散行为,并建立湿气预处理阶段应力计算模型;最后,通过试验与仿真相结合,分析潮湿对封装可靠性的影响.研究表明:微电子塑封器件的潮湿扩散速度与位置有着重要的关系;在高温高湿环境下,微电子器件吸潮产生的湿热应力在模塑封装材料(EMC)、硅芯片(DIE)和芯下材料(DA)的交界处最大;QFN器件在高温高湿环境下吸潮产生的裂纹主要出现在硅芯片与DA材料交界面的边界.     

集成湿热及蒸汽压力对PBGA器件可靠性的影响

塑封器件在高温焊接之前的存储过程中，会吸收环境中的潮湿水分，这些潮湿水分在随后的焊接高温下会汽化因而产生蒸汽压力。本文将首先对PBGA器件内部潮湿水分高温下产生的蒸汽压力模型进行讨论，并结合湿／热一机械应力得到集成应力，最后分析蒸汽压力、集成应力对PBGA封装可靠性的影响。分析结果表明：在蒸汽压力、集成应力计算中，芯片、DA材料和EMC材料三相交界处发生了应力集中，如果在此界面存在初始裂纹，那么在这些局部集中的力的作用下，极易使裂纹扩展导致层间开裂。     

潮湿扩散及湿热应力对叠层封装件可靠性影响

利用MARC软件,通过模拟实验分析了潮湿扩散及湿热应力对叠层封装器件可靠性的影响,对30℃,RH 60%,192 h条件下预置吸潮到后面的无铅回流焊解吸潮过程进行了有限元仿真;对85℃,RH 85%,168 h条件下元件内不同界面的潮湿扩散进行分析,得出潮湿扩散对界面的影响规律。使用一种湿热耦合方法计算湿热合成应力并与单纯热应力进行了对比。结果表明:最大湿热应力和热应力一样总是出现在顶部芯片与隔离片相交的区域,其数值是单纯热应力数值的1.3~1.5倍。     

热–机械应力和湿气引起QFN器件层间开裂分析

采用通用有限元软件分析和计算器件在潮湿环境下的潮湿扩散,并计算由于吸潮使器件在无铅回流的高温下产生蒸汽压力,并对层间开裂现象进行分析。结果表明,气压是层间开裂的主要原因,在气压和热机械应力的作用下,层合面上的微孔洞扩张并结合起来,导致器件最后失效。     

PBGA封装的耐湿热可靠性试验研究

塑封电子器件作为一种微电子封装结构形式得到了广泛的应用,因此湿热环境下塑封电子器件的界面可靠性也越来越受到人们的关注.为了研究塑封器件及其所用材料在高湿和炎热(典型的热带环境)条件下的可靠性,采用耐湿温度循环的试验方法,以塑封球栅平面阵列封装(PBGA)器件为例进行测试.试验结果表明,芯片是最容易产生裂纹的地方,试验后期器件产生的裂纹主要出现在芯片和DA材料界面处及芯片、DA材料和EMC材料三种材料的交界处.空洞缺陷是使界面层间开裂的主要原因,在高温产生的蒸汽压力和热机械应力的作用下,界面上的微孔洞扩张并结合起来,导致器件最后失效.     

塑封器件回流焊与分层的研究

由于无铅焊料的应用,回流焊的温度提高影响了塑封器件的质量和可靠性。针对实际的LQFP器件,利用有限元软件建立三维模型,分析了塑封器件在潮湿环境中的湿气扩散及回流焊中的形变和热应力分布,并讨论了塑封料参数及细小裂纹对分层的影响。结果表明,在湿热的加载下,塑封器件的顶角易发生翘曲现象;芯片与塑封料界面处易分层,导致器件失效。     

集成湿热及蒸汽压对塑封QFN器件的层裂影响

针对微电子封装器件的界面层裂失效问题,利用有限元法,集成湿热及蒸汽压力的作用对塑封QFN器件的界面层裂失效问题进行了建模分析,探索了塑封QFN器件参数的优化组合。结果表明,通过对各参数的优化,如EMC的αv为12×10–6/K,引线框架的E为110GPa等,界面危险裂纹尖端点的J积分降低到优化前的1/10~1/100。研究中还发现,封装器件的参数优化组合不唯一,很有必要探讨并选择一种能适合于这种多优化组合设计的方法。     

基于CZM法QFN器件热冲击载荷下的界面脱层研究

引进内聚力模型（CZM）法,利于有限元软件MSC．Marc对热冲击栽荷下QFN器件各材料界面之间的脱层开裂情况进行了研究。并分析了不同Diepad厚度对器件脱层失效的影响。结果表明：脱层开裂均发生在各个界面的两端,并逐渐沿着界面向里扩展,Diepad与芯片粘结剂之间的界面最容易发生脱层开裂;Diepad厚度对器件的脱层开裂影响较大,增加Diepad厚度能较大幅度的提高QFN器件的抗脱层开裂能力。     

QFN封装分层失效与湿-热仿真分析

采用湿度敏感度评价试验及湿-热仿真方法,分析了温湿度对于QFN封装分层失效的影响.通过C-SAM和SEM等观察发现,QFN存在多种分层形式,分层大多发生在封装内部材料的界面上,包括封装塑封材料和芯片之间的界面、塑封材料和框架之间的界面等.此外,在封装断面研磨的SEM图像上发现芯片粘结剂内部有空洞出现.利用有限元数值模拟的方法,对QFN封装的内部湿气扩散、回流过程中的热应力分布等进行了模拟,分析QFN分层失效的形成原因.结果表明,由于塑封器件材料、芯片、框架间CTE失配,器件在高温状态湿气扩散形成高气压条件下易产生分层.最后提出了改善QFN分层失效的措施.     

水汽或结构对塑封电子器件可靠性的影响研究

传塑封装微电子器件在回流焊时的可靠性是微电子行业内最关心的问题之一。当一个具有不良可靠性的微电子器件通过红外回流焊接炉最终被焊接在印刷线路板上时,就会发生诸如裂纹、脱层、鼓胀等致命的缺陷。长期以来,＂水汽作用＂理论认为造成回流焊失效的原因是：处于潮湿环境中的封装材料-模制化合物从空气中吸收水汽,并且水汽沿着塑封体以及塑封体与引脚的界面向内扩散;当回流焊时在快速加热引起的热应力的作用下导致水汽膨胀而引起器件失效。于是回流焊前的预烘干就成为防止失效的重要手段。在多年的工作经历中遇到了＂预烘干＂也不能避免回流焊失效的一些生产案例,但是用＂结构强度＂的观点去改进结构的方法却十分有效。因此,认为＂水汽理论＂可能是人类认识上的一个＂误区＂,而决定传塑封装微电子器件回流焊可靠性的首要因素应是＂结构强度＂。     

“水汽”或“结构”对塑封微电子器件可靠性的影响研究

传塑封装微电子器件在回流焊时的可靠性是微电子行业内最关心的问题之一。当一个具有不良可靠性的微电子器件通过红外回流焊接炉最终被焊接在印刷线路板上时,就会发生诸如裂纹、脱层、鼓胀等致命缺陷。长期以来“水汽作用”理论认为造成回流焊失效的原因是：处于潮湿环境中的封装材料一模制化合物从空气中吸收水汽并且水汽沿着塑封体以及塑封体与引脚的界面向内扩散;当回流焊时在快速加热引起的热应力的作用下水汽膨胀而引起器件的失效。于是回流焊前的预烘干成为防止失效的重要手段。本文的作者是一位传塑封装工程师,在多年的工作经历中遇到了“预烘干”也不能避免回流焊失效的一些生产案例,但是用“结构强度”的观点去改进结构的方法却十分有效。因此,作者认为“水汽理论”可能是人类认识上的一个“误区”,而决定传塑封装微电子器件回流焊可靠性的真正首要因素是“结构强度”。     

QFN元件在SMA中的工艺技术探讨

QFN器件（Quad Flat No-lead方形扁平无引脚封装）具有良好的导电和散热性能、比传统的QFP器件体积更小、重量更轻，QFN器件和CSP有些相似，但元件底部没有焊球，与PCB的电气和机械连接是通过PCB焊盘上印刷焊膏、过回流焊后形成的焊点来实现的。从2001年被电子工业开始采用后，其应用一直在快速增长，现今每年有数10亿的QFN器件应用于SMT组装工艺过程中，由于器件本身设计和封装的特殊性，使其在SMT组装过程中失效机率加大，同时失效检查和返修也变得困难，本文将从QFN器件的结构开始逐步阐述。     

基于析因实验设计的QFN热可靠性分析

在微电子封装器件的生产或使用过程中,由于封装材料热膨胀系数不匹配,不同材料的交界处会产生热应力．热应力是导致微电子封装器件失效的主要原因之一。采用MSC．Marc有限元软件．分析了QFN器件在回流焊过程中的热应力、翘曲变形、主应力及剪应力,并由析因实验设计得到影响热应力的关键因素。研究表明：在回流焊过程中,QFN器件的最大热应力出现在芯片与粘结剂接触面的边角处：主应力和剪切应力的最大值也出现在芯片与粘结剂连接的角点处．其值分别为21．42MPa和-28．47MPa：由析N实验设计可知粘结剂厚度对QFN热应力的影响最大。     

基于内聚力模型的微电子封装材料界面失效分析

界面层裂是微电子封装器件的主要失效模式之一。针对微电子封装器件的界面层裂失效问题,采用内聚力模型的方法,模拟了模塑封装材料和铜引脚层界面在模式Ⅰ、模式Ⅱ以及复合模式（模式Ⅰ和模式Ⅱ）下的裂纹扩展情况,并得到加载力与裂纹开口位移的关系。模拟结果显示,将内聚力模型的方法应用于微电子封装材料的界面层裂失效分析,有助于探索造成可靠性问题的根源,为进一步研究整个器件在生产、制造、测试及使用过程中界面层裂的产生与扩展奠定了基础。     

基于析因实验设计的QFN热可靠性分析

在微电子封装器件的生产或使用过程中,由于封装材料热膨胀系数不匹配,不同材料的交界处会产生热应力,热应力是导致微电子封装器件失效的主要原因之一。文章采用MSC．Marc有限元软件,分析了QFN器件在回流焊过程中的热应力、翘曲变形、主应力及剪应力,并由析因实验设计得到影响热应力的关键因素。研究表明：在回流焊过程中,QFN器件的最大热应力出现在芯片与粘结剂接触面的边角处;主应力和剪切应力的最大值也出现在芯片与粘结剂连接的角点处,其值分别为21．42MPa和-28．47MPa;由析因实验设计可知粘结剂厚度对QFN热应力的影响最大。     

微电子塑封器件界面层裂失效及其数值预测方法研究

界面层裂失效已成为微电子封装和微系统的一个最主要的失效形式之一。本文分析了产生界面层裂失效的原因：一方面，塑封器件在制造和使用过程中受热应力的影响；另一方面，吸湿后产生湿应力与应变，在高温下承受蒸汽压力，若超过极限，就会发生爆米花现象，导致开裂失效。然后介绍了几种界面层裂失效的数值预测方法：J积分法修正的J积分法、虚拟裂纹闭合法及面积能量释放率法等。     

塑封器件中高聚物的失效分析

文章分析了塑封器件中高聚物在封装固化过程中和使用过程中常见的损伤或失效,结果表明:封装固化过程中,当高聚物材料收缩受到周围材料的约束时,由于残余应力的存在,可引起气孔、孔隙、微裂纹,即形成了一系列微小缺陷;在后续的生产工艺以及产品使用过程中的热-机械载荷作用下,固化中产生的微小缺陷或损伤会扩展、汇合而形成宏观裂纹,导致...     

SiP器件回流焊时湿热应力的分析

应用有限元方法分析了QFN形式的SiP封装器件在回流焊中的热应力与湿热合成应力。结果表明,在回流焊过程中,由于其结构特点与湿气的扩散不均引起湿热应力变化梯度加大,在其材料交界处应力集中现象明显。最大湿热应力是单纯考虑热应力的情况1.66倍左右。通过比较得知湿热环境对这种SiP器件的影响比一般的封装器件要大,更可能导致器件失效。