CN106872575A - 一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，包括：对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量；在通过所述质量一致性分析的所述器件的批次中，以预设样本容量进行抽样，获得待评价器件；通过超声扫描显微镜检查法确定所述待评价器件的分层缺陷类型；通过湿气敏感度定级试验确定所述待评价器件的湿气敏感等级；根据所述分层缺陷类型和湿气敏感等级，确定所述待评价器件的分层缺陷等级；对所述待评价器件进行界面疲劳加速试验；根据所述界面疲劳加速试的试验结果，生成所述待评价器件的评价结论；本发明流程清晰，判据明确，易于实施，评价结果对用户的使用具有直观的指导价值。

Description

一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法

技术领域

本发明涉及电子器件检测分析技术领域，特别是指一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法。

背景技术

工业/商业塑封器件由于轻小型化、易于实现高封装集成度等特点，目前已经广泛应用于民品电子、工业电子领域，同时在军工航天航空等高可靠性领域也存在使用需求。但由于工业/商业塑封器件自身存在材料吸湿性、塑封体分层缺陷等问题，实际使用过程中容易出现由水汽渗入导致的多种失效模式，严重限制了电子产品的固有质量和长期使用可靠性。

目前针对军用等级塑封器件的分层缺陷问题国际和国内元器件检测分析行业主要采用超声扫描显微镜检查的单一方法来进行筛选和剔除，依照的技术依据为相应的军标，但对于工业/商业等级塑封器件的评判过于严苛且针对性不强，容易出现判定过严的问题。现阶段，国内尚无一种有效的评价手段和途径，来给出塑封器件(特别是存在分层缺陷的工业/商业等级塑封器件)在长期使用环境下的适用、限用或禁用的分级评定结论，严重限制了塑封器件在汽车、航空、航天等高可靠领域的推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，流程清晰，判据明确，易于实施，评价结果对用户的使用具有直观的指导价值。

基于上述目的本发明提供的一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，包括：

对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量；

在通过所述质量一致性分析的所述器件的批次中，以预设样本容量进行抽样，获得待评价器件；

通过超声扫描显微镜检查法确定所述待评价器件的分层缺陷类型；通过湿气敏感度定级试验确定所述待评价器件的湿气敏感等级；根据所述分层缺陷类型和湿气敏感等级，确定所述待评价器件的分层缺陷等级；

对所述待评价器件进行界面疲劳加速试验；

根据所述界面疲劳加速试的试验结果，生成所述待评价器件的评价结论。

在一些实施方式中，所述对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量具体包括：

外观检查，利用显微镜，选择预设的放大倍数，对所述器件表面部位进行检查；如存在翻新打磨、表面标识不清、塑封体表面空洞裂纹的缺陷，以及同生产批器件外观质量不一致情况，则外观检查未通过，不进行后续试验；

X射线检查，通过X射线对器件内部结构和工艺进行检查，如器件内部存在键合丝断线、引线框架断裂的致命缺陷，以及同生产批器件内部结构和工艺不一致的情况，则X射线检查未通过，不进行后续试验；

超声扫描显微镜检查，利用超声扫描显微镜针对塑料封装内部质量进行检查，如器件存在塑封裂纹以及塑封料声学密度不一致的缺陷，则该项试验未通过，不进行后续试验。

在一些实施方式中，所述对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量还包括：

对器件进行化学开封和内部芯片版图检查，检查所述器件的内部质量。

在一些实施方式中，所述根据所述分层缺陷类型和湿气敏感等级，确定所述待评价器件的分层缺陷等级具体包括：

当分层缺陷类型为部分引脚分层、湿气敏感等级为1-2时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅰ级；

当分层缺陷类型为部分引脚分层、湿气敏感等级为2a-3时，或是当分层缺陷类型为全部引脚分层、湿气敏感等级为1-2时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅱ级；

当分层缺陷类型为部分引脚分层、湿气敏感等级为4-5时，或是当分层缺陷类型为全部引脚分层、湿气敏感等级为2a-3时，或是当分层缺陷类型为引脚分层和芯片粘接焊板分层、湿气敏感等级为1-2时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅲ级；

当分层缺陷类型为引脚分层和芯片粘接焊板分层、湿气敏感等级为2a-5时，当分层缺陷类型为全部引脚分层、湿气敏感等级为4-5时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅳ级；

当分层缺陷类型为芯片分层，或是当湿气敏感等级为5a-6时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅴ级。

在一些实施方式中，所述界面疲劳加速试验具体包括：

常温电性能初测、模拟装联试验、温度循环试验、超声扫描显微镜复查、高压蒸煮试验、外观复查、常温电性能复测、破坏性键合拉力试验。

在一些实施方式中，所述根据所述界面疲劳加速试的试验结果，生成所述待评价器件的评价结论具体包括：

对于分层缺陷等级为I级至IV级的所述待评价器件，在所述界面疲劳加速试验中的各项试验结果均未发现异常时，所述待评价器件的评价结论为适用；

对于分层缺陷等级为I级至IV级的所述待评价器件，在所述界面疲劳加速试验中，仅所述超声扫描显微镜复查结果异常、其他各项试验结果均未发现异常时，所述待评价器件的评价结论为限用；

对于分层缺陷等级为I级至Ⅴ级的所述待评价器件，在所述界面疲劳加速试验中，若所述外观复查、常温电性能复测、破坏性键合拉力试验的结果异常，所述待评价器件的评价结论为禁用；

对于分层缺陷等级为Ⅴ级的所述待评价器件，所述待评价器件的评价结论为限用。

从上面所述可以看出，本发明提供的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，创造性的提出对塑封器件分层缺陷种类结合材料湿气敏感度等级进行了分等级划分，并对不同等级器件制定了分级的考核评价方案，有别于目前行业内对于塑封器件分层缺陷“0”和“1”的失效判定模式，评价流程简单高效、易于实施，评价结果更具有针对性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，适用于工业/商业等级塑封器件在有长期使用可靠性要求的电子产品领域的质量评价分析。本发明的分级风险评价方法主要包括：器件批质量一致性分析、样品抽样、分层缺陷分级、界面疲劳加速试验和综合比对分析，试验程序为以上项目的串行，评定结论针对塑封器件的采购批。

参考图1，为本发明实施例的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法流程图。

所述塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，包括以下步骤：

步骤101、对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量。

本步骤中，质量一致性分析包括以下项目：

外观检查：利用显微镜，选择预设的放大倍数(一般是适当的适合观测的若干倍)，对器件任何表面部位进行检查。如存在翻新打磨、表面标识不清、塑封体表面空洞裂纹等缺陷以及同生产批样品外观质量不一致等情况，则该项试验未通过，不进行后续试验。

X射线检查：通过X射线对器件内部结构和工艺进行检查。如器件内部存在键合丝断线、引线框架断裂等致命缺陷以及同生产批器件内部结构和工艺不一致等情况，则该项试验未通过，不进行后续试验。

超声扫描显微镜检查：利用超声扫描显微镜针对塑料封装内部质量进行检查。如器件存在塑封裂纹以及塑封料声学密度不一致等缺陷，则该项试验未通过，不进行后续试验。

以上试验均通过后，可认定器件批质量一致性良好。在一些其他的实施例中，质量一致性分析还可增加器件的化学开封和内部芯片版图检查比对，以进一步提高质量一致性分析结论的准确性。

步骤102、在通过所述质量一致性分析的所述器件的批次中，以预设样本容量进行抽样，获得待评价器件。

本步骤中，样本容量大小应以满足分级评定试验的需用量为前提，应尽量从母本中选择最能暴露分层缺陷的器件作为样品。

步骤103、通过超声扫描显微镜检查法确定所述待评价器件的分层缺陷类型；通过湿气敏感度定级试验确定所述待评价器件的湿气敏感等级；根据所述分层缺陷类型和湿气敏感等级，确定所述待评价器件的分层缺陷等级。

本步骤中，所述的超声扫描显微镜检查法和湿气敏感度定级试验均使用现有的试验流程，获得待评价器件的分层缺陷类型和湿气敏感等级。其中，湿气敏感等级采用国际标准：J-STD-020D标准方法进行评定。

然后，根据上述两项测试试验获得的分层缺陷类型和湿气敏感等级，对待评价器件评定分层缺陷等级，具体的分层缺陷等级评定内容参见表1。

表1分层缺陷等级评定内容

步骤104、对所述待评价器件进行界面疲劳加速试验。

本步骤中，所述的界面疲劳加速试验包括：常温电性能初测、模拟装联、温度循环、超声扫描显微镜复查、高压蒸煮、外观复查、常温电性能复测、破坏性键合拉力试验等项目。其中，温度循环+超声扫描显微镜复查与高压蒸煮+外观复查可以对待评价器件进行分组，然后对各组待评价器件进行并行试验。

对于上述各项试验，其具体内容为：

常温电性能初测：按照预设要求(一般是测试委托方)对器件进行常温电测试，记录每一只待评价器件的测试数据。

模拟装联：模拟器件实际使用过程中的装联情况，对于插座安装(不进行焊接)的器件不进行此项试验。此项试验中的回流曲线或焊接温度应力情况应由使用方进行提供(应包含焊接前烘干预处理)。

温度循环试验：温度循环试验条件应按照分层缺陷相应的分级设定，本实施例中提出一种设定和条件选择方法。

首先设定三总温度循环试验条件：

条件A：进行200次温度循环，55℃～125℃，转换时间＜1min，对器件进行模塑材料与金属框架界面疲劳试验；

条件B：按照基于Coffin－Manson模型的温度循环加速因子：

其中，ΔT₂为加速温度循环中高低温温差，ΔT₁为经验温差或实际昼夜温差。

对于条件B，按照温差40℃(或实际昼夜温差)、q取3、模拟10年(或实际贮存寿命)、加速条件55℃～125℃进行计算得出加速因子，并用10年(或实际贮存寿命)周期内总的循环次数除以加速因子，即为加速温度循环的总次数；

条件C：按照修正的Coffin－Manson模型

其中，ΔT₂为加速温度循环中高低温温差，ΔT₁为经验温差或实际昼夜温差，F₁为实际温差频率，F₂为加速温循中的温差频率，T_max1为实际温循中的最高温，T_max2为加速温循中的最高温，

对于条件C，按照实际温差40℃(或实际昼夜温差)、加电X次(X的具体次数可以根据具体需要而选择)、模拟10年(或实际贮存寿命)、加速条件55℃～125℃进行计算得出加速因子，并用10年(或实际贮存寿命)周期内总的循环次数除以加速因子，即为加速温度循环的总次数。

待评价器件的分层缺陷等级和建议试验条件的具体对应关系参见表2。

表2分层缺陷等级和建议试验条件的对应关系

超声扫描显微镜复查：再次对待评价器件执行超声扫描显微镜检查法，然后将试验结果与步骤103中进行的第一次超声扫描显微镜检查结果进行对比，如出现以下情况，视为结果异常：a)塑封器件内部出现裂纹缺陷；b)缺陷面积增加20％以上；c)出现新的缺陷种类(如芯片分层)。

高压蒸煮试验：高压蒸煮试验条件可根据使用可靠性要求进行调整，建议参照JESD22～A102高压蒸煮加速老化试验方法，条件为96小时、试验温度121℃、试验压力2atm。

外观复查：在高压蒸煮试验之后进行，如果呈现下列情况时，应视为结果异常：a)塑封器件封装体出现裂纹；b)引脚严重氧化变色。

常温电性能复测：按照测试委托方要求对器件进行常温电测试，记录每一只器件的测试数据。并与常温电性能初测数据进行对比，如果呈现下列情况时，应视为结果异常：a)电性能测试不通过；b)关键性能参数明显退化并接近临界值。

破坏性键合拉力试验：塑封集成电路参照GJB548方法2011.1，分立器件参照GJB128A方法2037，对待评价器件内部键合点进行破坏性键合拉力试验，试验前应采用半破坏的方式去掉待评价器件表面包封材料。如试验中发现样品内部键合点键合拉力值远低于标准合格判据，应视为结果异常。

步骤105、根据所述界面疲劳加速试的试验结果，生成所述待评价器件的评价结论。

本步骤为综合比对分析。通过对所有试验结果进行汇总分析形成评定结论：

a)I级—IV级待评价器件，各项试验均未发现异常，其评价试验结论为适用；

b)I级—IV级待评价器件，如仅为声扫复查结果异常，其评价试验结论为限用；

c)I级—V级待评价器件，如出现质量一致性分析不通过、外观复查异常、常温电性能复测异常或者键合拉力试验中出现明显异常，其评价试验结论均为禁用；

d)对于“V”级待评价器件，即使评价试验中未发现异常，其评价试验结论仍为限用，且在结论中应增加使用建议，进一步降低使用风险。

由上述实施例可见，本发明实施例的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，流程清晰，判据明确，易于实施，且结论划分为适用、限用、禁用三级，对于用户的使用具有直观的指导价值。本发明首次提出对塑封器件分层缺陷种类结合材料湿气敏感度等级进行了分等级划分，并对不同等级器件制定了分级的考核评价方案，有别于目前行业内对于塑封器件分层缺陷“0”和“1”的失效判定模式，评价更具有针对性。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，其特征在于，包括：

对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量；

在通过所述质量一致性分析的所述器件的批次中，以预设样本容量进行抽样，获得待评价器件；

通过超声扫描显微镜检查法确定所述待评价器件的分层缺陷类型；通过湿气敏感度定级试验确定所述待评价器件的湿气敏感等级；根据所述分层缺陷类型和湿气敏感等级，确定所述待评价器件的分层缺陷等级；

对所述待评价器件进行界面疲劳加速试验；

根据所述界面疲劳加速试的试验结果，生成所述待评价器件的评价结论。

2.根据权利要求1所述的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，其特征在于，所述对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量具体包括：

外观检查，利用显微镜，选择预设的放大倍数，对所述器件表面部位进行检查；如存在翻新打磨、表面标识不清、塑封体表面空洞裂纹的缺陷，以及同生产批器件外观质量不一致情况，则外观检查未通过，不进行后续试验；

X射线检查，通过X射线对器件内部结构和工艺进行检查，如器件内部存在键合丝断线、引线框架断裂的致命缺陷，以及同生产批器件内部结构和工艺不一致的情况，则X射线检查未通过，不进行后续试验；

超声扫描显微镜检查，利用超声扫描显微镜针对塑料封装内部质量进行检查，如器件存在塑封裂纹以及塑封料声学密度不一致的缺陷，则该项试验未通过，不进行后续试验。

3.根据权利要求2所述的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，其特征在于，所述对器件进行质量一致性分析，检查所述器件的表面质量和内部质量还包括：

对器件进行化学开封和内部芯片版图检查，检查所述器件的内部质量。

4.根据权利要求1所述的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，其特征在于，所述根据所述分层缺陷类型和湿气敏感等级，确定所述待评价器件的分层缺陷等级具体包括：

当分层缺陷类型为部分引脚分层、湿气敏感等级为1-2时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅰ级；

当分层缺陷类型为部分引脚分层、湿气敏感等级为2a-3时，或是当分层缺陷类型为全部引脚分层、湿气敏感等级为1-2时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅱ级；

当分层缺陷类型为部分引脚分层、湿气敏感等级为4-5时，或是当分层缺陷类型为全部引脚分层、湿气敏感等级为2a-3时，或是当分层缺陷类型为引脚分层和芯片粘接焊板分层、湿气敏感等级为1-2时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅲ级；

当分层缺陷类型为引脚分层和芯片粘接焊板分层、湿气敏感等级为2a-5时，当分层缺陷类型为全部引脚分层、湿气敏感等级为4-5时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅳ级；

当分层缺陷类型为芯片分层，或是当湿气敏感等级为5a-6时，所述待评价器件的分层缺陷等级为Ⅴ级。

5.根据权利要求4所述的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，其特征在于，所述界面疲劳加速试验具体包括：

常温电性能初测、模拟装联试验、温度循环试验、超声扫描显微镜复查、高压蒸煮试验、外观复查、常温电性能复测、破坏性键合拉力试验。

6.根据权利要求5所述的塑封器件分层缺陷的分级风险评价方法，其特征在于，所述根据所述界面疲劳加速试的试验结果，生成所述待评价器件的评价结论具体包括：

对于分层缺陷等级为I级至IV级的所述待评价器件，在所述界面疲劳加速试验中的各项试验结果均未发现异常时，所述待评价器件的评价结论为适用；

对于分层缺陷等级为I级至IV级的所述待评价器件，在所述界面疲劳加速试验中，仅所述超声扫描显微镜复查结果异常、其他各项试验结果均未发现异常时，所述待评价器件的评价结论为限用；

对于分层缺陷等级为I级至Ⅴ级的所述待评价器件，在所述界面疲劳加速试验中，若所述外观复查、常温电性能复测、破坏性键合拉力试验的结果异常，所述待评价器件的评价结论为禁用；

对于分层缺陷等级为Ⅴ级的所述待评价器件，所述待评价器件的评价结论为限用。