IC芯片等產品高溫測試失效原因分析
作者：
網絡
編輯(ji)：
瑞凱(kai)儀器
來源：
網絡(luo)
發布日期： 2020.06.10
一、問題描述
因有一(yi)款產(chan)品在COB功能檢測完全(quan)正常，但(dan)在后工序生產(chan)中(zhong)有部份(fen)產(chan)品在高溫(wen)時(shi)出現功能不(bu)良，當(dang)溫(wen)度降低后又恢復功能的(de)不(bu)穩定現象。另外，根據客戶提供的(de)資料(liao)，該(gai)批產(chan)品所(suo)使(shi)用(yong)的(de)IC表面可能有“傷痕”。
二、原因分析
該產(chan)品(pin)的(de)(de)高溫失(shi)效(xiao)問(wen)題(ti)，與COB各材(cai)料(liao)(liao)都有(you)著密切的(de)(de)關系(xi): PCB、IC、邦定線、黑(hei)(hei)膠。但主要(yao)的(de)(de)原(yuan)因(yin)是(shi)在(zai)IC質量有(you)缺陷的(de)(de)前提下，由于黑(hei)(hei)膠、邦定線、PCB各部分的(de)(de)熱膨脹系(xi)數(CTE)，在(zai)高溫條件下，黑(hei)(hei)膠可能(neng)(neng)拉(la)動邦定線，導致接觸不(bu)良(liang)使得IC功能(neng)(neng)喪失(shi)。在(zai)低溫條件下則不(bu)會發生上述問(wen)題(ti)。材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)CTE是(shi)電子產(chan)品(pin)產(chan)生內應力的(de)(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因(yin)之(zhi)一，當各種(zhong)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)CTE不(bu)一致時(shi)，在(zai)高溫的(de)(de)條件下，由于材(cai)料(liao)(liao)受熱之(zhi)后膨脹的(de)(de)程度不(bu)同，就(jiu)可能(neng)(neng)出現功能(neng)(neng)失(shi)效(xiao)、短路斷路等問(wen)題(ti)。各種(zhong)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)CTE的(de)(de)影響因(yin)素如下:
1、PCB的因素
PCB的(de)類(lei)型(Fr-4、 CEM1、CEM3)、PCB的(de)厚度(du)(薄板、厚板)不同都會(hui)對黑膠產品產生影(ying)響(xiang)。Fr-4 本身的(de)CTE比(bi)CEM-1和CEM-3要(yao)低得多，如(ru)果黑膠CTE過(guo)大，在(zai)Fr-4 板上體(ti)現(xian)得越(yue)明顯。另外(wai)，板材越(yue)厚，CTE越(yue)低，板材越(yue)薄，CTE越(yue)高。
2、邦定線的因素
邦定線(xian)的長(chang)度、大(da)小與其能(neng)承受的拉力成反(fan)比，如果邦定線(xian)很(hen)長(chang)，即使很(hen)微小熱膨(peng)脹導致的應力都可以(yi)將其拉斷，反(fan)之亦然。另(ling)外IC線(xian)數過密，封膠時黑(hei)(hei)膠不(bu)能(neng)完全填充內部的孔隙就已經(jing)固化，這樣產品經(jing)過受熱或冷卻，黑(hei)(hei)膠CTE會(hui)明顯增大(da)。
3、黑膠本身(shen)的因素
這個是(shi)重要的(de)(de)因素，不同(tong)的(de)(de)黑(hei)膠產(chan)品(pin)所使用(yong)的(de)(de)填(tian)料(liao)(碳酸鈣、氧(yang)化硅、氧(yang)化鋁等)及用(yong)量(40~100份(fen))都(dou)不盡相同(tong)，使用(yong)不同(tong)的(de)(de)填(tian)料(liao)生(sheng)產(chan)出(chu)來，黑(hei)膠產(chan)品(pin)的(de)(de)CTE差(cha)別很大(da)。而填(tian)料(liao)的(de)(de)用(yong)量越大(da)的(de)(de)話，CTE就會越低。對(dui)于CTE要求較嚴(yan)的(de)(de)產(chan)品(pin)應該(gai)采用(yong)高填(tian)料(liao)填(tian)充量的(de)(de)黑(hei)膠產(chan)品(pin)。
4、IC的因素
芯片(pian)的(de)大(da)小高(gao)度(du)等對黑(hei)膠(jiao)的(de)影響(xiang)不(bu)是(shi)很大(da)，但過大(da)或者(zhe)過高(gao)的(de)IC會影響(xiang)黑(hei)膠(jiao)的(de)觸變(bian)性(xing)，而且封膠(jiao)面積越大(da)，導致應力產(chan)生的(de)可(ke)能(neng)(neng)性(xing)就越大(da)。另外，IC的(de)質量也(ye)關系到(dao)高(gao)溫(wen)功(gong)能(neng)(neng)測(ce)(ce)試(shi)能(neng)(neng)否正常的(de)重要(yao)因素。該產(chan)品的(de)高(gao)溫(wen)測(ce)(ce)試(shi)是(shi)在60℃下(xia)進行測(ce)(ce)試(shi)的(de)，在該條件下(xia)，各(ge)種材(cai)料(liao)的(de)膨脹(zhang)程(cheng)度(du)并不(bu)大(da)，黑(hei)膠(jiao)在Tg以(yi)(yi)下(xia)的(de)CTE為45ppm/℃，不(bu)足(zu)以(yi)(yi)拉斷邦定線(xian)導致功(gong)能(neng)(neng)喪(sang)失(shi)。黑(hei)膠(jiao)在120~130℃的(de)條件下(xia)固(gu)化(hua)60分鐘，Tg
可(ke)以(yi)(yi)達到(dao)130℃左右。根據(ju)聚合物時(shi)(shi)溫(wen)等效原理，在溫(wen)度(du)不(bu)變(bian)的(de)情況下(xia)，延(yan)長固(gu)化(hua)時(shi)(shi)間(jian)與在固(gu)化(hua)時(shi)(shi)間(jian)不(bu)變(bian)的(de)情況下(xia)，提高(gao)固(gu)化(hua)溫(wen)度(du)，都可(ke)以(yi)(yi)提高(gao)產(chan)品Tg。固(gu)化(hua)時(shi)(shi)間(jian)、固(gu)化(hua)溫(wen)度(du)對Tg的(de)影響(xiang)如下(xia):
高Tg的(de)產(chan)品勢必有較高的(de)CTE,對于CTE要求較嚴(yan)的(de)產(chan)品則必須在(zai)不影(ying)響產(chan)品質量的(de)前提下(xia)可以(yi)采(cai)用以(yi)下(xia)方法(fa)來降低材料膨脹程度(du):.
1、在(zai)中溫條件(jian)下(120℃左右)固化。
2、采用分別(bie)升溫的方法，先在80~90℃下固化20分鐘左右(you)，在提升到高溫。
3、采用(yong)填(tian)充(chong)量較高的黑膠產(chan)品(pin)。.
三、建議方案
根據客戶的實際情況和需求，采用填料填充量為70 phr的高填充量黑膠，為了降低熱膨脹程度，建議客戶采用在以下條件進行固化:常溫升溫至80℃，恒溫20分鐘，升溫至120℃，恒溫60分鐘，再降溫到80℃，保持10分鐘，此時可以打開高溫老化試驗箱取出。(該固化條件只適用于該產品，其它產品建議采用原固化條件或根據產品特性而定)
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