例1:待測器件經過1,000小時溫度循環試驗后測試結果顯示電性為開路狀態。通過不良品分析實驗,剝離器件外部塑封膠后發現晶片與框架焊接過程中所使用銀漿在與晶片背面的焊接區域出現斷裂狀態(圖1)。通常半導體器件焊接所使用的銀漿的成分為錫/銀/銅,晶片的基材為硅。焊接過程中焊接溫度的設定,銀漿量的控制,晶片的柔片次數,塑封膠注人的壓力等都會對產品的終可靠性造成影響。當器件處于極端溫度變差及輸入偏壓開關模式下,器件在薄弱的不同介質結合面會出現開路狀況,從而造成器件整體功能或電路模塊的失效。如果各種材料在高低溫下通過各自的膨脹系數所產生的應力沒有通過結合面之間的綬沖結構得到釋放,這種影響可能會通過銀漿的結合面將應力傳導到器件為脆弱的晶片內部,造成芯片內部的物理損傷,隨著實驗時間的集聚,終造成電性的不良,嚴重的情況下會顯示出晶片的斷裂或燒毀。
例2:待(dai)測器(qi)件在(zai)(zai)溫(wen)度(du)(du)循(xun)環試(shi)驗之后出現焊(han)接銀(yin)(yin)漿重(zhong)新融(rong)化現象(圖2) ,在(zai)(zai)外(wai)力的(de)(de)(de)擠壓(ya)下(xia)(xia),銀(yin)(yin)漿流動(dong)到晶片(pian)(pian)表面(mian),造成(cheng)器(qi)件短路(lu)。通常焊(han)接用(yong)銀(yin)(yin)漿的(de)(de)(de)熔(rong)點在(zai)(zai)260℃以(yi)上(shang),銀(yin)(yin)漿在(zai)(zai)測試(shi)過(guo)程中的(de)(de)(de)重(zhong)新融(rong)化現象表明測試(shi)過(guo)程中晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)結(jie)溫(wen)超(chao)出銀(yin)(yin)漿的(de)(de)(de)融(rong)化所需溫(wen)度(du)(du)。理(li)論上(shang)晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)結(jie)溫(wen)取決于外(wai)部環境(jing)溫(wen)度(du)(du)和PN結(jie)本(ben)身在(zai)(zai)偏壓(ya)作用(yong)下(xia)(xia)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)升高(gao)。溫(wen)度(du)(du)循(xun)環試(shi)驗中環境(jing)溫(wen)度(du)(du)為(wei)125℃,當PN結(jie)在(zai)(zai)合理(li)偏壓(ya)的(de)(de)(de)設定(ding)條(tiao)件下(xia)(xia)器(qi)件的(de)(de)(de)結(jie)溫(wen)不(bu)會超(chao)出器(qi)件的(de)(de)(de)允(yun)許(xu)結(jie)溫(wen)設定(ding),一般為(wei)150℃或(huo)175℃ ,不(bu)會出現銀(yin)(yin)漿重(zhong)融(rong)現象。因為(wei)焊(han)接用(yong)銀(yin)(yin)漿和器(qi)件框架(jia)均(jun)包含金屬成(cheng)分,其散熱(re)性能良好,在(zai)(zai)正常情況下(xia)(xia)可(ke)以(yi)將晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)結(jie)溫(wen)通過(guo)銀(yin)(yin)漿、框架(jia)有效傳導(dao)到器(qi)件外(wai)部消除結(jie)溫(wen)過(guo)高(gao)對晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)損害(hai)。
通常的(de)(de)(de)(de)問題(ti)出在銀(yin)漿(jiang)(jiang)焊(han)接(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)流動性不好造(zao)成(cheng)晶片(pian)(pian)底部銀(yin)漿(jiang)(jiang)空(kong)洞,當結溫(wen)(wen)(wen)(wen)急劇升高時(shi),空(kong)洞中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)空(kong)氣無法將結溫(wen)(wen)(wen)(wen)通過(guo)(guo)銀(yin)漿(jiang)(jiang)有效(xiao)傳導出器(qi)(qi)件外,造(zao)成(cheng)晶片(pian)(pian)局部;溫(wen)(wen)(wen)(wen)度過(guo)(guo)高出現熱點(dian),導致銀(yin)漿(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)(de)融化(hua)。這(zhe)種現象要求(qiu)在銀(yin)漿(jiang)(jiang)焊(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)工(gong)藝(yi)(yi)制程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)有效(xiao)控制每顆材料焊(han)接(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)單個空(kong)洞面積(ji)和(he)銀(yin)漿(jiang)(jiang)總體有效(xiao)焊(han)接(jie)(jie)面積(ji),避免(mian)PN結溫(wen)(wen)(wen)(wen)度傳遞中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)問題(ti)。同(tong)樣對于(yu)器(qi)(qi)件熱阻(zu)較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)產品(pin)(pin),當環境(jing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度升高時(shi)由于(yu)熱阻(zu)的(de)(de)(de)(de)迅速升高,可能遠(yuan)遠(yuan)超(chao)出產品(pin)(pin)設(she)計規(gui)格,器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)(de)結溫(wen)(wen)(wen)(wen)會迅速躥(cuan)升超(chao)出允許結溫(wen)(wen)(wen)(wen),此(ci)時(shi)過(guo)(guo)高的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度會造(zao)成(cheng)銀(yin)漿(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)(de)重新融化(hua),這(zhe)要求(qiu)在晶片(pian)(pian)的(de)(de)(de)(de)設(she)計過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)通過(guo)(guo)工(gong)藝(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)改進,減少熱阻(zu)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),從而同(tong)時(shi)提(ti)高產品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作效(xiao)率。
從以上實(shi)例(li)分(fen)(fen)析中可以看(kan)到溫度循環測試對于半導體分(fen)(fen)離器件在內部不同(tong)介質界面的(de)(de)可靠性(xing)測試中充分(fen)(fen)反(fan)映出潛在需要提高的(de)(de)問題(ti),為產品(pin)的(de)(de)終應(ying)用(yong)提供有效的(de)(de)評估方法。