集成電路封裝可靠性技術(shù)

第1章 集成電路封裝技術(shù)及可靠性概述 1
1.1　封裝技術(shù)發(fā)展概況 1
1.1.1 集成電路封裝功能 1
1.1.2 集成電路常見(jiàn)封裝類(lèi)型 2
1.1.3 集成電路封裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 10
1.2　封裝技術(shù)與可靠性的關(guān)系 17
1.2.1 封裝熱性能與可靠性 17
1.2.2 封裝機(jī)械性能與機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性 18
1.2.3 封裝氣密性與潮濕環(huán)境適應(yīng)性 18
1.2.4 封裝材料與電磁干擾 19
1.2.5 封裝材料與抗輻射性能 20
1.3　封裝可靠性技術(shù)及其發(fā)展 21
1.3.1 集成電路封裝可靠性 21
1.3.2 集成電路封裝失效機(jī)理研究 22
1.3.3 集成電路封裝可靠性技術(shù)發(fā)展 23
參考文獻(xiàn) 26
第2章 集成電路封裝物理特性及可靠性表征 29
2.1　物理特性表征及標(biāo)準(zhǔn)要求 29
2.1.1 常規(guī)物理特性 29
2.1.2 特殊物理特性 47
2.1.3 錫須生長(zhǎng)特性 49
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2.2　可靠性表征及標(biāo)準(zhǔn)要求 52
2.2.1 封裝失效率 52
2.2.2 封裝耗損壽命 54
2.2.3 失效率和壽命標(biāo)準(zhǔn)要求 55
2.3　環(huán)境適應(yīng)性表征及標(biāo)準(zhǔn)要求 57
2.3.1 高溫環(huán)境適應(yīng)性 57
2.3.2 溫變環(huán)境適應(yīng)性 57
2.3.3 機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性 57
2.3.4 環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)要求 58
參考文獻(xiàn) 60
第3章 塑料封裝的失效模式、失效機(jī)理及可靠性 62
3.1　塑料封裝的可靠性概述 62
3.2　塑料封裝的失效模式和失效機(jī)理 63
3.2.1 塑封料相關(guān)的失效模式和失效機(jī)理 63
3.2.2 封裝界面相關(guān)的失效模式和失效機(jī)理 65
3.2.3 倒裝封裝相關(guān)的失效模式和失效機(jī)理 67
3.2.4 鍵合退化相關(guān)的失效模式和失效機(jī)理 67
3.3　塑料封裝的檢測(cè)分析 73
3.3.1 模塑料的檢測(cè)分析 73
3.3.2 封裝界面分層的檢測(cè)方法 76
3.3.3 封裝界面熱阻及芯片紅外熱成像檢測(cè)方法 81
3.3.4 封裝微變形檢測(cè)技術(shù) 82
3.4　應(yīng)力和可靠性 86
3.4.1 塑料封裝的濕-熱-機(jī)械可靠性 86
3.4.2 SiP封裝的應(yīng)力和可靠性 98
3.4.3 WLCSP封裝的應(yīng)力和可靠性 99
3.5　塑料封裝典型失效案例 103
3.5.1 濕氣侵入導(dǎo)致的腐蝕 103
3.5.2 高溫導(dǎo)致的孔洞及鍵合退化 104
參考文獻(xiàn) 105
第4章 氣密封裝的失效模式、失效機(jī)理及可靠性 108
4.1　氣密封裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 108
4.2　氣密封裝的失效模式和失效機(jī)理 110
4.2.1 粒子污染 111
4.2.2 熱-機(jī)械應(yīng)力 111
4.2.3 水汽/氣體吸收 113
4.3　氣密封裝的性能檢測(cè) 114
4.3.1 氣密性的檢測(cè) 114
4.3.2 鍵合性能的檢測(cè) 117
4.3.3 多余物的檢測(cè) 119
4.3.4 其他性能檢測(cè) 119
4.4　應(yīng)力和可靠性 121
4.4.1 氣密封裝可靠性評(píng)價(jià)方法 122
4.4.2 潮濕與溫度綜合載荷下的氣密性退化特征 124
4.4.3 高溫載荷下粘接劑釋氣規(guī)律 125
4.4.4 高頻振動(dòng)載荷下的脆性斷裂 127
4.5　氣密封裝典型失效案例 128
4.5.1 HIC金屬-玻璃封接界面間歇滲漏退化機(jī)理分析 128
4.5.2 氣密蓋板的隨機(jī)振動(dòng)非接觸在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 130
參考文獻(xiàn) 133
第5章 3D封裝的失效模式、失效機(jī)理及可靠性 136
5.1　3D封裝的發(fā)展歷程與主流技術(shù) 136
5.2　3D封裝的主要結(jié)構(gòu)特征 138
5.2.1 3D芯片疊層結(jié)構(gòu) 138
5.2.2 3D封裝疊層結(jié)構(gòu) 141
5.2.3 3D TSV封裝結(jié)構(gòu) 142
5.3　3D封裝的失效模式和失效機(jī)理 143
5.3.1 3D封裝常見(jiàn)失效模式 143
5.3.2 3D封裝失效機(jī)理 150
5.4　3D封裝技術(shù)的可靠性 151
5.4.1 3D芯片疊層技術(shù)的可靠性 151
5.4.2 3D封裝疊層技術(shù)的可靠性 153
5.4.3 3D TSV封裝技術(shù)的可靠性 159
5.5　3D封裝典型失效案例 168
5.5.1 CoWoS 3D封裝結(jié)構(gòu)失效案例 168
5.5.2 扇出型封裝失效案例 172
5.5.3 TSV結(jié)構(gòu)失效案例 175
參考文獻(xiàn) 180
第6章 集成電路封裝熱性能及分析技術(shù) 185
6.1　集成電路熱效應(yīng) 185
6.1.1 集成電路熱問(wèn)題 185
6.1.2 集成電路熱效應(yīng)分類(lèi) 186
6.2　封裝熱分析理論基礎(chǔ) 189
6.2.1 熱傳導(dǎo) 189
6.2.2 對(duì)流換熱 191
6.2.3 輻射換熱 192
6.3　熱致封裝相關(guān)失效模式 193
6.3.1 溫度與器件封裝失效的相關(guān)性 194
6.3.2 熱失配引起的開(kāi)裂失效 195
6.3.3 熱疲勞引起的開(kāi)裂失效 197
6.3.4 高溫引起的蠕變失效 197
6.3.5 高溫引起的互連退化失效 198
6.3.6 芯片過(guò)熱燒毀 200
6.4　集成電路封裝主要熱性能 201
6.4.1 穩(wěn)態(tài)熱阻 202
6.4.2 熱特性參數(shù) 207
6.4.3 瞬態(tài)熱阻抗 209
6.4.4 比熱容與結(jié)構(gòu)函數(shù) 212
6.4.5 主要熱測(cè)試和分析標(biāo)準(zhǔn) 213
6.5　封裝熱分析技術(shù) 216
6.5.1 主要熱分析方法及對(duì)比 216
6.5.2 電學(xué)法 218
6.5.3 紅外法 220
6.5.4 拉曼散射法 223
6.5.5 熱反射法 226
6.6　封裝熱性能的主要影響因素 228
6.6.1 封裝材料 228
6.6.2 封裝尺寸 228
6.6.3 芯片尺寸 229
6.6.4 器件熱耗散量 229
6.6.5 氣流速度 230
6.6.6 板的尺寸和熱導(dǎo)率 231
6.7　微流道熱特性及熱管理 231
6.7.1 微流道技術(shù)及換熱效率 232
6.7.2 微流道熱管理 233
6.8　疊層芯片封裝熱分析及結(jié)溫預(yù)測(cè)案例[62] 235
6.8.1 熱測(cè)試疊層芯片及測(cè)試板設(shè)計(jì) 235
6.8.2 基于溫敏電阻的疊層芯片溫度測(cè)試 236
6.8.3 基于有限元仿真的疊層芯片熱分析 238
6.8.4 疊層芯片溫度預(yù)測(cè)模型及驗(yàn)證 240
參考文獻(xiàn) 246
第7章 集成電路封裝力學(xué)特性與試驗(yàn) 251
7.1　集成電路封裝力學(xué)特性 251
7.1.1 封裝各類(lèi)力學(xué)問(wèn)題 251
7.1.2 封裝主要力學(xué)特性 252
7.1.3 封裝力學(xué)失效及預(yù)防 257
7.2　集成電路封裝力學(xué)試驗(yàn) 266
7.2.1 封裝常規(guī)力學(xué)試驗(yàn) 266
7.2.2 封裝新型力學(xué)試驗(yàn) 268
7.3　集成電路封裝力學(xué)典型案例 273
7.3.1 封裝蓋板振動(dòng)特性案例 273
7.3.2 高密度鍵合引線(xiàn)碰絲案例 279
參考文獻(xiàn) 286
第8章 集成電路封裝失效分析技術(shù) 288
8.1　封裝失效分析的主要內(nèi)容 288
8.2　封裝失效分析程序 289
8.3　非破壞性失效分析技術(shù) 292
8.3.1 外觀(guān)分析技術(shù) 292
8.3.2 X射線(xiàn)顯微透視分析技術(shù) 294
8.3.3 掃描聲學(xué)顯微分析技術(shù) 296
8.3.4 粒子碰撞噪聲檢測(cè)技術(shù) 298
8.3.5 氦質(zhì)譜檢漏分析技術(shù) 299
8.4　破壞性失效分析技術(shù) 300
8.4.1 開(kāi)封及顯微制樣技術(shù) 300
8.4.2 內(nèi)部氣氛分析技術(shù) 301
8.4.3 掃描電子顯微分析技術(shù) 302
8.4.4 透射電子顯微分析技術(shù) 303
8.4.5 聚焦離子束缺陷分析技術(shù) 306
8.5　3D封裝失效分析新技術(shù) 308
8.5.1 3D X射線(xiàn)分析技術(shù) 308
8.5.2 磁顯微分析技術(shù) 311
8.5.3 同步熱發(fā)射分析技術(shù) 314
8.6　集成電路封裝故障樹(shù)分析 317
8.6.1 集成電路封裝故障樹(shù)分析方法 317
8.6.2 集成電路封裝故障樹(shù)分析應(yīng)用 318
參考文獻(xiàn) 320
第9章 集成電路封裝質(zhì)量和可靠性保證技術(shù) 325
9.1　封裝質(zhì)量檢測(cè)與環(huán)境適應(yīng)性要求 325
9.1.1 封裝的質(zhì)量檢測(cè)要求 325
9.1.2 封裝的環(huán)境適應(yīng)性要求 329
9.2　質(zhì)量與可靠性分析技術(shù) 333
9.2.1 破壞性物理分析 333
9.2.2 結(jié)構(gòu)分析 339
9.2.3 假冒和翻新分析 342
9.3　加速壽命試驗(yàn)評(píng)估 350
9.3.1 集成電路產(chǎn)品的加速壽命試驗(yàn)方法 350
9.3.2 封裝中常用的加速及失效模型 354
9.3.3 集成電路封裝的加速壽命試驗(yàn)案例 356
參考文獻(xiàn) 359
第10章 集成電路板級(jí)組裝可靠性 361
10.1　板級(jí)組裝工藝與可靠性 361
10.1.1 板級(jí)組裝工藝的發(fā)展歷程 362
10.1.2 主流SMT技術(shù) 363
10.1.3 板級(jí)組裝可靠性的工藝影響因素 365
10.2　板級(jí)焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)及可靠性 367
10.2.1 焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 367
10.2.2 焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)與可靠性 370
10.3　板級(jí)焊點(diǎn)的材料及可靠性 379
10.3.1 有鉛焊料組裝的可靠性 379
10.3.2 無(wú)鉛焊料組裝的可靠性 382
10.3.3 混裝焊料組裝的可靠性 386
10.4　環(huán)境應(yīng)力與板級(jí)組裝可靠性 392
10.4.1 熱應(yīng)力與板級(jí)組裝可靠性 392
10.4.2 機(jī)械應(yīng)力與板級(jí)組裝可靠性 395
10.4.3 電流應(yīng)力與板級(jí)組裝可靠性 399
10.4.4 耦合應(yīng)力與板級(jí)組裝可靠性 402
10.5　板級(jí)組裝可靠性的試驗(yàn)評(píng)價(jià) 406
10.5.1 板級(jí)組裝可靠性的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法 406
10.5.2 板級(jí)組裝可靠性的評(píng)價(jià)及失效案例 411
參考文獻(xiàn) 420
縮略語(yǔ)中英文對(duì)照表 424