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新型塑封器件开封方法以及封装缺陷张素娟,李海岸(北京航空航天大学总装北航 DPA 实验室,北京 100083 ) 1引言塑封器件( PEMs )在封装尺寸、重量、成本上与其他封装类型器件相比有较大的优势。近年来,随着塑封器件在国外某些高可靠性领域的成功应用,人们开始越来越多地关注它们在国内相关高可靠性领域中应用的可能,逐步开始了对塑封器件可靠性评估方法,例如筛选试验、质量一致性检验、破坏性物理分析( DPA )和失效分析等方面的研究。其中 DPA 和失效分析,都需要对塑封器件进行开封,不同于密封器件,塑封器件的芯片不是裸露在空腔中,而是被塑封材料整个包裹住。因此,对于塑封器件的开封,使其芯片暴露出来是关键性的一步。不适当的开封可能会引起键合点的腐蚀或刻蚀到引线框架,有碍于进一步的分析,尤其是各类先进的塑料封装,对开封提出了更高的要求,例如对于 BGA 封装,其玻璃钝化层特别脆弱,采用手工开封时,不仅可能会伤害到键合及金属化,可能还会伤害到 PCB 材料。 2 塑封器件开封技术 塑封器件的封装材料塑封器件封装材料主要是环氧模塑料。环氧模塑料是以环氧树脂为基体树脂,以酚醛树脂为固化剂,再加上一些填料,如填充剂、阻燃剂、着色剂、偶联剂等微量组分,在热和固化剂的作用下环氧树脂的环氧基开环与酚醛树脂发生化学反应,产生交联固化作用使之成为热固性塑料。环氧树脂的种类和它所占比例的不同,直接影响着环氧模塑料的流动特性、热性能和电特性。 塑封器件的开封方法密封性器件,因其有一定的空腔,其开封相对容易,可采用适用的工具,打开封盖后,芯片直接裸露出来, 可直接对芯片表面进行检查。而塑封器件是非密封的没有空腔,芯片是被聚合材料整个包裹住的,因此, 对于塑封器件的开封,使其芯片暴露出来是很关键的一步。对塑料封装的开封,可采用机械和化学的方法,但机械开封因其对电连接的破坏性而受限制。因此,塑封器件的开封主要还是采用化学腐蚀的方法,又可分为化学干法腐蚀和化学湿法腐蚀两种。主要开封方法和特点见表 1。化学干法腐蚀也称为等离子刻蚀,是利用高电压产生强电场,引起反应室内的气体电离产生等离子体,利用等离子体将环氧树脂裂变成粉末,这样取出的芯片性能变化最小。等离子刻蚀的速度和位置可精确控制, 能够逐层剥离封装材料,一般用于高集成度的器件开封或者进行失效分析。但是由于干法开封过程非常缓慢,需要时间长,实际上也主要应用于芯片表面的钝化层以及多层金属化之间氧化层的刻蚀。目前塑封器件的主流开封技术是化学湿法开封。化学湿法开封需要选用对塑封材料有高效分解作用的蚀刻剂,如发烟硝酸和浓硫酸。以前都是采用手工的方法,即直接将器件放入发烟硝酸和浓硫酸中加热,待塑料腐蚀完后,取出芯片,用异丙醇或无水乙醇清洗,最后再用去离子清洗干净。如果还需保持框架的完整, 芯片保留在框架上,只需把芯片、键合点以及键合引线等完全暴露出来,可采用手工滴酸的方法,但很难达到理想的控制效果,同时由于酸的挥发,对人身也有一定的伤害。现有专业的自动塑封开封设备,可对酸量、腐蚀温度等进行自动控制,同时实现废酸的回收。 塑封器件自动开封设备介绍美国 Nisene Technology Group 生产的 JetEtch 自动开封机,可采用双酸刻蚀,并利用负压喷雾技术进行刻蚀。根据不同的器件封装材料和尺寸,可设定不同的