晶体薄片封装工艺电平可靠性评估.docVIP

晶体薄片封装工艺电平可靠性评估 摘 要 各种不同类型晶体薄片封装工艺(CSP)的电平可靠性已经开始在工程中广泛研究。本文记录了六种不同的封装工艺，其中包括嵌入式柔性绝缘线薄片封装工艺、嵌入式硬性绝缘线晶体薄片封装工艺、晶圆电平组合装置薄片封装工艺和铅结构封装工艺。封装工艺是在两片不同厚度的FR4电路板上被装配，进行温度测试，即在很短的15min时间内温度迅速从-40℃上升到+125℃。该测试证明温度的急剧变化可以导致所有类型的封装失效。失效标准是依据电阻值的改变来确定的，并且利用Weibull分配功能对每种封装工艺失效周期进行了分析。被挑选出的封装在 85℃/85% RH 之下的温度/湿气室进行1000h的测试。一些集成的封装会在振动情况被测试。在这些测试中，各种封装的电阻变化被连续监控测试。试验样本在扫描电子的显微镜 (SEM)监控下进行跨区段分析，并定义了不同封装的失效机制。需要注意的是一些封装是在内部失效，另外一些封装在焊接剂关节失效, 这与包装设计和过程有关。 1 介绍 近几年来，很多类型的封装工艺被不同的公司设计。然而，对这些封装工艺电平可靠性的说明数据却十分有限，但是这种可靠性是评价封装工艺在产品中使用性的关键因素。 大多数公布的封装工艺的电平可靠性数据只给出了在一个特定湿热条件下的非失效率。比如Fjelstad 报道的有188个I/O接口的μBGA装在FR4板上, 通过了1163 从0℃上升到100℃的湿热循环测试。对于46接口、40接口、152接口、172接口的封装有同样的报导。Robert Lanzone 报告显示：有220个I/O接口操作系统和1mm沥青的连接盘网格栅排列(LGA) 晶体薄片封装工艺在温度迅速从-40℃上升到+125℃的前500次循环测试中并没有表现出失效。Tessier 以及其他报告显示：Motorola，JACS Pak在温度迅速从-40℃上升到+125℃的湿热循环实验中表现很好，没有失效迹象。Kim 以及其他报告显示：底部铅塑封(BLP)晶体薄片封装工艺通过了温度从-30℃上升到85℃湿热测试中的1200次循环。但是晶圆电平组合装置薄片封装工艺显示的效果非常差。然而，依据这些数据很难比较不同封装在不同环境下的测试结果，并且大部分情况下信息都不能彻底的给出。 在本文中记录了六种不同的封装工艺，其中包括嵌入式柔性绝缘线薄片封装工艺、嵌入式硬性绝缘线晶片薄片封装工艺、晶片电平组合装置晶片薄片封装工艺 和铅的结构封装工艺。这些工艺被集成在相同类型的PCB板上并且对每种工艺在相同条件下进行测试。不同的封装同TBGA（音频球网格栅排列）和TSOP（小体积薄壁封装）等因素一起进行比较。 2 测试装置 所有的封装测试是循环进行的。每种测试的装置主要结构如图1（a）～（f）所示。 图1：（a）Tessera公司的μBGAtv46 （b）Hitachi公司的CSP152 （c）Matsushita公司的CSP117 （d）Kyocera公司的DBGA228 （f）ChipScale公司的Msmt78 封装符号中的个数显示了封装中的插销计数。在这八个封装中, μBGA TV46 和 CSP152是嵌入式柔性绝缘线薄片封装工艺；CSP117 和 DBGA228是嵌入式硬性绝缘线晶片薄片封装工艺；LOC44是铅的结构封装工艺；mSMT 8 是晶片电平组合装置类型。在测试中设计了两种实验装置：一种是单个封装可靠性的测试，另一种是安装在相同的板上各种类型的板的可靠性比较。我们把它们分别规定为类型1与类型2。 对于类型1的测试来说，24个分量的最大值与作为参考的TSOP一起被装在所提供的FR4 电路板上。电路板的厚度是1.0 mm。表面应用了完全封装。非焊接剂标记表明填充物可以应用与各个模型中。对于不同的模型程度大小，焊接剂接点大小, 填补物大小和模型开口大小都显示在表1中。焊接接点对于BGAs(mBGA TV46 ， CSP152, DBGA228 和TBGA240)来说是焊接剂的球的直径,对于LGA 封装(CSP117)来说是填充物直径的大小，对于LOC44 ， mSMT 8 和 TSOP48来说是在PCB板上焊接区域的大小。在第一种测试装置中CSP152、CSP117和 DBGA228应用了牵动具填充物，μBGA TV46利用了直径的和 0.175 mm的填充物。在组合装置过程，对于类型1的测试装置用的模板是用 0.127 mm (5个千分之一寸) 厚的不锈钢做成的。开口为激光削减。在封装的组合装置方面的详细讨论可以在注释10中找到。 类型2对于下列各种封装来说有三种因素，各种封装包括μBGA TV46，CSP152，CSP117，mSMT 8,TBGA249 和 TSOP48