集成电路封装技术可靠性分析
​刘铭
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​刘铭,. 集成电路封装技术可靠性分析[J]. 电路系统研究,2021.11. DOI:10.12721/ccn.2021.157101.
摘要: 集成电路封装过程,技术人员要重视加强封装可靠性研究,通过分析封装技术的作用和种类,总结了影响集成电路封装技术可靠性的因素,探索了具体的封装技术方法,希望分析能进一步加强实践研究水平。
关键词: 集成电路;封装技术;可靠性
DOI:10.12721/ccn.2021.157101
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引言

新时期,为了全面提高集成电路封装质量,技术人员要结合有效的技术方法,科学的开展技术实践与创新研究,从而构建更加高效的封装方案,全面保证集成电路封装安全与效率。下面结合工作实际,从多方面总结提高集成电路封装水平的方法。

1封装技术的作用和种类

1.1主要作用

集成电路发展初期,形成了具有电路保护功能的封装技术,该项技术能够提升电路的稳定性,由于集成电路为导体,如果直接暴露在空气中,便可能受到物理或者化学因素等条件的影响,因此便需采取技术措施提升其使用的安全性。

1.2封装种类

首先,起初所使用的封装原料为金属,该种材质可将集成电路与外界隔绝,但随着电路芯片的钝化层技术不断发展,从钝化层角度进行研究,其主要能够将电路中的单元器件与电路系统进行连接,此处所提及的连接主要为电路和物理方面的连接。在电路连接方面,封装技术便可发挥更为明显的作用。当前电路芯片速率不断提升,功率也随之加大,由此产生的散热问题便成为集成电路在应用的过程中需重点解决的问题。此时,封装操作的保护功能逐渐削弱,反而在技术层面获得了发展。

其次,当前封装技术可结合分类原则和维度进行细分。如从原料方面来划分,该技术可分为金属、陶瓷和塑料封装。金属封装技术广泛应用于军事和民用领域,与金属封装技术相比,陶瓷技术具有更高的安全性。其能够表现出下述特征:对多种芯片进行封装,可全面提升其密封性。从自身角度来讲,封装材料的稳定性更高,且可通过对其特征和化学成分的调整来变化特性,从而适用于更广阔的范围。当前陶瓷封装技术不但能够在封盖方面应用,还可作为承载基板。

2影响集成电路封装技术可靠性的因素

2.1热载流子效应

集成电路器件通常会通过热能等获取能量,此后形成热载流子,其在活性和动能方面具有更高水平,与晶格形成碰撞后便可打破原本的元素价键,导致电路元器件受到损伤。当前电路器件的体积逐渐缩小,这便意味着栅氧化层厚度指标也随之下降,抗打击能力会随厚度的降低而不断削弱。在受到热载流子的撞击时,便会出现删氧化层被击穿的情况。此外电路器件中出现热载流子,还会导致器件中的电荷分布产生变化,电压阈值的稳定性降低,造成系统的安全性下降,这便会直接对电路器件的使用时间和运行质量造成影响。

2.2电迁移现象

基于强大的直流电,集成电路的金属原子会发生位移,这便是电迁移情况。在迁移期间,金属原子通常与电流方向一致,这便导致金属原子向阳极不断移动,导致阴极产生空洞,而阳极的原子过量,阴阳两极的金属量出现失衡的情况。也就是说,阴极的金属截面会不断缩小,导致线路阴极的阻值提高,电路器件的运行效率降低。在运行期间,内部电路的电阻值提高,还会导致局部热量加大,出现线路损毁的情况,最终电气失去效力。

2.3静电放电

通过使用电路器件可知,约30%的器件失效主要原因在于静电放电,这对传统器件的影响力不大。但在电子产品不断创新的时代,研究人员也更为关注静电放电问题。在高密度的电子产品中,静电放电所形成的磁场能够对产品形成较为严重的负面影响,一般体现为产品内存信息丢失,或者产品自动复原等,这便对器件再次使用设置了更大的障碍。依据相关数据分析可知,在电子产品的使用期间,约有25%的器件均会受到静电放电的影响,该现象已经成为对电子器件损伤最大的诱因。在静电放电期间,电器受损的几率较大,电流通常会对电器中的原件造成损伤,导致器件失灵。此外如果器件在静电放电期间运转,还可能导致器件的温度提高,最终发生金属熔化的情况。

3提高集成电路封装技术可靠性的措施

3.1抑制热载流子效应

在设计集成电路时,通常会运用降低渠道长度的手段来提升电路的运转效率,或降低氧化层的厚度来实现目标。但上述两种方法更容易导致电路形成热载流子情况,造成电路温度过高而发生损毁。因此为保障电路不受到热载流子的影响,可使用下述手段改进:第一,对漏接端口周围的电场进行弱化处理,改善电路的应用环境条件,减少由热载流子导致的外部情况。第二,减小氧化层的厚度指标。此外还可运用法氧化技术手段来优化氧气层的质量。第三,降低热载流子的面积,同时减少流子量的进入。第四,在设计电路时,可运用钳位器件等设计手段,如低掺杂漏手段等。

3.2使用合金改善电迁移现象

改善金属化的电迁手段较多,通常可使用界面和合金效应两种形式。其中前者指提高热点应力,促使金属之间或者半导体出现扩散情况,最终造成漏电或者短路。若想有效解决上述情况,便需在金属之间或者半导体用阻挡层进行阻隔。该阻挡层在熔点、稳定性及化学性能等方面均提出了更高的要求,因此使用的材料需具有更高的质量。合金效应指在电子器件内,AI金属可使用于多种渠道,但该种金属具有独特的性质,出现电子迁移的情况较为频繁。为有效改善上述情况,便可使用相应比例的CU元素,将其融入到AI金属中,以此提升金属的电子迁移寿命。或者加入一定量的Si,目的在于降低金属间相互溶解的速度。该种方法也可应用于AI-CU-SI合金,可对合金的电子迁移现象产生一定的优化作用。

3.3使用静电防护措施

对静电进行防护可采取下述措施:首先是接地法。该种方法在静电防护方面的应用频率较高,通常指物体表面借助线等媒介与地面连接。由于电流可在物体的表面流动。使用该种方法便可将静电释放的电流输送到地面,从而降低静电释放电流的积累,达到防护的目的。其次是设置防静电周转箱。该种周转箱也可成为电胶箱或者导电周转箱,可应用到各行业的电子器件中。零件周转更为方便,摆放也更合理,能够便于管理。与多种流容器均可配合使用,广泛应用于各类仓库和生产区域等。安装设备可明显降低静电放电所产生的负面影响,全面提升安全性。最后是要求一线生产工作者穿着防静电服装。在实施电子产品的生产时,可要求一线生产人员身着防静电服装参与生产,此外还可在电子产品上涂上防静电的溶剂,从而降低静电所产生的负面影响。一线人员需严格按照规定的防静电措施开展生产工作,全面保障生产程序和操作规范符合要求,从而保证电子产品的质量达到标准,同时提升生产操作的安全性。

结束语:

集成电路的封装技术与其本身的发展具有非常密切的关系,因为封装操作的实施对象是集成电路中的芯片结构,所以,不同的芯片类型和其本身的性质也会对封装技术的应用造成影响,在这种背景下,封装过程要保证可靠性,从而全面加强封装水平,希望通过以上阐述,能进一步提高实践研究能力。

参考文献:

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