塑封電子元器件防潮性研究

摘 要：介紹了一種利用利用等離子體增強化學氣相沉積方法在TQFP塑封器件表面沉積SiNx薄膜，以提高防水性能，實驗結果證明了方法的有效性。

關鍵詞：電子封裝;防潮;塑封;元器件

中圖分類號：TQ327.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0242-01

1 引言

伴隨著集成電路工藝的迅猛發展，集成電路封裝工藝朝著高密度、小體積、重量輕、低成本、高可靠性的方向發展。電子封裝(Electronic Packages) 屬于電子產品后段的工藝技術， 它的目的是給集成電路芯片一套組織構架。

塑料封裝同傳統的陶瓷等氣密性封裝形式相比，更能滿足低成本、小體積、重量輕和高密度的要求。水汽對器件的影響早在封裝器件出現時就已出現。隨著電子集成技術的發展，電子器件的尺寸越來越小，芯片上的線寬越來越窄。對復雜電子系統的廣泛需要要求系統中關鍵電子集成電路具有更高的可靠性。這些集成電路應該能夠抵抗潛在的環境應力，陰止遷移離子和水汽進入電路，防止機械損傷等。由水汽導致的器件可靠性問題主要有腐蝕、分層和開裂。

水汽的侵入會導致集成電路中金屬的氧化和腐蝕。金屬在潮濕環境中的氧化速率和類型是導致電阻變化的一個主要機制。鋁線的電化學腐蝕是集成電路器件中一種非常嚴重的失效形式，它不但存在于塑料封裝中，在氣密性封裝中也時有發生閉。電化學腐蝕將導致鋁線開路和枝晶的生長。

2 研究現狀

為了減少由水汽引起的可靠性問題，各國的研究人員進行了不懈的努力以降低器件中的水汽含量。目前常采用的方法一是改進封裝材料的特性，以降低材料的吸水性，提高材料之間的粘結性，但其效果非常有限，另一種方法是在各種封裝形式上沉積水汽阻擋層，降低水汽的滲透率，這種方法通常適用于對可靠性有特殊要求的場合，如汽車電子等。

3 研究方法

采用等離子增強化學氣相沉積（PECVD）方法沉積霧劑薄膜作為塑封封裝中的水汽和離子阻擋層。測試樣品為在LAUFFER的LHMS28型遞模注塑機上封裝好的64腳TQFP，尺寸10X10mm，厚度為14mm。使用的封裝料是SUMITOMO公司生產的EME6600環氧樹脂。樣品分為光面和毛面兩種，每個樣品中都在芯片襯墊上用銀漿粘貼了3x3mm的硅片。銀漿的熱處理溫度為150度，時間為30min。

4 實驗結果

實驗利用增重法測定TTQFP器件在30℃/80%RH、600℃/60%RH、85℃/60%RH和85℃/80%RH四種溫濕環境中的吸水曲線，如圖1所示。

從圖中可以看出溫度和濕度條件對器件吸水性能的影響都很大。在同樣的濕度條件下，溫度從30℃提高到85℃(80%RH)，或著從60℃提高到85℃(60%RH)，器件吸水含量達到平衡的時間都大大縮短了，并且平衡時器件中水汽的含量也都有了很大的提高。溫度條件相同時(85℃)，當濕度條件從60%RH增加到80%RH，器件吸水速率無明顯變化，而平衡時水汽的含量卻提高了。

該實驗還利用傳感器法測定了在同一濕度條件下(85%RH)，溫度對TQFP器件中吸水速率的影響。由于傳感器的電容值與器件的吸水量存在線性關系，因此該曲線也就反映了器件的吸水量隨時間的變化關系。可以看出在同樣的濕度條件下，隨著溫度的升高，器件的吸水量達到平衡的時間大大縮短了，平衡時器件的吸水量也有了很大的提高，這與增重法得到的結果相一致。由擴散原理可知，水汽在塑封料中的擴散應遵循FICk擴散方程。一維Fick擴散方程的一級近似解可表示為指數函數，C=Pl一P2*exp(P3*t)。公式中的C代表了傳感器的電容值;t代表了器件在環境中放置的時間，Pl是吸水達到平衡時所對應的飽和電容值;P2是平衡時的電容值與擴散開始時電容值的差值，P3是曲線的曲率，正比于擴散系數，對于用同一種濕度傳感器測量所得到的曲線，P3可用于比較水汽擴散的速率。由此可得在85℃/85%RH和65℃/85%RH條件下的擬合曲線，并且由擬合曲線可以得到P1，P2以及P3的值。從而我們可以知道器件的擴散系數是與溫度有關的參數，我們用公式P3=P0*exP(一E/KT)來擬合P3與溫度的關系。公式中的E為擴散過程的激活能，K為玻爾茲曼常數。由此可以看出，InP3與l/KT成一直線關系，說明我們使用的擬合公式能夠真實地反映器件中水汽的擴散系數與溫度的關系，具有一定的正確性。通過直線的斜率，我們得到了擴散過程的激活能為753708E-20J(047106ev)

為了提高TQFP器件的防潮性能，減少器件中的水汽含量和分層開裂失效的紀律，我們采用了在塑封器件表面沉積無機薄膜的方法來降低水汽的透過率。

5 結論

研究實驗所采用的方法對于塑封元器件防潮具有較好作用，濕度和溫度對防水性能都有影響，利用等離子體增強化學氣相沉積方法在TQFP塑封器件表面沉積SiNx薄膜，以提高防水性能。

參考文獻

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