低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題及解決辦法

邱煥樞

（佛山市藍箭電子股份有限公司 廣東省佛山市 528000）

在低功耗IC封裝中，絕緣膠漏電問題對整個芯片系統的正常運行具有重要的影響，經過多年的研究與實踐，低功耗IC 用絕緣膠出現的漏電問題與半導體工藝水平高低之間有著直接的關系。其中，由于絕緣膠漏電問題是較為隱蔽和不容易發現的，進而延長了問題的解決時間。為此，選擇合格的絕緣膠是降低和減少其漏電問題最有效的方法之一。

1 低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題綜述

低功耗IC封裝用絕緣膠漏電，即PN 結在截止時產生的一種很微小的電流。低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題業內人士都曾遇到過，這一問題也一直困擾著封裝工程師，該問題的出現可以在低功耗IC封裝用絕緣膠封裝后發現，也可以在其使用過程中發現，而低功耗IC封裝用絕緣膠失效是其漏電問題中最為常見的一種，解決低功耗IC封裝用絕緣膠漏電，是提高其使用性能最積極和主動的手段之一。

2 低功耗IC封裝用絕緣膠失效表現及原因分析

2.1 低功耗IC封裝用絕緣膠失效表現

本文所選擇的是一種塑封封裝的低功耗IC封裝用絕緣膠樣品，該樣品在經過了老煉（125℃，72h）、冷熱沖擊（‐65℃～150℃）、溫度循環（‐45℃～55℃，4 次4h）等的試驗之后，該樣品的性能依然合格。但是，其在經過交變濕熱試驗（30℃～60℃。75%RH,8次48h）之后，該樣品的輸入端出現了漏電現象，導致低功耗IC封裝用絕緣膠樣品失效。為此，對已經失效的低功耗IC封裝用絕緣膠樣品進行了多次試驗。

第1 次試驗：低功耗IC封裝用絕緣膠樣品在常溫下放置約24小時，結果為輸入端漏電；

第2 次試驗：將低功耗IC封裝用絕緣膠樣品在常溫下放置約48 小時，結果為輸入端對地阻抗恢復正常；

第3 次試驗：對低功耗IC封裝用絕緣膠樣品進行溫度循環試驗（‐55℃～125℃，20 次循環），結果為合格，未出現失效現象；

第4 次試驗：對低功耗IC封裝用絕緣膠樣品進行‐55℃，24h的低溫儲存后，結果為輸入端出現漏電，阻值為40kΩ（正常值為>20kΩ），這就表明失效后的低功耗IC封裝用絕緣膠樣品2 個引腳之間的阻抗不穩定，使得絕緣膠的性能受到了影響。

2.2 低功耗IC封裝用絕緣膠失效原因分析

根據對低功耗IC封裝用絕緣膠產品結構和連接情況的判斷，造成低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題的主要原因可能是因為芯片內部出現了異常、鍵合內引線異常、塑封應力大、芯片表面刮花和變形、固晶生產工藝缺陷、芯片本身缺陷以及靜電等的原因而造成的。

（1）芯片異常。芯片在生產和制造過程中出現了異常，且其在外部異常應力的作用下，導致芯片自身性能出現異常，通過利用化學方法，將芯片周圍的塑封料和基板去除，再對芯片2 個引腳進行扎針測試，得出芯片輸入端與地的阻抗全部為正常值，且芯片表面并無異常；

（2）鍵合內引線異常。在對低功耗IC封裝用絕緣膠產品進行封裝的過程中，鍵合內引線出現錯誤鍵合打線、交叉碰線、塌線等的異常情況，導致輸入端對地短路；將已經失效的低功耗IC封裝用絕緣膠樣品與正常的低功耗IC封裝用絕緣膠樣品進行X‐ray 對比之后可以明確看出：失效的樣品與正常產品鍵合內引線的情況是一致的，并無異常。因此，可以排除由于鍵合內引線異常導致的低功耗IC封裝用絕緣膠失效原因。

（3）塑封應力大。低功耗IC封裝用絕緣膠產品在封裝過程中，芯片表面會包封覆蓋著一層塑封料，塑封料會對芯片施加一定的應力，進而導致低功耗IC封裝用絕緣膠產品失效。此時，可以通過機械方法將低功耗IC封裝用絕緣膠產品表面的塑封料去除，再對芯片的2 個引腳之間的阻抗進行測試，發現失效樣品的輸入端出現了漏電現象，即當塑封應力消失后漏電問題并未得到解決，因此也可以排除是塑封封裝過程中的塑封料應力導致失效的原因。

（4）芯片表面刮花、變形。芯片表面刮花、變形也有可能導致低功耗IC封裝用絕緣膠產品出現失效，利用化學方法，將低功耗IC封裝用絕緣膠產品表面的塑封料開封去除掉，并在高倍顯微鏡下觀察芯片表面，未發現其表面有刮花和變形現象，故此也可以排除芯片表面刮花、變形而導致的低功耗IC封裝用絕緣膠失效原因。

（5）固晶生產工藝缺陷。在固晶生產過程中，應當選擇合格的絕緣膠，并要控制好絕緣膠使用量和空洞數量及大小，過少的絕緣膠和較多的空洞會使絕緣效果下降，而引起漏電問題；過多的絕緣膠會返回至芯片上，當絕緣膠的高度高于芯片高度的2/3 之上時，會出現以下幾種現象：①液態的絕緣膠就會轉化成固態，即在烘烤過程中絕緣膠的部分成分會隨著芯壁向上攀爬。②絕緣膠雜物被膠帶起，導致芯片單邊絕緣膠過高。③絕緣膠被吸嘴吸起粘到芯片表面上。

（6）芯片本身缺陷。因芯片沾污所吸附的雜質會發生電離，形成電流通道，引起低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題，這類問題暫被定義為芯片自身缺陷，一般情況下難以直接觀察到，需要通過排除法，再結合工作經驗來判斷，或者也可以借助SEM 予以協助判定。

（7）靜電引起漏電。靜電分析判定。通過靜電測試有漏電流樣品，進行開封去掉塑封料后，借助高倍顯微鏡觀察低功耗IC封裝用絕緣樣品的鍵合、固晶均未發現異常，在對其進行半腐蝕解刨，并在40‐200 倍的顯微鏡下觀察芯片表面是否存在燒傷現象，如果存在可以基本判定為是由于靜電擊傷而形成的。

2.3 失效機理分析

通過分析可以得出：芯片襯底電位為地，低功耗IC封裝用絕緣膠塑封料連接輸入端電位，其底部與載體之間通過絕緣膠隔離。在通常情況下，絕緣膠可以有效地隔離電位，即輸入端與地之間不會有電流通過。但是，如果絕緣膠出現了異常，其性能就會有所下降，導致低功耗IC封裝用絕緣膠出現漏電問題，進而影響產品的正常使用。通過機械方法去除框架基板，測試輸入端與地之間的I‐V特性，發現漏電現象消失。因此，可以確定低功耗IC封裝用絕緣膠漏電位于襯底和基板之間的絕緣膠部位。

低功耗IC封裝用絕緣膠的芯片與基板之間應當選擇合格的絕緣膠，絕緣膠的作用是能有效隔離輸入端與地之間的阻抗值。在此基礎上，再對失效樣品與合格產品的進行全面分析，并用X‐ray 對絕緣膠予以對比的檢查，發現失效樣品要比合格產品的絕緣膠空洞大很多。同時，當低功耗IC封裝用絕緣膠產品處于潮濕的環境下時，絕緣膠空洞使其強度進一步降低，最終導致低功耗IC封裝用絕緣膠出現漏電問題。

通過全面解刨失效樣品結構，并根據故障現象的分析得出：低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題產生的主要原因是：絕緣膠空洞使絕緣膠的厚度逐漸變薄。加之，絕緣膠中的摻雜的鍍金層，更容易出現漏電問題，在二者的共同作用下，導致低功耗IC封裝用絕緣膠出現漏電問題。

3 低功耗IC封裝用絕緣膠漏電試驗分析

3.1 出現漏電現象

通過以上分析：導致低功耗IC封裝用絕緣膠出現的漏電問題的因素有很多，低功耗IC封裝用絕緣膠電流的正常值為2uA 以下，而出現漏電問題的失效產品電流則超過了正常電流的10 倍甚至是百倍以上，嚴重影響了產品的使用性能和安全性。

3.2 試驗分析

低功耗IC封裝用絕緣膠出現的漏電問題并不能通過封裝后的IC 測試和篩選出來，需要通過長時間的通電才能完成驗證，在持續通電24h 之后，低功耗IC封裝用絕緣膠的對地端電流會持續增大，超出正常測試范圍，而在斷電之后，隨著時間的延長，該低功耗IC封裝用絕緣膠電流會逐漸恢復正常。

3.3 對于不同材料的漏電試驗分析

對于以上問題，需要進行以下三個方面的試驗分析：

（1）更改低功耗IC封裝用的框架；

（2）更改低功耗IC封裝用的塑封料；

（3）增加低功耗IC封裝用的絕緣膠厚度。

在對低功耗IC封裝用的框架和塑封料進行更改后，通過持續上電仍有漏電現象，而在增加絕緣膠厚度之后再進行批次抽檢，沒有發現漏電現象。這就足以說明：低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題的主要原因是由于絕緣厚度不足而導致的。

在對低功耗IC封裝用絕緣膠持續通電時，框架上的鍍銀部位會產生銀離子運動，進而產生較大的漏電流，這也是導致低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題的另一重要因素，而如果更改使用不鍍銀的框架雖然會有改善的效果，但會影響芯片的鍵合打線效果。因此，還需要通過選擇合適的絕緣膠和不斷提高絕緣膠的工藝水平才能從根本上解決低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題。

4 低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題的解決辦法

4.1 注入不導電顆粒

如果僅僅增加絕緣膠的厚度，又會由于厚度的不可控制性，會對鍵合打線工藝造成嚴重的影響。因此，合理選擇絕緣膠尤為重要。通過與絕緣膠供貨商的協商，在原有的絕緣膠中注入固定直徑的不導電固體顆粒，進而精準地控制絕緣膠的厚度。實踐證明，選擇直徑為25um 的不導電顆粒，可有效解決低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題。

4.2 準確定位各引腳定位關系

準確定位低功耗IC封裝用絕緣膠各個引腳之間的關系，盡全力地避免使用絕緣膠來隔離電位，當低功耗IC封裝的芯片底部位與框架基板的電位同等時，此時的絕緣膠僅僅能起到粘貼的作用，即使出現了輕微的漏電問題，對產品的性能也不會造成較大影響，這一方法可以從源頭上避免絕緣膠的漏電問題；對于芯片背面背金層沒有明確用途的器件，要盡量去除背金層后再使用，這一方法可以有效防止背金層脫落掉入絕緣膠中，進而引起絕緣膠漏電問題。低功耗IC封裝使用絕緣膠粘貼時，應當根據實際情況適當地增加絕緣膠的厚度，并在其中加入一定數量的絕緣顆粒，從而準確地控制絕緣膠的厚度，這樣可以有效避免因絕緣膠厚度不均勻而導致的漏電問題。

4.3 提高固晶生產工藝水平

（1）合理控制絕緣膠盤上絕緣膠的使用數量，絕緣膠數量應當控制在芯片的1/3‐2/3 之間為宜。

（2）定期對絕緣膠盤中的絕緣膠量進行測量，要確保絕緣膠量，并于每間隔8 小時添加一次絕緣膠。

（3）一旦發現吸管出現偏移，要立即對其進行清洗或者更換，并重新定位吸嘴的取晶位置，每4 個小時清洗點膠頭一次，確保點膠頭的清潔度。

（4）根據芯片的大小，選擇合適的吸嘴和點膠頭，使之與低功耗IC封裝用絕緣膠的芯片相匹配。

（5）生產低功耗IC封裝用絕緣膠的固晶、鍵合、塑封工序應當在潔凈車間中完成，并減少低功耗IC封裝用絕緣膠的固晶后到塑封前半成品的滯留和露空時間。

4.4 選擇正規廠家生產芯片

選擇有質量保證的正規廠家來生產芯片，拒絕以次充好的次級品、殘次品、外次品。正規廠家生產和制造的芯片為了解決芯片沾污問題，會對芯片作二氧化硅鈍化保護且還會在其表面增加一層氮化硅予以保護，而那些次級品、殘次品、外次品則是二氧化硅和氮化硅的失敗品，即使芯片有保護層，但受后期封裝環境的影響，依然會出現漏電問題。另外低功耗IC封裝用絕緣膠芯片應當在潔凈車間中完成，并要減少芯片在車間的滯留時間，這也是降低芯片被沾污的一個重要因素。

4.5 減少靜電對芯片損傷

靜電的分析和判定是一個復雜的過程且成本高昂，下面提幾種即經濟又有效的解決辦法：

（1）設計防靜電地板系統。

（2）開啟直流式離子風扇。

（3）靜電防護區的濕度應當嚴格控制在50%及以上。

（4）生產設備、測試儀器、工作臺、工作人員應當做好防靜電接地。

從實際生產情況來看，生產設備、測試儀器、工作臺、工作人員是引起低功耗IC封裝用絕緣膠產品被靜電擊傷導致漏電概率為1%。由此可見，因靜電引起的漏電問題也需要多多關注的。

5 結語

解決低功耗IC封裝用絕緣膠漏電問題是一個集綜合性與系統性于一體的問題，需從各個工藝環節入手，才能從根本上提升和解決低功耗IC封裝用絕緣膠的漏電問題和使用性能。