一種適用于集成電路篩選密封試驗工裝的設計

韋艷妮，石文博，馬源君

（工業和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

我國是信息電子產品的制造和消費大國，為減弱對進口集成電路的依賴性，緩解我國缺芯癥狀，國家先后出臺許多利好政策和相關法律法規，推動集成電路的國產化，以及國內集成電路產業迅猛增長[1-2]。為了保障使用方所使用的集成電路的可靠性，所有集成電路從生產完成到供貨期間，必須經過100%的一次篩選甚至二次篩選，剔除掉早期失效的器件，只有篩選合格的器件才可提供給使用方使用[3-6]。

集成電路篩選檢測項目有很多，其中密封試驗是針對具有內空腔的集成電路的一種密封性檢測方法，一般適用于金屬陶瓷封裝集成電路。隨著集成電路需求量的增加，需進行篩選密封試驗的集成電路數量也隨之增加，傳統的密封試驗工裝夾具和操作方法單次無法完成較大批量集成電路的密封試驗，檢測效率和質量無法滿足要求。基于此問題，本文設計了一種適用于多種封裝形式的集成電路的篩選密封試驗的工裝夾具。

1 元器件篩選密封試驗

1.1 密封試驗

密封試驗是具有內空腔的集成電路（以下簡稱“器件”）必須進行的篩選檢測項目。具有內空腔的器件的密封性能是其重要指標之一，密封性能的好壞嚴重影響到器件的可靠性。

具有內空腔的器件若密封性能差，存在結構縫隙和孔洞等缺陷，則外部流體（氣體和／或液體）、有害氣體和外部腐蝕環境（高溫、濕氣）等介質可能會通過結構縫隙和孔洞滲透到器件內部，使器件內部發生腐蝕或冷焊等現象，造成器件功能喪失[7]，對整機系統造成不利影響。

密封試驗亦稱檢漏試驗，分為細檢漏和粗檢漏兩步，一般先進行細檢漏，后進行粗檢漏，兩者配合才是完整的密封檢漏試驗。所謂粗/細檢漏是以等效標準漏率L=1.0 Pa·cm3/s 為界限，一般將檢漏范圍大于該標準漏值的稱為粗檢漏，小于該標準漏值的稱為細檢漏。細檢漏和粗檢漏方法較多，篩選檢測常用的方法分別是示蹤氣體氦（He）細檢漏-氦質譜細檢漏和碳氟化合物氣泡法粗檢漏[8]。

根據GJB 548B—2005 《微電子器件試驗方法和程序》 中方法1104.2 密封試驗方法的要求，適合的工裝夾具是完成氦質譜細檢漏試驗和碳氟化合物粗檢漏試驗的關鍵性工具之一。對于篩選檢測中的密封試驗，由于篩選檢測大批量和100%檢測的特點，試驗中所使用的工裝夾具更是決定該試驗能否順利進行，以及試驗通量、試驗效率的關鍵性要素。

1.2 傳統密封試驗工裝夾具

傳統的密封試驗方法使用如圖1 所示的工具來盛放器件。該方法選用方形的塑料盒子來盛放器件，器件一層一層地擺入盒子中，每一層器件之間使用自行裁剪的防靜電紙隔離，防止每層器件之間發生摩擦，對器件表面產生劃痕。

圖1 傳統密封試驗方法加壓時盛放器件的工具

使用該方法進行密封試驗，具有如下的缺點：

a）盛放器件的盒子由塑料制成，不屬于防靜電材料，不滿足篩選檢測過程中防靜電的要求，有可能會對被檢器件造成靜電損傷；

b）防靜電紙雖然可隔離層與層之間的器件，防止器件之間發生摩擦造成劃痕，但由于防靜電紙較光滑，在檢測過程中，器件容易發生滑動、擠壓，對器件外觀造成損傷；

c）當完成粗檢漏加壓去除壓力和1 型檢測液（三氟三氯乙烷，F113，輕氟油）時，由于該塑料盒子底部無漏孔，輕氟油無法從盒子中排出，殘留較多的輕氟油在盒子中，需要將盒子進行傾斜將輕氟油倒出，器件容易從盒子中掉落到桌面，有可能會對器件造成損傷；

d）采用傳統的試驗工具和方法，完成1 只器件的密封試驗，器件需被夾取至少4 次，檢測效率和通量較低，且器件外觀受損的概率增加，不適用于大批量器件的篩選密封試驗；

e）進行粗檢漏觀察時所用的如圖2 所示的金屬制夾具，該夾具表面鍍有一層鍍層，該鍍層使用多次后容易脫落，露出金屬制夾具的基底金屬表面，容易產生銹蝕，如圖3 所示，當浸入重氟油中時，銹蝕處會產生氣泡，影響檢測的準確度。

圖2 密封粗檢漏時的金屬夾具

圖3 密封粗檢漏時的金屬夾具存在鍍層脫落、銹蝕等現象

2 新型工裝夾具設計思路

為了解決和改善傳統篩選密封試驗方法存在的問題和缺陷，提高篩選密封試驗的試驗通量和試驗效率，設計了以下新型密封試驗工裝夾具。

2.1 夾具制作材料的選擇

提高篩選密封試驗的試驗通量和試驗效率的關鍵是減少試驗過程中器件來回的夾取次數，減少器件的夾取次數的關鍵是使夾具既可以與器件一起直接放入氦質譜檢漏儀中進行檢測，也可以與器件一起放入125 ℃的重氟油中進行檢測，因此夾具的制作材料必須具備防靜電、氦吸附率小，耐高溫（125 ℃以上）、不易發生銹蝕、不與輕氟油和重氟油發生化學反應等特點。不銹鋼材料是滿足上述條件的密封工裝夾具制作材料的最佳選擇。

2.2 夾具結構的設計

整套工裝夾具由5 部分組成（如圖4 所示）：

圖4 整套新型工裝夾具的5 個組件

a）樣品盤支架；

b）若干個方形樣品盤；

c）細檢漏減震圓盤；

d）粗檢漏樣品盤托架；

e）可拆卸的提拉圓桿。

夾具設計成層層疊放的結構，樣品盤支架的作用是將樣品盤連接、固定在一起，形成一個柱體，如圖5 所示。樣品盤可隨意放入樣品盤支架或取出，作用是令每一個樣品盤可獨立進行細檢漏檢測或粗檢漏檢測。細檢漏減震圓盤的作用是進行細檢漏檢測時，將樣品盤抬高，減緩檢測完成時檢測盒中央氣流對器件和樣品盤的沖擊力，減少對器件的損傷，如圖6 所示。

圖5 樣品盤層層疊加地卡入樣品盤支架上

圖6 樣品盤放在細檢漏減震圓盤上進行細檢漏檢測

粗檢漏樣品盤托架底盤的尺寸與樣品盤相匹配，作用是進行粗檢漏檢測觀察時，可直接將放有器件的樣品盤放在托架上，放入125 ℃的重氟油中進行檢測和觀察，如圖7 所示。提拉圓桿的作用是方便將裝有器件的整棟夾具從真空/壓力室中提起。

圖7 樣品盤放在粗檢漏托架上進行粗檢漏檢測

樣品盤是整套夾具的關鍵部件，如圖8 所示。樣品盤可隨意放入樣品盤支架或取出，作用是每一個樣品盤可獨立進行細檢漏檢測或粗檢漏檢測。樣品盤兩側，各設有兩個 “小耳朵”，卡入樣品盤支架兩邊的柱子上，起固定作用，防止樣品盤發生移動、傾倒。樣品盤形狀作成正方形，原因是篩選檢測中被檢器件的形狀均為方形，保證不同封裝尺寸的器件能以均等的行列模式整齊地擺入盤子中。樣品盤的邊長要根據加壓裝置的真空/壓力室的尺寸而定，保證做出的工裝夾具能放入真空/壓力室中。樣品盤的高度制成（10±2）mm，可滿足90%款器件的篩選密封試驗。樣品盤底面和四周平均分布直徑2 mm 的小圓孔，作用是方便氦氣、氟油的浸入和排出等。樣品盤四周和底面的接觸區，留有高度約2 mm 的細長直縫，作用是粗檢漏檢測結束后，方便重氟油從夾具中排出，加快重氟油的排出過程，縮短試驗耗時，提高檢測效率，減少殘留在器件底部或表面的重氟油量，減少重氟油的損耗。

圖8 不銹鋼樣品盤結構

3 結束語

經過實踐發現，采用本文提及的新型密封工裝夾具進行篩選密封試驗，取得明顯的效果，如表1所示。

表1 改進前后對比

總之，新型密封工裝夾具具有眾多優點，具有可行性，對實現一次性進行大批量集成電路篩選密封試驗的目標具有重要作用。