為什么會(huì)發(fā)生分層和開(kāi)裂？

芯片是一個(gè)非常精密的“三明治"結(jié)構(gòu)，由芯片（硅片）、塑封料（環(huán)氧樹(shù)脂）、引線框架、基板等多種材料構(gòu)成。

核心原因：熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配。這些材料的熱膨脹系數(shù)差異巨大。硅的熱膨脹系數(shù)很低，而塑封料和基板卻要大得多。當(dāng)芯片經(jīng)歷劇烈的溫度變化（尤其是冷熱沖擊）時(shí)，不同材料的脹縮幅度不同，在結(jié)合界面就會(huì)產(chǎn)生巨大的剪切應(yīng)力。當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)材料界面的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生分層。如果應(yīng)力足夠大，甚至?xí)?dǎo)致芯片本體或塑封料開(kāi)裂。

預(yù)處理環(huán)節(jié)的“引爆"：如果你做了完整的預(yù)處理流程，那么分層和開(kāi)裂的高發(fā)環(huán)節(jié)通常在模擬回流焊這一步。因?yàn)樾酒谖鼭癫襟E中吸收的水分，在260℃的高溫回流焊下會(huì)瞬間汽化膨脹，產(chǎn)生巨大的蒸汽壓力，從內(nèi)部直接“炸開(kāi)"封裝界面。

可能的原因排查：?jiǎn)栴}出在哪里？

這多半不是偶然現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大概率是以下三個(gè)方面中的一個(gè)或多個(gè)出了問(wèn)題：

材料或工藝問(wèn)題（內(nèi)因）：

塑封料與芯片/基板不匹配：這是最常見(jiàn)的原因?？赡苓x用的塑封料熱膨脹系數(shù)過(guò)高，或者與芯片表面的鈍化層、基板材料的結(jié)合力不足。

界面污染：芯片表面或引線框架在塑封前可能受到了微量的污染，導(dǎo)致塑封料無(wú)法結(jié)合，形成先天薄弱界面。

固化工藝不當(dāng)：塑封料的固化時(shí)間和溫度未達(dá)最佳，導(dǎo)致其交聯(lián)密度不足，整體強(qiáng)度不夠。

測(cè)試條件過(guò)于嚴(yán)苛（外因）：

吸濕等級(jí)（MSL）設(shè)置偏高：可能芯片實(shí)際的防潮等級(jí)（如MSL 3級(jí)），卻被用更嚴(yán)格的MSL 2級(jí)或1級(jí)的要求進(jìn)行預(yù)處理，導(dǎo)致其吸濕遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)承受能力。

回流焊溫度過(guò)高：如果回流焊設(shè)定的峰值溫度或時(shí)間超出了芯片的額定范圍，即使是合格的芯片也可能在此環(huán)節(jié)損壞。

溫度循環(huán)范圍或速率過(guò)快：對(duì)于某些封裝，-55℃到+125℃的沖擊范圍可能過(guò)大，或轉(zhuǎn)換速度過(guò)快。

檢測(cè)時(shí)機(jī)的偏差：

如果是出箱后進(jìn)行電性能測(cè)試才發(fā)現(xiàn)失效，失效點(diǎn)可能在進(jìn)箱前就已經(jīng)存在（如鍵合絲微裂），只是通過(guò)測(cè)試才被放大。

 下一步該怎么辦？

這需要一套系統(tǒng)的分析方法來(lái)定位根因。建議按以下順序進(jìn)行：

無(wú)損檢測(cè)確認(rèn)：首先用超聲波掃描顯微鏡（C-SAM） 對(duì)分層開(kāi)裂的芯片進(jìn)行掃描，確認(rèn)分層的具體位置和形態(tài)（是發(fā)生在芯片表面、引線框架界面，還是基板邊緣）。

失效分析（破壞性）：對(duì)失效樣品進(jìn)行開(kāi)蓋、切片、SEM（掃描電鏡）分析，觀察分層的界面特征、是否存在裂紋擴(kuò)展路徑，以及是否有污染物殘留。

過(guò)程回溯：檢查這批芯片的來(lái)料檢驗(yàn)記錄、塑封工藝參數(shù)、預(yù)處理過(guò)程記錄，看是否有異常。

交叉驗(yàn)證：取同批次芯片，降低測(cè)試應(yīng)力（如降低溫變速率、縮短沖擊時(shí)間、改用更低吸濕等級(jí)進(jìn)行預(yù)處理）進(jìn)行驗(yàn)證。如果通過(guò)了，則說(shuō)明原測(cè)試條件對(duì)于該封裝確實(shí)過(guò)于嚴(yán)苛。