關于塑封元器件聲學掃描顯微鏡檢查標準的探討

張國強，宋婉瀟，朱俊琦

（1.西安明德理工學院，陜西 西安 710124；2.西安西谷微電子有限責任公司，陜西 西安 710124）

0 引言

聲學掃描顯微鏡檢查（SAM）作為一種無損探傷的手段已被國內外普遍應用于保證塑封元器件的高可靠性方面。SAM是利用聲波在不同介質中聲阻特性不同，接收到的回波時間和范圍不同的原理，從而檢測出塑封元器件內部的分層、空洞和裂紋等，以便在元器件篩選時剔除有缺陷的器件。然而，由于國內外關于SAM的標準存在許多差異，相同的缺陷表征，依據不同的標準可能會得到不同的結論。因此，標準之間的差異不僅會對分析元器件造成一定的困擾，而且還會對進口元器件的使用帶來一定的爭議。

1 國內外相關標準比對

1.1 國內關于聲學掃描顯微鏡檢查的相關標準及其存在的問題

國內關于SAM的標準有GJB 4027A-2006《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》和GJB 548B-2005《微電子器件試驗方法和程序》。

GIB 4027A-2006工作項目1103第2.4條是目前國內進行SAM的最主要的依據。其對SAM涉及到的檢查項目和缺陷判據進行了詳細的說明，但存在以下問題。

a）GJB 4027A-2006中檢查項目與缺陷判據不能完全對應。缺陷判據中a）、b）、c）和d）條檢查的是元器件包封層的內部缺陷，而檢查項目中指出的需要檢查的6個區(qū)域均未涉及到元器件包封層的內部界面。

b）GJB 4027A-2006工作項目1103主要針對的是塑封半導體集成電路，其針對的是比較傳統(tǒng)的塑封電路?，F(xiàn)如今，LGA、 BGA和倒封裝等特殊封裝器件已成為常態(tài)，而針對這些器件國內還沒有相關的SAM標準判據。特殊封裝元器件的SAM只能參考GJB 4027A-2006工作項目1103中第2.4進行。

c）GJB 4027A-2006工作項目1103中第2.4.f）條，由于說法比較含糊，不同實驗室對此的理解不同，對于相同的缺陷表征得出的試驗結論存在截然不同的結果。該缺陷判據中指出，引線引出端焊板與塑封界面上，分層面積超過其后側區(qū)域的1/2時，認為該器件應為拒收器件。這里的對“后側區(qū)域”的理解存在差異。有的實驗室認為后側區(qū)域應是整個引線引出端焊板的后側區(qū)域，有的實驗室認為后側區(qū)域應為引線引出端焊板邊緣界面的后側區(qū)域。對于芯片面積比較大的器件，當模塑化合物與引線引出端焊板（頂視圖）界面存在分層時，不同的理解會導致最后的結論截然不同。

d）GJB 4027A-2006沒有指出器件在試驗前后是否應該進行預處理。由于塑封元器件自身材料的吸潮性、非密封性等特性，給SAM工作帶來了一定的難度。由于超聲波的特性決定對元器件進行SAM時，必須將元器件置于耦合介質中，超聲波才能進一步地傳播。而GJB 4027A-2006規(guī)定的耦合介質為去離子水，問題主要在于將有分層的塑封元器件置于去離子水中時，塑封材料的非密封性和吸潮性可能會引起分層面積的改變。根據多次試驗了解到，部分塑封元器件分層對濕度、溫度敏感度特別高。相同的器件，SAM前進行預處理和未進行預處理，得到的結果會存在差異。且試驗完成后由于器件表面存在一定的水分，選擇不同的烘干方式時（自然晾干或用烘箱烘干），當器件再次進行SAM時，分層的面積也會不同。因此我們認為，SAM屬于無法完全復現(xiàn)的檢測手段。針對此問題，應對該型號該批次的器件100%進行SAM，以剔除不合格器件。當SAM結果顯示PDA過高時，應先將合格器件進行溫度循環(huán)沖擊試驗，然后再次進行SAM。

1.2 國外關于聲學掃描顯微鏡檢查的相關標準及其存在的問題

國外SAM相關標準主要有：PEM-INST-001、IPC/JEDECJ-STD-035。

PEM-INST-001分別對篩選和DPA中SAM相關判據進行了羅列。本文需要指出的是PEMINST-001中關于進行篩選的元器件對SAM的要求是只進行正面（頂視圖）檢查，缺陷判據為3個。而該標準對進行DPA的元器件的SAM的要求的是6個區(qū)域，其中缺陷判據為5個。

PC/JEDEC J-STD-035標準中對不同封裝的器件進行分類，分別給出了金屬引線架封裝型器件和基座封裝型器件具體判據的不同。

1.3 國內外常用塑封元器件聲學掃描顯微鏡檢查相關標準比對

本文在此以表格的形式列出GJB 4027A-2006和PEM-INST-001關于SAM的具體判據和兩者的差異性。PEM-INST-001的相關判據如表1所示，其中加粗標注（可靠性）的是指影響器件的可靠性，但不作為拒收判據的缺陷。GJB 4027A-2006的相關判據如表2所示。GJB 4027A-2006與PEM-INST-001相關判據的差異如表3所示。

表1 PEM-INST-001中的相關判據

表2 GJB 4027A-2006中的相關判據

表3 GJB 4027A-2006與PEM-INST-001相關判據的差異

對比以上3個表格可以看出，GJB 4027A-2006對于引腳分層的拒收標準相對較為嚴格。

2 案例

2.1 引腳從塑封完全剝離（后視圖）

TI公司生產的一款散熱板裸露型器件SAM后的后視圖如圖1所示。從圖1中可以看出，該器件存在引腳從塑封處完全剝離的現(xiàn)象。根據GJB 4027A-2006，該器件應為拒收器件；而根據PEM-INST-001，該批器件為可接收器件。對于這種基板裸露的器件，其引腳從塑封處完全剝離（后側）的概率比較高。尤其是國外某系列產品，根據本實驗室對近兩年的SAM不合格的統(tǒng)計結果，引腳從塑封處完全剝離（后側）這種分層占總數(shù)的25%左右。

圖1 某型號器件后視圖形貌

2.2 引線引出端焊板的分層（頂視圖）

關于引線引出端焊板與塑封界面的分層（頂視圖），GJB 4027A-2006缺陷判據4.4.f）條指出：引線引出端焊板與塑封界面上，分層面積超過其后側區(qū)域面積的1/2。這里標準中并未指出其針對的是頂視圖還是后視圖，或者是兩者該條缺陷判據均適用。由此給標準的使用帶來了一定的難度，給器件的合格與否帶來了一定的爭議，例如：某型號器件頂視圖形貌如圖2所示。

圖2 某型號器件頂視圖形貌

根據SAM發(fā)現(xiàn)，引線引出端焊板與塑封界面存在分層（頂視圖）。根據測量，分層面積占整個引線引出端焊板后側區(qū)域面積的48%。根據GJB 4027A-2006缺陷判據4.4.f）條，該分層未達到拒收標準。然而，根據PEM-INST-001中指出引線引出端焊板邊緣與塑封界面上，分層面積超過其面積的1/2（頂視圖）。GJB 4027A-2006與PEM-INST-001在引線引出端焊板與塑封界面（頂視圖）缺陷判據的區(qū)別在于，PEM-INST-001指出的是引線引出端焊板邊緣，根據PEM-INST-001判定圖2所示器件的分層已影響該器件的可靠性。

3 結束語

SAM時參照的標準不同，塑封元器件合格與否的結論也會有所不同。根據SAM的現(xiàn)狀，在此提出以下兩點建議。

a）國內關于SAM的標準亟待更新，國內標準太過籠統(tǒng)，對于特殊器件比如塑封分立器件、BGA封裝的器件和貼片封裝等特殊封裝的器件都應根據其實際情況具體列出缺陷判據。標準內的一些條款需要標注清楚，以免造成相同器件根據同一標準判定卻得到不同結論的現(xiàn)象。

b）標準的更新需要大量的試驗數(shù)據積累和較長的等待。在標準未能及時更新的現(xiàn)階段，對于許多存在分層的進口元器件，能不能被使用，該如何在保證整機可靠性的前提下去使用這些元器件是目前存在的棘手問題。對此，筆者認為，對于由于國內標準和國外標準存在的差異而導致某類元器件合格與否存在爭議的問題，若國內標準較為嚴格，則在保證爭議器件不被應用于極其惡劣的環(huán)境和高精密的核心部件上的前提下，可以考慮允許使用該器件。