張國強(qiáng)，宋婉瀟，朱俊琦

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

0 引言

聲學(xué)掃描顯微鏡檢查（SAM）作為一種無損探傷的手段已被國內(nèi)外普遍應(yīng)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(zhì)中聲阻特性不同，接收到的回波時(shí)間和范圍不同的原理，從而檢測出塑封元器件內(nèi)部的分層、空洞和裂紋等，以便在元器件篩選時(shí)剔除有缺陷的器件。然而，由于國內(nèi)外關(guān)于SAM的標(biāo)準(zhǔn)存在許多差異，相同的缺陷表征，依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)可能會得到不同的結(jié)論。因此，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)口元器件的使用帶來一定的爭議。

1 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比對

1.1 國內(nèi)關(guān)于聲學(xué)掃描顯微鏡檢查的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及其存在的問題

國內(nèi)關(guān)于SAM的標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)方法和程序》。

GIB 4027A-2006工作項(xiàng)目1103第2.4條是目前國內(nèi)進(jìn)行SAM的最主要的依據(jù)。其對SAM涉及到的檢查項(xiàng)目和缺陷判據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但存在以下問題。

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

b）GJB 4027A-2006工作項(xiàng)目1103主要針對的是塑封半導(dǎo)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(nèi)還沒有相關(guān)的SAM標(biāo)準(zhǔn)判據(jù)。特殊封裝元器件的SAM只能參考GJB 4027A-2006工作項(xiàng)目1103中第2.4進(jìn)行。

c）GJB 4027A-2006工作項(xiàng)目1103中第2.4.f）條，由于說法比較含糊，不同實(shí)驗(yàn)室對此的理解不同，對于相同的缺陷表征得出的試驗(yàn)結(jié)論存在截然不同的結(jié)果。該缺陷判據(jù)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(cè)區(qū)域的1/2時(shí)，認(rèn)為該器件應(yīng)為拒收器件。這里的對“后側(cè)區(qū)域”的理解存在差異。有的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為后側(cè)區(qū)域應(yīng)是整個(gè)引線引出端焊板的后側(cè)區(qū)域，有的實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為后側(cè)區(qū)域應(yīng)為引線引出端焊板邊緣界面的后側(cè)區(qū)域。對于芯片面積比較大的器件，當(dāng)模塑化合物與引線引出端焊板（頂視圖）界面存在分層時(shí)，不同的理解會導(dǎo)致最后的結(jié)論截然不同。

d）GJB 4027A-2006沒有指出器件在試驗(yàn)前后是否應(yīng)該進(jìn)行預(yù)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(jìn)行SAM時(shí)，必須將元器件置于耦合介質(zhì)中，超聲波才能進(jìn)一步地傳播。而GJB 4027A-2006規(guī)定的耦合介質(zhì)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(shí)，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(jù)多次試驗(yàn)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(jìn)行預(yù)處理和未進(jìn)行預(yù)處理，得到的結(jié)果會存在差異。且試驗(yàn)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(shí)（自然晾干或用烘箱烘干），當(dāng)器件再次進(jìn)行SAM時(shí)，分層的面積也會不同。因此我們認(rèn)為，SAM屬于無法完全復(fù)現(xiàn)的檢測手段。針對此問題，應(yīng)對該型號該批次的器件100%進(jìn)行SAM，以剔除不合格器件。當(dāng)SAM結(jié)果顯示PDA過高時(shí)，應(yīng)先將合格器件進(jìn)行溫度循環(huán)沖擊試驗(yàn)，然后再次進(jìn)行SAM。

1.2 國外關(guān)于聲學(xué)掃描顯微鏡檢查的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及其存在的問題

國外SAM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：PEM-INST-001、IPC/JEDECJ-STD-035。

PEM-INST-001分別對篩選和DPA中SAM相關(guān)判據(jù)進(jìn)行了羅列。本文需要指出的是PEMINST-001中關(guān)于進(jìn)行篩選的元器件對SAM的要求是只進(jìn)行正面（頂視圖）檢查，缺陷判據(jù)為3個(gè)。而該標(biāo)準(zhǔn)對進(jìn)行DPA的元器件的SAM的要求的是6個(gè)區(qū)域，其中缺陷判據(jù)為5個(gè)。

PC/JEDEC J-STD-035標(biāo)準(zhǔn)中對不同封裝的器件進(jìn)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(jù)的不同。

1.3 國內(nèi)外常用塑封元器件聲學(xué)掃描顯微鏡檢查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比對

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

表1 PEM-INST-001中的相關(guān)判據(jù)

表2 GJB 4027A-2006中的相關(guān)判據(jù)

表3 GJB 4027A-2006與PEM-INST-001相關(guān)判據(jù)的差異

對比以上3個(gè)表格可以看出，GJB 4027A-2006對于引腳分層的拒收標(biāo)準(zhǔn)相對較為嚴(yán)格。

2 案例

2.1 引腳從塑封完全剝離（后視圖）

TI公司生產(chǎn)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(jù)GJB 4027A-2006，該器件應(yīng)為拒收器件；而根據(jù)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(cè)）的概率比較高。尤其是國外某系列產(chǎn)品，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室對近兩年的SAM不合格的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，引腳從塑封處完全剝離（后側(cè)）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(guān)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(jù)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(cè)區(qū)域面積的1/2。這里標(biāo)準(zhǔn)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(jù)均適用。由此給標(biāo)準(zhǔn)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(jù)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(jù)測量，分層面積占整個(gè)引線引出端焊板后側(cè)區(qū)域面積的48%。根據(jù)GJB 4027A-2006缺陷判據(jù)4.4.f）條，該分層未達(dá)到拒收標(biāo)準(zhǔn)。然而，根據(jù)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(jù)的區(qū)別在于，PEM-INST-001指出的是引線引出端焊板邊緣，根據(jù)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(jié)束語

SAM時(shí)參照的標(biāo)準(zhǔn)不同，塑封元器件合格與否的結(jié)論也會有所不同。根據(jù)SAM的現(xiàn)狀，在此提出以下兩點(diǎn)建議。

a）國內(nèi)關(guān)于SAM的標(biāo)準(zhǔn)亟待更新，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)根據(jù)其實(shí)際情況具體列出缺陷判據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的一些條款需要標(biāo)注清楚，以免造成相同器件根據(jù)同一標(biāo)準(zhǔn)判定卻得到不同結(jié)論的現(xiàn)象。

b）標(biāo)準(zhǔn)的更新需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累和較長的等待。在標(biāo)準(zhǔn)未能及時(shí)更新的現(xiàn)階段，對于許多存在分層的進(jìn)口元器件，能不能被使用，該如何在保證整機(jī)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(rèn)為，對于由于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國外標(biāo)準(zhǔn)存在的差異而導(dǎo)致某類元器件合格與否存在爭議的問題，若國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，則在保證爭議器件不被應(yīng)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。