芯片裂纹的原因判别及统计过程控制

发布时间：2020-07-20 20:03

【摘要】：随着微电子技术的不断进步,我国微电子工业也迅速发展中。芯片封装作为半导体行业中很重要的后道工序,芯片封装扮演着越来越重要的角色,直接决定着电子产品的大小、重量、应用方便性、寿命、性能和成本,关系到器件到系统的有效链接以及微电子产品的质量和竞争力。在封装工艺中广泛采用统计过程控制技术,确保各封装生产工艺的稳定受控,正是保证产品质量的重要手段之一。芯片裂纹是封装中常见的失效原因之一,在实际生产中发现芯片裂纹的产生主要是由两个原因造成的,一是在键合工序中,机器设备上压力,温度,时间,超声波等参数设置异常,或者劈刀使用不当等原因造成芯片裂纹。另一种则是芯片研磨,划片等工序及划片后的运输过程中由于振动与料盒碰撞引起的芯片裂纹。在本文中,第一种原因统称为键合工艺原因,第二种原因称为材料原因。其中由于材料原因导致的不合格品率远高于键合工艺造成的不合格品率。当按照不合格品率建立控制图进行统计过程时,会出现大量的报警。芯片裂纹只有在封装后才能通过电测试得到,当出现不合格品率超出控制限时,按照以往的经验,就需要停止键合工序,查找原因。经过多次调查证明大多数情况下是由于原材料导致的。在没有理论指导下的停产造成了大量的经济损失。本论文针对由于原材料导致的大量报警(对于键合工序来说就是大量的虚假报警),在无法确定原因的情况下停产的问题,以理论分析和matlab仿真为手段,研究了两种原因导致不合格品率的统计过程控制,建立了新的控制图。该统计过程控制技术能够识别出不合格产品造成的主要原因,减少键合工序的停产。本文的研究成果能够协助工程师查找失控原因,减少停产造成的经济损失,有助于提高半导体封装的产品可靠性,对提高企业的市场竞争力具有非常重要的意义。本论文的主要研究内容包括:1)纠正了在半导体封装的实际生产中,存在的对不合格品率进行管控时的常见错误。介绍了不合格品率控制图建立的SPC原理。2)建立了两品种不合格品率的模型,研究了基于不合格品率对造成不合格产品的原因进行分类。并给出了分类方法正确性的检验方法。3)研究了低不合格品率下,现有不合格品率控制图会造成较高的误报警。并根据SPC原理推导了低不合格品率控制图的建立方法及控制限的计算方法。4)针对两个原因导致的不合格产品,研究了在批产品数量不固定情况下,两品种不合格品率控制图的建立方法。5)将两品种不合格品率控制图与造成不合格产品原因识别技术相结合,给出了在实际生产中,如何根据生产数据,自行判断是否存在两种原因导致不合格产品,何时触发两品种不合格品率控制图。最后用7组实际数据和失效分析结果证明了本文研究内容的正确性。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN405
【图文】：

类型,通孔,金属封装,波峰焊

份额；(a) 塑料封装 (b) 金属封装 (c) 陶瓷封装图1.2 不同材料的封装类型按照和 PCB 板连接方式分为：通孔式封装（如 DIP 系列）和表面贴装式封装（如SOP 系列）；目前市面上大部分 IC 均采用表面贴片式封装。因为表面贴片式封装更薄更小，更加贴切越来越薄，越来越小的要求。通孔式封装一般由波峰焊焊接，贴片

示意图,连接方式,类型

式封装由回流焊焊接，他们实现焊接的方式和条件都有区别。(a) 通孔式封装 (b) 表面贴装式封装图1.3 不同 PCB 连接方式的封装类型按封装外型可分为：DIP，SOP，SOT 、QFN/DFN 、TO、SIP、QFP、BGA、WLCSP 等。为了避免不同的封装厂不同的封装磨具导致外形的差异，行业内对不同封装类型都有尺寸规定，比如塑封体的长宽厚重要尺寸，引脚的间距，引脚弯曲角度，都有规定。WLCSP 由于采用倒装技术和裸片封装，做到了芯片面积约等于封装外形尺寸，为目前最高级的技术，适用于对封装尺寸越来越小的要求；以下图 1.4 是一个典型的 SOIC8 的封装结构示意图，引线框架，芯片焊盘，金属引线（图中是金线）

结构图,结构图

(a) 通孔式封装 (b) 表面贴装式封装图1.3 不同 PCB 连接方式的封装类型按封装外型可分为：DIP，SOP，SOT 、QFN/DFN 、TO、SIP、QFP、BGASP 等。为了避免不同的封装厂不同的封装磨具导致外形的差异，行业内对不类型都有尺寸规定，比如塑封体的长宽厚重要尺寸，引脚的间距，引脚弯曲角度规定。WLCSP 由于采用倒装技术和裸片封装，做到了芯片面积约等于封装外，为目前最高级的技术，适用于对封装尺寸越来越小的要求；以下图 1.4 是一个典型的 SOIC8 的封装结构示意图，引线框架，芯片焊盘，金（图中是金线），焊接材料（图中是银浆），环氧树脂等是主要的封装原材料

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