Elektronik ambalaj yarı iletken cihazlar ve çevre arasındaki kritik arayüz olarak hizmet eder, mekanik destek, elektrik bağlantı ve nem, kirleticilere ve fiziksel hasarlara karşı koruma sağlar. Elektronik sistemler daha küçük, daha hızlı ve daha fazla güç-dense, bu paketler içindeki maddi başarısızlık, elektronik ambalajlarda ve detaylardaki başlıca nedenleri incelenir ve bu risklerin endüstri standartlarını ve prensiplerini azaltır.
Elektronik Ambalajda Malzeme Başarısızlığı Ortak Sebepler
Elektronik paketlerdeki maddi başarısızlık genellikle termal, mekanik, kimyasal ve çevresel stresörler kombinasyonundan kaynaklanmaktadır. Bu faktörler karmaşık şekillerde etkileşime girer, genellikle arayüzlerdeki herhangi bir stresin neden olacağının ötesine geçer.En yaygın başarısızlık mekanizmaları, termal genişleme katsayısı (CTE) yanlış uyum, kullanım veya titreşimden kaynaklanan mekanik hasarlar, nemlendirmeye ve delaminasyona yol açar.
Termal Stres ve CTE Mismatch
Sıcak nesil elektronik işletmeye doğaldır. Her güç döngüsü, sıcaklık değişiklikleri için paket, bileşik malzemelerin genişlemesine ve sözleşmelerine neden olur.Farklı CTEs gibi - silikon ölüm (CTE ⁇ 2.6 ppm/°C), organik substratlar (CTE ⁇ 12-16 ppm/°C) ve bakır yönlendirmeye yol açabilir ve bileşik ve kombine ve kombineler arasında kalıplar arasındaki bozulmalara yol açabilir.
Leydik eklem yorgunluk, termal-stress-indüklenen bir başarısızlık örneğidir.En düşük sıcaklık, tasarım sırasında ısınmış ısınmış plastik deformasyona maruz kalır ve tahıl sınırları boyunca yayılıma yol açar. Yüksek-lead satılır, SAC (tin-silver-copper) alaşımları ve düşük sıcaklık satılanlar tüm tasarımda dikkate alınmalıdır.
[FONT:0)Key önleme:[Dön-çi BGA, epoxy gibi gelişmiş paketler, daha büyük bir alana termal susmasını sağlamak için depo veya enkapsülasyonunu kullanarak, etkili bir karşıtlamalar.
Mekanik Stres: Şok, Titreşim ve İşleme
Üretim sırasında, nakliye ve son kullanıcı kullanımı, elektronik paketler malzeme gücünü aşabilecek mekanik yüklere maruz kalmaktadır. Dayanıklı etkiler, özellikle taşınabilir cihazlarda, satılan ortak çatlaklar, substrat kırılmasına ve kablo bağlantılarından gelen vibrasyonlar veya otomotiv ortamları, bağlantı arayüzlerinde aşınmaya ve bağlantı noktalarına yol açabilir.
Wire tahvilleri özellikle mekanik strese karşı hassastır. alüminyum veya altın tel dikerleri ultrasonik bağ sırasında yüksek sular yaşarlar; yanlış veya aşırı güç, ek olarak, baskılı devre kurulu (PCB) flexure during assembly veya in-service bükme paketi overstress paketi-to-to-to-to-to-service interconnecting.The industry uses drop testing per JESD22-B111 and vibration per MIL-STD-883 to rulettif Sertlik.
[FONT:0)Key önleme:[Dönetici:0) Robust mekanik tasarım, satılan ortaklarda dolgunlar gibi stres-relief özelliklerini içerir, optimize edilmiş liderlik geometrileri ve daha fazla kanalba substratları için.
Moisture Ingress and Korozyon
Moisture penetrasyonu, platostisitedeki en korkunç başarısızlık modlarından biridir: 0,0) Renkli enkapsör mikroelektronikler, reflow saterken, sıvı metal hatlarında (düşüküm ve çatlaklara) redüksiyonu ile rektörel olarak rektöre edilen elektrolitler (Dönemli metal hatlarının) ve çatlakları ile ısıtılabilir.
Moisture absorpsiyonu, kalıp bileşiklerinin mekanik özelliklerini de ortadan kaldırır, modulus ve adhesion gücünü azaltır ve bu da düşük nem absorpsiyonunu ve yüksek yüklemeyi kolaylaştıran komponsiyonları optimize eder.
[FONT:0)Key önleme:[Dönetici:0) Parylene, poliimide veya silikon hassas alanlara uygulanır. Hermetici (metal veya seramik paketler) maruz kalma konusunda en yüksek koruma sağlar, ancak plastik paketler için nemlendirme desi, nakliye tepsilerinde nemlendiriciler ve nemserlere karşı hassas seviye (MSL) IPC/JEDEC J-STD-020 yardımını yönetmeye yardımcı olur.
Malzeme Güvenilirliği ve Interfacial Rezorasyonları
Bireysel malzemeler iyi niyetli olduğunda bile, arayüzlerdeki etkileşimler başarısız olabilir. Ortak interfak konular şunları içerir: 03.D:0)Templemetalik bileşik (IMC) oluşturma) sater-metal arayüzleri (örneğin, Cu3Sn ve Cu6Sn5), ki bu da ısıtıcı yaşlanma ve yüksek çözünürlükte (Döner) ilerleyiciler arasında ısıtılabilir.
Ambalaj malzemeleri ve çevre arasındaki kimyasal reaksiyonlar (örneğin, gümüş tahvil pedleri üzerinde sulfur korozyonu) endüstriyel ve otomotiv sistemlerinde daha yaygın hale geliyor. Tin viski büyümesi saf teneke kaplamalardan gelen büyüme kısa bir süre risk oluşturur, böylece nikel alt katta veya tin-alloy'un benimsenmesini sağlar.
[FONT:0)Gön önleme:[Dönetici:[Dönetici) Uygunluk, malzeme çift testi ile doğrulanabilir: hear, tel çekme ve ısı yaşlanma. Diffüzyon bariyerleri (örneğin, nikel veya TiW) istenmeyen IMC büyümesini engelleyebilir.
Materyal Başarısızlığı Önlemleri
Etkili önleme, malzeme seçimi, tasarım geometrisi, koruyucu kaplamaları ve üretim süreci kontrollerini kapsayan bir sistemsel yaklaşım gerektirir.Her bir yönü belirli uygulama ortamına (konsumer, otomotiv, havacılık, tıbbi). Aşağıda ön stratejilerin başlıca kategorileridir.
Malzeme Seçimi ve Karakterizasyon
Doğru malzemeleri seçmek, yüksek çözünürlük uygulamaları için ilk savunma hattıdır: CTE silikon ve substrata karşı maç, cam geçiş sıcaklığı (Tg), flexural modulus, nesiyon, adhesion güç ve ısı iletkenliği. yüksek çözünürlükte uygulamalar için, seramik paketler (a, alüminyum nitrit) daha pahalıya malumiyet ve termal performans sağlar. Plastik paketler füzyon bileşikleri (EMC) füzyon veya alüminyumu daha düşük CTE ile dolu ve nem azaltılabilir.
Düşük CTE ve yüksek modları ile dolduran kaplamalar için üst düzey malzemeler (LCP) ) ve [[Döneticileri ) ile doldurulur.
IPC-4101 için laminatlar ve JEDEC özellikleri için malzeme özelliklerini test etmek, enkapsulants için veri tutarlılığını sağlar. Tedarikçi işbirliği kritiktir - yüksek kullanılabilirlik şirketleri tek bir bağımlılığı önlemek için çok sayıda malzeme kaynağına sahiptir.
Stres Azaltımı için Tasarım Optimizasyonu
Geometrik özellikler stresleri yeniden dağıtabilir ve yüksek suların puanlarını ortadan kaldırabilir. Önemli tasarım uygulamaları şunları içerir:
- [FONT:0]Stress-relief yuvaları ve oluklar[Dönler: 1 ) ölmeden önce mekanik susağa sokmak için çerçeveler.
- [FONT=0)Fillet geometrisi[[Dönetici: 1), ortak kenarlarda stres konsantrasyonlarını azaltmak için, satılan ortak eklemlerde (concave yarı) kullanılmaktadır.
- [FONT:0)Dört kalınlığı kontrol[[DÜT:1) –thicker, uyumlu ölü ek katmanları (örneğin, gümüş dolu epoxy veya satılan preforms) CTE yanlış bir şekilde, sert tabakalardan daha iyi bir şekilde karşılaştırılabilir.
- [FONT:0]Dönemli ölü düzenlemeler[Dönemli bağlantı telleri, enkapsülasyon sırasında tel süpürme ve kısaltmaktan kaçınmak için telleri keserek.
- [FONT:0]Pad düzeni optimizasyonu[[[Dönetici: 1) BGA paketlerinde, ısılı bisiklet altında yorgunluk hayatını geliştiren ortak standoff yükseklikleri en üst seviyeye çıkarmak için kullanılabilir.
[FONT:0)Finite element analizi (FEA)), stres profillerini tahmin etmek ve prototyping öncesi yüksek riskli alanları belirlemek için paket tasarımında standarttır.
Koruyucu Kaplamalar ve Teknolojileri Kapsarlar
Çevre bariyerleri nem, kirleticiler ve kimyasal maruz kalma için gereklidir. Ortak kaplamalar şunları içerir:
- [FONT:0]Conformal kaplamalar[[Dönetici, silikon, parylene): monte edilen PCB'ye ince bir dielektrik tabakası olarak uygulanır. Parylene C özellikle bariyer ve dielektrik gücü için etkilidir.
- [FONT:0) ⁇ : ⁇ [FONT:))) ⁇ Ölçeği, ölülerin altında wick'e, mekanik darbe ve nemza sağlamak için.
- [FONT:0]Hermetic paketleme[Dönetici: Metal (Kovar, Alloy 42) veya seramik (alumina, LTCC) paketler deniz kaynak veya satıcı ile mühürlendi; askeri, havacılık ve implantable cihazlarda kullanıldı.
- [[Düzücüler[Döncüler)[Döncükler ve maruz arabirimler için); hem çevresel hem de suskunma sağlayan malzemeler.
Seçmenlik sıcaklık aralığına bağlıdır ( ⁇ e 250°C'ye kadar iyi performans gösterir, parylene to 130°C) ve optik sistemler için gerekli şeffaflık. MIL-I-46058 ve IPC-CC-830 doğrulama kaplama bütünlüğü ve yalıtım direnci için.
Süreç Kontrolleri ve Kalite Güvencesi
Üretim süreçleri dikkatli kontrol yoluyla en azalabilir stresler sunar:
- [FONT:0]Wire bağ parametreleri[[[DÜT:1]: Ultrasonik güç, bağ gücü ve zaman silikon cratering neden olmadan tutarlı top büyüklüğü ve bağ gücü elde etmek için optimize edilmelidir.
- [FONT:0]Molding sıcaklık ve basınç profilleri[DÜT:1): Tamam doldurma, boşlukları azaltın ve stres kaynaklı savaş sayfalarından kaçının. Post-mold tedavi süreleri ve sıcaklıklar çapraz bağlantıyı ve son adhesion'u etkiler.
- [FONT:0)Reflow satılan profiller[[Dönler: üst sıcaklık ve rampa oranı popcorning ve termal şoku önlemek için satılan salaklama ve bileşen sınırları içinde kalmalıdır.Inmosphere control (N2 reflow) oxidasyon azaltır.
- [FONT:0)Temizler[[Dönler)[Dönler: · 1 ): florx, kaplama veya kullanımdan gelen kalıntıları korozyonu hızlandırabilir.Sürekli ve ayrıştırılmış su yıkamaları standarttır; PC I-TM-650 başına iyonik konsensüs testleri önerilir.
Prodüksiyon ve boşluklar için akustik mikroscopy (CSAM) kullanarak takip etmek, X-ray ortak kalite için inceleme, son testten önce sorunları erken tespit etmek sağlar.
Test ve Kazanılan Derece Protokolleri
Güvenilirlik testleri, bu malzeme ve tasarım seçimlerinin beklenen koşullarda gerekli ömürlerle karşılanmasını doğrulamaktadır. Elektronik ambalaj için Endüstri standart testleri şunları içerir:
- [FONT=0]Temperature Bisiklet (TCT))[FONTC, 500-1000 döngüsü, JEDEC JESD22-A104. Aşağıdaki JEDEC JESD22-A104, satılan ortaklar ve arayüzler için termal yorgunluk değerlendirmek için kullanılır.
- [FONT=0] ⁇ şoku (TST))[Dönemli banyolar arasında hızlı transfer (örneğin, +150°C - 65°C) aşırı sıcaklık gradyanlarını taklit etmek için.
- [FONT:0) Yüksek derecede hızlandırılmış stres testi (HAST))[D2% 130°C /% 85 RÖHİR, JESD22-A110. Evaluates ne yazık ki başarısız başarısızlıklar.
- [FONTD:0]Mechanical şok ve vibrasyon[D4][3][3][3][4][3} için test edin.
- [FONT:0)Shear ve çekme testleri [DD-883 Method 2019) ve tel bağlantı hızı (Method 2011) bağ gücü ölçmek.
- [FONT:0]Electromigration testleri [DDDDDDDDDD:0) Metal hatlarında [DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) ve yüksek akım yoğunluğu (örneğin, 1 × 10 ^5 A /cm2).
Geçim/fail kriterleri elektrik sürekliliği, görsel denetim ve kesitleme ile tanımlanır. Weibull analizi genellikle yaşam özellikleri ve hız faktörleri çıkarmak için başarısız verilere uygulanır.
Trendler ve Gelecek Yolları
Elektronik ambalajlar yüksek entegrasyona doğru gelişti (3D yığınlar, fanlar, fan-out wafer- level paketleme), yeni başarısızlık modları ve mitigation stratejileri ortaya çıkar. Örneğin, [[DÜcretsiz malzemeler aracılığıyla ele alınacaktır (TSVs)), malzeme formülasyonu ve işleme işlemi ile ele alınması gereken stres konsantrasyonlarını ortaya koyar.
Geniş bantgap yarı iletkenleri (SiC, GaN) daha yüksek kavim sıcaklıklarında (>200 °C), daha büyük termal istikrarla paketleme malzemelerini gerektirir - gümüş ölü ek, seramik substratlar ve daha yüksek Tg ile kullanılabilirlik talepleri ve IoT cihazları, yaşam boyu tahminlere dayanan alan verileri ve fizik-offailure modellerine dayanan kullanımları basit hızlandırma faktörleri yerine basit hızlandırma faktörleri.
[FONT:0]Makine öğrenmesi[DÜT:1) malzeme seçimi ve başarısızlık tahminine yardımcı olmak için başlangıçtır, malzeme özellikleri ve alan hataları arasındaki korelasyonları tanımlamak için yeterlilik testlerinden büyük veri setlerini analiz eder. Dijital ikizler paketler sanal yeterlilik sağlar, zaman pazarlamayı azaltır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Elektronik ambalajda malzeme başarısızlığı, çok yönlü bir meydan okumadır, termal, mekanik, çevresel ve kimyasal etkileşimlerin derin bir şekilde anlaşılmasını gerektirir.CTE yanlış bir şekilde ele alınarak, mekanik stres, nezresyon ve malzeme yetersizlik sağlayarak, proaktif, veri odaklı bir şekilde kontroller elde etmek için gereken çok yönlü bir yaklaşım, JEDEC'den gelen standartları önemli ölçüde artırmaktadır.
Daha fazla okuma için, aşağıdaki dış kaynaklar ayrıntılı rehberlik sağlar: JEDEC Solid State Technology Association ([Dönetici:0) www.jedec.org) , IPC Association Connecting Electronics Industries ([DD:2)[[D)[D)[D.05.org)) ve NASA Elektronik Bölümler ve Ambalaj Programı ([Dönetici:0)[FLT: 5).