文章來源：學習那些事

原文作者：前路漫漫

本文主要講述封裝缺陷。

概述

在電子器件封裝過程中，會出現多種類型的封裝缺陷，主要涵蓋引線變形、底座偏移、翹曲、芯片破裂、分層、空洞、不均封裝、毛邊、外來顆粒以及不完全固化等。

引線變形

引線變形現象，多發生于塑封料流動階段，表現為引線出現位移或形態改變。衡量這一缺陷程度，常采用引線最大橫向位移 x 與引線長度 L 的比值 x/L 作為量化指標。在高密度 I/O 器件封裝場景中，引線彎曲極易引發電器短路故障；同時，彎曲產生的應力還可能致使鍵合點開裂，削弱鍵合強度。而封裝設計、引線布局、引線材料與規格、模塑料特性、引線鍵合工藝以及封裝流程等，均會對引線鍵合產生影響；至于引線直徑、長度、斷裂載荷、密度等參數，更是與引線彎曲程度緊密相關。

底座偏移

底座偏移指的是芯片載體（即芯片底座）發生形變與位置偏離。塑封料的流動性能、引線框架的組裝設計方案，以及塑封料和引線框架的材料特性，均是導致底座偏移的關鍵因素。像薄型小尺寸封裝（TSOP）、薄型方形扁平封裝（TQFP）這類封裝器件，由于引線框架較薄，在封裝過程中更易出現底座偏移與弓腳變形問題，底座偏移情況可參考下圖。

翹曲

封裝器件在平面之外發生的彎曲與形變，被稱為翹曲。塑封工藝引發的翹曲不僅會帶來分層、芯片開裂等可靠性隱患，還會在制造環節造成諸多問題。以塑封球柵陣列（PBGA）器件為例，翹曲會導致焊料球共面性不佳，使得器件在回流焊組裝至印刷電路板時出現故障。

在封裝工藝中，貼裝問題里的翹曲現象存在內凹、外凸以及組合模式這三種類型，具體形態如下圖所示。塑封料成分、模塑料濕氣含量、封裝幾何結構等，都是引發翹曲的潛在因素。通過精準把控塑封材料及其成分、優化工藝參數、調整封裝結構并管理封裝前環境條件，能夠最大程度減少封裝翹曲。在部分場景下，還可采用對電子組件封裝背面進行處理的方式來補償翹曲。例如，大陶瓷電路板或多層板的外部連接集中在同一側時，對其背面實施封裝操作，可有效降低翹曲程度。

芯片破裂

此外，封裝工藝過程中產生的應力會致使芯片破裂，而且往往會加劇前道組裝工序中已形成的微裂縫。晶圓或芯片減薄、背面研磨、芯片黏結等操作步驟，均可能促使芯片裂縫產生。值得注意的是，出現破裂、機械失效的芯片，并不一定會立即出現電氣失效情況。芯片破裂是否會引發器件瞬間電氣故障，與裂縫的延伸路徑密切相關。比如，若裂縫產生于芯片背面，或許不會對芯片內部敏感結構造成影響。由于硅晶圓質地薄且脆，晶圓級封裝更容易出現芯片破裂問題。因此，在轉移成型工藝中，需嚴格管控夾持壓力、成型轉換壓力等工藝參數，以此防范芯片破裂。而在 3D 堆疊封裝領域，疊層工藝的特性使得芯片破裂風險顯著增加，芯片疊層結構、基板厚度、模塑體積、模套厚度等設計因素，都會對 3D 封裝中芯片破裂情況產生影響 。

分層

分層或黏結不牢，本質上是塑封料與相鄰材料界面出現分離的現象。這類缺陷可能出現在塑封微電子器件的任意區域，無論是封裝過程、后封裝制造環節，還是器件使用階段，都有可能發生。其中，封裝工藝導致的界面黏結不良，是引發分層的關鍵因素。界面空洞、封裝時的表面污染以及固化不完全等情況，均會致使黏結效果不佳。此外，固化與冷卻過程中產生的收縮應力、翹曲，以及塑封料和相鄰材料間熱膨脹系數（CTE）不匹配引發的熱 - 機械應力，也都是分層問題的誘因。

空洞

在封裝工藝里，氣泡嵌入環氧材料形成空洞的情況，可能貫穿轉移成型、填充、灌封、塑封料印刷等各個階段。通過排空或抽真空等減少空氣量的手段，能夠有效降低空洞出現的概率。據相關研究，采用1--300Torr（1 個大氣壓760Torr，1Torr = 1.01325×10?Pa）的真空壓力范圍可取得較好效果。填模仿真分析顯示，底部熔體前沿與芯片接觸會阻礙流動性，部分熔體前沿向上經芯片外圍大開口區域填充半模頂部，新老熔體前沿在此交匯，進而產生起泡現象。

不均封裝

塑封體厚度不均會引發翹曲和分層問題。傳統的轉移成型、壓力成型、灌注封裝等技術，較少出現此類缺陷；而晶圓級封裝因其工藝特性，更容易導致塑封厚度不一致。為保障塑封層厚度均勻，需固定晶圓載體，盡量減小其傾斜度，以便刮刀安裝；同時，還需精準控制刮刀位置，維持刮刀壓力穩定。在塑封料硬化前，若填充粒子局部聚集、分布不均，或者塑封料混合不充分，都會造成材料組成不一致。

毛邊

毛邊是塑封成型時，模塑料通過分型線沉積在器件引腳上形成的。夾持壓力不足是產生毛邊的主因，若不及時清除引腳上的模料殘留，會在組裝階段引發諸多問題，如后續封裝過程中鍵合或黏附不充分。樹脂泄漏則屬于較為輕微的毛邊形態。

外來顆粒及不完全固化

當封裝材料接觸受污染的環境、設備或其他材料時，外來粒子會在封裝內部擴散，并附著在 IC 芯片、引線鍵合點等金屬部位，進而引發腐蝕及其他可靠性問題。固化時間不足、溫度偏低，或是兩種封裝料灌注時混合比例出現偏差，都會導致不完全固化。為充分發揮封裝材料性能，不僅要確保其完全固化，在許多封裝工藝中，還可采用后固化工藝輔助；同時，必須嚴格把控封裝料的配比精度。