摘要：隨著塑料封裝集成電路在眾多領域中的廣泛應用，封裝的質量和可靠性水平越來越受到廣大用戶的關注。作為評定和考核封裝可靠性水平的重要特征參數，除通常采用的環境試驗如Autoclave（PCT）、HAST Bias、TH Bias外，MSL（Moisture Sensitivity Level）試驗已成為其中最重要的試驗項目之一。

　　1 前言

　　集成電路的塑料封裝由于成本低、質量好、易自動化、批量大生產，在國內外早已形成工業化大生產的格局。近一時期，隨著筆記本電腦、攝錄機、手機等重量的減輕，帶來與這些配套的集成電路和元器件更小型化和微型化的趨勢。這必然促使對電子元器件的封裝要求越來越小和越來越薄。如32腳薄型的QFN（Quad Flat No Lead）塑料封裝長×寬×高尺寸只有5mm×5mm×0．8mm，腳與腳間距為0．5mm。

　　由于對封裝要求的提高，必然需要相應的封裝設備、封裝材料和受控的封裝工藝生產線來加以保證，尤其對塑料封裝的抗潮性能將會提出更高的要求。

　　因為封裝的模塑料是改性環氧塑料，它屬于熱塑性、線型性的高分子樹脂，并且它本身具有吸濕和透濕兩重性，所以封裝的優劣將導致成品對水氣敏感或不敏感，以致直接影響和降低成品的抗潮性能。

　　2 模塑料與水的敏感程度

　　下面的實驗數據充分說明模塑料的抗潮性能。表1和圖1列出不同模塑料在標準大氣條件和一定時間內的吸濕數據。從吸濕的結果來看，模塑料1的抗潮性比模塑料2好，而模塑料2的抗潮性比模塑料3好。

　　圖2為不同的模塑料（不同的封裝形式）在121℃／100％RH／15：Psig的潮氣中的吸濕狀況和其吸濕達到飽和所需要的時間。從模塑料的材料來看，模塑料4的抗潮性優于模塑料1，而模塑料1的抗潮性則優于模塑料3；從材料吸濕達到飽和的時間來看，TSSOP8封裝的抗潮性劣于SOIC8封裝，而SOIC8封裝的抗潮性則劣于SMD8封裝。

　　3 MSL試驗

　?。?）試驗目的

　　鑒別非氣密性固態表面貼裝器件對潮氣產生的應力的敏感度分級，使塑料封裝產品可以被正確地包裝、貯存和搬運，以免其在回流焊貼裝和／或修理操作中引起損傷。

　?。?）適用范圍

　　適用于非氣密性固態表面貼裝器件。

　?。?）試驗流程

　?。?）潮氣敏感度級別

　　（5）回流焊接的峰值溫度的條件

　?。?）試驗樣品的數量

　　有可靠性試驗評估的：11個／每個級別；沒有可靠性試驗評估的：22個／每個級別。

　?。?）失效標準

　　在試驗樣品中，如一個或大于一個失效，這種封裝形式將被認為預定的試驗級別失效。若存在下例任一情況，則認為樣品失效：

　　·在40倍光學顯微鏡下看到外部開裂；

　　·電性能測試失效；

　　·貫穿一焊接的金絲、金球壓點或楔形壓點的內部開裂；

　　·內部開裂延伸從任意引線腳到其他內部的界面（引線腳、芯片、芯片托板）；

　　·內部開裂延伸從任意內部的界面到塑封體的外部大于2／3的長度；

　　·通過裸視，明顯的看到塑封體平面的變化是由于翹曲、腫脹或膨脹，如樣品仍然滿足共平面和下沉尺寸的話，可認為通過。

　　（8）需要進一步評估的標準 評價分層對于器件可靠性的影響，半導體制造商可以按分層的要求、JEsD22-A113和JESD47或半導體制造商的內部程序文件執行可靠性評估試驗。分層測試是指從潮濕前到回流后，回流前后之間分層變化的值。它所計算的是分層占有關聯的總區域的百分比的變化值?？煽啃栽u估可以由應力試驗、歷史的一般數據分析等組成。如果表面貼裝的器件能通過電性能測試，即使在芯片托板、散熱器、芯片背面（僅限于芯片上引線）上有分層，但是沒有開裂或其他的分層，可以認為它們仍滿足規定分層的標準，同時被認為通過潮氣靈敏度級別。

　?。?）金屬框架封裝的分層的失效標準：

　　·在芯片的有源區域沒有分層；

　　·任何芯片托板的接地區域金絲球焊表面或芯片上引線的器件的分層不大于10％；

　　·延著任何起隔離作用的聚合膜跨越任何金屬界面的分層不大于10％；

　　·在高熱特性封裝中通過芯片粘接區域或需要電接觸到芯片背面的器件，分層／開裂不大于10％；

　　·沒有分層超過它的整個長度的表面破裂界面（一個表面破裂的界面包括引線腳、tie bars、散熱器、熱芯塊等）。

　　（10）失效標準

　　所有失效必須分析并確認該失效機理是否與潮氣敏感度有關聯。如果在選擇的級別中，失效不是起因于回流潮氣敏感度，則認為這器件仍通過相應的潮氣敏感度級別。

　?。?1）可靠性評估試驗的項目／條件和判據

　　對于預定的MSL級別，先進行MSL的預處理試驗（除了MSL流程圖中的第2、4、6、9步）。預處理試驗后，建議做以下兩項可靠性評估試驗（試驗樣品的數量和合格判決可參考JESD47中的試驗方案）。

　　·168小時#121℃100％RH 15Psig PCT測試。

　　·100次循環#一65-150℃T／C測試。

　?。?2）潮氣／回流敏感度分級

　　·若某一封裝通過了MSL 1級，則認為該封裝對潮氣是不敏感的。出貨時，不必采用干包裝。

　　·若某一封裝沒有通過MSL 1級，但通過了2～5級中的某一級，則認為該封裝對潮氣是敏感的，可以按照J-STD-033的要求，出貨時必須采用干包裝。

　　·若某一封裝僅通過MSL 6級，則認為該封裝對潮氣是非常敏感的，只用干包裝是不夠的。出貨時，應通知客戶該封裝的MSL級別。同時，提供該封裝的解吸曲線。

　?。?3）吸收和解吸曲線

　　該曲線應由封裝廠提供。

　　（14）參考標準

　　請參考J-STD 020B。

　　4 結論

　　根據非氣密性的SMD（Surface Mount Device）產品的MSL試驗級別，能獲得該產品的封裝可靠性水平，可以監督和促使封裝廠家改進封裝質量，從而保證公司產品的質量信譽；對潮氣敏感的SMD產品，可以采用干包裝提供給客戶。對潮氣非常敏感的SMD產品，在發貨時可以通知客戶其產品的MSL試驗級別，以便客戶對該產品采取烘烤的措施（具體的溫度和時間取決于封裝廠家提供的該封裝的解析曲線），從而避免SMD產品在表面貼裝時，發生爆米花或其他缺陷；大多數集成電路制造廠已將MSL試驗作為對封裝廠家工程認定的關鍵項目之一。