QFN封装界面分层失效研究

摘要

金属框架类塑料电子封装属于非气密性封装,对湿气、温度等环境因素变化的耐受能力不是很强。在电子封装中往往会出现一些由于湿气侵入、温度过热等产生的可靠性问题,特别是分层现象。方形扁平无引脚封装(QFN)是一种尺寸较小,以环氧塑封料作为密封材料的表面贴装芯片封装技术。由于其结构特点与湿气的扩散不均容易引起湿热应力变化梯度加大,导致材料交界处应力集中现象明显。
　　 采用温湿度敏感度评价实验及湿-热仿真方法,分析温湿度条件变化对于QFN封装分层失效的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、超声波扫描显微镜(C-SAM)等观察发现,QFN存在多种分层形式,特别是在封装断面研磨的SEM图像上发现芯片粘结剂内部有空洞出现。利用有限元数值模拟的方法,对QFN封装的内部湿气扩散、回流过程中的热应力分布等进行了仿真,分析QFN分层失效的形成原因。研究结果表明,湿热合成应力是单纯考虑热应力情况的1.66倍左右,由于塑封料、芯片、框架间热膨胀系数(CTE)失配,器件在高温状态湿气扩散形成高气压条件下更易产生分层。通过将模拟分析结果运用于实际封装生产,选用135℃玻璃转化温度、120cm螺线流动度的EME-G770塑封料,金属框架增加塑封锁,获得结构上的突破改变,实际封装切割工艺中降低主轴转速至21k,降低进刀速度至30mm/s,实现降低QFN封装分层小于10％的实际生产目标。
　　 本课题的研究有助QFN封装产品在实际进入生产线之前及早做出正确的工艺可靠性判断,获得改善QFN分层失效的措施。对于降低塑料电子封装在生产过程和实际应用中的失效,减少经济损失,具有很好的实践指导意义,满足封装产品长期使用的可靠性要求。