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芯片封裝形式一般包括直插式、貼片式、芯片級(jí)和晶圓級(jí)等多種，其中TO94是應(yīng)用最廣的直插式封裝類(lèi)型之一，特別是在電流檢測(cè)、光伏發(fā)電等領(lǐng)域。TO94典型封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)包括塑封體、裸芯片、引線(xiàn)框架、鍵合線(xiàn)四大部分，其中引線(xiàn)框架又分為焊盤(pán)、內(nèi)引腳和外引腳，TO94封裝最大特點(diǎn)是外引腳長(zhǎng)度要明顯大于其他方向的尺寸，使其應(yīng)用場(chǎng)景兼容性更廣。同時(shí)，作為典型的塑封類(lèi)型，TO94芯片在高溫高濕或劇烈震動(dòng)等變化的實(shí)際環(huán)境中，極易發(fā)生可靠性失效問(wèn)題，造成應(yīng)用端模塊的失效。

圖1 TO封裝結(jié)構(gòu)圖

常見(jiàn)失效現(xiàn)象

TO94封裝常見(jiàn)的可靠性失效位置如圖2所示，包括塑封體內(nèi)部、不同材料接觸界面、鍵合點(diǎn)等位置。

氣相誘導(dǎo)裂紋

氣相誘導(dǎo)裂紋，又稱(chēng)爆米花現(xiàn)象，是指塑封體本身在環(huán)境中吸潮后，當(dāng)使用過(guò)程中再遇到高溫作業(yè)，水汽會(huì)迅速膨脹將器件撐開(kāi)，導(dǎo)致封裝體鼓包、開(kāi)裂、鍵合點(diǎn)斷開(kāi)、結(jié)構(gòu)變形等，造成結(jié)構(gòu)和電性功能異常，該現(xiàn)象屬于在特定條件下的瞬態(tài)失效模型。

分層失效

TO封裝分層失效點(diǎn)主要位于塑封體、引線(xiàn)框架、芯片、焊點(diǎn)之間的界面。由于金屬材料、高分子材料、半導(dǎo)體材料具有差異的熱膨脹系數(shù)(CTE)，當(dāng)器件在外界溫濕度變化時(shí)，多種材料反復(fù)膨脹收縮程度不同，造成不同材料界面的分層，屬于典型的累積失效模型。

鍵合點(diǎn)脫落

鍵合線(xiàn)連接芯片功能焊盤(pán)和引線(xiàn)框架引腳焊盤(pán)，具有電氣連接的功能，鍵合點(diǎn)脫落直接造成斷路，使器件失效。鍵合點(diǎn)一般為金焊球與鋁焊盤(pán)的兩種金屬材料的接觸和結(jié)合，該位置的失效屬于雙金屬活化與擴(kuò)散的物理失效模型。兩種金屬材料接觸會(huì)形成合金界面，當(dāng)界面形成了過(guò)量的脆性金屬間化合物（即柯肯達(dá)爾空洞），就會(huì)造成鍵合界面接觸電阻增大、強(qiáng)度下降，導(dǎo)致鍵合點(diǎn)脫落。

提升封裝可靠性的方法

等離子清洗

在鍵合打線(xiàn)前增加等離子清洗工序能夠明顯提升鍵合工藝的可靠性。功能芯片的鋁焊盤(pán)，暴露在空氣中極易氧化、被水汽腐蝕，等離子清洗可以明顯去除該焊盤(pán)位置的薄金屬氧化層、缺陷、沾污等，提升結(jié)合力；引線(xiàn)框架的鍍銀表面質(zhì)量與電鍍工藝相關(guān)，增加等離子清洗，框架鍍層會(huì)更加致密緊實(shí)，可提升焊球與框架鍍層的結(jié)合力。而在塑封前增加等離子清洗，可明顯改善框架的表面活性，提高框架與塑封體的結(jié)合。