電子器(qi)件是一(yi)個非(fei)常復雜的(de)(de)系統，其封裝(zhuang)過程的(de)(de)缺(que)陷(xian)(xian)和失效也(ye)是非常復(fu)雜的(de)(de)。因此，研究(jiu)封裝(zhuang)缺(que)陷(xian)(xian)和失效需要對封裝(zhuang)過程有一個系統性的(de)(de)了解，這(zhe)樣才能從多個角度去分析(xi)缺(que)陷(xian)(xian)產生的(de)(de)原因。
封裝的失效機(ji)(ji)理可(ke)以分(fen)為兩(liang)類：過應(ying)力和磨(mo)損。過應(ying)力失效往(wang)往(wang)是瞬時的、災難性的；磨(mo)損失效是長期的累積(ji)損壞，往(wang)往(wang)首先表示為性能退化(hua)，接著才是器件(jian)失效。失效的負(fu)載類型又(you)可(ke)以分(fen)為機(ji)(ji)械、熱、電氣、輻射和化(hua)學負(fu)載等。
影響(xiang)封裝缺陷(xian)(xian)和(he)失效(xiao)的因素(su)是多種(zhong)多樣的， 材料成分(fen)和(he)屬性、封裝設(she)計(ji)、環(huan)境(jing)條件和(he)工藝參(can)數等都會有所影響(xiang)。確(que)(que)定(ding)影響(xiang)因素(su)和(he)預(yu)防封裝缺陷(xian)(xian)和(he)失效(xiao)的基本前提。影響(xiang)因素(su)可以(yi)通過(guo)試驗或者模(mo)擬仿真的方(fang)(fang)法(fa)來確(que)(que)定(ding)，一般多采用物(wu)理模(mo)型(xing)法(fa)和(he)數值參(can)數法(fa)。對(dui)于更復(fu)雜的缺陷(xian)(xian)和(he)失效(xiao)機理，常(chang)常(chang)采用試差(cha)法(fa)確(que)(que)定(ding)關(guan)鍵的影響(xiang)因素(su)，但是這個方(fang)(fang)法(fa)需要較長的試驗時間(jian)和(he)設(she)備修正，效(xiao)率低(di)、花費(fei)高(gao)。
在分(fen)析失效機理(li)的過程中(zhong)， 采(cai)用(yong)(yong)魚(yu)(yu)骨(gu)圖(tu)（因(yin)(yin)果圖(tu)）展示影響因(yin)(yin)素是行業通用(yong)(yong)的方(fang)法。魚(yu)(yu)骨(gu)圖(tu)可(ke)以說明復雜的原因(yin)(yin)及影響因(yin)(yin)素和封(feng)裝(zhuang)缺(que)陷之間的關系，也可(ke)以區分(fen)多(duo)種原因(yin)(yin)并將其分(fen)門別類。生產(chan)應用(yong)(yong)中(zhong)，有一類魚(yu)(yu)骨(gu)圖(tu)被稱為6Ms：從機器、方(fang)法、材料、量度(du)、人力和自然力等六(liu)個維度(du)分(fen)析影響因(yin)(yin)素。
這一(yi)張圖(tu)所(suo)示(shi)的是展示(shi)塑封芯片(pian)分(fen)層(ceng)原(yuan)因(yin)的魚骨圖(tu)，從設計(ji)、工(gong)藝、環境和材料(liao)四個方(fang)面(mian)進行了分(fen)析(xi)。通過魚骨圖(tu)，清(qing)晰地展現了所(suo)有的影(ying)響因(yin)素，為(wei)失效(xiao)分(fen)析(xi)奠定了良好基礎。
如上一節所述，封裝的負(fu)載類(lei)型可(ke)以分為機(ji)械(xie)、熱、電氣、輻射(she)和(he)化學負(fu)載。
失(shi)效機理的(de)分類
機械載荷：包括(kuo)物理沖擊、振動(dong)、填(tian)充顆(ke)粒(li)在(zai)硅芯片上施(shi)加的(de)(de)應力(li)(li)(li)（如收(shou)縮應力(li)(li)(li)）和慣性(xing)力(li)(li)(li)（如宇(yu)宙飛船的(de)(de)巨大(da)加速度(du)）等(deng)(deng)。材(cai)料對(dui)這些載荷的(de)(de)響應可能(neng)表現為彈性(xing)形變、塑性(xing)形變、翹(qiao)曲、脆性(xing)或柔(rou)性(xing)斷(duan)裂、界面(mian)分層、疲勞裂縫產(chan)生和擴展、蠕變以及蠕變開裂等(deng)(deng)等(deng)(deng)。
熱載荷：包括芯(xin)片黏(nian)結劑(ji)固(gu)化(hua)時(shi)的高溫、引(yin)線(xian)鍵(jian)合前(qian)的預(yu)加熱、成型工(gong)藝、后固(gu)化(hua)、鄰近元器件(jian)的再(zai)加工(gong)、浸焊、氣(qi)相焊接(jie)和(he)回流焊接(jie)等(deng)(deng)等(deng)(deng)。外部(bu)熱載荷(he)會(hui)(hui)使材料(liao)因熱膨脹而發生尺寸變化(hua)，同時(shi)也會(hui)(hui)改(gai)變蠕變速(su)率(lv)等(deng)(deng)物理屬性。如發生熱膨脹系數(shu)失(shi)配（CTE失(shi)配）進而引(yin)發局部(bu)應力，并(bing)最終導致封裝結構失(shi)效(xiao)。過大的熱載荷(he)甚(shen)至可能會(hui)(hui)導致器件(jian)內(nei)易(yi)燃(ran)材料(liao)發生燃(ran)燒。
電載荷：包括突(tu)然(ran)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)沖擊、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)不穩或電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)傳輸時突(tu)然(ran)的(de)振(zhen)蕩（如(ru)接地不良）而(er)引起的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)波動、靜(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)、過電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)應力等(deng)。這些外部電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)載荷可(ke)(ke)能(neng)導(dao)致介質(zhi)擊穿、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)表面擊穿、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)的(de)熱(re)損耗或電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)遷移。也可(ke)(ke)能(neng)增加(jia)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)解腐(fu)蝕、樹枝狀結(jie)晶生(sheng)長(chang)，引起漏電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、熱(re)致退化等(deng)。
化學載荷：包括(kuo)化(hua)學使用環境導致的(de)(de)腐(fu)蝕、氧化(hua)和離子表(biao)面枝晶生長。由于濕(shi)氣能通(tong)過塑(su)(su)封(feng)(feng)(feng)料滲透，因此在(zai)潮濕(shi)環境下濕(shi)氣是(shi)影(ying)響塑(su)(su)封(feng)(feng)(feng)器(qi)(qi)(qi)件(jian)的(de)(de)主(zhu)要問題。被塑(su)(su)封(feng)(feng)(feng)料吸收的(de)(de)濕(shi)氣能將塑(su)(su)封(feng)(feng)(feng)料中的(de)(de)催化(hua)劑殘(can)留萃取出來，形成(cheng)副產物進入(ru)芯(xin)片粘接的(de)(de)金屬底座、半導體材(cai)料和各種(zhong)(zhong)界面，誘發導致器(qi)(qi)(qi)件(jian)性能退(tui)化(hua)甚至失(shi)(shi)效。例如，組裝后殘(can)留在(zai)器(qi)(qi)(qi)件(jian)上的(de)(de)助焊劑會通(tong)過塑(su)(su)封(feng)(feng)(feng)料遷移到芯(xin)片表(biao)面。在(zai)高頻(pin)電(dian)路中，介質(zhi)屬性的(de)(de)細微變(bian)化(hua)（如吸潮后的(de)(de)介電(dian)常(chang)數、耗(hao)散因子等的(de)(de)變(bian)化(hua)）都非常(chang)關鍵(jian)。在(zai)高電(dian)壓(ya)轉換器(qi)(qi)(qi)等器(qi)(qi)(qi)件(jian)中，封(feng)(feng)(feng)裝體擊(ji)穿電(dian)壓(ya)的(de)(de)變(bian)化(hua)非常(chang)關鍵(jian)。此外，一些(xie)環氧聚酰(xian)胺和聚氨酯如若長期(qi)暴露(lu)在(zai)高溫高濕(shi)環境中也(ye)會引起降解(jie)（有時也(ye)稱為“逆轉”）。通(tong)常(chang)采用加速(su)試(shi)驗來鑒定塑(su)(su)封(feng)(feng)(feng)料是(shi)否(fou)易發生該(gai)種(zhong)(zhong)失(shi)(shi)效。
需要注意的(de)(de)(de)是，當(dang)施(shi)加不(bu)同類型載(zai)荷的(de)(de)(de)時候，各種失(shi)效機(ji)理可能同時在塑(su)封器件上產生交(jiao)(jiao)互作用。例如，熱載(zai)荷會(hui)使封裝(zhuang)體(ti)結構內相鄰材料間發生熱膨脹系數失(shi)配，從而(er)引起機(ji)械失(shi)效。其他的(de)(de)(de)交(jiao)(jiao)互作用，包括應(ying)(ying)力輔助腐(fu)蝕、應(ying)(ying)力腐(fu)蝕裂(lie)紋、場致(zhi)金屬(shu)遷移、鈍化層和電解質層裂(lie)縫、濕熱導致(zhi)的(de)(de)(de)封裝(zhuang)體(ti)開裂(lie)以及溫度導致(zhi)的(de)(de)(de)化學(xue)反應(ying)(ying)加速等等。在這(zhe)些情況(kuang)下，失(shi)效機(ji)理的(de)(de)(de)綜合影(ying)(ying)響并不(bu)一(yi)定等于(yu)個(ge)體(ti)影(ying)(ying)響的(de)(de)(de)總和。
封(feng)裝缺陷主要(yao)包括引(yin)線變形(xing)、底座偏移、翹曲、芯(xin)片破(po)裂、分層、空(kong)洞、不均勻封(feng)裝、毛邊、外來顆粒和不完全固(gu)化等(deng)。
引(yin)線(xian)變(bian)形(xing)通(tong)(tong)常指塑封料流動(dong)過(guo)程中引(yin)起的(de)(de)引(yin)線(xian)位移或者(zhe)變(bian)形(xing)，通(tong)(tong)常采用引(yin)線(xian)最(zui)大橫向位移x與引(yin)線(xian)長(chang)度L之間的(de)(de)比值x/L來表示(shi)。引(yin)線(xian)彎(wan)曲可能會(hui)導致(zhi)電器短(duan)路(lu)（特別是(shi)在高密度I/O器件封裝中）。有時，彎(wan)曲產生的(de)(de)應力(li)會(hui)導致(zhi)鍵(jian)合點開裂(lie)或鍵(jian)合強(qiang)度下(xia)降。
影(ying)響(xiang)(xiang)引(yin)(yin)線(xian)鍵合的因素包(bao)(bao)括封裝設計、引(yin)(yin)線(xian)布局、引(yin)(yin)線(xian)材料與尺寸、模塑料屬性、引(yin)(yin)線(xian)鍵合工藝和(he)(he)封裝工藝等。影(ying)響(xiang)(xiang)引(yin)(yin)線(xian)彎曲的引(yin)(yin)線(xian)參數包(bao)(bao)括引(yin)(yin)線(xian)直徑、引(yin)(yin)線(xian)長度、引(yin)(yin)線(xian)斷(duan)裂載荷和(he)(he)引(yin)(yin)線(xian)密度等等。
底(di)座偏移(yi)指的是支撐芯片的載體(ti)（芯片底(di)座）出(chu)現變(bian)形和偏移(yi)。
如圖所示為塑封料(liao)導致的(de)底(di)座偏移，此時，上下層(ceng)模塑腔體內不均勻的(de)塑封料(liao)流(liu)動會導致底(di)座偏移。
影(ying)響底座偏(pian)移的因(yin)素包括(kuo)塑(su)封料的流(liu)動性(xing)、引線(xian)框架的組裝(zhuang)(zhuang)設(she)計以及(ji)塑(su)封料和引線(xian)框架的材料屬性(xing)。薄型(xing)(xing)小尺寸封裝(zhuang)(zhuang)（TSOP）和薄型(xing)(xing)方(fang)形扁平封裝(zhuang)(zhuang)（TQFP）等封裝(zhuang)(zhuang)器件由于引線(xian)框架較薄，容(rong)易發生(sheng)底座偏(pian)移和引腳變形。
翹(qiao)曲(qu)是指(zhi)封(feng)裝器(qi)(qi)(qi)件在平面外的彎(wan)曲(qu)和變形。因(yin)塑封(feng)工(gong)藝而引起(qi)的翹(qiao)曲(qu)會導致如分層(ceng)和芯片(pian)開裂等一(yi)系(xi)(xi)列的可靠性問(wen)(wen)題(ti)。 翹(qiao)曲(qu)也會導致一(yi)系(xi)(xi)列的制造(zao)問(wen)(wen)題(ti)，如在塑封(feng)球(qiu)柵陣列（PBGA）器(qi)(qi)(qi)件中，翹(qiao)曲(qu)會導致焊料球(qiu)共面性差(cha)，使器(qi)(qi)(qi)件在組裝到印刷電路(lu)板的回流焊過(guo)程中發生貼裝問(wen)(wen)題(ti)。
翹曲(qu)模式(shi)包(bao)括內凹、外凸和組(zu)合模式(shi)三種
導致翹(qiao)曲的(de)原因主要包括CTE失(shi)配(pei)和(he)固化/壓縮(suo)收(shou)縮(suo)。后(hou)者一開始并(bing)沒有受到太多的(de)關注，深入(ru)研究(jiu)發(fa)現，模塑(su)料的(de)化學收(shou)縮(suo)在(zai)IC器(qi)件的(de)翹(qiao)曲中(zhong)也扮演著重(zhong)要角色，尤其是在(zai)芯片(pian)上下兩側厚度不同(tong)的(de)封裝器(qi)件上。在(zai)固化和(he)后(hou)固化的(de)過(guo)程中(zhong)，塑(su)封料在(zai)高固化溫度下將發(fa)生(sheng)化學收(shou)縮(suo)，被稱為(wei)“熱(re)化學收(shou)縮(suo)”。通過(guo)提高玻璃化轉變溫度和(he)降低Tg附近的(de)熱(re)膨脹系(xi)數變化，可以(yi)減(jian)小固化過(guo)程中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)化學收(shou)縮(suo)。
導致翹(qiao)曲的(de)(de)因素還包括諸如塑(su)封(feng)料成(cheng)(cheng)分、模塑(su)料濕氣、封(feng)裝(zhuang)的(de)(de)幾何結(jie)構(gou)等等。通(tong)過對塑(su)封(feng)材料和(he)成(cheng)(cheng)分、工藝參數、封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)和(he)封(feng)裝(zhuang)前環境的(de)(de)把(ba)控，可(ke)以將封(feng)裝(zhuang)翹(qiao)曲降低(di)到(dao)最小(xiao)。在某些情(qing)況下，可(ke)以通(tong)過封(feng)裝(zhuang)電(dian)子組件的(de)(de)背面來進(jin)行(xing)翹(qiao)曲的(de)(de)補償。例如，大陶(tao)瓷電(dian)路板(ban)或多(duo)層(ceng)板(ban)的(de)(de)外部連接位(wei)于同一側(ce)，對他們進(jin)行(xing)背面封(feng)裝(zhuang)可(ke)以減小(xiao)翹(qiao)曲。
封裝工(gong)(gong)藝中(zhong)產生(sheng)的應力會(hui)(hui)導(dao)致芯片(pian)破裂(lie)。封裝工(gong)(gong)藝通常會(hui)(hui)加重前道組(zu)裝工(gong)(gong)藝中(zhong)形成(cheng)的微裂(lie)縫(feng)。晶圓或芯片(pian)減薄、背面研磨以及芯片(pian)粘結(jie)都(dou)是可能導(dao)致芯片(pian)裂(lie)縫(feng)萌(meng)生(sheng)的步驟。
破裂的(de)(de)、機械失(shi)效的(de)(de)芯(xin)片不(bu)一(yi)定會(hui)(hui)發生電氣失(shi)效。芯(xin)片破裂是否會(hui)(hui)導致器件的(de)(de)瞬間電氣失(shi)效還取決于裂縫的(de)(de)生長路徑。例如(ru)，若裂縫出(chu)現(xian)在芯(xin)片的(de)(de)背面，可能不(bu)會(hui)(hui)影響到任何敏感結構(gou)。
因(yin)為硅晶圓(yuan)(yuan)比(bi)較薄(bo)且(qie)脆，晶圓(yuan)(yuan)級封裝(zhuang)更容易發生芯片(pian)破裂。因(yin)此(ci)，必須嚴格控制(zhi)轉移成(cheng)型(xing)工(gong)藝(yi)中的夾持壓力(li)和成(cheng)型(xing)轉換壓力(li)等(deng)工(gong)藝(yi)參數，以防止芯片(pian)破裂。3D堆疊(die)封裝(zhuang)中因(yin)疊(die)層(ceng)工(gong)藝(yi)而容易出(chu)現芯片(pian)破裂。在3D封裝(zhuang)中影(ying)響芯片(pian)破裂的設計因(yin)素包括芯片(pian)疊(die)層(ceng)結構、基板厚度、模塑體積和模套厚度等(deng)。
分層或粘(zhan)結不牢指的(de)是在(zai)(zai)(zai)塑(su)封料和(he)其相(xiang)鄰材料界面(mian)之間(jian)的(de)分離。分層位置可能(neng)發(fa)生在(zai)(zai)(zai)塑(su)封微電(dian)子器(qi)件中的(de)任何區(qu)域；同時也可能(neng)發(fa)生在(zai)(zai)(zai)封裝(zhuang)工藝、后封裝(zhuang)制造階段或者器(qi)件使(shi)用階段。
封裝(zhuang)工藝導致(zhi)的(de)不(bu)(bu)良粘接(jie)(jie)界面是引(yin)起分(fen)層(ceng)的(de)主要因(yin)素(su)。界面空洞(dong)、封裝(zhuang)時的(de)表(biao)面污染和(he)(he)(he)固(gu)化不(bu)(bu)完(wan)全都會導致(zhi)粘接(jie)(jie)不(bu)(bu)良。其他影響因(yin)素(su)還包括(kuo)固(gu)化和(he)(he)(he)冷卻(que)時收縮應(ying)力與(yu)翹曲。在冷卻(que)過程中，塑封料和(he)(he)(he)相(xiang)鄰材料之(zhi)間的(de)CTE不(bu)(bu)匹配也會導致(zhi)熱-機械應(ying)力，從而導致(zhi)分(fen)層(ceng)。
可(ke)以(yi)根據界面類型對分層進行分類
封(feng)裝(zhuang)工(gong)藝中(zhong)(zhong)，氣(qi)(qi)泡嵌入環氧(yang)材料中(zhong)(zhong)形成(cheng)了空(kong)洞(dong)，空(kong)洞(dong)可以發生在封(feng)裝(zhuang)工(gong)藝過程中(zhong)(zhong)的(de)任意階(jie)段，包括(kuo)轉移成(cheng)型、填充、灌(guan)封(feng)和塑封(feng)料至于空(kong)氣(qi)(qi)環境下的(de)印(yin)刷。通過最(zui)小化空(kong)氣(qi)(qi)量，如(ru)排空(kong)或者抽真(zhen)空(kong)，可以減少(shao)空(kong)洞(dong)。有(you)報道采用(yong)的(de)真(zhen)空(kong)壓力范(fan)圍為1~300Torr（一個大氣(qi)(qi)壓為760Torr）。
填模(mo)仿(fang)真(zhen)分析(xi)認為(wei)，是底(di)部(bu)熔(rong)(rong)(rong)體(ti)前(qian)(qian)沿(yan)與芯(xin)片(pian)接(jie)觸，導致了流(liu)動(dong)性受到(dao)阻(zu)礙(ai)。部(bu)分熔(rong)(rong)(rong)體(ti)前(qian)(qian)沿(yan)向上流(liu)動(dong)并通過芯(xin)片(pian)外圍的大開口區(qu)域填充半(ban)模(mo)頂部(bu)。新形成的熔(rong)(rong)(rong)體(ti)前(qian)(qian)沿(yan)和吸附的熔(rong)(rong)(rong)體(ti)前(qian)(qian)沿(yan)進入半(ban)模(mo)頂部(bu)區(qu)域，從而形成起泡。
非(fei)均勻(yun)(yun)的(de)塑(su)封(feng)體厚度(du)會導致翹曲和分層。傳統的(de)封(feng)裝技(ji)術，諸如轉(zhuan)移成(cheng)型、壓(ya)力成(cheng)型和灌注封(feng)裝技(ji)術等，不易產(chan)生(sheng)厚度(du)不均勻(yun)(yun)的(de)封(feng)裝缺陷。晶圓級封(feng)裝因(yin)其(qi)工(gong)藝特點，而特別容(rong)易導致不均勻(yun)(yun)的(de)塑(su)封(feng)厚度(du)。
為(wei)了確保獲(huo)得(de)均(jun)勻(yun)的塑封層(ceng)厚度(du)，應固定晶圓載體使(shi)其傾斜度(du)最小以(yi)便(bian)于刮刀(dao)安裝(zhuang)。此外，需要進(jin)行刮刀(dao)位置(zhi)控制以(yi)確保刮刀(dao)壓力穩(wen)定，從而得(de)到均(jun)勻(yun)的塑封層(ceng)厚度(du)。
在硬化前，當填充粒子在塑封(feng)料中(zhong)的(de)局部區域聚(ju)集并形成不均勻分(fen)布(bu)時，會導致不同質(zhi)或不均勻的(de)材(cai)料組成。塑封(feng)料的(de)不充分(fen)混合將會導致封(feng)裝灌封(feng)過程中(zhong)不同質(zhi)現象的(de)發生。
毛邊(bian)是指在塑(su)封成型工藝中通過分型線并沉積在器(qi)件引腳上的模塑(su)料。
夾持壓力不(bu)足是(shi)產(chan)生毛邊的(de)(de)主要原因。如果引腳上的(de)(de)模料殘留沒有及(ji)時清除，將導致組裝階段(duan)產(chan)生各種問題。例如，在下(xia)一(yi)個封裝階段(duan)中鍵(jian)合或者黏(nian)附(fu)不(bu)充(chong)分。樹(shu)脂泄漏是(shi)較稀疏的(de)(de)毛邊形式。
在(zai)封裝工藝中(zhong)(zhong)(zhong)，封裝材料若暴(bao)露在(zai)污(wu)染的環境、設備或者材料中(zhong)(zhong)(zhong)，外來粒子就會在(zai)封裝中(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)散并聚集在(zai)封裝內的金屬(shu)部位上（如IC芯片和引(yin)線(xian)鍵合點），從而導致腐蝕和其(qi)他的后續(xu)可(ke)靠性問(wen)題。
固化(hua)時間不足或者固化(hua)溫度偏低(di)都會導致不完(wan)全固化(hua)。另外，在兩種封(feng)裝(zhuang)料的(de)灌注中，混合比例的(de)輕微偏移都將導致不完(wan)全固化(hua)。為了最大化(hua)實(shi)現(xian)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料的(de)特性(xing)，必須(xu)確(que)保封(feng)裝(zhuang)材(cai)料完(wan)全固化(hua)。在很多封(feng)裝(zhuang)方(fang)法(fa)中，允許采用后(hou)固化(hua)的(de)方(fang)法(fa)確(que)保封(feng)裝(zhuang)材(cai)料的(de)完(wan)全固化(hua)。而(er)且要注意保證封(feng)裝(zhuang)料比例的(de)精確(que)配比。
在封(feng)裝(zhuang)(zhuang)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)階(jie)段或(huo)者器(qi)件(jian)使(shi)用(yong)階(jie)段，都(dou)會(hui)發生(sheng)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)失效(xiao)。特別是(shi)當封(feng)裝(zhuang)(zhuang)微電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)組(zu)裝(zhuang)(zhuang)到印(yin)刷電(dian)路板上時更(geng)容易發生(sheng)，該(gai)階(jie)段器(qi)件(jian)需要承受(shou)高的回流溫度，會(hui)導(dao)致(zhi)塑封(feng)料(liao)界面(mian)分層(ceng)或(huo)者破裂(lie)。
如(ru)上一節(jie)所述，分(fen)(fen)層是(shi)指(zhi)塑(su)封材料(liao)在粘接界面處與相鄰的材料(liao)分(fen)(fen)離。可能導致(zhi)分(fen)(fen)層的外部載荷和(he)應(ying)力包(bao)括水(shui)汽、濕氣、溫度以及它(ta)們的共同作用。
在(zai)(zai)組裝(zhuang)(zhuang)階段常(chang)常(chang)發生的(de)一類分(fen)層被稱為水(shui)汽誘導(dao)(dao)(dao)（或蒸汽誘導(dao)(dao)(dao)）分(fen)層，其失(shi)(shi)效機理主要(yao)是相對高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)水(shui)汽壓(ya)力。在(zai)(zai)封裝(zhuang)(zhuang)器件被組裝(zhuang)(zhuang)到(dao)印(yin)刷電路(lu)板(ban)上的(de)時(shi)候，為使焊料(liao)融化(hua)溫(wen)度(du)(du)需(xu)要(yao)達到(dao)220℃甚至(zhi)更(geng)高(gao)，這(zhe)遠高(gao)于模塑(su)(su)料(liao)的(de)玻璃化(hua)轉變溫(wen)度(du)(du)（約110~200℃）。在(zai)(zai)回流高(gao)溫(wen)下(xia)，塑(su)(su)封料(liao)與金屬(shu)界面(mian)之間(jian)存在(zai)(zai)的(de)水(shui)汽蒸發形成水(shui)蒸氣，產生的(de)蒸汽壓(ya)與材料(liao)間(jian)熱失(shi)(shi)配、吸(xi)濕(shi)膨脹引起的(de)應力等因素共同作用，最終(zhong)導(dao)(dao)(dao)致界面(mian)粘接(jie)不(bu)牢或分(fen)層，甚至(zhi)導(dao)(dao)(dao)致封裝(zhuang)(zhuang)體(ti)的(de)破(po)裂。無鉛焊料(liao)相比傳統鉛基焊料(liao)，其回流溫(wen)度(du)(du)更(geng)高(gao)，更(geng)容易發生分(fen)層問題。
吸濕(shi)膨脹(zhang)系數（CHE），又稱(cheng)濕(shi)氣膨脹(zhang)系數（CME）
濕(shi)氣擴散(san)到(dao)封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)界(jie)(jie)面(mian)的失效機理是(shi)水汽和(he)濕(shi)氣引(yin)(yin)(yin)起分(fen)層的重要因素。濕(shi)氣可通過封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)體(ti)擴散(san)，或(huo)者(zhe)(zhe)沿(yan)(yan)著(zhu)引(yin)(yin)(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)(jia)和(he)模塑(su)(su)料的界(jie)(jie)面(mian)擴散(san)。研究發現(xian)，當模塑(su)(su)料和(he)引(yin)(yin)(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)(jia)界(jie)(jie)面(mian)之間(jian)具有良好粘(zhan)接時(shi)，濕(shi)氣主要通過塑(su)(su)封體(ti)進入(ru)封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)內(nei)部。但是(shi)，當這個粘(zhan)結(jie)界(jie)(jie)面(mian)因封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)工藝(yi)不良（如(ru)鍵合溫(wen)度引(yin)(yin)(yin)起的氧化(hua)(hua)、應力(li)釋放不充分(fen)引(yin)(yin)(yin)起的引(yin)(yin)(yin)線(xian)框(kuang)架(jia)(jia)翹曲或(huo)者(zhe)(zhe)過度修(xiu)剪和(he)形式應力(li)等）而退化(hua)(hua)時(shi)，在封裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)輪廓上會(hui)形成分(fen)層和(he)微裂縫，并且濕(shi)氣或(huo)者(zhe)(zhe)水汽將易于沿(yan)(yan)這一(yi)路徑擴散(san)。更糟糕的是(shi)，濕(shi)氣會(hui)導(dao)致極性環氧黏結(jie)劑的水合作用，從而弱化(hua)(hua)和(he)降低界(jie)(jie)面(mian)的化(hua)(hua)學鍵合。
表面清(qing)潔(jie)是實現(xian)良好粘結(jie)的關鍵要求。表面氧化(hua)常(chang)常(chang)導致(zhi)分層的發生（如上一篇(pian)中所提到的例子），如銅合金引(yin)線框架暴露在高(gao)溫下就常(chang)常(chang)導致(zhi)分層。氮氣或其他合成(cheng)氣體(ti)的存在，有(you)利于避免氧化(hua)。
模(mo)塑料中的(de)潤滑劑(ji)和附(fu)著力促進劑(ji)會促進分層。潤滑劑(ji)可(ke)以(yi)幫助模(mo)塑料與模(mo)具型腔分離，但(dan)會增(zeng)加界(jie)面分層的(de)風險。另一方面，附(fu)著力促進劑(ji)可(ke)以(yi)確保(bao)模(mo)塑料和芯片界(jie)面之間的(de)良好粘結，但(dan)卻難以(yi)從模(mo)具型腔內清除。
分(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)不僅為水(shui)汽(qi)擴(kuo)(kuo)散(san)提供了(le)路徑(jing)，也是(shi)樹(shu)(shu)脂裂(lie)縫(feng)的(de)(de)(de)源(yuan)頭。分(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)界(jie)面(mian)(mian)(mian)是(shi)裂(lie)縫(feng)萌生的(de)(de)(de)位置(zhi)，當承受交大外(wai)部(bu)載荷(he)的(de)(de)(de)時候(hou)，裂(lie)縫(feng)會通過樹(shu)(shu)脂擴(kuo)(kuo)展。研(yan)究表明，發(fa)生在芯(xin)片底座(zuo)地面(mian)(mian)(mian)和樹(shu)(shu)脂之(zhi)間的(de)(de)(de)分(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)最容易引起樹(shu)(shu)脂裂(lie)縫(feng)，其它位置(zhi)出現(xian)的(de)(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)分(fen)層(ceng)(ceng)(ceng)對樹(shu)(shu)脂裂(lie)縫(feng)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)較小。
水(shui)汽誘(you)導分(fen)層進(jin)一步發展(zhan)會(hui)(hui)導致(zhi)氣相(xiang)誘(you)導裂縫(feng)(feng)。當封裝體內水(shui)汽通過裂縫(feng)(feng)逃逸時(shi)會(hui)(hui)產生爆裂聲，和(he)爆米花(hua)的聲音非常(chang)像，因(yin)此又被稱為爆米花(hua)現(xian)象。裂縫(feng)(feng)常(chang)常(chang)從芯片(pian)底(di)座向塑封底(di)面擴展(zhan)。在焊接后的電路板中，外觀檢(jian)查難以(yi)發現(xian)這些裂縫(feng)(feng)。QFP和(he)TQFP等大而薄的塑封形(xing)式最容易產生爆米花(hua)現(xian)象；此外也容易發生在芯片(pian)底(di)座面積與(yu)器件面積之比較大、芯片(pian)底(di)座面積與(yu)最小(xiao)塑封料厚度之比較大的的器件中。爆米花(hua)現(xian)象可能(neng)會(hui)(hui)伴隨(sui)其他問題，包(bao)括鍵(jian)合(he)球(qiu)從鍵(jian)合(he)盤上斷裂以(yi)及(ji)鍵(jian)合(he)球(qiu)下(xia)面的硅凹坑等。
塑(su)封器件內的(de)裂(lie)縫通常(chang)起源于引(yin)線(xian)框架上的(de)應力集中區（如邊緣和毛(mao)邊），并且在最薄塑(su)封區域內擴展。毛(mao)邊是(shi)引(yin)線(xian)框架表面在沖壓工藝中產(chan)生的(de)小尺寸變(bian)形，改(gai)變(bian)沖壓方向使毛(mao)邊位于引(yin)線(xian)框架頂部(bu)，或者刻蝕(shi)引(yin)線(xian)框架（模壓）都可以減少(shao)裂(lie)縫。
減少塑封(feng)(feng)器件內(nei)的濕氣(qi)是降低爆米花現(xian)象(xiang)的關鍵(jian)。常采用高(gao)溫烘烤的方法減少塑封(feng)(feng)器件內(nei)的濕氣(qi)。前人(ren)研究發現(xian)，封(feng)(feng)裝內(nei)允(yun)許(xu)的安全濕氣(qi)含量約為1100×10^-6（0.11 wt.%)。在125℃下(xia)烘烤24h，可(ke)以充(chong)分去除封(feng)(feng)裝內(nei)吸收的濕氣(qi)。
脆性(xing)(xing)斷裂(lie)經常發生在低屈服強度和非彈性(xing)(xing)材(cai)料中（如硅芯片）。到(dao)材(cai)料受到(dao)過(guo)應力(li)作用時，突(tu)然(ran)的、災難性(xing)(xing)的裂(lie)縫(feng)擴展會起源于如空洞、夾雜物或不連續等(deng)微小缺陷。
塑(su)(su)封(feng)材(cai)料(liao)容易發生脆(cui)性(xing)(xing)(xing)和韌性(xing)(xing)(xing)兩種斷(duan)裂(lie)模式，主要(yao)取決于(yu)環(huan)境(jing)和材(cai)料(liao)因(yin)素，包括溫(wen)度、聚(ju)合(he)樹脂(zhi)的(de)黏塑(su)(su)特(te)性(xing)(xing)(xing)和填充載荷。即使在含有脆(cui)性(xing)(xing)(xing)硅填料(liao)的(de)高(gao)加載塑(su)(su)封(feng)材(cai)料(liao)中，因(yin)聚(ju)合(he)樹脂(zhi)的(de)黏塑(su)(su)特(te)性(xing)(xing)(xing)，仍然可能發生韌性(xing)(xing)(xing)斷(duan)裂(lie)。
塑(su)封料(liao)遭(zao)受(shou)到極限強度范圍內(nei)的(de)周(zhou)期性(xing)應力作用時(shi)，會(hui)(hui)(hui)因累積的(de)疲勞斷裂(lie)而(er)斷裂(lie)。施加到塑(su)封材料(liao)上的(de)濕、熱、機(ji)械或綜合載荷(he)，都會(hui)(hui)(hui)產生循環應力。疲勞失效是一種磨損失效機(ji)理(li)，裂(lie)縫一般會(hui)(hui)(hui)在(zai)間斷點或缺陷(xian)位置萌生。
疲勞斷裂(lie)(lie)(lie)機(ji)理包括三個階(jie)段：裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)萌生（階(jie)段Ⅰ）；穩(wen)定的裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)擴(kuo)展(zhan)(zhan)（階(jie)段Ⅱ）；突發的、不確定的、災難性失效(xiao)（階(jie)段Ⅲ）。在周期性應(ying)力下，階(jie)段Ⅱ的疲勞裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)擴(kuo)展(zhan)(zhan)指的是(shi)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)長度的穩(wen)定增長。塑封材(cai)料的裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展(zhan)(zhan)速(su)率要遠高于(yu)金屬材(cai)料疲勞裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)擴(kuo)展(zhan)(zhan)的典型值（約3倍）。
環境和材料的載荷和應力，如(ru)濕氣、溫(wen)度和污染物，會加速塑(su)封器件的失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)。塑(su)封工(gong)藝正在封裝失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)中起(qi)到了關鍵作用，如(ru)濕氣擴(kuo)散系(xi)數、飽和濕氣含量、離子擴(kuo)散速率、熱膨脹系(xi)數和塑(su)封材料的吸濕膨脹系(xi)數等特性會極大(da)地(di)影響(xiang)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)速率。導致失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)加速的因素主要有(you)潮氣、溫(wen)度、污染物和溶劑性環(huan)境(jing)、殘余(yu)應力(li)、自然環(huan)境(jing)應力(li)、制造和組裝載荷以及(ji)綜合載荷應力(li)條件。
潮氣 能加(jia)(jia)(jia)速塑(su)封(feng)微電子(zi)器(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)分層(ceng)、裂縫和(he)腐蝕(shi)失效。在塑(su)封(feng)器(qi)件(jian)(jian)中， 潮氣是(shi)一個(ge)重要的(de)(de)失效加(jia)(jia)(jia)速因子(zi)。與潮氣導致失效加(jia)(jia)(jia)速有關(guan)的(de)(de)機理包括粘結面(mian)退化(hua)、吸濕膨(peng)脹應(ying)力(li)、水汽(qi)壓力(li)、離(li)子(zi)遷移以(yi)及(ji)塑(su)封(feng)料特性(xing)(xing)改變(bian)等(deng)等(deng)。潮氣能夠改變(bian)塑(su)封(feng)料的(de)(de)玻(bo)璃化(hua)轉變(bian)溫(wen)度(du)Tg、彈性(xing)(xing)模量和(he)體積電阻率(lv)等(deng)特性(xing)(xing)。
溫度 是另(ling)(ling)一(yi)個(ge)關鍵的失(shi)效加速因子，通常(chang)利用與(yu)(yu)模塑料的玻璃化轉變溫(wen)度(du)、各種材(cai)料的熱膨脹洗漱以及由(you)此引起(qi)的熱-機械(xie)應力相關的溫(wen)度(du)等級來評(ping)估溫(wen)度(du)對封(feng)裝失(shi)效的影(ying)響(xiang)。溫(wen)度(du)對封(feng)裝失(shi)效的另(ling)(ling)一(yi)個(ge)影(ying)響(xiang)因素表現(xian)在會改變與(yu)(yu)溫(wen)度(du)相關的封(feng)裝材(cai)料屬(shu)性(xing)、濕氣擴散(san)系數(shu)和金屬(shu)間擴散(san)等失(shi)效。
污染物和溶劑性環境 污染物(wu)為失效(xiao)的(de)萌生和擴(kuo)展提供了場(chang)所，污染源(yuan)主要有大氣污染物(wu)、濕氣、助(zhu)焊劑殘留、塑(su)(su)(su)封料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)不(bu)(bu)潔凈例子、熱退化產生的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)性元素(su)以及(ji)芯片黏結劑中(zhong)(zhong)(zhong)排出的(de)副產物(wu)（通常為環(huan)氧）。塑(su)(su)(su)料(liao)(liao)封裝(zhuang)體一般不(bu)(bu)會被(bei)腐(fu)(fu)蝕(shi)，但是濕氣和污染物(wu)會在塑(su)(su)(su)封料(liao)(liao)中(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)散并達到金屬部(bu)位(wei)，引起塑(su)(su)(su)封器件內金屬部(bu)分(fen)的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)。
殘余應力 芯片粘(zhan)結會產(chan)生(sheng)單于(yu)應(ying)力(li)。應(ying)力(li)水平的(de)(de)大小，主要取(qu)決于(yu)芯片粘(zhan)接層的(de)(de)特性。由于(yu)模塑料的(de)(de)收縮大于(yu)其他封(feng)裝材料， 因此模塑成型時產(chan)生(sheng)的(de)(de)應(ying)力(li)是相當(dang)大的(de)(de)。可以采用(yong)應(ying)力(li)測試芯片來測定組裝應(ying)力(li)。
自然環境應力 在自然環境(jing)下，塑(su)封料可能會發生降(jiang)解(jie)(jie)。降(jiang)解(jie)(jie)的(de)(de)特點是(shi)聚(ju)合(he)(he)鍵的(de)(de)斷裂，常常是(shi)固體聚(ju)合(he)(he)物(wu)轉變成(cheng)包含(han)單體、二聚(ju)體和(he)(he)(he)其(qi)他低分(fen)子(zi)量種類的(de)(de)黏性液體。升高(gao)的(de)(de)溫度和(he)(he)(he)密閉的(de)(de)環境(jing)常常會加(jia)速降(jiang)解(jie)(jie)。陽光中的(de)(de)紫外線(xian)和(he)(he)(he)大(da)氣臭氧層是(shi)降(jiang)解(jie)(jie)的(de)(de)強(qiang)有力催(cui)化劑(ji)，可通過切斷環氧樹脂的(de)(de)分(fen)子(zi)鏈(lian)導致降(jiang)解(jie)(jie)。將塑(su)封器(qi)件(jian)與易誘發降(jiang)解(jie)(jie)的(de)(de)環境(jing)隔(ge)離、采(cai)(cai)用具有抗(kang)降(jiang)解(jie)(jie)能力的(de)(de)聚(ju)合(he)(he)物(wu)都是(shi)防止降(jiang)解(jie)(jie)的(de)(de)方法。需要在濕熱(re)環境(jing)下工作的(de)(de)產品要求采(cai)(cai)用抗(kang)降(jiang)解(jie)(jie)聚(ju)合(he)(he)物(wu)。
制造和組裝載荷 制造和組(zu)裝(zhuang)條(tiao)件都(dou)有可能(neng)導(dao)致(zhi)封(feng)裝(zhuang)失效(xiao)，包括(kuo)高溫(wen)、低溫(wen)、溫(wen)度變化、操作載荷以及因塑封(feng)料流動而在(zai)鍵合引線和芯片底座上施加(jia)的載荷。進行塑封(feng)器件組(zu)裝(zhuang)時(shi)出現(xian)的爆(bao)米(mi)花現(xian)象(xiang)就是一個典型(xing)的例子。
綜合載荷應力條件 在制造、組裝或者操(cao)作(zuo)的(de)過程中(zhong)，諸如溫度和濕氣等失(shi)(shi)效加速因子常常是同時存在的(de)。綜(zong)合載(zai)荷和應力條(tiao)件(jian)常常會進一(yi)(yi)步加速失(shi)(shi)效。這(zhe)一(yi)(yi)特點常被(bei)應用于以(yi)缺陷部(bu)件(jian)篩選和易失(shi)(shi)效封裝器(qi)件(jian)鑒別(bie)為目的(de)的(de)加速試驗設計。