提升集成電路封裝設(shè)計可靠性策略初探

陳軍

【摘?要】文章簡單介紹了集成電路封裝，進(jìn)一步引出集成電路封裝設(shè)計過程中會涉及到的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括引線框架、焊線、塑封，最后站在集成電路封裝設(shè)計可靠性的角度上，重點(diǎn)闡述具體策略，如強(qiáng)化人員素質(zhì)、創(chuàng)新管理模式、注重技術(shù)資源投入等，以期為相關(guān)工作的順利開展提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】集成電路;封裝設(shè)計;設(shè)計策略

1.集成電路封裝

集成電路封裝在某種程度表示著電子學(xué)尖端，但從另一個角度來講，集成電路封裝又表示著電子學(xué)的新發(fā)展。集成電路不僅是單一芯片、某種電子結(jié)構(gòu)，其種類繁多，涉及到的范圍廣泛，例如模擬電路、數(shù)字電路、傳感器等，不同集成電路所需的封裝要求也各有差異。集成電路封裝有助于芯片鍵合點(diǎn)與外部實(shí)現(xiàn)電氣連接，圍繞電路芯片進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，全方位保證電路芯片能夠正常工作。

2.集成電路封裝設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1引線框架

引線框架始終充當(dāng)著芯片載體，一般被用于將芯片引出，引線框架設(shè)計之前設(shè)計人員需考慮下述因素：1.塑封材料的粘結(jié)性。引線框架與塑封材料之間的粘結(jié)程度直接關(guān)系到整個設(shè)計的可靠性，強(qiáng)度高則產(chǎn)品氣密性良好，設(shè)計可靠性強(qiáng)，反之則不然。另外，塑封材料本身的設(shè)計好壞也會對粘結(jié)強(qiáng)度造成明顯影響，通過引腳適當(dāng)位置處設(shè)計圖案的方式便可增強(qiáng)粘結(jié)性;2.芯片及引腳之間的連接程度。引線框架最為首要的功能就是負(fù)責(zé)將芯片與外界建立有效聯(lián)系，這就需要相關(guān)設(shè)計必須考慮到線弧長度及具體弧度;3.塑封材料在型腔內(nèi)的流動性。針對多芯片類型的復(fù)雜設(shè)計，必須考慮到這一點(diǎn)。

2.2焊線

首先，提高焊線強(qiáng)度。能夠?qū)妇€強(qiáng)度造成影響的不僅僅是焊點(diǎn)處結(jié)合強(qiáng)度，另外線弧形狀也會對其產(chǎn)生重要影響?；诖耍稍诤妇€第二點(diǎn)處種球，分別采用BSOB、BBOS兩種方式進(jìn)行。前者操作流程為在焊線第二點(diǎn)種球，繼而將第二點(diǎn)壓在焊球上，后者操作流程為焊線第二點(diǎn)壓焊球，上述方式均可達(dá)到增強(qiáng)焊線強(qiáng)度的目的。

其次，降低線弧高度。隨著集成電路的不斷優(yōu)化，現(xiàn)有設(shè)計基本都已經(jīng)開始向著小型化集成設(shè)計方向發(fā)展，這就為芯片厚度、膠水厚度、線弧高度提出了更高要求。通常情況下弧高不小于100，要想形成更小的弧度，需采用反向焊接與折疊焊接的方法來實(shí)現(xiàn)。前者可以形成較低線弧，但種球后產(chǎn)生較大焊球，在一定程度上限制了焊線間距。

最后，等離子清洗。增強(qiáng)焊接可靠性最關(guān)鍵的一種手段就是等離子清洗，通過此種方式除去芯片、引線框架表面存在的雜質(zhì)，起到激活表面的作用，提升結(jié)合面牢固性。等離子清洗過程中需確保氣體在產(chǎn)品不同表面均勻流動，往往要借助有孔料盒來開展。影響等離子清洗的幾方面大致如下：1.氣體。等離子清洗中所用的氣體多為氫氣、氮?dú)狻⒀鯕?，還可使用混合氣體;2.產(chǎn)品排布及料盒。為了始終保證清洗的一致性，最終實(shí)現(xiàn)對封裝工藝的有效控制，應(yīng)促使料盒排布與氣體總體流向基本相符;3.功率及時間。各廠家制作出的相應(yīng)機(jī)械必須經(jīng)過專業(yè)測試，確定下來設(shè)定范圍;4.評定方式。常見的方式多為滴水試驗(yàn)。

2.3塑封

能夠?qū)λ芊庾鳂I(yè)質(zhì)量造成影響的因素包括兩種。其一為模具與框架設(shè)計，如若需要大面積基島，則必要采用加強(qiáng)型設(shè)計措施，針對塑封體邊緣這一脆弱部分，適當(dāng)增加結(jié)合力。值得注意的是，框架與塑封模具之間存在緊密聯(lián)系，二者相輔相成，互為補(bǔ)充，具體設(shè)計過程中實(shí)施綜合考量，包括框架與內(nèi)部芯片擺放位置、走線位置等;其二為塑封材料。塑封材料質(zhì)量高低對封裝設(shè)計可靠性具有關(guān)鍵性影響，通常會根據(jù)潮濕敏感等級來確定塑封材料等級，等級越高，對芯片保護(hù)作用越明顯。

3.提升集成電路封裝設(shè)計可靠性策略

3.1強(qiáng)化人員專業(yè)素養(yǎng)

務(wù)必重視設(shè)計人員的培養(yǎng)，定期開展專業(yè)培訓(xùn)，引導(dǎo)集成電路封裝設(shè)計人員加強(qiáng)自身文化建設(shè)，不斷提升知識儲備能力。切實(shí)提高設(shè)計人員對相關(guān)企業(yè)的認(rèn)同感與歸屬感，在遵循經(jīng)濟(jì)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，展開具體操作。在企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、經(jīng)濟(jì)效益逐步提升的形勢下，其所耗成本也在逐漸增加，成本支出呈現(xiàn)出多樣化趨勢。因而想要實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益的穩(wěn)步增長，就應(yīng)從員工工作效率與質(zhì)量入手，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)的跳躍前進(jìn)。應(yīng)加強(qiáng)人力資源管理，不斷強(qiáng)化員工整體水平，堅持三高原則，即為高素質(zhì)、高標(biāo)準(zhǔn)、高追求，從各個方面提升電路運(yùn)作效率，推動本企業(yè)成長。

除了上述幾點(diǎn)外，全面提高集成電路封裝設(shè)計人員職業(yè)道德素質(zhì)也至關(guān)重要，主要借助加大懲處力度來實(shí)現(xiàn)。集成電路封裝設(shè)計人員違法集成電路封裝設(shè)計準(zhǔn)則后，必須嚴(yán)格處置，同時創(chuàng)建行業(yè)黑名單，對惡意違規(guī)行為絕不姑息，將各集成電路封裝設(shè)計人員違規(guī)、違法行為記錄在冊，在整個行業(yè)內(nèi)實(shí)行信息共享。這一方式能夠明顯增加集成電路封裝設(shè)計人員的違法成本，促使其不得不依照行業(yè)準(zhǔn)則辦事，形成正確的思想觀念與工作態(tài)度。提高集成電路封裝設(shè)計行業(yè)準(zhǔn)入門檻，對于當(dāng)前階段內(nèi)常見的集成電路封裝設(shè)計準(zhǔn)入資格考試，給予必要創(chuàng)新，設(shè)立集成電路封裝設(shè)計人員終身學(xué)習(xí)制度，緊跟企業(yè)管理、國家政策變化腳步。

3.2構(gòu)建管理機(jī)制

不斷加強(qiáng)對集成線路與人力資源的管理，建立并健全管理制度，進(jìn)而形成一個完整的管理體系。對于可能出現(xiàn)的集成電路運(yùn)行故障，實(shí)行科學(xué)預(yù)測。并針對此做出有效高質(zhì)的預(yù)防措施。同時根據(jù)工作中出現(xiàn)的問題，及時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，從多個方面共同提高供電質(zhì)量。將保證聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常運(yùn)行的目標(biāo)細(xì)化分解，下發(fā)到各部門中。確保各管理人員明確自身崗位職責(zé)，做到權(quán)責(zé)分明、各司其職。適時融入崗位責(zé)任制與激勵制度，將其與薪酬相掛鉤。對應(yīng)的主管部門進(jìn)行定期檢查，以此避免出現(xiàn)嚴(yán)重問題，通過多種方式保證線路運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性性。針對已經(jīng)老化的聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)施，可根據(jù)實(shí)際情況，決定其是否完全淘汰。防止出現(xiàn)持續(xù)性的損耗，為電路的正常運(yùn)行留下安全隱患。

逐步形成并完善項(xiàng)目庫管理體系，明確集成電路建設(shè)方向，防止出現(xiàn)重復(fù)性建設(shè)，造成不必要的資源浪費(fèi)。創(chuàng)新項(xiàng)目評價機(jī)制，構(gòu)建系統(tǒng)化評估體系，將評估指標(biāo)范圍擴(kuò)大，賦予其多樣性特點(diǎn)，例如可包括集成電路安全性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)、社會效益指標(biāo)等。

3.3加大技術(shù)投入

作為集成電路封裝設(shè)計的首要人員，最為關(guān)鍵的就是掌握集成電路設(shè)計與維護(hù)方法，大致流程如下：1.借助集成電路封裝設(shè)計評價體系，展開必要的評估與分析，進(jìn)而快速診斷其中存在的問題;2.規(guī)劃內(nèi)容分解。將整體內(nèi)容分解成為不同子內(nèi)容，分項(xiàng)設(shè)計期間，合理設(shè)置衡量標(biāo)準(zhǔn)。注重技術(shù)與資金投入，條件允許的情況下，積極引入高素質(zhì)專業(yè)人才，為現(xiàn)有人員進(jìn)行必要指導(dǎo)。未來集成電路封裝設(shè)計勢必會向著小型化、規(guī)?；较虬l(fā)展，功率集成電路設(shè)計中所用的封裝材料，不但需具備良好的導(dǎo)熱性能，同時還需具備較低的膨脹系數(shù)，各類新型材料也開始應(yīng)用于集成電路，必須重視這一點(diǎn)。

結(jié)論：綜上所述，集成電路封裝設(shè)計過程中，設(shè)計人員不但需要考慮到電性能，更需采取多種措施全力保證封裝工藝的可靠性。積極借鑒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與其他公司總結(jié)出的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，圍繞可靠性展開精準(zhǔn)測試，同時把握好可靠性測試與失效分析之間的關(guān)系，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]范海東，陳炫宏，趙春暉.基于圖像處理的集成電路封裝質(zhì)量檢測方法[J].控制工程，2019，26（08）：1592-1598

[2]呂炳赟.集成電路封裝技術(shù)與低成本質(zhì)量控制[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（10）：89

（作者單位：江蘇芯盛智能科技有限公司成都分公司）