전자기기는 매우 복잡한 시스템이고, 패키징 과정에서 발생하는 결함이나 고장도 매우 복잡합니다. 따라서 포장 불량 및 불량에 대한 연구에서는 포장 공정에 대한 체계적인 이해가 필요하며, 이를 통해 불량 원인을 다각도로 분석할 수 있습니다. 


포장 실패 메커니즘은 과부하와 마모라는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 과부하로 인한 고장은 일반적으로 즉각적이고 치명적입니다. 마모는 누적된 장기 손상으로, 일반적으로 성능 저하가 먼저 나타나고 장비 고장이 발생합니다. 고장의 유형은 기계적 부하, 열적 부하, 전기적 부하, 방사선 부하, 화학적 부하로 나눌 수 있습니다.


재료 구성 및 특성, 포장 디자인, 환경 조건 및 공정 매개변수 등 포장의 결함 및 불량에 영향을 미치는 많은 요소가 있습니다. 포장 결함 및 고장을 예방하기 위한 영향 요인과 기본 전제를 결정합니다. 영향 요인은 실험이나 시뮬레이션을 통해 결정할 수 있으며 일반적으로 물리적 모델 방법과 수치 매개변수 방법을 채택합니다. 보다 복잡한 결함 및 고장 메커니즘의 경우 주요 영향 요인을 결정하기 위해 시행착오 방법이 자주 사용되지만 이 방법은 테스트 시간이 길고 장비 수정이 필요하므로 비효율적이고 비용이 많이 듭니다.


고장 메커니즘을 분석하는 과정에서 영향 요인을 보여주기 위해 피쉬본 다이어그램(인과 관계 다이어그램)을 사용하는 것이 업계에서 일반적인 방법입니다. 피쉬본다이어그램은 복잡한 원인과 영향요인, 포장불량 사이의 관계를 설명할 수 있으며, 다양한 원인을 구별하고 분류할 수도 있습니다. 생산 애플리케이션에는 6Ms라는 일종의 피시본 다이어그램이 있습니다. 즉, 기계, 방법, 재료, 측정, 인력 및 자연력 등 XNUMX가지 차원에서 영향 요인을 분석합니다.

이 사진은 플라스틱 포장 칩의 박리 원인을 보여주는 피시본 다이어그램을 보여주며, 이를 디자인, 기술, 환경, 재료의 네 가지 측면에서 분석합니다. 피쉬본 다이어그램을 통해 모든 영향 요인이 명확하게 표시되어 고장 분석을 위한 좋은 기반을 마련합니다.

오류를 일으킨 로드 유형입니다.

이전 섹션에서 언급했듯이 패키지의 부하 유형은 기계적, 열적, 전기적, 방사선 및 화학적 부하로 나눌 수 있습니다.

고장 메커니즘 분류

기계적 부하: 실리콘 칩에 입자를 채울 때 발생하는 물리적 충격, 진동, 응력(수축 응력 등), 관성력(우주선의 엄청난 가속도 등) 등이 포함됩니다. 이러한 하중에 대한 재료의 반응은 탄성 변형, 소성 변형, 뒤틀림, 취성 또는 유연성 파괴, 계면 박리, 피로 균열의 생성 및 전파, 크리프 및 크리프 균열 등으로 나타날 수 있습니다.

열 부하: 다이 접착제 경화의 고온, 와이어 본딩 전 예열, 성형 공정, 후경화, 인접 부품의 재처리, 침지 용접, 기상 용접 및 리플로우 용접 등이 포함됩니다. 외부 열 부하는 열팽창으로 인해 재료의 크기를 변경하고 크리프율과 같은 물리적 특성도 변경합니다. 예를 들어, 열팽창 계수 불일치(CTE 불일치)가 발생하여 국부적인 응력이 발생하고 최종적으로는 포장 구조의 파손으로 이어집니다. 과도한 열 부하로 인해 장치 내 가연성 물질이 연소될 수도 있습니다.

전기 부하: 갑작스러운 감전, 전압 불안정 또는 전류 전송 중 갑작스러운 진동(예: 접지 불량)으로 인해 발생하는 전류 변동, 정전기 방전, 과전류 스트레스 등을 포함합니다. 이러한 외부 전기 부하는 절연 파괴, 전압 표면 파괴, 열 손실 또는 전기 에너지의 전자 이동으로 이어질 수 있습니다. 또한 전해 부식과 수상돌기 성장을 증가시켜 누설 전류와 열적 저하를 일으킬 수도 있습니다.

화학적 부하: 화학적 사용 환경으로 인한 부식, 산화 및 이온 표면 수지상 성장을 포함합니다. 습기는 플라스틱 포장재를 통해 침투할 수 있기 때문에 습기는 습한 환경에서 플라스틱 포장 장치에 영향을 미치는 주요 문제입니다. 플라스틱 포장재에 흡수된 수분은 플라스틱 포장재에서 촉매 잔류물을 추출하여 금속 베이스, 반도체 재료 및 칩에 결합된 다양한 인터페이스에 들어가는 부산물을 형성하고 장치 성능 저하 또는 심지어 고장을 유발할 수 있습니다. . 예를 들어, 조립 후 장치에 남아 있는 플럭스는 플라스틱 패키지를 통해 칩 표면으로 이동합니다. 고주파수 회로에서는 유전 특성의 미묘한 변화(예: 수분 흡수 후 유전 상수 및 소산 인자의 변화)가 매우 중요합니다. 고전압 컨버터 및 기타 장치에서는 패키지의 항복 전압 변화가 매우 중요합니다. 또한, 일부 에폭시 폴리아미드 및 폴리우레탄은 장기간 고온, 고습에 노출되면 품질이 저하됩니다("역전"이라고도 함). 일반적으로 가속 테스트는 플라스틱 포장재가 이러한 종류의 고장을 일으키기 쉬운지 여부를 확인하는 데 사용됩니다.

다양한 유형의 하중이 적용될 때 다양한 고장 메커니즘이 플라스틱 포장 장치에서 동시에 상호 작용할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어, 열 부하는 패키지 구조의 인접한 재료 사이에 열팽창 계수 불일치를 유발하여 기계적 고장을 유발합니다. 다른 상호 작용으로는 응력 보조 부식, 응력 부식 균열, 현장 유도 금속 이동, 보호층 및 전해질 층의 균열, 습열로 인한 패키지 균열, 온도로 인한 화학 반응 가속 등이 있습니다. 이러한 경우 실패 메커니즘의 포괄적인 효과는 개별 효과의 합과 반드시 동일하지는 않습니다.

포장 결함 분류

포장 결함에는 주로 리드 변형, 받침대 편차, 뒤틀림, 칩 균열, 박리, 공극, 고르지 않은 포장, 버, 이물질 및 불완전한 경화가 포함됩니다.

리드선 변형

리드 변형은 일반적으로 플라스틱 밀봉재의 흐름으로 인해 발생하는 리드의 변위 또는 변형을 의미하며 일반적으로 리드의 최대 측면 변위 x와 리드 길이 l 사이의 비율 x/L로 표시됩니다. 구부러진 리드는 전기 단락을 일으킬 수 있습니다(특히 고밀도 I/O 장치 패키지에서). 때로는 굽힘으로 인한 응력으로 인해 접착 지점이 갈라지거나 접착 강도가 저하될 수 있습니다.

와이어 본딩에 영향을 미치는 요인으로는 패키지 디자인, 와이어 레이아웃, 와이어 재질 및 크기, 몰딩 컴파운드의 특성, 와이어 본딩 공정 및 패키징 공정 등이 있습니다. 와이어 굽힘에 영향을 미치는 와이어 매개변수에는 와이어 직경, 와이어 길이, 와이어 절단 하중, 와이어 밀도 등이 포함됩니다.

베이스 오프셋

오프셋이란 칩을 지지하는 캐리어(칩 베이스)의 변형 및 오프셋을 의미합니다.

그림에서 볼 수 있듯이, 몰딩 컴파운드로 인해 베이스 오프셋이 발생합니다. 이때, 상부 및 하부 성형 캐비티의 몰딩 컴파운드의 고르지 못한 흐름으로 인해 베이스 오프셋이 발생합니다.

베이스의 오프셋에 영향을 미치는 요인으로는 플라스틱 패키지의 유동성, 리드 프레임의 조립 설계, 플라스틱 패키지와 리드 프레임의 재질 특성 등이 있습니다. TSOP, TQFP 등의 패키징 장치는 리드 프레임이 얇기 때문에 베이스 오프셋 및 핀 변형이 발생하기 쉽습니다.

뒤틀림

뒤틀림은 포장된 장치가 평면 밖으로 구부러지고 변형되는 것을 의미합니다. 플라스틱 포장 공정으로 인한 변형은 박리 및 칩 균열과 같은 일련의 신뢰성 문제를 야기합니다. 뒤틀림은 또한 일련의 제조 문제를 야기합니다. 예를 들어, PBGA(플라스틱 볼 그리드 어레이) 장치에서 뒤틀림으로 인해 솔더 볼의 동일 평면성이 저하되어 인쇄 회로 기판에 조립된 장치의 리플로우 솔더링 공정에서 장착 문제가 발생할 수 있습니다.

워핑 모드에는 오목, 볼록 및 결합 모드가 포함됩니다.

변형의 원인에는 주로 CTE 불일치 및 경화/압축 수축이 포함됩니다. 처음에는 후자가 별로 주목을 받지 못했다. 심층 연구에 따르면 몰딩 컴파운드의 화학적 수축도 IC 장치의 휘어짐에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 특히 칩의 위쪽과 아래쪽의 두께가 다른 패키징 장치에서 더욱 그렇습니다. 경화 및 후경화 과정에서 플라스틱 포장재의 화학적 수축은 높은 경화 온도에서 발생하며 이를 "열화학적 수축"이라고 합니다. 유리 전이 온도를 높이고 Tg 근처의 열팽창 계수 변화를 줄임으로써 경화 중 화학적 수축을 줄일 수 있습니다.

뒤틀림을 유발하는 요인에는 몰딩 컴파운드의 성분, 몰딩 컴파운드의 수분, 패키지의 기하학적 구조 등도 포함됩니다. 플라스틱 포장의 재료와 구성 요소, 공정 매개변수, 포장 구조 및 사전 포장 환경을 제어함으로써 포장 변형을 최소화할 수 있습니다. 어떤 경우에는 전자 부품의 뒷면을 포장하여 뒤틀림을 보상할 수 있습니다. 예를 들어, 대형 세라믹 회로 기판이나 다층 기판의 외부 연결부는 같은 면에 위치하며 이를 후면 패키징하면 뒤틀림을 줄일 수 있습니다.

칩 파열

패키징 과정에서 발생하는 응력으로 인해 칩이 깨질 수 있습니다. 일반적으로 포장 공정은 이전 조립 공정에서 형성된 미세 균열을 악화시킵니다. 또는 웨이퍼 칩 박화, 백 그라인딩 및 칩 본딩은 모두 칩 균열이 시작될 수 있는 단계입니다.

금이 가고 기계적으로 고장난 칩이 반드시 전기적 고장을 일으키는 것은 아닙니다. 칩 균열이 소자의 순간적인 전기적 고장으로 이어질지 여부도 균열의 성장 경로에 따라 달라집니다. 예를 들어, 칩 뒷면에 균열이 나타나면 민감한 구조에는 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

실리콘 웨이퍼는 얇고 부서지기 쉬우므로 웨이퍼 레벨 패키지에서는 칩 균열이 발생할 가능성이 더 높습니다. 따라서 칩에 균열이 발생하는 것을 방지하려면 트랜스퍼 성형 공정에서 클램핑 압력 및 성형 전환 압력과 같은 공정 변수를 엄격하게 제어해야 합니다. 3D 적층 패키지에서는 적층 공정으로 인해 칩 크랙이 발생하기 쉽습니다. 3D 패키징에서 칩 파손에 영향을 미치는 설계 요소로는 칩 스택 구조, 기판 두께, 성형량, 몰드 슬리브 두께 등이 있습니다.

층

또는 약한 박리란 플라스틱 밀봉 화합물과 인접한 재료 인터페이스 사이의 분리를 의미합니다. 박리 위치는 플라스틱 패키지 마이크로 전자 장치의 모든 영역에서 발생할 수 있습니다. 포장 공정이나 포장 후 제조 단계, 기기 사용 단계에서도 발생할 수 있습니다.

패키징으로 인한 접착력 저하가 박리를 일으키는 주요 요인입니다. 인터페이스 공극, 포장 중 표면 오염 및 불완전한 경화는 모두 접착력 저하로 이어집니다. 다른 영향 요인에는 경화 및 냉각 중 수축 응력과 변형이 포함됩니다. 냉각 과정에서 성형 화합물과 인접한 재료 사이의 CTE 불일치로 인해 열-기계적 응력이 발생하여 박리로 이어질 수도 있습니다.

레이어는 인터페이스 유형에 따라 분류될 수 있습니다.

공동

포장 공정에서 기포는 에폭시 소재에 내장되어 공극을 형성하며, 이는 대기 환경에서 플라스틱 포장재의 트랜스퍼 성형, 충진, 포팅 및 인쇄를 포함하여 포장 공정의 모든 단계에서 발생할 수 있습니다. 비우거나 진공청소하는 등 공기의 양을 최소화함으로써 공극을 줄일 수 있습니다. 진공압력 범위는 1~300Torr(760기압은 XNUMXTorr)인 것으로 보고됐다.

시뮬레이션 분석에 따르면 유동성을 방해하는 것은 하단 용융물의 전면과 칩 사이의 접촉입니다. 용융물의 전면 가장자리 일부는 위쪽으로 흐르고 칩 주변의 넓은 개방 영역을 통해 금형 상단 절반을 채웁니다. 새로 형성된 용융 선단과 흡착된 용융 선단이 금형 절반의 상단 영역으로 들어가 기포를 형성합니다.

고르지 못한 포장

플라스틱 패키지의 두께가 일정하지 않으면 뒤틀림과 박리 현상이 발생합니다. 트랜스퍼 성형, 가압 성형, 주입 포장 기술 등 기존 포장 기술은 두께가 고르지 않아 포장 불량이 발생하기 쉽지 않습니다. 웨이퍼 레벨 패키징은 기술적 특성상 플라스틱 패키징 두께가 고르지 않게 되기 쉽습니다.

플라스틱 밀봉층의 균일한 두께를 얻기 위해서는 웨이퍼 캐리어를 최소한의 기울기로 고정하여 스크래퍼 설치가 용이하도록 해야 합니다. 또한, 플라스틱 밀봉층의 균일한 두께를 얻기 위해서는 스크레이퍼의 압력이 안정되도록 스크레이퍼의 위치를 제어할 필요가 있다.

경화되기 전에 필러 입자가 모여 플라스틱 밀봉재의 국부적인 영역에 고르지 않은 분포를 형성하면 품질이 다르거나 재료 구성이 고르지 않게 됩니다. 플라스틱 포장재를 잘못 혼합하면 포장 및 포팅 과정에서 품질 차이가 발생합니다.

거친 가장자리

가공되지 않은 가장자리는 성형 라인을 통과하고 플라스틱 포장 공정에서 장치의 핀에 증착되는 성형 화합물을 의미합니다.

불충분한 클램핑 압력은 버의 주요 원인입니다. 핀에 붙은 몰드 잔여물을 제때 제거하지 않으면 조립 단계에서 다양한 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 다음 포장 단계에서 접착력이나 접착력이 부족합니다. 수지 누출은 드문 형태의 버입니다.

이국적인 입자

포장 과정에서 포장재가 오염된 환경, 장비, 자재에 노출되면 이물질이 포장재 내부로 확산되어 포장재 내부의 금속 부품(IC 칩, 와이어 본딩 포인트 등)에 모여 부식 및 기타 후속 신뢰성 문제.

불완전한 경화

경화 시간이 충분하지 않거나 경화 온도가 낮으면 경화가 불완전해질 수 있습니다. 또한, 두 가지 포팅재료를 부을 때 혼합비율이 약간 어긋나면 경화가 불완전하게 됩니다. 포장재의 특성을 극대화하기 위해서는 포장재가 완전히 경화되었는지 확인하는 것이 필요합니다. 많은 포장 방법에서는 포장재의 완전한 경화를 보장하기 위해 후경화가 허용됩니다. 또한, 포장재의 정확한 비율을 보장하는 데에도 주의를 기울여야 합니다.

패키지 실패 분류

패키지 조립이나 기기 사용 단계에서 패키지 불량이 발생합니다. 특히 패키징된 마이크로전자소자를 인쇄회로기판에 조립할 경우 이러한 현상이 발생할 가능성이 더 높습니다. 이 단계에서 장치는 높은 리플로우 온도를 견뎌야 하며, 이는 플라스틱 포장재 인터페이스의 박리 또는 균열로 이어질 수 있습니다.

층

이전 섹션에서 언급한 바와 같이 박리(delamination)는 접착 경계면에서 플라스틱 포장재가 인접한 재료로부터 분리되는 것을 의미합니다. 박리로 이어질 수 있는 외부 하중 및 응력에는 수증기, 습기, 온도 및 이들의 결합 효과가 포함됩니다.

조립 단계에서 자주 발생하는 일종의 박리를 수증기 유도 박리라고 하며, 그 고장 메커니즘은 주로 상대적으로 높은 온도에서의 수증기압에 의해 발생합니다. 패키지 장치가 인쇄 회로 기판에 조립될 때 솔더의 용융 온도는 220℃ 이상에 도달해야 하며 이는 몰딩 화합물의 유리 전이 온도(약 110~200℃)보다 훨씬 높습니다. 높은 리플로우 온도에서는 플라스틱 포장재와 금속계면 사이에 존재하는 수증기가 증발하여 수증기를 형성하고, 생성된 증기압은 재료간 열적 불일치, 흡습 및 팽창에 따른 응력 등의 요인과 함께 작용합니다. 이는 결국 접합이 약해지거나 인터페이스가 박리되고 심지어 패키지가 파열되는 결과를 낳습니다. 기존의 납 기반 솔더에 비해 무연 솔더는 리플로우 온도가 더 높고 박리 현상이 발생하기 쉽습니다.

수분 팽창 계수(CME)라고도 알려진 수분 흡수 팽창 계수(CHE)

포장 계면으로의 수분 확산 실패 메커니즘은 수증기와 습기로 인한 박리의 중요한 요소입니다. 수분은 패키지를 통해 또는 리드 프레임과 몰딩 컴파운드 사이의 경계면을 따라 확산될 수 있습니다. 몰딩 컴파운드와 리드 프레임 사이의 계면이 잘 접착되면 수분은 주로 플라스틱 패키지를 통해 패키지로 유입되는 것으로 나타났습니다. 그러나 이러한 접합 인터페이스가 열악한 패키징 기술(예: 접합 온도로 인한 산화, 불충분한 응력 방출로 인한 리드 프레임 뒤틀림, 과도한 트리밍 및 형식 응력 등)로 인해 열화되면 박리 및 미세 균열이 형성됩니다. 포장의 윤곽이 바뀌면 습기나 수증기가 이 경로를 따라 쉽게 퍼집니다. 더 나쁜 것은 습기로 인해 극성 에폭시 접착제가 수화되어 계면의 화학적 결합이 약화되고 감소한다는 것입니다.

깨끗한 표면은 우수한 접착력을 얻기 위한 핵심 요구 사항입니다. 표면 산화는 종종 박리로 이어집니다(이전 기사에서 언급한 바와 같이). 예를 들어, 고온에 노출된 구리 합금 리드 프레임은 박리로 이어지는 경우가 많습니다. 질소나 기타 합성 가스가 존재하면 산화를 방지하는 데 도움이 됩니다.

플라스틱의 윤활제와 접착 촉진제는 박리를 촉진할 수 있습니다. 윤활제는 성형 화합물이 금형 캐비티에서 분리되는 데 도움이 될 수 있지만 인터페이스 박리 위험이 증가합니다. 반면, 접착 촉진제는 몰딩 컴파운드와 칩 인터페이스 사이의 우수한 접착력을 보장할 수 있지만 몰드 캐비티에서 제거하기는 어렵습니다.

적층은 수증기 확산 경로를 제공할 뿐만 아니라 수지 균열의 원인이기도 합니다. 경계면은 균열이 시작되는 위치이며 높은 외부 하중을 받으면 균열이 수지를 통해 전파됩니다. 결과는 칩 베이스의 접지와 수지 사이의 박리가 수지 균열을 일으킬 가능성이 가장 높으며 다른 위치의 계면 박리는 수지 균열에 거의 영향을 미치지 않음을 보여줍니다.

가스에 의한 균열(팝콘 현상)

수증기에 의한 성층화가 더욱 발전하면 가스에 의한 균열이 발생할 것입니다. 포장 내부의 수증기가 균열을 통해 빠져나오면 딱딱거리는 소리가 나는데, 이는 팝콘 소리와 매우 유사하여 팝콘 현상이라고도 합니다. 균열은 종종 칩 베이스에서 플라스틱 패키지 바닥까지 확장됩니다. 납땜된 회로 기판에서는 육안 검사로 이러한 균열을 발견하기가 어렵습니다. QFP, TQFP와 같은 크고 얇은 플라스틱 포장 형태는 팝콘 현상을 일으킬 가능성이 가장 높습니다. 또한, 장치 면적에 대한 칩 베이스 면적의 비율이 크고, 최소 플라스틱 밀봉재 두께에 대한 칩 베이스 면적의 비율이 큰 장치에서도 쉽게 발생합니다. 팝콘 현상은 본딩 디스크에서 본딩 볼이 파손되거나 본딩 볼 아래 실리콘 피트가 생기는 등 다른 문제를 동반할 수 있습니다.

플라스틱 포장 장치의 균열은 일반적으로 리드 프레임의 응력 집중 영역(예: 가장자리 및 버)에서 발생하며 가장 얇은 플라스틱 포장 영역으로 전파됩니다. 스탬핑 공정에서 발생하는 리드프레임 표면의 작은 크기 변형입니다. 버가 리드 프레임 상단에 위치하도록 스탬핑 방향을 바꾸거나 리드 프레임을 에칭(다이 프레싱)하면 균열을 줄일 수 있습니다.

팝콘 현상을 줄이기 위해서는 플라스틱 포장 장치의 수분을 줄이는 것이 핵심입니다. 플라스틱 포장 장치의 수분을 줄이기 위해 고온에서 굽는 방법을 채택합니다. 이전 연구에 따르면 패키지에 허용되는 안전한 수분 함량은 약 1100×입니다. 10^-6(0.11 중량%)。 125℃에서 24시간 동안 구워주면 포장재에 흡수된 수분을 완전히 제거할 수 있습니다.

취성파괴

취성 파괴는 낮은 항복 강도와 비탄성 재료(예: 실리콘 칩)에서 자주 발생합니다. 재료에 과도한 응력이 가해지면 공극, 개재물 또는 불연속성과 같은 작은 결함으로 인해 갑작스럽고 치명적인 균열 전파가 발생합니다.

연성파괴

플라스틱 포장재는 취성 및 연성 파괴 모드가 발생하기 쉽습니다. 이는 주로 온도, 고분자 수지의 점소성 특성 및 충전 하중을 포함한 환경 및 재료 요인에 따라 달라집니다. 취성 실리콘 충진재를 함유한 고하중 플라스틱 포장재라도 고분자 수지의 점소성 특성으로 인해 여전히 연성파괴가 발생할 수 있습니다.

피로 균열

플라스틱 밀봉재는 한계 강도 범위 내에서 반복 응력을 받으면 누적된 피로 파괴로 인해 파손됩니다. 플라스틱 포장재에 가해지는 습윤, 열, 기계적 또는 포괄적인 하중은 모두 주기적인 응력을 생성합니다. 피로파괴는 일종의 마모파괴 메커니즘으로 균열은 주로 불연속점이나 결함위치에서 발생한다.

피로 메커니즘은 세 단계로 구성됩니다: 균열 시작(단계 ⅰ); 안정적인 균열전파(2단계); 갑작스럽고 불확실하며 치명적인 실패(3단계). 주기적 응력 하에서 ⅱ단계의 피로균열 전파는 균열 길이의 꾸준한 성장을 의미합니다. 플라스틱 포장재의 균열 성장 속도는 금속 재료의 피로 균열 성장의 일반적인 값(약 3배)보다 훨씬 높습니다.

실패를 가속화하는 요인

그리고 습기, 온도, 오염물질 등 환경 물질의 부하와 스트레스로 인해 플라스틱 포장 장치의 고장이 가속화됩니다. 플라스틱 포장 기술은 플라스틱 포장 재료의 수분 확산 계수, 포화 수분 함량, 이온 확산 속도, 열팽창 계수 및 수분 흡수 팽창 계수와 같은 포장 실패에 중요한 역할을 하며 이는 실패율에 큰 영향을 미칩니다. 고장 가속화를 초래하는 요인에는 주로 습기, 온도, 오염물질 및 용제 환경, 잔류 응력, 자연 환경 응력, 제조 및 조립 부하, 포괄적인 부하 응력 조건이 포함됩니다.

습기는 플라스틱으로 캡슐화된 마이크로 전자 장치의 박리, 균열 및 부식 실패를 가속화할 수 있습니다. 수분은 플라스틱 포장 장치의 고장을 가속화하는 중요한 요소입니다. 수분에 의한 파손 가속과 관련된 메커니즘으로는 접착면의 열화, 수분 흡수 및 팽창 응력, 수증기압, 이온 이동, 플라스틱 포장재의 특성 변화 등이 있습니다.

수분은 플라스틱 포장재의 유리 전이 온도 Tg, 탄성 계수 및 체적 저항률을 변화시킬 수 있습니다.온도는 고장을 가속화하는 또 다른 주요 요인입니다. 일반적으로 몰딩 컴파운드의 유리 전이 온도, 다양한 재료의 열팽창 및 세척, 이로 인해 발생하는 열-기계적 응력과 관련된 온도 등급을 사용하여 온도가 패키지 파손에 미치는 영향을 평가합니다. 포장 실패에 대한 온도의 또 다른 영향 요인은 온도와 관련된 포장 재료의 특성, 수분 확산 계수 및 금속간 확산을 변경한다는 것입니다.

오염 물질과 용제 환경 오염 물질은 고장이 시작되고 확대될 수 있는 장소를 제공합니다. 오염원으로는 주로 대기오염물질, 습기, 플럭스 잔여물, 플라스틱 포장재의 불결한 물질, 열분해로 인한 부식성 물질, 칩 접착제에서 배출되는 부산물(보통 에폭시) 등이 있습니다. 일반적으로 플라스틱 포장재는 부식되지 않으나 수분 및 오염물질이 플라스틱 포장재 내부로 확산되어 금속 부품에 도달하게 되어 플라스틱 포장 기기의 금속 부품이 부식되는 현상이 발생하게 됩니다.

잔류 응력 칩 본딩은 단위 응력을 생성합니다. 스트레스 수준은 주로 칩의 접착층 특성에 따라 달라집니다. 몰딩 컴파운드의 수축률은 다른 포장재에 비해 크기 때문에 성형 시 발생하는 응력이 상당히 큽니다. 스트레스 테스트 칩을 사용하여 어셈블리 스트레스를 측정할 수 있습니다.

환경 스트레스 자연 환경에서는 플라스틱 포장재가 분해될 수 있습니다. 분해는 중합 결합의 파손을 특징으로 하며 고체 중합체가 단량체, 이량체 및 기타 저분자량 종을 포함하는 점성 액체로 변환되는 경우가 많습니다. 높은 온도와 폐쇄된 환경으로 인해 품질 저하가 가속화되는 경우가 많습니다. 햇빛의 자외선과 대기 오존층은 열화를 일으키는 강력한 촉매제이며, 이는 에폭시 수지의 분자 사슬을 끊어 열화를 일으킬 수 있습니다. 플라스틱 포장장치를 열화를 유발하기 쉬운 환경으로부터 격리시키고, 열화방지 능력을 갖춘 폴리머를 채택하는 것이 열화를 방지하는 방법이다. 덥고 습한 환경에서 작동해야 하는 제품에는 열화 방지 폴리머가 필요합니다.

제조 및 조립 부하 고온, 저온, 온도 변화, 작동 부하, 플라스틱 밀봉재의 흐름으로 인해 본딩 와이어 및 칩 베이스에 가해지는 부하 등 제조 및 조립 조건에 따라 패키지 불량이 발생할 수 있습니다. 플라스틱 포장 장치 조립 시 발생하는 팝콘 현상이 대표적인 예입니다.

종합적인 부하 응력 조건 제조, 조립, 운전 과정에서 온도, 습기 등 고장 가속 요인이 동시에 존재하는 경우가 많습니다. 하중과 응력이 결합된 조건으로 인해 고장이 더욱 가속화되는 경우가 많습니다. 이 기능은 결함이 있는 부품을 선별하고 취약한 패키지 장치를 식별할 목적으로 가속 테스트 설계에 적용되는 경우가 많습니다.

고장분석에 대한 간략한 소개

 일반적으로 고장 모드 및 현상에 따라 고장 현상이 재발하는 활동을 시뮬레이션하고, 분석 및 검증을 통해 고장 원인을 찾아내고 고장 메커니즘을 파헤칩니다. 이는 제품 품질 향상, 기술 개발 및 개선, 제품 수리 및 고장 사고 조정에 있어 실질적인 의미가 큽니다.

고장 분석 프로세스

图 1 고장 분석 프로세스

각종 자재의 불량 분석 및 검출 방법

1. PCB/PCBA 불량분석

PCB는 다양한 부품의 운반체이자 회로 신호 전송의 허브로서 전자 정보 제품의 가장 중요하고 중요한 부품이 되었으며, PCB의 품질과 신뢰성 수준은 전체 장비의 품질과 신뢰성을 결정합니다.

그림 2 PCB/PCBA

실패 모드

판 폭발, 박리, 단락, 수포, 용접 불량, 부식 마이그레이션 등

일반적인 수단

비파괴 검사:
외관검사, X선 투시검사, 3D CT검사, C-SAM검사, 적외선열화상검사

표면 요소 분석:
주사전자현미경 및 에너지 스펙트럼 분석(SEM/EDS)
미세적외선 분석(FTIR)
오제 전자 분광법 (AES)
X 선 광전자 분광법 (XPS)
2차 이온 질량 분석법(TOF-SIMS)

열 분석:
시차 주사 열량계(DSC)
기계적 분석(TMA)
열분석(TGA)
동적 기계 분석 (DMA)
열전도율(정상 열 흐름 방식, 레이저 산란 방식)

전기 성능 테스트 :
항복전압, 내전압, 유전율, 일렉트로마이그레이션

파괴 성능 테스트:
염색 및 침투탐지

2. 전자부품의 불량분석

전자 부품 기술의 급속한 발전과 신뢰성 향상은 현대 전자 장비의 기반을 마련했습니다. 부품 신뢰성 작업의 기본 임무는 부품의 신뢰성을 향상시키는 것입니다.

그림 3 전자 부품

실패 모드

개방 회로, 단락 회로, 누전, 기능 고장, 전기 매개변수 드리프트, 불안정 고장 등

일반적인 수단

전기 측정: 연결 테스트, 전기 매개변수 테스트 및 기능 테스트.

비파괴 검사:
오프닝 기술(기계적 오프닝, 화학적 오프닝, 레이저 오프닝)
패시베이션 기술(화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 기계적 연삭)
미세분석 기술(FIB, CP)

샘플 준비 기술:
오프닝 기술(기계적 오프닝, 화학적 오프닝, 레이저 오프닝)
패시베이션 기술(화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 기계적 연삭)
미세분석 기술(FIB, CP)

현미경 형태 분석:
광학분석기술주사전자현미경의 2차전자영상 기술

표면 요소 분석:
주사전자현미경 및 에너지 스펙트럼 분석(SEM/EDS)
오제 전자 분광법 (AES)
X 선 광전자 분광법 (XPS)
2 차 이온 질량 분광법 (SIMS)

비파괴 분석 기술:
엑스레이 투시법입체 투시 기술반사형 주사 음향 현미경(C-SAM)

3.재료 고장 분석

사회가 진보하고 과학기술이 발전함에 따라 금속제품은 공업, 농업, 과학기술, 국민생활 전반에 널리 사용되고 있으므로 금속재료의 품질에 더욱 많은 관심을 기울여야 한다.

그림 4 선박용 디젤엔진의 크랭크샤프트 기어

실패 모드

설계불량, 재질불량, 주조불량, 용접불량, 열처리불량 등이 있습니다.

일반적인 수단

재료 미세구조 분석:
금속 조직 분석
X선 상 구조 분석
표면 잔류 응력 분석
금속의 입자 크기

조성 분석: 직접 판독 분광기, X선 광전자 분광기(XPS), 오제 전자 분광기(AES) 등

상 분석: X선 회절(XRD)

잔류 응력 분석: X선 응력 시험기

그림 5 인장시험재 파단면의 SEM 이미지

4. 고분자 재료의 불량 분석

고분자 기술의 일반적인 발전 추세는 고성능, 고기능성, 복합성, 지능성, 친환경성입니다. 새로운 기술 요구 사항과 높은 제품 수요로 인해 제품 품질 개선, 프로세스 개선 및 책임 중재를 위한 고장 분석을 통해 고장의 근본 원인과 메커니즘을 찾는 것이 필요합니다.

그림 6 스프레이 프리 플라스틱

실패 모드

파손, 균열, 박리, 부식, 수포, 코팅 벗겨짐, 변색 및 마모 실패.

일반적인 수단

구성 분석:
푸리에 변환 적외선 분광계(FTIR)
현미경 공초점 라만 분광기(Raman)
주사전자현미경 및 에너지 스펙트럼 분석(SEM/EDS)
X선 형광 분광법(XRF)
가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS)
열분해 가스 크로마토그래피-질량 분석법(PGC-MS)
핵자기공명 분석(NMR)오제 전자 분광법 (AES)
X 선 광전자 분광법 (XPS)
X선 회절계(XRD)
TOF-SIMS(Time-of-Flight 2차 이온 질량 분석기)

열 분석:
시차 주사 열량계(DSC)
기계적 분석(TMA)
열분석(TGA)
동적 기계 분석 (DMA)
열전도율(정상 열 흐름 방식, 레이저 산란 방식)

균열 분석:
열분해 가스 크로마토그래피-질량 분석법겔 투과 크로마토그래피(GPC)
용융지수 시험(MFR)

골절 분석:
주사전자현미경(SEM), 엑스레이에너지분광계(EDS) 등

물리적 성능 분석:
경도시험기, 인장시험기, 만능시험기 등

5. 복합재료의 불량분석

복합재료는 서로 다른 특성을 지닌 두 가지 이상의 재료가 결합된 것입니다. 비강도가 높고 인성이 우수하며 내환경성이 좋은 장점이 있어 실제 생산에 널리 사용됩니다.

실패 모드

파손, 변색불량, 부식, 기계적 성질 부족 등

일반적인 수단

비파괴 검사:
X선 검출 기술(X선, γ선, 중성자선 등), 산업용 CT, 콤프턴 후방산란 이미징(CST) 기술, 초음파 검출 기술(침투 방식, 펄스 반사 방식, 탠덤 방식), 적외선 열파 감지 기술, 음향 방출 감지 기술, 와전류 감지 기술, 마이크로파 감지 기술, 레이저 홀로그램 감지 기술 등

구성 분석:
X선 형광 분광법(XRF) 등은 고분자 재료의 불량 분석에서 조성 분석을 참조하세요.

열 분석:
중량 분석(TG), 시차 주사 열량계(DSC), 정적 열기계 분석(TMA), 동적 열기계 분석(DMTA) 및 동적 유전체 분석(DETA).

파괴적인 실험:
분석(금속 조직 단면, 집속 이온빔(FIB) 샘플 준비, 이온 밀링(CP) 샘플 준비)

6. 코팅 불량 분석/코팅

실패 모드

박리, 균열, 부식, 부풀음, 도금박리, 변색불량 등

일반적인 수단

구성 분석:
폴리머 재료의 고장 분석을 참조하십시오.

열 분석:
폴리머 재료의 고장 분석을 참조하십시오.

골절 분석:
부피현미경(OM)주사전자현미경 분석(SEM)

물리적 특성 :
인장강도, 굽힘강도 등
시뮬레이션 테스트(필요한 경우)
동일한 작업 조건에서 테스트하거나 시뮬레이션된 작업 조건에서 테스트하십시오.

분석결과 제출

1) 실패의 성격과 원인을 제시합니다.
2) 예방조치(제안) 제시
3) 고장분석 보고서를 제출한다.