对破坏性物理分析几个问题的探讨

来启发 孟碧云 刘志坤

摘 要：通过对电子元器件破坏性物理分析（DPA）试验中发现的塑封器件基板分层、分立器件密封检查判据、国产集成电路芯片异常、集成电路芯片安装方位和芯片未剪掉的剪切强度判据等问题进行分析、探讨，并提出处理建议，以实现恰当、灵活运用标准开展DPA工作。

关键词：破坏性物理分析;声学扫描;内部目检;剪切强度

中图分类号：TN601 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0220-02

0 引言

电子元器件破坏性物理分析（DPA，destructive physical analysis）是指为验证电子元器件的设计、结构、材料和制造质量是否满足预定用途或有关规范的要求，对元器件样品进行解剖，以及在解剖前后进行一系列检验和分析的全过程。DPA是顺应对元器件可靠性要求越来越高的趋势而发展起来的一种评价电子元器件批质量的有效方法之一。在依照国军标中相应的规范进行电子元器件DPA试验过程中，发现标准有不完善或错误的地方，从而影响DPA的进行。基于此，本文从可靠性的角度出发，对日常工作中发现的塑封器件基板分层、分立器件密封检查判据、国产集成电路芯片异常、集成电路的芯片安装方位和芯片未剪掉的剪切强度判据等问题进行分析、探讨，以达到恰当、灵活运用标准开展DPA工作的目的。

1 DPA中几个问题的探讨

1.1 关于塑封器件基板分层缺陷的判断

GJB4027A中声扫重点关注的电路芯片表面和引线键合区的缺陷，声扫不合格最常见的缺陷为“包括键合丝区域的引脚分层”，基板上出现分层也较为常见，部分基板分层区域较大甚至有将塑封和基板剥离的趋势，如图1。有的在基板的分层区域内包含有键合点，如图2，出现此类基板分层缺陷的器件存在很大的使用风险，但在GJB4027A的列出的9条拒收缺陷中并未做出此类缺陷。因此建议增加缺陷判据“基板与塑封间界面分层超过前视区域（不计芯片粘接区域）面积的1/2”和“包括键合丝区域的基板分层”。

1.2 关于半导体分立器件的密封试验判据

半导体分立器件和集成电路的密封试验分别依据GJB128A方法1071和GJB548B的方法1014.2，示踪气体氦细检漏是最常用的一种密封试验方法，其操作程序为：将待测样品置于密封室内，然后在规定的压力作用下用氦气对密封室加压，经过规定的时间后去除压力，去除样品并移到氦质谱检漏仪中检测，得到测量漏率。测量漏率的拒收极限值换算分为灵活法和固定法两种。

固定法按器件的内腔体积大小做了分级规定了加压条件并给出了测量漏率的拒收极限。用固定法不需要换算，直接采用测量漏率的数值去判断元器件密封性是否合格。因此固定法更加便于操作者高效地完成检漏任务，得到了广泛的应用。但在比较GJB128A和GJB548B两个标准的固定法时发现在内腔体积1.0≤V<10和10≤V<20两个档级，相同加压条件下的拒收极限却不一样，GJB128A规定的值为5×10-1（Pa·cm3）/s，如表1;GJB548B规定的值为5×10-3（Pa·cm3）/s，见表2。

为了验证固定法表格给出的R1值是否有误，分别选取内腔体积为5cm3、10cm3和15cm3的三个典型值，利用固定法规定的加压条件及灵活法公式计算出对应的R1极限值，见表格3。

在表中可以看出，GJB548B的规定值R1值与计算值最接近，GJB128A中的规定值和计算值相差两个量级，因此可以得出结论：GJB128A中固定法给出的测量漏率拒收极限值5×10-1（Pa·cm3）/s的是错误的，应为5×10-3（Pa·cm3）/s。

1.3 关于国产集成电路的“芯片异常”

这里所说的“芯片异常”是指芯片上表征型号的信息与外部封装信息不一致，如图3。国产军用集成电路出现此类情况是因为元器件厂家采用了国外厂家生产的芯片。这类元器件的芯片大多产自国外大厂，其电路设计和生产工艺都很成熟，封装成品后又经过一系列军品测试、试验，其质量与可靠性可以得到保证，因此尽管符合GJB548B方法2013（条款3.2c）“不正确的芯片或基板金属化设计图形或识别标记”的拒收条款，也可接收。

1.4 关于集成电路的芯片安装方位

在GJB548B方法2020.1的2.3.3条要求芯片与外壳平行，并规定了芯片方位的拒收情况：芯片与封装腔体边缘之间的平行关系出现明显偏斜（即：大于10°）。图4所示为芯片与封装腔体边缘平行关系出现偏斜的典型案例。咨詢了器件生产厂，芯片安装要同时兼顾“键合线不能与其他键合线交叉”键合工艺的要求，如果一定要平行安装芯片则会出现键合线交叉的情况，同时调整芯片方位将增加键合线的长度，会降低其可靠性。咨询了多家集成电路生产厂，均表示应首先考虑键合工艺要求，因此这种情况可以接收。

但此种例外放行并不代表在DPA内部检查时可以不做此项检查，在不存在直线型封装腔体边缘的金属圆帽封装器件中，也有可能会出现此类缺陷。图5为某进口温度传感器X射线检查发现芯片安装方位不一致的案例，尽管没有直线型的封装外壳边缘做参照，但不一致的芯片方位反应出了工艺不具备批次一致性，也应拒收。

1.5 关于剪切强度芯片未被剪切掉的合格判据

GJB548B-2005方法2019.2第3.2条规定的芯片剪切强度失效判据为：

（1）达不到1.0倍曲线所表示的芯片强度要求。

（2）使芯片与底座脱离时施加的力小于1.0倍曲线所表示的最小强度的1.25倍，同时芯片在附着材料上的残留小于附着区面积的50%。

（3）使芯片与底座脱离时施加的力小于1.0倍曲线所表示的最小强度的2.0倍，同时芯片在附着材料上的残留小于附着区面积的10%。

在实际工作中习惯将其解读为：芯片残留面积小于10%的，合格判据为2.0倍最小剪切强度;芯片残留面积大于10%小于50%的，合格判据为1.25倍最小剪切强度;芯片残留面积大于50%的，合格判据为1.0倍最小剪切强度。

对芯片未被剪切掉的情况，则认为残留面积100%，合格判据为1.0倍最小剪切强度。这里面存在认识上的误区，因为对1.0倍最小剪切强度未剪掉芯片判为合格的器件，稍增推力至1.1倍则可能剪掉芯片并且出现残留面积小于10%的情况，这样合格判据则为2.0倍最小剪切强度，则判不合格。所以正确的理解为：根据残留面积比例判断剪切力合格判据只适用于芯片剪切掉的情况，施加大于或等于2.0倍最小剪切强度的力值而未剪掉芯片才可认为剪切强度合格。

2 结语

近几年来，航空航天等军工企业内元器件可靠性中心都在广泛开展DPA工作，在依照现有标准进行DPA时要根据遇到的实际问题不断丰富DPA的内容和提高DPA工作的质量。通过对日常检测过程中发现的问题进行分析讨论，有利于DPA工作开展得更规范、更细致和更深入。

参考文献

[1] 国防科学技术工业委员会.GJB4027A-2006 军用电子元器件破坏性物理分析方法[S].

[2] 国防科学技术工业委员会.GJB548B-2005 微电子器件试验方法和程序[S].

[3] 国防科学技术工业委员会.GJB128A-1997 半导体分立器件试验方法[S].