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Power QFN型开关芯片的封装工艺及其可靠性研究

作　者: 高勖
导　师: 程方杰；朱红
学　校: 天津大学
专　业: 材料工程
关键词: Power QFN 封装工艺回流焊曲线冷热循环试验可靠性
分类号: TN405
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由飞思卡尔半导体公司基于方形平面无管角(QFN, Quad Flat No Lead)贴装器件开发的方形平面无管角大功率(本论文中简称为Power QFN)开关器件由混合信号技术将普通模拟电路、高速CMOS电路及高电压功率驱动电路组合封装在一个器件内的一种功率开关器件。PowerQFN器件主要应用在工作环境恶劣的汽车电子设备中。本课题是该产品开发过程中的一部分工作,主要研究了器件的封装工艺及其温度循环测试中的可靠性问题。传统QFN器件封装过程中使用的银浆和塑封胶不能满足Power QFN器件的性能要求。首先,器件在温度循环可靠性试验测试后,容易产生较大的内应力,引起导致器件内部分层缺陷的发生；第二,由于Power QFN器件在应用过程中瞬间传导热量较大,传统银浆耐热性能不能满足其应用需要。因此需要重新选择适合Power QFN的晶圆粘结剂和塑封胶,并重新优化设计其工艺参数,达到减小内应力又满足耐高温的工程应用要求。本论文首先通过试验筛选,初步确定了Indium公司的92.5PbSn5Ag2.5焊锡膏和Sumitomo的G700塑封胶作为封装材料,并重新优化了工艺曲线；同时对金线键合工艺参数也进行了优化设计,解决了Power QFN器件的封装工艺问题。其次,通过温度循环可靠性试验,测试了器件的可靠性。结果表明,重新选择的封装材料和优化后的封装工艺消除了器件内部的分层缺陷问题；降低了助焊剂残留物对金线键合的影响。最后,通过机械性能测试,新的回流焊参数和金线键合工艺可以使Power QFN器件满足可靠性测试。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 半导体封装技术的发展史和现状  7-10
    1.1.1 半导体封装技术的发展史  7-9
    1.1.2 国内外半导体封装技术的现状  9-10
  1.2 大功率封装的技术与种类  10-12
    1.2.1 封装技术的必要性  10-11
    1.2.2 大功率封装种类  11-12
  1.3 大功率封装简介及主要技术  12-14
    1.3.1 从DIP封装到HSOP封装  12
    1.3.2 Power QFN:新一代的封装技术  12-14
  1.4 课题的提出与主要研究内容  14-15
第二章 POWER QFN工艺过程  15-22
  2.1 POWER QFN的基本结构  15-16
  2.2 POWER QFN封装的技术难点  16
  2.3 POWER QFN工艺流程设计  16-21
    2.3.1 固晶工艺  17-19
    2.3.2 金线键合工艺  19-20
    2.3.3 塑封工艺  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 POWER QFN封装材料的选择  22-28
  3.1 POWER QFN封装材料  22
  3.2 焊锡膏的选择  22-24
  3.3 塑封胶的选择  24-26
  3.4 金线的选择  26-27
  3.5 本章小结  27-28
第四章 POWER QFN封装工艺参数优化和可靠性测试  28-43
  4.1 POWER QFN的工艺参数存在的问题  28
  4.2 回流焊工艺优化试验设计  28-34
    4.2.1 回流焊工艺优化实施  29-30
    4.2.2 回流焊工艺优化结果分析  30-34
  4.3 金线键合工艺优化试验设计  34-37
    4.3.1 金线键合工艺优化结果分析  35-37
  4.4 可靠性试验计划  37-38
  4.5 试验结果及分析  38-42
    4.5.1 测试电流量(IDD)原理  38-39
    4.5.2 测试(IDD)结果及分析  39
    4.5.3 无损探伤结果及分析  39-40
    4.5.4 分层结果及分析  40-42
  4.6 本章小结  42-43
第五章大功率平面无管角封装开发中发现的几个关键问题  43-46
  5.1 芯片表面钝化层及下面电路的损坏  43
  5.2 超声检测时发现的封装缺陷  43-44
  5.3 冷热循环老化试验后分层  44-45
  5.4 本章小结  45-46
第六章全文总结与展望  46-48
  6.1 结论  46
  6.2 展望  46-48
参考文献  48-50
发表论文和参加科研情况说明  50-51
附表  51-53
致谢  53

Power QFN型开关芯片的封装工艺及其可靠性研究

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