摘要：隨著塑料封裝集成電路在眾多領(lǐng)域中的廣泛應用，封裝的質(zhì)量和可靠性水平越來越受到廣大用戶的關(guān)注。作為評定和考核封裝可靠性水平的重要特征參數(shù)，除通常采用的環(huán)境試驗如Autoclave（PCT）、HAST Bias、TH Bias外，MSL（Moisture Sensitivity Level）試驗已成為其中最重要的試驗項目之一。

　　1 前言

　　集成電路的塑料封裝由于成本低、質(zhì)量好、易自動化、批量大生產(chǎn)，在國內(nèi)外早已形成工業(yè)化大生產(chǎn)的格局。近一時期，隨著筆記本電腦、攝錄機、手機等重量的減輕，帶來與這些配套的集成電路和元器件更小型化和微型化的趨勢。這必然促使對電子元器件的封裝要求越來越小和越來越薄。如32腳薄型的QFN（Quad Flat No Lead）塑料封裝長×寬×高尺寸只有5mm×5mm×0．8mm，腳與腳間距為0．5mm。

　　由于對封裝要求的提高，必然需要相應的封裝設(shè)備、封裝材料和受控的封裝工藝生產(chǎn)線來加以保證，尤其對塑料封裝的抗潮性能將會提出更高的要求。

　　因為封裝的模塑料是改性環(huán)氧塑料，它屬于熱塑性、線型性的高分子樹脂，并且它本身具有吸濕和透濕兩重性，所以封裝的優(yōu)劣將導致成品對水氣敏感或不敏感，以致直接影響和降低成品的抗潮性能。

　　2 模塑料與水的敏感程度

　　下面的實驗數(shù)據(jù)充分說明模塑料的抗潮性能。表1和圖1列出不同模塑料在標準大氣條件和一定時間內(nèi)的吸濕數(shù)據(jù)。從吸濕的結(jié)果來看，模塑料1的抗潮性比模塑料2好，而模塑料2的抗潮性比模塑料3好。

　　圖2為不同的模塑料（不同的封裝形式）在121℃／100％RH／15：Psig的潮氣中的吸濕狀況和其吸濕達到飽和所需要的時間。從模塑料的材料來看，模塑料4的抗潮性優(yōu)于模塑料1，而模塑料1的抗潮性則優(yōu)于模塑料3；從材料吸濕達到飽和的時間來看，TSSOP8封裝的抗潮性劣于SOIC8封裝，而SOIC8封裝的抗潮性則劣于SMD8封裝。

　　3 MSL試驗

　?。?）試驗目的

　　鑒別非氣密性固態(tài)表面貼裝器件對潮氣產(chǎn)生的應力的敏感度分級，使塑料封裝產(chǎn)品可以被正確地包裝、貯存和搬運，以免其在回流焊貼裝和／或修理操作中引起損傷。

　?。?）適用范圍

　　適用于非氣密性固態(tài)表面貼裝器件。

　?。?）試驗流程

　?。?）潮氣敏感度級別

　?。?）回流焊接的峰值溫度的條件

　　（6）試驗樣品的數(shù)量

　　有可靠性試驗評估的：11個／每個級別；沒有可靠性試驗評估的：22個／每個級別。

　　（7）失效標準

　　在試驗樣品中，如一個或大于一個失效，這種封裝形式將被認為預定的試驗級別失效。若存在下例任一情況，則認為樣品失效：

　　·在40倍光學顯微鏡下看到外部開裂；

　　·電性能測試失效；

　　·貫穿一焊接的金絲、金球壓點或楔形壓點的內(nèi)部開裂；

　　·內(nèi)部開裂延伸從任意引線腳到其他內(nèi)部的界面（引線腳、芯片、芯片托板）；

　　·內(nèi)部開裂延伸從任意內(nèi)部的界面到塑封體的外部大于2／3的長度；

　　·通過裸視，明顯的看到塑封體平面的變化是由于翹曲、腫脹或膨脹，如樣品仍然滿足共平面和下沉尺寸的話，可認為通過。

　　（8）需要進一步評估的標準 評價分層對于器件可靠性的影響，半導體制造商可以按分層的要求、JEsD22-A113和JESD47或半導體制造商的內(nèi)部程序文件執(zhí)行可靠性評估試驗。分層測試是指從潮濕前到回流后，回流前后之間分層變化的值。它所計算的是分層占有關(guān)聯(lián)的總區(qū)域的百分比的變化值?？煽啃栽u估可以由應力試驗、歷史的一般數(shù)據(jù)分析等組成。如果表面貼裝的器件能通過電性能測試，即使在芯片托板、散熱器、芯片背面（僅限于芯片上引線）上有分層，但是沒有開裂或其他的分層，可以認為它們?nèi)詽M足規(guī)定分層的標準，同時被認為通過潮氣靈敏度級別。

　　（9）金屬框架封裝的分層的失效標準：

　　·在芯片的有源區(qū)域沒有分層；

　　·任何芯片托板的接地區(qū)域金絲球焊表面或芯片上引線的器件的分層不大于10％；

　　·延著任何起隔離作用的聚合膜跨越任何金屬界面的分層不大于10％；

　　·在高熱特性封裝中通過芯片粘接區(qū)域或需要電接觸到芯片背面的器件，分層／開裂不大于10％；

　　·沒有分層超過它的整個長度的表面破裂界面（一個表面破裂的界面包括引線腳、tie bars、散熱器、熱芯塊等）。

　?。?0）失效標準

　　所有失效必須分析并確認該失效機理是否與潮氣敏感度有關(guān)聯(lián)。如果在選擇的級別中，失效不是起因于回流潮氣敏感度，則認為這器件仍通過相應的潮氣敏感度級別。

　?。?1）可靠性評估試驗的項目／條件和判據(jù)

　　對于預定的MSL級別，先進行MSL的預處理試驗（除了MSL流程圖中的第2、4、6、9步）。預處理試驗后，建議做以下兩項可靠性評估試驗（試驗樣品的數(shù)量和合格判決可參考JESD47中的試驗方案）。

　　·168小時#121℃100％RH 15Psig PCT測試。

　　·100次循環(huán)#一65-150℃T／C測試。

　　（12）潮氣／回流敏感度分級

　　·若某一封裝通過了MSL 1級，則認為該封裝對潮氣是不敏感的。出貨時，不必采用干包裝。

　　·若某一封裝沒有通過MSL 1級，但通過了2～5級中的某一級，則認為該封裝對潮氣是敏感的，可以按照J-STD-033的要求，出貨時必須采用干包裝。

　　·若某一封裝僅通過MSL 6級，則認為該封裝對潮氣是非常敏感的，只用干包裝是不夠的。出貨時，應通知客戶該封裝的MSL級別。同時，提供該封裝的解吸曲線。

　?。?3）吸收和解吸曲線

　　該曲線應由封裝廠提供。

　?。?4）參考標準

　　請參考J-STD 020B。

　　4 結(jié)論

　　根據(jù)非氣密性的SMD（Surface Mount Device）產(chǎn)品的MSL試驗級別，能獲得該產(chǎn)品的封裝可靠性水平，可以監(jiān)督和促使封裝廠家改進封裝質(zhì)量，從而保證公司產(chǎn)品的質(zhì)量信譽；對潮氣敏感的SMD產(chǎn)品，可以采用干包裝提供給客戶。對潮氣非常敏感的SMD產(chǎn)品，在發(fā)貨時可以通知客戶其產(chǎn)品的MSL試驗級別，以便客戶對該產(chǎn)品采取烘烤的措施（具體的溫度和時間取決于封裝廠家提供的該封裝的解析曲線），從而避免SMD產(chǎn)品在表面貼裝時，發(fā)生爆米花或其他缺陷；大多數(shù)集成電路制造廠已將MSL試驗作為對封裝廠家工程認定的關(guān)鍵項目之一。