半导体器件外引线耐应力腐蚀检测法制造技术

目前国内外所采用的半导体器件及集成电路扁平封装外引线耐应力腐蚀检测方法及装置虽然各有特点，但均存在试验周期长、效率低、与外引线实际使用状态相去较远及难以定量之不足。本发明专利技术采用使外引线在腐蚀介质中发生弯曲变形的加载缩短了试验周期；在相同试验条件下同时对ｎ×ｈ个外引线进行检测（ｎ为底坐数≤２０，ｈ为每个底坐的外引线数≤１０）提高了检测效率；通过记录外引线断裂失效时间和累计失效率并以此进行威布尔统计处理可达到定量检测之目的。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属半导体器件环境试验技术。半导体器件和集成电路外引线因环境腐蚀而断裂，是影响其可靠性的主要原因之一，其中大部分断裂与应力腐蚀有关。但至今尚无一种评定外引线耐应力腐蚀性能的快速定量方法。业已由1EC(国际电工委员会)批准的环境试验方法如盐雾和潮热试验未考虑外引线所受应力的作用;而外引线抗拉强度和弯曲试验又未考虑环境腐蚀的作用，故均不能用来评定外引线的耐应力腐蚀性能。近年来国外一些研究者在实验室进行了一些外引线耐应力腐蚀试验，虽各有特点，但均存在试验周期过长、效率低、与外引线实际使用状态相去较远及难以定量等不足。如贝尔(Bell)电话实验室白柯(Baker)等人的缠绕试验〔见R.G.Baker，etal“Electro-Technology”Vol.72·№4(1963)11〕是将外引线缠绕在方型镀金的铜接线柱上，在每天循环两次的潮热环境中，试验十二周，以金相检查来判断是否出现应力腐蚀。桑地(Sandia)实验室威瑞可(Weirick)建立的弯曲试验〔见L.J.Weirick“SolidStatefechnology”Vol.18.№3(1975)25〕是将外引线正反弯曲90°后浸在1M的NaCl溶液中一周，仍以金相方法检查有无应力腐蚀裂纹。贝尔(Bell)电话实验室的艾尔肯德(ELKind)等人建立的直接拉伸静载荷试验〔见M.J.Elkind.etal“PhysicsofFailureinElectronics”5(1967)477〕在潮热环境中，每隔十天确定断裂百分数，共需时六十天以上。此法与实际使用的受力状态相去甚远。欧洲空间研究中心的唐(Dunn)等人为研究焊剂对外引线应力腐蚀的影响，使用二点弯曲法对扁平封装外引线进行恒变形试验，在潮热环境试验56天，亦用金相检查其应力腐蚀断裂〔见B.D.Dunn，etal“Weld.J”59.(1980)10〕。为克服现有方法之不足，本专利技术采用使外引线在腐蚀介质中弯曲变形的加载，在实验条件相同情况下同时检测n×h个外引线(n为半导体器件数，h为每个器件的外引线数)，一般n≤20，h≤10，并通过外引线断裂失效时间t和累计失效率F(t)进行威布尔统计处理，即通过以t和F(t)数据在威布尔概率纸上作图，配置回归直线，利用图估方法确定形状参数m、平均寿命μ、特征寿命η，标准离差δ、位置参数γ以实现对外引线耐应力腐蚀能力的快速(一般≤10天)、高效、定量及尽可能逼近外引线实际使用状态之检测目的。在检测时，本专利技术还可通过外引线根部是否涂封防腐剂，如凡士林等分别检测外引线根部及其他部位耐应力腐蚀情况;通过检测烧结的、烧结后镀Ni的、烧结镀Ni后镀Au的外引线对外引线实施预刻痕或预弯曲可模拟外引线受损或制造工艺不完善以及不同生产阶段的耐应力腐蚀能力。利用本专利技术便于实现对不同厂家或同一厂家不同批量、同一批量不同制备阶段所生产的半导体器件外引线和集成电路扁平封装外引线的耐应力腐蚀能力进行定量比较。由本专利技术所建立的检测方法包括一、静态外引线应力腐蚀试验1.半导体器件外引线悬臂梁恒负荷加载应力腐蚀法此法是将经丙酮或酒精清洗干燥后的三分之二外引线浸入室温的NaCl溶液中，外引线管帽固定，末端竖直向上，外力砝码通过细丝经滑轮水平地作用于外引线末端，使其呈悬臂梁受力状态(见附图说明图1或图3)。由材料力学可知，外引线各处所受张应力为σ＝32Pl/πd3式中d-外引线直径，P-外力砝码，l-外力作用点至外引线所测应力处距离。由公式可知，应力呈线性分布，末端为零，根部σmax＝32PL/πd3最大(L为外力作用点至外引线根部距离)。为避免外引线发生永久变形，σmax应小于外引线材料的屈服极限。检测外引线耐腐蚀能力时，可通过记录外引线断裂失效时间t(一般6～12小时观察记录一次)和断裂失效根数△Nf(t)，计算累计断裂失效率F(t)，并以t和F(t)数据进行威布尔统计处理以定量评定外引线耐应力腐蚀能力。为提高检测效率，本法可在完全相同条件下同时检测n×h个外引线，但当h≤4时，2≤n≤20，如图1所示;当5≤h≤10时，n＝1，如图3所示。当h≤4，2≤n≤20时，半导体器件底座沿试样架〔8〕的中心线固定。滑轮〔7〕安装在外引线〔6〕末端的两侧(见图1);当5≤h≤10，n＝1时，半导体器件外引线底座固定在NaCl溶液槽〔25〕的中央小圆槽〔27〕内。滑轮〔22〕呈辐射状安置在外引线〔24〕末端周围(见图3)。国内外学者一致认为氯离子是导致外引线应力腐蚀断裂的主要原因。专利技术人进一步证实，在氯离子浓度较高的中性或弱酸性溶液中，外引线的应力腐蚀尤其敏感。故本专利技术所采用的腐蚀介质为PH值＝6.2～7.2的5%NaCl溶液。实施例，某厂B1-E型晶体管n＝20，h＝3，共60根外引线，P＝20g，L＝25mm，d＝0.42mm，检测结果如下表 经威布尔统计处理得形状参数m＝1.5，平均寿命μ＝81.6小时，特征寿命η＝86.4小时，标准离差δ＝67.8小时，位置参数γ＝36小时。2.半导体器件外引线外接梁恒负荷加载应力腐蚀法。本法与悬臂梁加载应力腐蚀法相比，一是加载方式不同即外力〔34〕系通过外接梁〔38〕作用于外引线〔39〕末端，使外引线呈外接梁受力状态(见图5)。由材料力学计算可知，此种情况外引线各处所受应力为σ＝PDdcos(P/EI· X)2Icos(P/EI· L)]]>(kg/mm2)，式中P-外力载荷，D外接梁长，E-外引线材料的杨氏模量，I-惯矩，d-外引线直径，L-外引线长，X-检测点至外引线根部距离。当X＝0时，即根部张应力σmax＝PDd/21cos(P/EI]]>·L)最大。为避免外引线发生永久变形，σmax亦应低于外引线材料的屈服极限;二是腐蚀介质不同，即外接梁加载应力腐蚀是在盐雾或潮热气体中予以检测。充入箱内的盐雾或潮热气体按国际电工委员会的规定配制。实施例，某厂B1-E型晶体管n＝20，h＝3，共60根外引线在盐雾介质中进行试验。P＝10g，D＝38mm，E＝13400kg/mm2，d＝0.42mm，L＝25mm，试验结果如下表 经威布尔统计处理得m＝1.95，μ＝128.4小时，η＝137.2小时，δ＝93.1小时，γ＝78小时。3.集成电路扁平封装外引线悬臂梁恒负荷加载应力腐蚀法。该法是在盐雾或潮热气体中检测外引线耐应力腐蚀的。检测前将外引线剪弯成如图6中所示的形状。随后将外引线底座〔48〕固定在试样架〔45〕和试样压板〔46〕之间，使待测外引线呈水平状态，外力〔42〕通过细丝〔43〕竖直的作用于外引线〔44〕末端，使其呈悬臂梁受力状态。由材料力学可知，外引线根部所受应力σmax＝6PL/ba2(kg/mm2)最大，式中P-外力砝码，L-外引线根部至加载点距离，b-外引线宽度，a-外引线厚度。检测时注意σmax应低于外引线材料的屈服极限。实施例，对某厂JBB-14A型集成电路扁平封装的109根外引线于盐雾介质中检测，P＝5g，L＝6mm，b＝0.4mm，a＝0.18mm，检测结果如下(见下页) 经威布尔统计处理得m＝1.03，μ＝214.8小时，η＝214.8小时，δ＝214.8小时，γ＝84小时。二、动态外引线应力腐蚀试验动态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件外引线应力腐蚀快速定量检测法，它是在外引线处于腐蚀介质中，在外引线末端作用以外力，并以外引线断裂失效情况对其耐应力腐蚀能力予以描述，其特征在于：ａ）所说的外力是指使外引线发生弯曲变形的加载，ｂ）所说的断裂失效为直观断裂 ，ｃ）在相同条件下可同时对ｎ×ｈ个外引线进行检测，其中ｎ为器件数，ｈ为每个器件的外引线数，ｎ≤２０，ｈ≤１０，ｄ）所说的外引线断裂失效情况系指以外引线断裂失效时间ｔ和累计失效率Ｆ（ｔ）进行威布尔统计处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈卓身，李虎，彭建明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]