关于塑封元器件声学扫描显微镜检查标准的探讨
张国强1，宋婉潇2，朱俊琦2
(1.西安明德理工学院，陕西
西安
710124;
高澄2.西安西谷微电子有限责任公司，陕西
西安710124)
摘要：首先，对利用声学扫描显微镜检查塑封元器件时所依据的国内外主要的几个标准进行了说明，分别
指出了国内外标准中存在的问题，并对关于声学扫描显微镜检查的国内外两种判据的差异进行了比对；然后，举例说明了利用声学扫描显微镜检查同一器件时因使用的标准不同而导致该器件合格与否的结论存在差异的现象；最后，根据目前声学扫描显微镜检查的现状，提出了两点建议:1)关于声学扫描显微镜的标准亟待更新;
2)对于由于国内标准和国外标准存在的差异而导致某类元器件合格与否存在争议的问题，若国内标准较为严格，则在保证争议器件不被应用于极其恶劣的环境和高精密的核心部件上的前提下，可以考虑允许使用该器件。关键词：声学扫描显微镜检查；塑封元器件；分层；标准中图分类号:T-651;T-652
文献标志码:A崔智友结婚
文章编号:1672-5468(2021)02-0084-04
doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2021.02.017Discussion on the Standard of Scanning Acoustic
Microscopy for Plastic Components
ZHANG Guoqiang 1,SONG Wanxiao 2,ZHU Junqi 2
(1.Xi ’an Ming De Institute of Technology ,Xi ’an 710124,China ;2.Xi ’an Xigu Microelectronics Co.,Ltd.,Xi ’an 710124,China )
Abstract :Firstly ,the main domestic and foreign standards for inspecting plastic sealed
components by scanning acoustic microscope (SAM )are described.The problems in the
domestic and foreign standards are pointed out respectively ,and the difference between the two domestic and foreign judgments regarding the SAM are compared .Then ,the example of the difference in the qualification of the same plastic sealed component due to the different
standards used in the SAM is illustrated.Finally ,according to the present situation of SAM ,two suggestions are put forward.One is that the standards related to SAM need to be updated urgently ,and the other one is that when there is a dispute about whether a component is qualified due to the difference between domestic and foreign standards ,if the domestic standard is stricter ,the
controversial device can be used on the premise that it is not applied to extremely harsh environments and high precision core components.
Keywords :SAM ;plastic components ;layering ;standard
收稿日期:2020-06-22修回日期:2020-06-30
作者简介：张国强(1980-)，男，山东青岛人，西安明德理工学院智能制造与控制技术学院副教授，硕士，从事信号处理、恰恰瓜子兑奖
测试测量技术方面的教学与研究工作。
电子产品可靠性与环境试验
ELECTRONIC PRODUCT RE L IABIL I TY AND ENVI R ONMENTAL TESTING 标准与行业研究
第2期
0引言
声学扫描显微镜检查(SAM)作为一种无损探伤的手段已被国内外普遍应用于保证塑封元器件的高可靠性方面。SAM是利用声波在不同介质中声阻特性不同，接收到的回波时间和范围不同的原理，从而检测出塑封元器件内部的分层、空洞和裂纹等，以便在元器件筛选时剔除有缺陷的器件。然而，由于国内外关于SAM的标准存在许多差异，相同的缺陷表征，依据不同的标准可能会得到不同的结论。因此，标准之间的差异不仅会对分析元器件造成一定的困扰，而且还会对进口元器件的使用带来一定的争议。
1国内外相关标准比对
1.1国内关于声学扫描显微镜检查的相关标准及其
存在的问题
国内关于SAM的标准有GJB4027A-2006《军用电子元器件破坏性物理分析方法》和GJB548B-2005《微电子器件试验方法和程序》。
GIB4027A-2006工作项目1103第2.4条是目前国内进行SAM的最主要的依据。其对SAM涉及到的检查项目和缺陷判据进行了详细的说明，但存在以下问题。
a)GJB4027A-2006中检查项目与缺陷判据不能完全对应。缺陷判据中a)、b)、c)和d)条检查的是元器件包封层的内部缺陷，而检查项目中指出的需要检查的6个区域均未涉及到元器件包封层的内部界面。
b)GJB4027A-2006工作项目1103主要针对的是塑封半导体集成电路，其针对的是比较传统的塑封电路。现如今,LGA、BGA和倒封装等特殊封装器件已成为常态，而针对这些器件国内还没有相关的SAM标准判据。特殊封装元器件的SAM只能参考GJB4027A-2006工作项目1103中第2.4进行。
c)GJB4027A-2006工作项目1103中第2.4.f)条，由于说法比较含糊，不同实验室对此的理解不同，对于相同的缺陷表征得出的试验结论存在截然不同的结果。该缺陷判据中指出，引线引出端焊板与塑封界面上，分层面积超过其后侧区域的1/2时，认为该器件应为拒收器件。这里的对“后侧区域”的理解存在差异。有的实验室认为后侧区域应是整个引线引出端焊板的后侧区域，有的实验室认为后侧区域应为引线引出端焊板边缘界面的后侧区域。对于芯片面积比较大的器件，当模塑化合物与引线引出端焊
板(顶视图)界面存在分层时，不同的理解会导致最后的结论截然不同。
d)GJB4027A-2006没有指出器件在试验前后是否应该进行预处理。由于塑封元器件自身材料的吸潮性、非密封性等特性，给SAM工作带来了一定的难度。由于超声波的特性决定对元器件进行SAM时，必须将元器件置于耦合介质中，超声波才能进一步地传播。而GJB4027A-2006规定的耦合介质为去离子水，问题主要在于将有分层的塑封元器件置于去离子水中时，塑封材料的非密封性和吸潮性可能会引起分层面积的改变。根据多次试验了解到，部分塑封元器件分层对湿度、温度敏感度特别高。相同的器件,SAM前进行预处理和未进行预处理，得到的结果会存在差异。且试验完成后由于器件表面存在一定的水分，选择不同的烘干方式时(自然晾干或用烘箱烘干)，当器件再次进行SAM时，分层的面积也会不同。因此我们认为,SAM属于无法完全复现的检测手段。针对此问题，应对该型号该批次的器件100%进行SAM，以剔除不合格器件。当SAM结果显示PDA过高时，应先将合格器件进行温度循环冲击试验，然后再次进行SAM。
1.2国外关于声学扫描显微镜检查的相关标准及其
存在的问题
国外S A M相关标准主要有:PEM-INST-001、IPC/JEDEC J-STD-035。
PEM-INST-001分别对筛选和DPA中SAM 相关判据进行了罗列。本文需要指出的是PEM-INST-001中关于进行筛选的元器件对SAM的要求是只进行正面(顶视图)检查，缺陷判据为3个。而该标准对进行DPA的元器件的SAM的要求的是6个区域，其中缺陷判据为5个。
PC/JEDEC J-STD-035标准中对不同封装的器件进行分类，分别给出了金属引线架封装型器件和基座封装型器件具体判据的不同。
张国强等院关于塑封元器件声学扫描显微镜检查标准的探讨
电子产品可靠性与环境试验2021年
1.3国内外常用塑封元器件声学扫描显微镜检查相
关标准比对
本文在此以表格的形式列出GJB 4027A-2006和PEM-INST-001关于SAM 的具体判据和两者的差异性。PEM-INST-001的相关判据如表1所示，其中加粗标注(可靠性)的是指影响器件的可靠性，但不作为拒收判据的缺陷。GJB 4027A-2006的相关判据如表2所示。GJB 4027A -2006与
墙面漆10大品牌PEM-INST-001相关判据的差异如表3所示。
对比以上3个表格可以看出,GJB 4027A-
2006对于引脚分层的拒收标准相对较为严格。
克里斯汀邓斯特2
案例
2.1引脚从塑封完全剥离(后视图)
TI 公司生产的一款散热板裸露型器件SAM 后
的后视图如图1所示。从图1中可以看出，该器件存在引脚从塑封处完全剥离的现象。根据GJB 4027A-2006，该器件应为拒收器件；而根据PEM-INST-001，该批器件为可接收器件。对于这种基板裸露的器件，其引脚从塑封处完全剥离
(后侧)的概率比较高。尤其是国外某系列产品，根据本实验室对近两年的SAM 不合格的统计结果，引脚从塑封处完全剥离(后侧)这种分层占总数
的25%左右。
2.2引线引出端焊板的分层(顶视图)
关于引线引出端焊板与塑封界面的分层(顶视图),GJB 4027A-2006缺陷判据4.4.f )条指出：引线引出端焊板与塑封界面上，分层面积超过其后侧区域面积的1/2。这里标准中并未指出其针对的是顶视图还是后视图，或者是两者该条缺陷判据均适用。由此给标准的使用带来了一定的难度,
项目
判据
裂纹、空洞1)塑封键合丝上的裂纹;
2)从引线脚延伸至任一其他内部部件(引脚、
芯片粘接侧翼)的内部裂纹，其长度超过相应间距的1/2;
3)导致表面破碎的包封上的任何裂纹;4)跨越键合丝的模塑化合物的任何空洞顶视图1)连筋顶部分分层超过其长度的1/2(可靠性);2)引线引出端焊板边缘与塑封界面上，分层面
积超过其面积的1/2(可靠性);
3)塑封与芯片之间任何可测量的分层;4)包括键合丝区域的引脚分层后视图
引线引出端焊板与塑封界面上，分层面积超过其
后侧区域面积的1/2(可靠性)
表1PEM-INST-001中的相关判据
表2GJB 4027A-2006中的相关判据
项目
判据
裂纹、空洞1)塑封键合丝上的裂纹;
2)从引线脚延伸至任一其他内部部件(引脚、
芯片粘接侧翼)的内部裂纹，其长度超过相应间距的1/2;
3)导致表面破碎的包封上的任何裂纹;4)跨越键合丝的模塑化合物的任何空洞顶视图
1)连筋顶部分分层超过其长度的1/2;
2)引线引出端焊板与塑封界面上，分层面积超过其后侧区域面积的1/2(上侧);
3)塑封与芯片之间任何可测量的分层;4)包括键合丝区域的引脚分层;5)引脚从塑封处完全剥离(上侧)后视图1)引线引出端焊板与塑封界面上，分层面积超
过其后侧区域面积的1/2(后侧);
2)引脚从塑封处完全剥离(后侧)
表3GJB 4027A-2006与PEM-INST-001相关判据的差异视图
GJB 4027A-2006
PEM-INST-001
顶视图
引线引出端焊板与塑封
界面上，分层面积超过
其后侧区域面积的1/2
(上侧)
引线引出端焊板边缘与神秘卡米拉
塑封界面上，分层面积
超过其面积的1/2
引脚从塑封处完全剥离
(上侧)
/
后视图
引脚从塑封处完全剥离
(后侧)
/
图1某型号器件后视图形貌
第2期给器件的合格与否带来了一定的争议，例如：某型号器件顶视图形貌如图2所示。
根据SAM 发现，引线引出端焊板与塑封界面存在分层(顶视图)。根据测量，分层面积占整个引线引出端焊板后侧区域面积的48%。根据GJB 4027A-2006缺陷判据4.4.f )条，该分层未达到拒收标准。然而，根据PEM-INST-001中指出引线引出端焊板边缘与塑封界面上，分层面积超过其面积的1/2(顶视图)。GJB 4027A-2006与
PEM-INST-001在引线引出端焊板与塑封界面(顶视图)缺陷判据的区别在于,PEM-INST-001指出的是引线引出端焊板边缘，根据PEM-INST-001判定图2所示器件的分层已影响该器件的可靠性。3结束语
SAM 时参照的标准不同，塑封元器件合格与
否的结论也会有所不同。根据SAM 的现状，在此提出以下两点建议。
a )国内关于SAM 的标准亟待更新，国内标准
太过笼统，对于特殊器件比如塑封分立器件、BGA 封装的器件和贴片封装等特殊封装的器件都应根据其实际情况具体列出缺陷判据。标准内的一些条款需要标注清楚，以免造成相同器件根据同一标准判定却得到不同结论的现象。
b )标准的更新需要大量的试验数据积累和较
长的等待。在标准未能及时更新的现阶段，对于许多存在分层的进口元器件，能不能被使用，该如何在保证整机可靠性的前提下去使用这些元器件是目前存在的棘手问题。对此，笔者认为，对于由于国内标准和国外标准存在的差异而导致某类元器件合格与否存在争议的问题，若国内标准较为严格，则在保证争议器件不被应用于极其恶
劣的环境和高精密的核心部件上的前提下，可以考虑允许使用该器件。
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器件破坏性物理分析方法:GJB 4027A-2006[S].北
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[4]李昕昕，党炜，李永正，等.声学扫描显微镜检查标准
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[5]邵青山.塑封器件在军工装备中的应用及质量控制[J].电子元器件应用,2006(1):91;93-94.
[6]陈章涛，潘凌宇.声学扫描显微镜检查在塑封器件检测
中的应用[J].电子与封装,2013(3):11-14.图2某型号器件顶视图形
貌
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张国强等：关于塑封元器件声学扫描显微镜检查标准的探讨