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导致集成电路标记失效原因研究

發表時間:2018-10-19 01:24

引言
随着集成电路电子产品中的应用越来越普遍,其所面临的自然环境也变得相当复杂,这就会使电子元器件的失效几率增加,当失效的器件准备更换或查找问题时,集成电路器件的名称型号就成为一个非常重要的识别标志,所以器件打印标记质量的好坏,也会关系到电子产品乃至整个系统的稳定。在各种复杂的气候条件下,保证打印标记的完整性成为一个必须重视的问题。
2试验及结果
器件的打印方法通常有激光打印和油墨打印两种:油墨打印就是在外壳上用玻璃油墨(或银化合物等)打印上器件的标记,激光打印就是在陶瓷外壳上,用激光机打印上器件的标记,虽然激光打印的字迹是永久性的,但由于激光打印的字迹不够鲜明,没有油墨打印的容易辨认,而激光打印需要专用的设备。成本高,所以,在陶瓷外壳上运用油墨打印器件标记比较多,根据器件在使用时的气候条件,我们选取交变湿热试验,盐雾试验和耐溶剂性试验来对器件进行试验,以了解和改进器件的标记在这些试验条件下的稳定牢固性。
2.1实验方法及条件[1]
交变湿热试验:一定条件:循环次数:10次,每次24h。
盐雾试验:盐液浓度:2.0%;温度:35℃,时间:24h;淀积速率:30000mg/m2/24h。
耐溶剂性试验:温度:65℃-70℃;42体积去离子水,1体积乙醚和1体积乙醇胺的混合液;器件浸泡时间2min,向前刷10次。
我们选取60只油墨打印的器件和60只经过激光打印的器件,平均分成3组,分别按照上述条件进行交变湿热试验。盐雾试验和耐溶剂性试验,试验后的结果见表1。
2.2失效现象
2.2.1耐溶剂性试验
在经过油墨打印的器件中,有2只器件的标记大部分脱落。1只器件的标记模糊不清,这3只器件的标记均不能进行识别;经过激光打印的20只器件的标记均能清楚识别。
2.2.2交变湿热试验
经过油墨打印的20只器件和经过激光打印的20只器件的标记均能清楚识别。
2.2.3盐雾试验
油墨打印的器件,有6只标记大部分脱落,并有腐蚀点。2只标记小部分脱落,难以辨认,1只标记整体存在,但模糊不清,激光打印的器件,7只均为因盖板腐蚀而出现的标志残缺不全现象。
3器件失效机理及分析
油墨打印是在盖板上用油墨作为标记进行打印,然后在高温下烘烤一定的时间,使油墨固化在盖板上,作为器件识别的标记,激光打印则通过激光束对器件的盖板进行打印,激光打印在盖板上的深度小于其表面涂覆的保护金属镀层的厚度,不会损伤器件的表面,下面结合几种试验机理对失效现象进行分析。
3.1耐溶剂性试验
耐溶剂试验就是在一定温度下,将化学试剂放入容器中,再把器件放入容器中浸泡一段时间(化学溶液要覆盖整个器件)。按要求用工具擦试器件表面的标记,看其是否有失效现象。
试验中,有3只经过油墨打印的器件的标记发生失效现象,这是因为试验用的试剂是有机溶剂,而油墨也是有机物质组成,当器件浸泡在相应的溶液和温度等条件下,油墨或没有固化好,或是由于盖板表面不干净而使油墨与盖板之间存在一些沾污或杂质,当有外力或溶液的作用时,因其不牢固而发生移动或发生化学反应使标记脱落,因为有机溶剂一般不能溶解金属物质,而激光打印是在金属表面上进行打印,不含有有机成分,所以化学试剂是不能使经过激光打印器件的标记发生变化的,也就是说耐溶剂性试验对激光打印是不会产生影响的。
3.2交变湿热试验
该试验是将器件置于一定温度和湿度下,使器件承受温度和湿度的变化,当试验设备里的温度比器件的温度低时,会产生凝露现象,如果打印标记不牢固,就会因凝露现象的消失而变淡,甚至脱落;试验中因温度和湿度的变化会发生水分子渗透现象,这时,如果打印标记不牢固或打印时盖板表面杂质较多,水分子接很容易渗透到标记与盖板之间,造成标记失效现象。
本组油墨打印的器件因其打印牢固或油墨与盖板之间的杂质较少,而未发生标记脱落现象,激光打印的器件因为字迹难以抹去,所以未有器件发生标记失效现象。
因为交变湿热实验的实验条件对于器件标记的影响相对较小,所以该试验对于标记的影响比耐溶剂性试验和盐雾实验的都要小的多。
3.3盐雾试验
该试验是将器件按一定角度放在设备内,在一定温度下,让器件接受具有一定浓度。流速和时间下的盐溶液浸润和冲洗,考验标记是否会发生模糊以及脱落等现象,这个方法对器件来说是比较残酷的,是有破坏性的。
试验中,油墨打印的器件有9只的标记出现失效现象,激光打印的有7只也出现了标记失效现象,我们对此进行分析。
器件表面盖板的成分主要是Ni-Fe,外面镀Ni和Au。当盖板表面有低层金属暴露时就会在电解液(盐液)中构成Ni-Au和Fe-Au原电池,发生化学反应,具体反应方式式如下[2]:
即有Fe(OH)2和Ni(OH)2生成。这时,电解液中的Cl-离子也会参与反应,发生如下反应:
使盖板上的Ni和Fe不断溶解,生成腐蚀物。油墨打印的6只器件和9只经过激光打印的器件的标记由于盖板表面未处理好,残留各种杂质或表面有划伤现象,又因为Cl-离子具有很大的破坏性,镀层发生破裂,使里面的金属暴露出来,发生电化学反应,在盖板表面产生腐蚀点。当腐蚀点影响到标记时,会使标记发生破裂,产生脱落现象。
而盖板表面处理好的器件,金属未参与化学反应,不会出现因盖板失效而导致标记脱落的现象,但是由于Cl-离子具有很强的穿透性,会穿过油墨到达盖板,在此过程中会使那些固化不好或质量有问题的油墨变软,而发生油墨滑落等现象,导致标记失效。
4影响器件标志的几个因素
通过以上的分析,我们可以得出几个影响标记的因素。
4.1固化不牢固
其原因是在油墨打印时,由于盖板表面清洗不干净,造成在标记与盖板之间存在一些沾污或杂质;或是油墨在固化时,烘焙的时间不够长。温度不够高,使标记在经过固化后不能稳定的固定在器件的盖板上,在经过一些与标记有关的试验后,很容易使标记发生脱落等现象。
4.2油墨问题
油墨质量不好或其涂抹不均,在固化时容易使油墨各个部分凝固不均,造成局部抗腐蚀能力差,进而影响到整个标记,甚至会导致标记的完全脱落。
4.3盖板镀层
盖板表面的镀层因为存在划伤,使低层金属露出,发生化学反应而出现腐蚀物;或是因为镀层质量不好,而促使构成原电池的条件形成,也是导致样品表面的标记在进行标记试验时,发生脱落等现象的原因。
5结束语
标记虽然影响不到器件的电性能,但也是器件的一个重要组成部分,保持标记的稳固也是一个重要的工艺环节,所以在进行打印时,要确保所使用油墨的质量稳定。可靠;在涂覆时用力要轻一些,并保持平稳,器件的盖板表面要清洗干净,不要存在较大的杂质或颗粒,金属镀层不要有划伤迹象。

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