集成電路封裝失效機理是指與集成電路封裝相關的，導致失效發生的電學、溫度、機械、氣候環境和輻射等各類應力因素及其相互作用過程。根據應力條件的不同，可將失效機理劃分為電應力失效機理、溫度-機械應力失效機理、氣候環境應力失效機理和輻射應力失效機理等幾大類。

1. 電應力失效機理

電應力失效包括封裝中的靜電放電，集成電路中存在n-p-n-p結構而形成正反饋（月鎖效應） 或鈍化層介質受潮/污染/損傷 （白道擊穿）等過電應力損傷導致內引線熔斷，外引出端之間漏電引起參數漂移甚至短路、燒毀開路等功能失效。

當部分金屬外殼封裝的器件外引腳表面為鎮銀層或采用銀絲作為鍵合絲時，在水汽、電場的作用下，Ag電離產生 Ag'樹枝狀遷移，從而導致短路失效的發生。

2.溫度-機械應力失效機理

溫度-機械應力失效主要包括如下9種情形。

(1） 空腔結構密封過程中擠人內腔的焊料，鍍層或封口熔融材料脫落，劃槽中工藝控制監測因形 (Process Control Monitor, PCM)剝落等形成腔內多余物，均會引起短路或偶發短路失效。

(2） Au-A1 鍵合點在高溫條件下生成脆性、高阻性的 AuAl， “紫斑”失效和Au,AI “白斑” 失效山。

（3）封裝內的芯片、鍵合引線、引線框架或基板、模塑料 等因熱膨脹系數、彈性系數不一致，當溫度發生變化時，材料漲縮產生內應力，引起鍵合引線拉脫拉斷、芯片開裂，或者與基板分層失效131。

(4） 底部填料工藝中 Si0,顆粒填充不均勻，填充壓力和固化溫度不匹配引起填料分層，焊點底部開裂引起的失效，如圖1所示；熱膨脹系數失配和高溫工藝（如回流焊）超過內凸點的熔點，引起凸點熔化產生的互連失效，如圖2所示。

(5）倒裝芯片焊接區的Au、Sn、Pb、Cu、 Ag 等焊料生成的金屬問化合物(Intermetallic Compound. IMC) 在溫度變化、加電發熱或機械應力下，與基板焊盤和芯片間的熱膨脹系數失配，IMC 龜裂引起焊點 “金脆”開裂失效；焊料焊接溫度不匹配，引起焊點內部因各種焊料的相互擴散速率差異出現孔洞，從而破壞焊點的電氣連接和機械性能四，如圖所示。

(6）周期性溫度變化下，2.5D、3D堆疊結構中 TSV 銅填充與硅孔壁、焊盤與焊球、堆疊裸芯片、堆疊封裝等因熱膨賬系數失配產生應力而導致開裂、分層、翹曲失效。

(7）周期性溫度變化或機械應力下，鍵合引線發生形變、碰絲、疲勞斷裂，金屬．玻璃或陶瓷，模塑料等材料發生蠕變 疲勞裂縫擴展、斷裂和密封漏氣等失效。

(8） 金屬或釬焊材料中的氫向應力集中部位聚集、析出，與材料內部的殘留應力及外部應力組合，產生巨大壓力導致“氫脆” 斷裂失效。

(9）含Sn 焊料、釬焊材料及含 Sn 鍍層在過低溫度下存儲、工作時可導致粉末 Sn 的“錫瘟〞 失效；純Sn 或 Sn 合金鍍層封裝因 Sn 層內應力、晶體位錯、環境因素等發生 Sn 須生長引起相鄰引腳之間的漏電、短路失效。

3. 氣候環境應力失效機理

氣候環境應力失效主要包括如下3種情形。

（1）模塑料、層壓有機基板或底部填料吸濕后，在高溫下水分迅速膨賬，迫使其與其上附著的其他材料（如芯片、引線框架等）發生分離，引起芯片開裂、內焊接點接觸不良或斷裂、分層或爆裂失效。

(2）外部離子和污染物、封裝料中的雜質離子溶人水汽生成電解液，在內鍵合引線或曝鐸的 A1 或 Au-AI 結合處發生長期、緩慢的化學腐蝕或電化學腐蝕．生成“白毛”狀AI （OH)?或腐蝕斑。

(3) Sn、Au、Ni 等保護鍍層過薄、針孔密度過大或缺損，以及有Na、K、Cl等雜質離子污染存在，金屬殼體、蓋板和外引腳在水汽、電場作用下，產生電化學腐蝕引起漏電短路、掉腳等。

4.輻射應力失效機理

輻射應力失效是指，封裝材料中含有的放射性元素裂變放射出a粒子后，其沿途產生的電子-空穴對在電場作用下，在芯片某些區域被集結，引起DRAM、SRAM 等存儲單元中的電荷量發生改變，導致電路發生誤翻轉的a粒子軟失效。

審核編輯：劉清