MEMS封装可靠性测试规范

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1、MEMS 封装可靠性测试规范华中科技大学微系统中心MEMS 封装可靠性测试规范1. 引言1.1MEMS 概念微光机电系统（Micro ElectroMechanical SystemsMEMS），以下简称 MEMS。MEMS 是融合了硅微加工、LIGA（光刻、电铸和塑铸）和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。它在微电子技术的基础上发展起来的，但又区别于微电子技术。它包括感知外界信息（力、热、光、磁、电、声等）的传感器和控制对象的执行器，以及进行信号处理和控制的电路。MEMS 器件和传统的机器相比，具有体积小、重量轻、耗能低、温升小、工作速度快、成本低、功能强、性能好

2、等特点。MEMS 封装可靠性测试规范所含范围本可靠性测试规范涉及到在 MEMS 封装工艺中的贴片（包括倒装焊、载带自动焊）、引线键合、封盖等几个重要工艺的可靠性测试。每步工艺的测试项目可根据具体器件要求选用。2. 贴片工艺测试2.1 贴片工艺测试要求贴片工艺是将芯片用胶接或焊接的方式连接到基座上的工艺过程。胶接或焊接的质量要受到加工环境与工作环境的影响，因此要对胶接或焊接的质量与可靠性进行测试。胶接或焊接处表面应均匀连接，无气孔，不起皮，无裂纹，内部无空洞，并能承受一定的疲劳强度。在热循环、热冲击、机械冲击、振动、恒定加速度等环境工作时，芯片与基座应连接牢固，不能产生过大的热应力。芯片与基座无

3、裂纹。2.2 贴片工艺测试项目测试项目外部目检芯片剪切强度芯片与基座的附着强度芯片与基座连接处的应力应变X 射线照相高温高湿恒定加速度机械冲击温度循环热冲击扫频振动倒装片拉脱试验测试说明50 倍放大镜检查加力方向应与衬底表面方向平行拉力方向应与衬底表面方向垂直沿横截面贴光栅，用云纹干涉仪来测其应力应变场检测焊点或胶接处内部的空隙85、85RH、1000h一般 30000g一般 1500g、0.5ms一般-65150、10 次一般-40100、5min/10sec一般 202000Hz，20g沿芯片表面法线方向无冲击地拉芯片失效判据外观缺陷大于最小剪切强度大于最小抗拉力应变大于 0.1空隙长度和

4、宽度小于接触面积的 10芯片脱离、有裂纹芯片脱离、有裂纹芯片脱离、有裂纹芯片脱离、有裂纹芯片脱离、有裂纹芯片脱离、有裂纹小于最小外加应力3.1 引线键合工艺测试要求引线键合工艺是用金或铝线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。引线和两焊点的质量要受到加工环境与工作环境的影响，因此要对引线键合的质量与可靠性进行测试。要求用 50倍的放大镜进行外观检查，主要检查两键合点的形状、在焊盘上的位置、键合点引线与焊盘的粘附1.2情况、键合点根部引线的变形情况和键合点尾丝的长度等是否符合规定。在热循环、热冲击、机械冲击、振动、恒定加速度等环境工作时，引线应牢固、键合点具有一定的强度。3.2 引线键

5、合工艺测试项目测试项目外部目检短路引线牢固性键合强度高温高湿恒定加速度机械冲击温度循环热冲击扫频振动测试说明50 倍放大镜检查探针仪拉、弯曲、疲劳、扭、剥离等作用后 50 倍放大镜检查双键合点引线拉力试验85、85RH、1000h一般 30000g一般 1500g、0.5ms一般-65150、10 次一般-40100、5min/10sec一般 202000Hz，20g失效判据外观缺陷短路断线、松动或相对移动小于最小键合强度键合脱离、断线键合脱离、断线键合脱离、断线键合脱离、断线键合脱离、断线键合脱离、断线4.1 封盖工艺测试要求在贴片和引线键合工艺之后就是封盖工艺。由于外壳与盖板热膨胀系数不一

6、致导致在封盖过程中产生热应力，在热循环、热冲击、机械冲击、振动、恒定加速度等环境工作时很容易产生机械和热应力疲劳，出现裂纹，同时发生泄漏现象。因此要求对盖板的微小翘曲进行测试和进行气密性测试。密封腔中水汽含量过高会造成金属材料的腐蚀，要求进行水汽含量的测试。4.2 封盖工艺测试项目测试项目外部目检纳米翘曲测试水汽含量气密性测试说明50 倍放大镜检查用泰曼格林干涉仪测试氦质谱仪先细检再粗检失效判据外观缺陷应变大于 0.1水汽含量大于规定值泄漏率大于规定值5.1 MEMS 封装可靠性筛选试验要求MEMS 封装的失效率与时间的关系可分为三个阶段：早期失效阶段、偶然失效阶段和耗损阶段。一些具有潜在缺陷

7、的早期失效产品，必须通过筛选试验来剔除掉。一般是在 MEMS 封装上施加一定的应力，施加应力的大小应有利于失效 MEMS 封装的劣化，而不会损伤合格 MEMS 封装。5.2 MEMS 封装可靠性筛选试验项目测试项目老炼高温恒定加速度机械冲击温度循环热冲击测试说明125，240h一般 150，24h一般-55155,3 次，30/15min一般 0100，3 次，失效判据贴片、键合、封盖失效贴片、键合、封盖失效贴片、键合、封盖失效贴片、键合、封盖失效贴片、键合、封盖失效贴片、键合、封盖失效15/1sec扫频振动气密性贴片、键合、封盖失效封盖失效6.1 MEMS 封装可靠性寿命试验要求寿命试验是指

8、评价分析 MEMS 封装寿命特征量的试验。它是在试验室里，模拟实际工作状态或储存状态，投入一定量的样品进行试验，记录样品数量、试验条件、失效个数、失效时间等，进行统计分析，从而评估 MEMS 封装的可靠性特征值。一般采用加大应力来促使样品在短期内失效的加速寿命试验方法。但不应改变受试样品的失效分布。6.2 MEMS 封装可靠性寿命试验项目测试项目寿命试验测试说明85、85RH、1000h失效判据贴片、键合、封盖失效三维封装应变应力场的测试1目的用来测量 MEMS 器件三维封装应变场和应力场。2设备云纹干涉仪：其原理是将两异节栅重叠，并使栅线互相平行或相交，就会出现明暗相间的干涉云纹条纹。然后根

9、据云纹的位置及云纹的间距或转角，便可求出此样品的面内位移和应变。泰曼格林干涉仪：用来对封装离面应变场和应力场进行测试。高低温箱：用来模拟样品的工作环境。3程序在做测试样品时，应先对样品进行去氧化物的预处理，若样品表面平整度不好，还应对样品表面进行抛光以达到表面粗糙度为 1.6m 的平整度。贴光栅片时粘胶的厚度要尽量薄，最好是零厚度，贴片前胶要经过甩胶以去掉胶中含有的气泡。起片时要注意不要划伤和粘污光栅表面。将样品放到高低温箱中时夹具不应对样品产生另外的应力。整个测试系统应放在最低 10000 级的净化间的光学隔整台上。调节光学系统时要使投影到样品光栅表面的光斑大小均匀，光斑稳定。光路系统不应受

10、净化间中气流、温度的影响。高低温度的设定应与加工环境和应用环境的温度范围相一致。4结果分析对 CCD 采集的云纹图和干涉图像，利用软件或手工来计算样品在高低温试验条件下的应变场，再反推其应力场。5失效判据应变大于 0.1基于六轴微样品力学实验机的力学特性测试1目的研究 MEMS 常用结构材料和封装材料、微样品、封装结构的力学特性。包括应力应变的本构关系、强度测试、黏弹性与黏塑性、机械疲劳与温度疲劳测试。2设备图 1六轴微样品力学实验机图 1 所示为六轴微样品力学实验机，相应的仪器参数为：（1） 量范围与精度：平动范围 100mm、运动精度 0.1m转动范围 360、转动分辨率 0.001 （2

11、） 测力分辨率：Fx、Fy：3mN；Fz：6mN；Mx、My：0.02N*m；Mz：0.04N*m（3） 温度范围与精度：-60C400C、控制精度 1C加载频率：102000Hz六轴微样品力学实验机：可利用精密六轴工作台进行单轴或多轴加载，利用六轴微力传感器记录载荷大小，可用于分析应力应变、应力时间、应变时间材料特性。在 Z 轴上使用压电工作台或者电磁式激振器配合直线电机，可实现 10-2000Hz 的动态加载频率，可用于高循环疲劳失效分析。云纹干涉仪：利用云纹干涉的原理，直接测量微小样品面内的变形，以消除工作台刚性引起的误差，用于精密测量中样品变形的测量。高低温循环箱：用于模拟样品的工作环

12、境，可进行温度疲劳加载、与温度相关的力学特性分析、以及可靠性加速实验3程序首先针对实验制作相应的样品和辅助夹具，样品为中间细两头粗的形状（尺寸：40mm6mm），使应力集中和样品破坏发生在中间部位；安装样品时，尤其对于薄膜样品可在样品的装夹部分用薄层砂纸（厚度 0.15mm）双面覆盖，避免在装夹部位因应力集中发生破坏；对微小样品装夹固定，会产生装夹预变形，可通过六轴力传感器反馈控制六轴工作台消除样品装夹预变形，避免预变形对测量结果产生影响；然后可针对不同的实验（如拉伸、压缩、蠕变、松弛、循环载荷、疲劳实验）进行选择控制，以达到预期效果。对于样品加载可以通过精密六轴工作台实现，利用 Z向直线可以

13、实现最高 11Hz 的加载频率；对于高频加载，应选择使用电磁激振器或者压电工作台高频加载装置实现 102000Hz 的加载；此外对于温度相关的力学特性分析，可采用高低温循环箱（-60250）实现温度加载。对于精密测量，应采用云纹干涉仪，直接测量微小样品面内的变形，以消除工作台刚性引起的误差对结果的影响。4结果分析记录相关实验结果，可用于材料的应力应变的本构关系、断裂强度、黏弹性与黏塑性、机械疲劳与温度疲劳特性分析。5失效判据以上所获得的实验和计算结果，可用于 MEMS 设计过程中选择材料的依据、以及微样品的可靠性判断依据。机械冲击试验1目的用来确定 MEMS 器件受到机械冲击时的适应性或评定其

14、结构的牢靠性。2设备将样品挂在“十”字形支持架上，支持架通过电磁释放器与框架相连，当电磁释放器断电时，释放样品从一定高度（高度可调）向下降落，砸在下面的园盘上，园盘下面有力传感器，且样品上粘有加速度传感器，采集样品与园盘第一次碰撞时的力与加速度信号便得到样品受冲击的试验条件，通过检测样品的功能，来判断 MEMS 器件受到机械冲击时的适应性或牢靠性。3程序在做测试样品时，应先对样品进行清洗，若样品表面平整度不好，还应对样品表面进行抛光以达到表面粗糙度为 1.6m 的平整度。将加速度计胶粘在样品上表面，粘胶的厚度要尽量薄，最好是零厚度，以免胶对冲击产生缓冲而使加速度计测得的数据不能真实反应冲击试验

15、条件。加速度计应在样品落体的方向上有最大的灵敏度。加速度的安装不应使样品产生另外的应力。然后将样品用无弹性的细线挂在“十”字架上，要注意保证样品的水平，和加速度计的最大灵敏度方向。在多次试验中线的长度不能变。在园盘的下面安装力传感器，该力传感器的量程应大于最大冲击力 30。力和加速度的频率响应应至少有 10KHz，否则就不能测试冲击试验的动态过程。根据样品试验条件的不同，园盘的材料可选用铁、木头、陶瓷、水泥等。整个测试系统应放在恒温室中进行。然后打开测试程序，将样品上升使电磁释放器夹持样品。断电后样品由于自重沿导索下落，最后冲击园盘，同时测试冲击时的力和加速度数据。记录下力和加速度的曲线。并对

16、样品进行牢靠性测试。直至样品损坏为止。4结果分析记录下试验的次数，和比较试验的重复性。将平均的试验数据作为试验的条件。5失效判据在一定的试验条件下，试验次数低于产品的规定值。键合强度（破坏性键合拉力试验）1目的本试验的目的是测量键合强度。本试验可应用于采用低温焊、热压焊、超声焊或有关技术键合的具有内引线的微机械电子器件封装内部的引线一芯片键合、引线一基片键合或内引线一封装引线键合。2 设备本试验的设备应包括能按规定试验条件要求，在键合点，引线上施加规定应力的适合设备。该设备能对外加应力提供经过校准的测量和指示，采用的单位为 N，准确度为5或2.45X10-3N(取其大者)，测量范围应达到两倍于

17、规定的应力最小极限值。3 程序应采用与特定器件结构相符的试验条件进行试验。应计算全部键合拉力，并应根据适用情况遵守抽样、接收和追加样品规定。若无其他规定，对于条件 A 和 B，所需要的试验键合应从至少四个器件中随机抽取，为键合强度试验规定的 LTPD 值用于确定进行拉力试验的最少键合线数，而不是确定至少需要的完整器件样本。在芯片下、芯片上或芯片周围，若存在任何导致增加表面键合强度的粘附剂、密封剂或其他材料，应在使用这些材料前进行键合强度试验。3.1 试验条件3.1.1 试验条件 A 一引线拉力(双键合点)此试验的步骤是在引线下通过插入一个钩子施加拉力(该引线附着于芯片，基片或底座或两者都有)夹

18、紧器件，大约在引线中央施加拉力，该力方向与芯片或基片表面垂直。当出现失效时，记录引起失效的力的大小和失效类别。对引线直径或者等效横截面大于 127m，在引线下不适于使用钩子的地方，用一个适当的夹子取代钩子。3.1.2 试验条件 B 一键合剪切力(倒装焊)本试验通常用于芯片与衬底之间以面键合结构来固定的内部键合。它也可用来试验衬底和安装芯片的中间载体或次级衬底之间的键合。用适当的工具或劈刀正好在位于主衬底之上的位置与芯片(或载体)接触，在垂直于芯片(或载体)的一个边界并平行于主衬底的方向上施加外力，由剪切力引起键合失效。当出现失效时，记录失效时力的大小和失效类别。3.2 失效判据试验中，若外加应

19、力小于下表 (对于指定的试验条件、组成和结构所要求的最小键合强度)的规定时出现键合的分离则为失效。试验条件引线成分和直径结构最小键合强度 N密封前密封后AAAAAAAl 18mAu 18mAl 25mAu 25mAl 32mAu 32mAl 33mAu 33mAl 38mAu 38mAl 50m引线引线引线引线引线引线0.0150.020.0250.030.030.040.030.040.040.050.0540.0100.0150.0150.0250.020.030.020.030.0250.040.04Au50m0.0750.054AAl 76mAu 76m各种规格引线倒装片0.120.1

20、50.05键合数0.080.12321 失效类别当有规定时，应记录造成分离所需要的应力以及分离或失效类别。失效分类如下：a对于内引线键合：(a1) 在颈缩点处(即由于键合工艺而使内引线截面减小的位置)引线断开；(a2) 在非颈缩点上引线断开；(a3) 芯片上的键合(在引线和金属化层之间的界面)失效；(a4) 在基片、封装外引线键合区或非芯片位置上的键合(引线和金属化层之间的界效；(a5) 金属化层从芯片上浮起；(a6) 金属化层从基片或封装外引线键合区上浮起；(a7) 芯片破裂；(a8) 基片破裂。b对于倒装片结构：(b1) 键合材料或基片键合区的失效；(b2) 芯片(或载体)或基片的破裂(芯

21、片或基片紧靠在键合处下面失掉一部分)；(b3) 金属化层浮起(金属化层或基片键合区与芯片或载体、基片分离)。B面)失内部水汽含量1目的本试验的目的是测定在金属或陶瓷封装器件内部气体中的水汽含量。它可以是破坏性试验(程序 1 和 2)；也可以是非破坏性试验(程序 3)。2 设备根据所选择的不同程序，本试验所需设备如下：2.1 程序 1 所用设备程序 1 是用质谱仪测量器件内部的水汽含量。所需设备如下：a一台质谱仪，它能对给定的封装再现地检测出规定的水汽含量，其灵敏度安全裕量为 10 倍。质谱仪的校准是在规定水汽允许范围(偏差为20)下，利用一个封装模拟器来完成的。该模拟器利用对已知水汽含量(偏差

22、为l0)的体积连续取样排气，且能重复性地产生至少三种已知的气体体积(偏差为10)。水汽含量由标准的产生方法建立(即两种压力、分流或低温方法)。绝对湿度至少每两年一次采用标准校准过的湿度露点分析仪进行测量。该校准过的露点分析仪应至少每年一次重新校准。应采用最佳拟合曲线校准体积校准点。应要求对与校准点之间平均值的偏差大于 10的灵敏度因子进行修正。b能放置器件的一只开口真空箱和使器件与 21a 中的质谱仪相连接的真空传递通道。真空传递通道应保持在 1255。开口真空箱中夹具对样品的夹持必须满足 2.1c 刺穿装置的要求，在刺穿前使器件保持在 1005达 l0min 以上。c开口真空箱内或传递通道内

23、刺穿装置的功能是刺穿样品壳体(不降低质谱仪箱的真空并不破坏壳体的密封媒质)，以使样品内部气体逸出，进入真空箱体和质谱仪。2.2 程序 2 所用设备程序 2 采用累积计算 50时由干燥的载体气体收集到的水汽的方法来测定器件的水汽 含量。所需的设备如下：a一台电子积分检测器和湿度传感器，它能重复地检测出被试封装内 30050ppm 的水汽含量。以g 为单位的水汽绝对灵敏度除以计算得到的被试器件中的气体重量，然后再修正到 ppm，得到水汽含量值。b. 一个与 2.2a 中的积分检测器相连的刺穿箱或盒子，用来放置器件样品并在测量期间 使其温度保持在 1005。刺穿箱应按刺穿装置要求夹持样品。刺穿装置打

24、开封装的方式应能使包含的气体被运载气体携出或用抽气的方法排出，传感器和与刺穿箱的连接部分维持在 502。2.3 程序 3 所用设备程序 3 通过测量已校准的湿度传感器或集成电路芯片响应的方法来测定器件中的水汽含量。湿度传感器和集成电路芯片应密封在器件封壳内，在封装的外部有可利用的引线端。所需的设备如下：a湿度传感器和能检测出含量为 30050ppm 的水汽含量的读出仪器。传感器安装在密封器件内部。b被测试器件上的金属走线，他们与器件之间用反向偏置二极管隔离，当被连接作为桥式网络一部分时，可检测出腔内 2000ppm 水汽含量。芯片应以某种方法致冷，使芯片表面为腔内最冷点。器件先被致冷到露点以下

25、然后再加热到室温构成一个完整的试验周期。3 程序应按程序 1、2 或 3 的要求进行内部水汽含量试验。含有干燥剂或有机物的器件应在把热导入设备之前在 1005下预烘焙 1224h。3.1 程序 1器件应进行密封试验，并且不应存在可能影响水汽含量测定精确度的任何表面沾污。器件插入后，把器件和真空箱用泵抽气并在 1005的温度下烘焙，直至背景压力达到不妨碍规定的测量精度和灵敏度为止。抽气后，应刺穿器件外壳或盖板，并采用质谱仪测量释放气体。应对数据做简化处理，即要消除在计算湿度含量时由于其他气体元素对分凝形式的影响。应对系统产生的影响(例如在内部环境中存在氢的情况)都应进行数据校正。3.1.1 失效

26、判据a水汽含量大于规定最大值的器件应视为失效。b存在如 3.1a 所述的异常低的总气体含量的器件，如不能替代，应视作失效。这样的器件可用同一组中的其他器件代替，如果替代的器件存在的总气体含量对于该型号属正常范围那么替代的和原来的器件都不能因此而被视为失效。32 程序 2器件应进行密封试验，并且不应存在可能影响水汽含量测定精确度的任何表面沾污。器件插入刺穿箱后，使气体流动通过该系统，直至探测器输出达到稳定基线值。应在气体连续流动时，刺穿被测器件封装并收集释放湿气直至探测器再次达到基线读数。另一种方法是把气体输送到含有一只湿度传感器和一只压力指示仪的储备箱中。通过注入已知量的湿气或打开湿气含量已知

27、的封装来校准系统。321 失效判据a水汽含量(按体积)大于规定最大值的器件应视为失效。b从刺穿箱中取出后应检查器件，查明封装是否已完全打开。如果该器件封装未被刺穿，又未从同一组中抽出另一个器件进行试验，则该器件就应视作失效；如果重新试验样品或替代器件，证明器件封装业已被刺穿且符合规定的水汽含量标准，则样品就应视为通过了该试验。c在驱气时渗水的封装将是潮湿的，应视为失效。在抽真空情况下必须按 3.1a 测量标称压力的升高。3.3 程序 3湿度传感器应在已知水汽含量的气氛中校准，例如可采用合适的盐饱和溶液或稀释液。 应证明在封装密封后可检查传感器校准，或者打开器件封盖对传感器进行密封后的校准。湿度

28、传感器应密封在器件封装中，或当有规定时，密封进同类型的模拟封装中。应按与试验器件相同的工艺、相同的管芯附着材料、相同的设备上、在相同的时间周期内进行密封。用测量温度传感器响应的方法来测量水汽含量。在传感器对程序 3 的适用性认可之前，必须确定它与程序 1 的对应关系。应证明封装环境和传感器表面不存在有机溶剂之类的任何沾污材料，这样的沾污材料可能会产生比实际湿度低的读数。3.3.1 失效判据水汽含量大于规定最大值的样品视为失效。X 射线照相1目的本检查的目的是用非破坏性的方法检测封装内的缺陷，特别是密封工艺引起的缺陷和诸如外来物质、错误的内引线连接、芯片附着材料中的或采用玻璃密封时玻璃中的空隙等

29、内部缺陷。本方法为 MEMS 器件的 X 射线照相检查确立了采用的方法、判据和标准。2 设备本试验所用设备和材料包括：aX 射线设备，其电压范围应足以使 X 射线穿透器件。焦距应适当，使得主要尺寸为0.0254mm 的物体的图象比较清晰。bX 射线照片胶卷颗粒很细的工业 X 射线胶卷，单乳胶或双乳胶均可。cX 射线照片观察器主要尺寸分辨率应为 0.0254mm。d固定夹具能把器件固定在要求的位置上，而不影响图象的准确性和清晰度；e。X 射线照片质量标准具备能够验证检测全部规定缺陷的能力。f胶卷盒表面覆盖有至少 1.6mm 厚铅材料的工作台，背部为铅材料的胶卷盒，以防止辐射的背散射。3 程序为了

30、在灵敏度要求的范围内获得满意的曝光并得到用于 X 射线照相试验的器件或缺陷特征的图象的最详细的细节，必须调整或选择 X 射线曝光系数、电压、电流和时间。在满足上述要求的前提下，X 射线电压应最低，并且不超过 150kV。器件应安装在夹具中，以使其不受损坏或沾污，并在规定的适当平面上。夹具可是多种类型的带有铅隔膜或钡土的挡板可用来隔开多个样品，但要求夹具或挡板材料不妨碍从 X 射线源到器件本体任何部位的观察。3.1 试验选择 X 射线曝光系数以达到主尺寸分辨率为 0.0254mm，失真小于 10，应对每一需要的观察角度拍摄 X 射线照片。3.2 X 射线照片的分析采用本试验规定的设备检查 K 射

31、线照片来确定每个器件是否符合本标准，有缺陷的器件应拒收。应在 X 射线照片表面上没有眩光的低光强的条件下对 X 射线照片进行分析。在投影型观察设备上及强度可变的适当光源下或适于 X 射线检查的观察器上检查 X 射线照片。应放大 625 倍来观察 X 射线照片。必要时可采用观察屏。不能清楚表示 X 射线照片上用作为 X 射线质量标准的图象特征的照片不得接收，应重新拍摄该器件的 X 射线照片。3.3 检查和接收标准3.3.1 器件结构可接收的器件应是经 X 射线特征识别检查以表明具有规定的设计和结构。明显违背规定结构的器件应拒收。3.3.2 单个器件的缺陷单个器件检查应包括(但又不限于)检查以下项

32、目：外来粒子、由键合材料构成的低温焊或熔焊的“溅沫”、引线的合适形状和位置、引线分别与微机械电子元件、微机械电子金属化图形和微机械电子元件的装架。由 X 射线照片检查暴露出以下缺陷的任何器件应拒收：3.3.2.1 外来物质的存在外来物质(外来粒子)应包括但又不限于以下内容：a大于 0.025mm 的游离或附着的任何粒子，或虽然尺寸较小但足以跨接器件中互相不连接的导电部分的任何外来粒子。b内引线尾部的延伸，在芯片焊接区超过引线直径的两倍或在封装外引线键合区上超过内引线直径的四倍。c在封帽内部外引线端头上的主要尺寸大于 0.08mm 或从形状来看会断开的任何毛刺。d多余的半导体芯片键合材料的累积。

33、(1)安装和键合的芯片，相对于正常安装的倾斜不应超过 10。在芯片周围累积的并接触芯片边沿的键合剂，其累积厚度不得超过芯片的高度。在键合剂累积但又尚未接触元件的地方，累积不得超过该元件或任何外引线或外引线键合区的两倍高度，同时不得与键合材料主体区域隔开。(2)不应见到主尺寸为大于等于 0.025mm 的外来物质。松散的键合材料应看作为外来物质。多余的(但不是松散的)键合材料不能认为是外来物质。具有可疑的外来粒子或外来材料的器件，如果下述条件满足的话，可认定为可接收的。(a)在芯片粘片之前，用 3060 放大倍数对芯片接触面进行了目检，确信芯片接触面没有会影响有效的芯片接触的异常情况。(b)应已

34、进行了 100的封帽前检查。器件经过检查后，在 100 级环境中准备封装。(c)所有具有 3.7 中其他 X 射线缺陷类型的器件应已从批中剔除。(d)少于 5 个可疑外来粒子和外来物质的编有序列号的器件，应按照粒子碰撞噪声检测(PIND)方法不加探测器进行振动和冲击试验。(e)在 PIND 振动或冲击之后，对编有序列号的器件进行第二次失效观察的 X 射线检查，每一个器件应和它的前一次 X 射线记录进行比较。(f)任何可疑粒子已经移动或从原来位置上消失的证据将导致器件被拒收。如果粒有移动的迹象，器件可接收。e底座、外壳内任一处的金层脱皮。f外壳内任一处额外的球状键，在键合时附着的键合剩余物质除外

35、。3.3.2.2 不可接受的结构检查器件时，以下几种情况应视作不符合接受要求的结构。存在以下缺陷的器件应拒收：a空隙一当给器件拍 X 射线照片时，某些类型的安装不能正确显示空隙。在检查出这样的器件时，应在检查报告上注明安装类型。(1)接触区空隙超过整个接触面积的 12。(2)单个空隙，它横贯芯片的整个长度或宽度范围，并且超过整个预定接触面积的 10。b除连接芯片的规定区域与外引线以外的其余内引线。在器件设计中要求的象调整负载电阻时需要的跨接线之类的内引线是可以接收的。c芯片的裂缝、破裂或碎片；d芯片底部过分的底切；e有缺陷的密封不管哪种类型的器件，只要其整个封盖密封是不连续的，或密封宽度不到设

36、计密封宽度的 75，就应拒收。最终密封过程所引起的喷溅不视为外来物质，只要能够确认它是连续的、均匀的并附着于母体材料以及不呈现球、斑点或泪滴形状(即基底部分最小尺寸小于其支撑物的尺寸)；f不合适的间隙可接受的器件内部应有一定间隙，以保证芯片之间或芯片和外壳之间接触。不允许跨接。不同类型封装器件的拒收情况如下所示：(1)扁平封装和双列直插封装；(a)接触或跨接其他引线或键合点的任何引线(仅 Y 平面)；(b)偏离从键合点到外引线间的直线并与另外键合间距离小于 0.05mm 的任何引线(仅 Y 平面)；(c)引线虽未偏离从键合点到外引线间的直线，但表现出接触到另一引线或键合点子没(仅 Y 平面)；

37、(d)引线与不应接触的外壳或外引线相碰，或它们之间距离小于 0.05mm(适用于 X 和 Y 平面)；(e)键合点与另一键合点之间距离不到 0.025mm(不包括由公共导体连接的键合点)(仅适用于 Y 平面)；，(f)内引线从芯片键合点到封装外引线键合区为直线状，而没有弧度；(g)内引线下垂部分低于芯片键合点顶部所在的假想平面(仅 X 平面)。由设计所要求的除外。(2)圆形或方形晶体管式封装。(a)引线与不应接触的外壳或外引线相碰，或它们之间距离小于 0.05mm，(用于 X 和 Y 平面)；(b)内引线下垂部分低于芯片键合点顶部所在的假想平面(仅 X 平面)，有设计要求的除外；(c)引线接触

38、或跨接其他引线或键合点(仅 Y 平面)；(d)内引线偏离由键合点到外引线之间的直线，表现出与其他内引线或键合点接触，或其间距离小于 0.05mm(仅适于 Y 平面)。(e)键合点与另外键合点之间的距离小于 0.025mm(不包括由公共导体连接的键合(f)从芯片键合点到封装外引线键合区之间的内引线为直线状，没有弧度。按设计要求的例外(例如，线夹或固定式的连接引线)；(g)引线柱与垂直方向(或预定的设计位置)的偏离大于 10，或者在长度和结构上不均匀，或者与另外引线柱之间的距离小于一个引线柱的直径；(h)在采用 T 型矮帽外壳，引线柱与外壳顶部的距离不到外壳内部底座与顶之间总的 20。在具有芯片与

39、底座相垂直的器件中，芯片离底座或外壳任一部分的距离不到 0.05mm。(i)在外壳底座设计中未考虑采用底座边缘或其他结构(如“挡环”)，以防止低温焊或熔焊溅沫进入壳内。点)。尺寸芯片剪切强度1目的本试验的目的是确定微机械电子芯片贴在管座或其他基片上的强度。该强度与对芯片所加力的大小、观测在该力作用下产生的失效类型(如果出现失效)以及残留的芯片附着材料和基片管座金属层的外形有关。2 设备本试验所需设备是一台能施加负载的仪器，要求其准确度达到满刻度的5或 0.5N(取其较大者)；一台带有杠杆臂的圆形测力计或线性运动加力仪。试验设备应具有下述能力：a芯片接触工具，能把力均匀地加到芯片的一条棱边；b保

40、证芯片接触工具与管座或衬底上安放芯片的平面垂直；c芯片接触工具与管座基片夹具具有相对旋转能力，这有利于与芯片边沿线接触，即对芯片加力的工具应从一端到另一端接触芯片的整个边沿；d一台放大倍数至少为 10 倍的双目显微镜，其照明应有利于在试验过程中对芯片与芯片接触工具的界面进行观察。3 程序除特殊的器件结构在规定试验条件外，应按本规定进行试验。所有的芯片强度试验都应参与统计，并且适用时应遵循规定的抽样、接收或追加样品的规定。3.1 剪切强度采用上述设备，对芯片施加力。该力应足以能把芯片从固定位置上剪切下来，或等于规定的最小剪切强度的两倍，取其第一个出现的值。a当采用一台线性运动加力仪时，加力方向应

41、与管座或衬底平面平行，并与被试验的芯片垂直。b当采用一台带有杠杆臂的圆形测力计施加试验所需要的作用力时，它应能围绕杠杆臂轴转动。其运动方向与管座或衬底平面平行，并与待试验的芯片边沿垂直。与杠杆臂相连的接触工具应位于适当距离上，以保证外加力的准确数值。c芯片接触工具应在与固定芯片的管座或衬底基座近似成 90的芯片边沿施加负载。d在与芯片边沿开始接触之后以及在加力期间，接触工具的相对位置不得垂直移动，以保证与管座基片或芯片附着材料一直保持接触。如果芯片接触工具位于芯片上面，可换用一个新的芯片或重新对准芯片，只要 3.1.c 的要求得到满足。3.2 失效判据达不到以下任一条判据的器件均应视为失效：a

42、. 达不到所表示的最小芯片强度要求；当芯片面积小于 0.32mm2 时，为 2N；当芯片面积大于 4.13mm2 时，为 25N；当芯片面积在 0.32mm2 和 4.13mm2 两者之间时，最小芯片强度为芯片面积的 6 倍。b使芯片与底座脱离时施加的力小于最小强度的 1.25 倍，同时底座上保留有芯片附着材料痕迹的区域小于附着区面积的 50；c使芯片与底座脱离时施加的力小于最小强度的 2.0 倍，同时底座上保留有芯片附着材料痕迹的区域小于附着区面积的 10。3.2.1 芯片脱离的类别应记录使芯片从底座上脱离时所加力的大小和脱离的类别。a芯片被剪切掉，底座上残留有硅碎片；b芯片与芯片附着材料脱

43、离；c芯片与芯片附着材料一起脱离底座。芯片粘结的超声检测1 目的本检验的目的是通过声学连续性测量实现非破坏性地检测微机械电子器件芯片粘结材料中的未粘附区域和空洞。它为微机械电子器件的超声检测规定了方法和判据。2 设备a. 超声成像设备b. 输出装置c. 超声检测器3 程序应根据需要选择或调整超声发生器、接收器和行扫描记录仪的配置（使用时），以便对器件和试验所要检测的缺陷特性的灵敏度要求之内得到满意的图像，并获得最多的图像细节。在反射模式或传输模式图像的情况下，必须注意确保超声穿透整个芯片粘结界面并对其敏感。检测和接收数据在器件检验中，下列情况应被看作是不可接收的芯片安装，因此表现出下列缺陷的器

44、件应被拒收。空隙：当用超声图示器件时，某些种类的安装材料可能不会给出空隙的真正表示。检测此类器件时，应在检测报告中注明采用的安装。接触区多个空隙总和超过应该具有的总接触区的面积的 50；b. 超过预计接触区 15的单个空隙，或超过总预计接触区 10的单个拐角空隙当用平分两对边方法把图像分成四个面积相等的象限时，某一接触区中的空隙超过了该象限预计的接触区面积的 70在有争议的情况下，空隙的百分比应由对图像的实际测量来确定。a.c.非破坏性键合拉力试验1目的本方法的目的是在避免损坏合格引线键合的同时揭示出不合格的引线键合。本方法对超声或热压工艺形成的键合都适用，直径大于 127m(或等效截面积)且

45、没有足够空间使用钩子的引线除外。2 设备本试验设备应包括能将试验条件要求的应力加到键、引线或引线端的装置。该装置应提供校准测量和以 N 为单位指示所加应力，其测量应力能达到规定极限值的两倍，测量精度为土 5或2.9410-3N，取其大值。a通常用钩子把力加到互连内引线上，所用钩子与引线的直径关系应如下：引线直径(m)d50.850.8127钩子直径(引线直径的倍数)最少 2.0 倍最少 1.5 倍最少 1.0 倍，对于带状引线，采用与被试验带状引线截面积相同的等效圆形引线直径值。钩子的水平部分应大于等于被试验引线直径的 1.25 倍。b钩应光滑，没有缺陷，否则会影响试验结果或损坏被拉引线。c应

46、控制钩的移动速度，使钩开始接触引线时产生的冲击力不应超过规定的非破坏性键合拉力的 20。d安放钩子时，至少放大 15 倍来观察，以便完成钩子的最后定位，可以使用有变焦距功能的显微镜来检查钩的位置。e固定管座的夹具应能与钩子对准，以利于对引线施加最佳应力。f指示仪应能测量使互连引线失效所需的力，或能表明所加的负载力已符合预定的要求。g钩子应处在一个固定位置，使钩子沿着在键合点之间直线方向上的运动受到限制，钩子不会上升到最高位置，否则试验只是对一个键合点进行(例如对一个球形键合)。3 程序应按适用采购文件的规定进行试验，该试验可作为抽样或筛选进行。该试验条件应随键合材料和结构而变化。应对每个器件的

47、全部键合引线进行拉力试验和计数，并且应遵守规定的抽样、接收和追加样品的条款(如果采用)。如果在引线表面和引线下面或引线周围有任何附着剂、密封剂或其他材料，从而增加键的视在强度时，应在使用这些材料以前进行试验。a设置外加力额定值。b固定被试样品，调节上升装置，根据引线的尺寸和材料施加规定的应力。c转动器件到合适位置，使钩子在引线中点和引线弯曲最高点之间与引线接触(对正 V 形和球形键，应在中点和管芯边缘之间；对逆向键应在中点和封壳边缘之间)。拉力方向大致垂直于管芯或衬底，或大致与键合点之间直线垂直。承制方应尽量接近中间拉，不要引起对引线有害的变形。d驱动上升装置，使键合引线受力，在施加规定应力时

48、应使产生的冲击力尽量小，在整个拉键试验过程中指示仪显示的冲力不应超过仪器的规定精度。施加应力的最长时间不得超过 1s.e，观察键是否断裂。f如键断裂，剔除该器件(除允许返工的器件例外)，继续检验下一个器件。若健断裂要记下断裂键的号码和含有此键器件的标志。如果允许返工，应在键返工以前试验其他所有健，返工后的键也要再经试验。g如果器件上的键都不断裂，可以满意地接收该器件。h对全部被试键重复 ag 的步骤。i记下在预定应力下试验而失效的引线或失效键的总数j记下未通过试验的器件数。31 失效判据在外加应力小于规定应力(按采用的材料和结构来规定应力)时，如果被拉的键发生分离(在键合面上出现键的分离或与整

49、个键合区相连的任一位置出现键分离或引线发生断裂)，这样的键为失效。若无其他规定，外加非破坏性拉力应是密封前最小键合强度的 80，下表列出了通常使用的内引线所对应的拉力值。铝和金引线直径（m）铝拉力（gf）金182532333850761.22.02.52.53.04.59.51.62.43.23.24.06.012.0玻璃熔封封装盖板的扭矩试验1 目的本试验的目的是确定玻璃熔封的 MEMS 封装的抗剪强度，这是一种破坏性试验。2 设备试验设备应包括合适的固定式或可调节式夹具以及当扭矩加到密封区时固定器件的装置。扭转机构和固定装置应能支撑封装基座和盖板，以便保证扭矩主要是加在密封区，而被试器件的

50、外壳没有明显的弯曲、翘起和移动(特别是对扁平封装，片式载体封装和其他薄形封装)。可采用扭转扳手或扭转机构把扭矩加到盖板上，该机构至少能把 12.8Nm 的扭矩加到盖板上。还应有一个测量精度和准确度为5或0.2Nm(取较大者)的测力仪。对于密封面积较小的封壳应使用足以使封壳分离的扭转扳手或扭转机构，测量的精度和准确度为5或0.2Nm(取较大者)，以便更精确地读数。扭转机构应有峰值指示器，以便记录所加的最大应力，或具有其他等效的应力记录系统。3 程序试验时固定器件的基座，扭矩加在器件盖板上，也可以固定封盖，扭矩加在基座上。安装盖板的扭转装置是为了保证扭矩只是加在封装盖板、基座或其间垫层的侧面，避免

51、接触密封玻璃。盖板扭转装置可以接触封装外引线，但不能让大部分转矩直接通过外引线而转移。扭矩应逐渐平缓地施加，直到封装发生分离；或达到 12.8Nm 的极限扭矩为止。记录分离封装所需要的扭矩或达到12.8Nm 的极限扭矩。施加扭矩时应使旋转轴与密封区平面垂直，且位于密封区的中心。4 失效判据在扭矩值低于表中的规定值时，若密封层发生分离、破裂，器件就定为失效。如果整个封装(盖板、密封圈和基座)在与施加扭矩的平面垂直方向上都发生分裂(这是施加扭矩不合适的证据)，而盖板和基座部分仍然在一起，可以去除这次试验结果，不计入失效，重取一个样品来完成所需要做的试验。设计的封口面积（cm2）3.00扭矩（Nm）

52、0.50.71.01.72.53.44.45.97.48.810.812.8芯片与基座的附着强度1 目的本试验的目的是确定 MEMS 器件在垂直芯片表面方向受到力时芯片粘附系统的强度。本方法适用于有机材料作为粘附剂把芯片固定在管座或基座上，用于对贴片工艺质量的控制。2 设备试验设备应包括抗拉强度试验台，该试验台应能提供的力为 7MPa 乘以最大被测芯片面积，其准确度为5或 0.5N(取较小者)。试验设备应具有下述能力：a可互换的芯片接触工具，每次试验接触面范围应是被试管芯面积的 60100；b应有保证芯片接触工具与管座或基座平面垂直固定的措施；c芯片接触工具和管座基座固定装置之间能旋转。3 程

53、序在芯片接触工具上放一点快速凝固的粘结剂，然后与芯片表面接触。在粘结剂充分固化后，再使样品承受规定的垂直拉力。3.1 作用力利用本方法所述设备，对芯片加力，此力要足以把芯片从底座上拉下来，或是拉力达到规定的最小抗拉力的两倍(取第一个出现的力)。3.2 失效判据如在低于两倍的最小抗拉力下芯片表面与芯片接触工具之间发生分离，此试验不判该样品是合格还是失效。当芯片从管座或基片上被拉起，在下述条件时判为失效：a 在低于芯片最小抗拉力(1.0 倍)下发生分离；最小抗拉力 y（N）与芯片面积 x（cm2）的关系：y( N ) = (3.32 lg(x / 6.5) + 13.3) 4.45b 在低于芯片最

54、小抗拉力的 2.0 倍时发生分离，且在管芯粘结剂与芯片之间，或粘结剂与管座基座之间的界面上没有明显的附着痕迹。最小抗拉力 y（N）与芯片面积 x（cm2）的关系：y( N ) = (6.63 lg(x / 6.5) + 26.6) 4.45密封试验1 目的本试验的目的在于确定具有内空腔的 MEMS 器件封装的气密性。2 设备适用于不同试验条件的密封试验所需设备应按相关条款的规定。2.1 试验条件 A示踪气体氦（He）细检漏按本条件进行试验所需设备包括合适的压力室、真空室和一台质谱检漏仪。该质谱检漏仪应经过适当的预置和校准，使其灵敏度达到足以读出小于等于 10 Pacm /s 的氦漏率。用于测量

55、漏率的工作室体积应根据实际情况尽量保持最小，因为该体积过大对灵敏度极限值会产生不利的影响。应该在每个工作班次期间，至少用经校准的扩散型标准漏孔校准一次检漏仪的指示器。2.3 试验条件 B碳氟化合物粗检漏按本条件进行试验所需的设备为：a. 真空/压力室，用于抽真空及随后加压，能使器件受到 516kPa 的压力作用达 10 小时。b. 能保持指示用的液体温度在 125并适用于观察的容器以及一套能把尺寸大于 1 m 的粒子从液体中除去的过滤系统。c. 1.530 倍的放大镜。当器件浸入指示用的液体中时，能用该放大镜观察到从该器件中冒出的气泡。d. 表 1 所用的检测用 1 型液体和指示用 2 型液体

56、。e. 光源：它在空气中能在距离等于容器中离光源最远的器件与光源之间的距离的位置处产生大于等于 4572m 烛光的亮度。光源不需要校准。但光源在观察位置上（即在观察气泡时放置被侧器件的位置上）产生的亮度应受到验证。f. 指示试验温度、压力和时间是否符合规定的已校准过的合适的仪器。g. 使器件浸入指示液中的合适夹具。表 1 碳氟化合物液体的物理特性要求特性沸点25时表面张力1 型50952 型1402001.6121.61.5121.612503 程序先进行细检漏（条件 A），后进行粗检漏（条件 B）。当有规定时，应在检漏试验后进行测量。当规定作用于器件上的压力超过 MEMS 封装的承受能力时，可采用其他关于压力、压力作用时间、有规则的停顿时间等组合条件。但应满