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[摘 要]主要阐述了半导体器件生产中装架、烧结可能存在的质量问题及烧结质量的检验及控制。
[关键词]烧结；质量；芯片粘附强度
中图分类号：TF046.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0096-01
1、引言
军用半导体分立器件的质量和可靠性，直接影响军用整机的可靠性。永光电子有限公司从事军用半导体分立器件的研制及生产四十余年，为航空、电子、兵器、船舶等领域提供国家重点工程配套产品，所以深知质量和可靠性的重要。
从半导体分立器件生产实践中可知，烧结质量直接影响半导体分立器件产品的电性能和热性能，从而影响产品的可靠性，由此可知，烧结工序在半导体器件生产中至关重要，因此需要我们生产过程中对芯片粘附强度进行监测，同时通过X光扫描等方法对产品质量进行控制，提高产品烧结质量和产品可靠性。
2 烧结
半导体的焊接技术主要有低温扩散炉烧结，共晶焊烧结，导电胶连接，真空烧结等方式。我厂主要使用的芯片焊接工艺技术是合金烧结技术，合金烧结技术是指将晶体管芯片与底座用焊料焊接起來，使其之间形成良好的欧姆接触，从而得到小的饱和压降；同时，要获得小的热阻和优良的抗热疲劳性能。
烧结的失效机理：理想的焊接界面应是不存在内应力，无裂纹，无空洞，低欧姆接触热阻的界面，而实际上，由于芯片背面和管座表面有污染（如油渍、尘埃颗粒等），表面氧化和合金种类的影响，以及操作不当，导致芯片焊接界面存在不同程度的质量问题。
如果芯片背面、管座表面及焊片表面未处理干净，则焊接面之间难于形成理想的面接触，有可能存在众多大小不等的空洞。空洞可能是由于沾污使焊料浸润不良引起的，也可能是由于各层材料表面镀层不良而剥离引起的焊接空洞，使芯片与管座接触面积缩小，接触热阻增大，导致散热不良，空洞易形成局部热点，严重引起热奔，导致致命失效。而且粘接不良使热阻增大，结温上升，导致电迁移与温度相关的失效机理产生。
3 烧结质量控制
3.1 芯片、管座及焊片处理
为了避免芯片、管座及焊片表面污染引起烧结质量异常，我车间在烧结前会对待烧结的管芯、管座及焊片进行清洗处理，尽可能保证焊接表面干净，从而减少因表面沾污而引起的烧结质量问题，提高产品质量和可靠性。
3.2 热阻测试及芯片粘附强度监测
3.2.1、我厂烧结工序在生产一批产品前，会先试烧5只产品，检验员按操作规范要求，对试烧好的产品进行热阻测试及芯片粘附强度试验，确认无异常的情况下才会大批量烧结生产。
芯片粘附强度试验，我厂采用剪切力测试台进行监测，具体做法是，将待测产品固定在夹具上，将力加到平行于管座平面，并垂直于被使用芯片的一个侧面，仪器自行施加力于管芯并显示剪切力大小。
芯片剪切力强度标准及失效判决接收判决如下：（如图1）
失效判据（如果芯片焊接剪切发生以下情况认为器件失效）
（1）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求；
（2）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的1.25倍（即B线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的50%时；
（3）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的1.5倍（即C线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的25%时；
（4）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的2倍（即D线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的10%时；
接收判据
（1） 用等于或大于图中A线规定的最低剪切强度要求的2.0倍
（即D线）的力没有切断。
（2） 残留的半导体材料的粘润痕迹等于或大于芯片焊接面积的
50%而不管所加的剪切力的大小（这条标准只适用于芯片面积小于1.65mm2器件）。
3.3 X光扫描检验
对成品器件进行X光扫描检验，检测器件空洞情况，剔除空洞较大较多器件，确保产品热性能，提高产品质量及可靠性。
4 总结
通过分析烧结质量问题，明确烧结质量的重要性，对于烧结质量的控制，我们还要继续朝细微处展开，同时增加新手段对烧结质量进行控制（如X光扫描检验器件空洞情况），确保军用器件的质量和可靠性。
参考文献
[1]中华人民共和国国家军用标准—半导体分立器件试验方法GJB128A-97.
[关键词]烧结；质量；芯片粘附强度
中图分类号：TF046.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0096-01
1、引言
军用半导体分立器件的质量和可靠性，直接影响军用整机的可靠性。永光电子有限公司从事军用半导体分立器件的研制及生产四十余年，为航空、电子、兵器、船舶等领域提供国家重点工程配套产品，所以深知质量和可靠性的重要。
从半导体分立器件生产实践中可知，烧结质量直接影响半导体分立器件产品的电性能和热性能，从而影响产品的可靠性，由此可知，烧结工序在半导体器件生产中至关重要，因此需要我们生产过程中对芯片粘附强度进行监测，同时通过X光扫描等方法对产品质量进行控制，提高产品烧结质量和产品可靠性。
2 烧结
半导体的焊接技术主要有低温扩散炉烧结，共晶焊烧结，导电胶连接，真空烧结等方式。我厂主要使用的芯片焊接工艺技术是合金烧结技术，合金烧结技术是指将晶体管芯片与底座用焊料焊接起來，使其之间形成良好的欧姆接触，从而得到小的饱和压降；同时，要获得小的热阻和优良的抗热疲劳性能。
烧结的失效机理：理想的焊接界面应是不存在内应力，无裂纹，无空洞，低欧姆接触热阻的界面，而实际上，由于芯片背面和管座表面有污染（如油渍、尘埃颗粒等），表面氧化和合金种类的影响，以及操作不当，导致芯片焊接界面存在不同程度的质量问题。
如果芯片背面、管座表面及焊片表面未处理干净，则焊接面之间难于形成理想的面接触，有可能存在众多大小不等的空洞。空洞可能是由于沾污使焊料浸润不良引起的，也可能是由于各层材料表面镀层不良而剥离引起的焊接空洞，使芯片与管座接触面积缩小，接触热阻增大，导致散热不良，空洞易形成局部热点，严重引起热奔，导致致命失效。而且粘接不良使热阻增大，结温上升，导致电迁移与温度相关的失效机理产生。
3 烧结质量控制
3.1 芯片、管座及焊片处理
为了避免芯片、管座及焊片表面污染引起烧结质量异常，我车间在烧结前会对待烧结的管芯、管座及焊片进行清洗处理，尽可能保证焊接表面干净，从而减少因表面沾污而引起的烧结质量问题，提高产品质量和可靠性。
3.2 热阻测试及芯片粘附强度监测
3.2.1、我厂烧结工序在生产一批产品前，会先试烧5只产品，检验员按操作规范要求，对试烧好的产品进行热阻测试及芯片粘附强度试验，确认无异常的情况下才会大批量烧结生产。
芯片粘附强度试验，我厂采用剪切力测试台进行监测，具体做法是，将待测产品固定在夹具上，将力加到平行于管座平面，并垂直于被使用芯片的一个侧面，仪器自行施加力于管芯并显示剪切力大小。
芯片剪切力强度标准及失效判决接收判决如下：（如图1）
失效判据（如果芯片焊接剪切发生以下情况认为器件失效）
（1）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求；
（2）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的1.25倍（即B线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的50%时；
（3）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的1.5倍（即C线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的25%时；
（4）剪切力小于图中A线规定的最小剪切强度要求的2倍（即D线）且芯片与焊接材料的粘润面积小于芯片连接面积的10%时；
接收判据
（1） 用等于或大于图中A线规定的最低剪切强度要求的2.0倍
（即D线）的力没有切断。
（2） 残留的半导体材料的粘润痕迹等于或大于芯片焊接面积的
50%而不管所加的剪切力的大小（这条标准只适用于芯片面积小于1.65mm2器件）。
3.3 X光扫描检验
对成品器件进行X光扫描检验，检测器件空洞情况，剔除空洞较大较多器件，确保产品热性能，提高产品质量及可靠性。
4 总结
通过分析烧结质量问题，明确烧结质量的重要性，对于烧结质量的控制，我们还要继续朝细微处展开，同时增加新手段对烧结质量进行控制（如X光扫描检验器件空洞情况），确保军用器件的质量和可靠性。
参考文献
[1]中华人民共和国国家军用标准—半导体分立器件试验方法GJB128A-97.