一種適用于集成電路篩選密封試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)

韋艷妮，石文博，馬源君

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370）

0 引言

我國(guó)是信息電子產(chǎn)品的制造和消費(fèi)大國(guó)，為減弱對(duì)進(jìn)口集成電路的依賴性，緩解我國(guó)缺芯癥狀，國(guó)家先后出臺(tái)許多利好政策和相關(guān)法律法規(guī)，推動(dòng)集成電路的國(guó)產(chǎn)化，以及國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)迅猛增長(zhǎng)[1-2]。為了保障使用方所使用的集成電路的可靠性，所有集成電路從生產(chǎn)完成到供貨期間，必須經(jīng)過100%的一次篩選甚至二次篩選，剔除掉早期失效的器件，只有篩選合格的器件才可提供給使用方使用[3-6]。

集成電路篩選檢測(cè)項(xiàng)目有很多，其中密封試驗(yàn)是針對(duì)具有內(nèi)空腔的集成電路的一種密封性檢測(cè)方法，一般適用于金屬陶瓷封裝集成電路。隨著集成電路需求量的增加，需進(jìn)行篩選密封試驗(yàn)的集成電路數(shù)量也隨之增加，傳統(tǒng)的密封試驗(yàn)工裝夾具和操作方法單次無法完成較大批量集成電路的密封試驗(yàn)，檢測(cè)效率和質(zhì)量無法滿足要求?；诖藛栴}，本文設(shè)計(jì)了一種適用于多種封裝形式的集成電路的篩選密封試驗(yàn)的工裝夾具。

1 元器件篩選密封試驗(yàn)

1.1 密封試驗(yàn)

密封試驗(yàn)是具有內(nèi)空腔的集成電路（以下簡(jiǎn)稱“器件”）必須進(jìn)行的篩選檢測(cè)項(xiàng)目。具有內(nèi)空腔的器件的密封性能是其重要指標(biāo)之一，密封性能的好壞嚴(yán)重影響到器件的可靠性。

具有內(nèi)空腔的器件若密封性能差，存在結(jié)構(gòu)縫隙和孔洞等缺陷，則外部流體（氣體和／或液體）、有害氣體和外部腐蝕環(huán)境（高溫、濕氣）等介質(zhì)可能會(huì)通過結(jié)構(gòu)縫隙和孔洞滲透到器件內(nèi)部，使器件內(nèi)部發(fā)生腐蝕或冷焊等現(xiàn)象，造成器件功能喪失[7]，對(duì)整機(jī)系統(tǒng)造成不利影響。

密封試驗(yàn)亦稱檢漏試驗(yàn)，分為細(xì)檢漏和粗檢漏兩步，一般先進(jìn)行細(xì)檢漏，后進(jìn)行粗檢漏，兩者配合才是完整的密封檢漏試驗(yàn)。所謂粗/細(xì)檢漏是以等效標(biāo)準(zhǔn)漏率L=1.0 Pa·cm3/s 為界限，一般將檢漏范圍大于該標(biāo)準(zhǔn)漏值的稱為粗檢漏，小于該標(biāo)準(zhǔn)漏值的稱為細(xì)檢漏。細(xì)檢漏和粗檢漏方法較多，篩選檢測(cè)常用的方法分別是示蹤氣體氦（He）細(xì)檢漏-氦質(zhì)譜細(xì)檢漏和碳氟化合物氣泡法粗檢漏[8]。

根據(jù)GJB 548B—2005 《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》 中方法1104.2 密封試驗(yàn)方法的要求，適合的工裝夾具是完成氦質(zhì)譜細(xì)檢漏試驗(yàn)和碳氟化合物粗檢漏試驗(yàn)的關(guān)鍵性工具之一。對(duì)于篩選檢測(cè)中的密封試驗(yàn)，由于篩選檢測(cè)大批量和100%檢測(cè)的特點(diǎn)，試驗(yàn)中所使用的工裝夾具更是決定該試驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行，以及試驗(yàn)通量、試驗(yàn)效率的關(guān)鍵性要素。

1.2 傳統(tǒng)密封試驗(yàn)工裝夾具

傳統(tǒng)的密封試驗(yàn)方法使用如圖1 所示的工具來盛放器件。該方法選用方形的塑料盒子來盛放器件，器件一層一層地?cái)[入盒子中，每一層器件之間使用自行裁剪的防靜電紙隔離，防止每層器件之間發(fā)生摩擦，對(duì)器件表面產(chǎn)生劃痕。

圖1 傳統(tǒng)密封試驗(yàn)方法加壓時(shí)盛放器件的工具

使用該方法進(jìn)行密封試驗(yàn)，具有如下的缺點(diǎn)：

a）盛放器件的盒子由塑料制成，不屬于防靜電材料，不滿足篩選檢測(cè)過程中防靜電的要求，有可能會(huì)對(duì)被檢器件造成靜電損傷；

b）防靜電紙雖然可隔離層與層之間的器件，防止器件之間發(fā)生摩擦造成劃痕，但由于防靜電紙較光滑，在檢測(cè)過程中，器件容易發(fā)生滑動(dòng)、擠壓，對(duì)器件外觀造成損傷；

c）當(dāng)完成粗檢漏加壓去除壓力和1 型檢測(cè)液（三氟三氯乙烷，F(xiàn)113，輕氟油）時(shí)，由于該塑料盒子底部無漏孔，輕氟油無法從盒子中排出，殘留較多的輕氟油在盒子中，需要將盒子進(jìn)行傾斜將輕氟油倒出，器件容易從盒子中掉落到桌面，有可能會(huì)對(duì)器件造成損傷；

d）采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)工具和方法，完成1 只器件的密封試驗(yàn)，器件需被夾取至少4 次，檢測(cè)效率和通量較低，且器件外觀受損的概率增加，不適用于大批量器件的篩選密封試驗(yàn)；

e）進(jìn)行粗檢漏觀察時(shí)所用的如圖2 所示的金屬制夾具，該夾具表面鍍有一層鍍層，該鍍層使用多次后容易脫落，露出金屬制夾具的基底金屬表面，容易產(chǎn)生銹蝕，如圖3 所示，當(dāng)浸入重氟油中時(shí)，銹蝕處會(huì)產(chǎn)生氣泡，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

圖2 密封粗檢漏時(shí)的金屬夾具

圖3 密封粗檢漏時(shí)的金屬夾具存在鍍層脫落、銹蝕等現(xiàn)象

2 新型工裝夾具設(shè)計(jì)思路

為了解決和改善傳統(tǒng)篩選密封試驗(yàn)方法存在的問題和缺陷，提高篩選密封試驗(yàn)的試驗(yàn)通量和試驗(yàn)效率，設(shè)計(jì)了以下新型密封試驗(yàn)工裝夾具。

2.1 夾具制作材料的選擇

提高篩選密封試驗(yàn)的試驗(yàn)通量和試驗(yàn)效率的關(guān)鍵是減少試驗(yàn)過程中器件來回的夾取次數(shù)，減少器件的夾取次數(shù)的關(guān)鍵是使夾具既可以與器件一起直接放入氦質(zhì)譜檢漏儀中進(jìn)行檢測(cè)，也可以與器件一起放入125 ℃的重氟油中進(jìn)行檢測(cè)，因此夾具的制作材料必須具備防靜電、氦吸附率小，耐高溫（125 ℃以上）、不易發(fā)生銹蝕、不與輕氟油和重氟油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等特點(diǎn)。不銹鋼材料是滿足上述條件的密封工裝夾具制作材料的最佳選擇。

2.2 夾具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

整套工裝夾具由5 部分組成（如圖4 所示）：

圖4 整套新型工裝夾具的5 個(gè)組件

a）樣品盤支架；

b）若干個(gè)方形樣品盤；

c）細(xì)檢漏減震圓盤；

d）粗檢漏樣品盤托架；

e）可拆卸的提拉圓桿。

夾具設(shè)計(jì)成層層疊放的結(jié)構(gòu)，樣品盤支架的作用是將樣品盤連接、固定在一起，形成一個(gè)柱體，如圖5 所示。樣品盤可隨意放入樣品盤支架或取出，作用是令每一個(gè)樣品盤可獨(dú)立進(jìn)行細(xì)檢漏檢測(cè)或粗檢漏檢測(cè)。細(xì)檢漏減震圓盤的作用是進(jìn)行細(xì)檢漏檢測(cè)時(shí)，將樣品盤抬高，減緩檢測(cè)完成時(shí)檢測(cè)盒中央氣流對(duì)器件和樣品盤的沖擊力，減少對(duì)器件的損傷，如圖6 所示。

圖5 樣品盤層層疊加地卡入樣品盤支架上

圖6 樣品盤放在細(xì)檢漏減震圓盤上進(jìn)行細(xì)檢漏檢測(cè)

粗檢漏樣品盤托架底盤的尺寸與樣品盤相匹配，作用是進(jìn)行粗檢漏檢測(cè)觀察時(shí)，可直接將放有器件的樣品盤放在托架上，放入125 ℃的重氟油中進(jìn)行檢測(cè)和觀察，如圖7 所示。提拉圓桿的作用是方便將裝有器件的整棟夾具從真空/壓力室中提起。

圖7 樣品盤放在粗檢漏托架上進(jìn)行粗檢漏檢測(cè)

樣品盤是整套夾具的關(guān)鍵部件，如圖8 所示。樣品盤可隨意放入樣品盤支架或取出，作用是每一個(gè)樣品盤可獨(dú)立進(jìn)行細(xì)檢漏檢測(cè)或粗檢漏檢測(cè)。樣品盤兩側(cè)，各設(shè)有兩個(gè) “小耳朵”，卡入樣品盤支架兩邊的柱子上，起固定作用，防止樣品盤發(fā)生移動(dòng)、傾倒。樣品盤形狀作成正方形，原因是篩選檢測(cè)中被檢器件的形狀均為方形，保證不同封裝尺寸的器件能以均等的行列模式整齊地?cái)[入盤子中。樣品盤的邊長(zhǎng)要根據(jù)加壓裝置的真空/壓力室的尺寸而定，保證做出的工裝夾具能放入真空/壓力室中。樣品盤的高度制成（10±2）mm，可滿足90%款器件的篩選密封試驗(yàn)。樣品盤底面和四周平均分布直徑2 mm 的小圓孔，作用是方便氦氣、氟油的浸入和排出等。樣品盤四周和底面的接觸區(qū)，留有高度約2 mm 的細(xì)長(zhǎng)直縫，作用是粗檢漏檢測(cè)結(jié)束后，方便重氟油從夾具中排出，加快重氟油的排出過程，縮短試驗(yàn)耗時(shí)，提高檢測(cè)效率，減少殘留在器件底部或表面的重氟油量，減少重氟油的損耗。

圖8 不銹鋼樣品盤結(jié)構(gòu)

3 結(jié)束語

經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用本文提及的新型密封工裝夾具進(jìn)行篩選密封試驗(yàn)，取得明顯的效果，如表1所示。

表1 改進(jìn)前后對(duì)比

總之，新型密封工裝夾具具有眾多優(yōu)點(diǎn)，具有可行性，對(duì)實(shí)現(xiàn)一次性進(jìn)行大批量集成電路篩選密封試驗(yàn)的目標(biāo)具有重要作用。