成型工藝 - IC卡失效樣品的實例分析

1.4　成型工藝

IC卡成型工藝中，由于制作工藝因素，模塊厚度、卡基凹槽幾何形狀間存在一定差異，不能完全匹配，從而會引發(fā)較在成倍應(yīng)力，加上使用過程中的不同材料的熱脹冷縮或者外力扭曲，也容易引起芯片碎裂。

2　鍵合相關(guān)失效

IC卡組裝工藝中，因鍵合引起的失效也是影響IC卡質(zhì)量和可靠性的重要因素之一。鍵合失效主要表現(xiàn)為IC卡電學(xué)特征上的不連續(xù)，如開路同時伴有短路、漏電等現(xiàn)象，或出現(xiàn)“輸入高”或者“輸入低”的失效。圖7給出了與鍵合相關(guān)的諸多失效機理6。

焊盤/引線界面需有合金化過程以形成良好的接觸，但過渡的合金化會導(dǎo)致金屬中間化合物 (IMC)的形成，引起鍵合失效。鍵合引線的張力也是引起鍵合失效的重要參數(shù)之一，張力過小，會導(dǎo)致引線過于松軟，與其他引線形成短路;引線張力過大則通常會引起鍵合處的斷裂或開裂，如圖8(a，b)為鍵合失效樣品的芯片的正面照片。

水汽的侵蝕會引發(fā)電解效應(yīng)，很大程度上加速金屬電遷移。焊盤基底諸如C等雜質(zhì)沾污則會導(dǎo)致空洞的產(chǎn)生，引起焊盤隆起。圖8(c)所示為具有不連續(xù)電學(xué)特征的失效樣品。SEM，EDX(圖9)分析證明連結(jié)部位存在爆裂現(xiàn)象，且焊盤中有氯的存在。

3　注塑成型相關(guān)失效

與其他塑封IC產(chǎn)品一樣，注塑成型時的沖絲、包封材料空洞等現(xiàn)象也會引起 IC卡的失效問題6。環(huán)氧塑封料在注塑成型時呈熔融狀態(tài)，是有粘度的運動流體，因此具有一定的沖力，沖力作用在金絲上，使金絲產(chǎn)生偏移，極端情況下金絲被沖斷，這就是所謂的沖絲。

假設(shè)熔融塑封料為理想流體，不考慮塑封體厚度，則塑封料流動對金絲的沖力大小可表示為F=Kfηυsinθ，其中F為單位面積的沖力，Kf為常數(shù)，η為熔融塑封料的粘度，υ為流動速度，θ為流動方向與金絲的夾角。由公式可知，塑封料粘度越大，流速越快，θ角度越大，產(chǎn)生的沖力就越大，沖絲程度也越嚴重，會引起短路或者引線連結(jié)處脫落，導(dǎo)致IC卡失效。

此外，注塑過程中留下的氣泡、小孔以及麻點(表面多孔)在后續(xù)工藝后會擴散、增大，易造成潮氣以及其他有害雜質(zhì)的侵入，加速IMC的形成，引起焊盤腐蝕。

4　靜電放電引起的失效

靜電放電(ESD)是直接接觸或靜電場感應(yīng)引起的兩個不同靜電勢的物體之間靜電荷的傳輸，常使芯片電路發(fā)生來流熔化、電荷注入、氧化層損傷和薄膜燒毀等諸多失效。

IC卡產(chǎn)呂由于封裝形式和使用環(huán)境的特殊性，芯片的工作條件較差，更易受到ESD的損傷。IC卡中的E2PROM存儲著重要的信息，若因ESD而引起數(shù)據(jù)出錯、丟失等，必將造成巨大的損失。所以IC卡芯片對ESD有較高的要求，一般大于4kV。

防護ESD的一種有效方法，即設(shè)計特定的保護電路。圖10即為一種基于CMOS工藝的IC卡芯片ESD保護電路7。該結(jié)構(gòu)包括兩個部分:主保護電路和箝拉電路。在ESD發(fā)生時，箝拉電路首先導(dǎo)通，使輸入端柵上的電壓箝拉在低于柵擊穿的電壓。中間的串聯(lián)電阻起限流作用，更重要的是使PAD上的電壓能觸發(fā)主保護電路的開啟，使ESD能量通過主保護電路得到釋放。

此外，通過改善生產(chǎn)工藝、控制使用環(huán)境等也能有效減少ESD的發(fā)生。傳統(tǒng)的IC卡采用引線鍵合條帶技術(shù)，芯片碎裂是其最主要的失效機理。通過改進研磨、劃片等工藝技術(shù)，提高組裝(特別是裝片時的頂針過程)、鍵合、模塊鑲嵌等工藝質(zhì)量，可大大降低芯片碎裂率，提高IC卡的成品率和可靠性。

此外，與引線鍵合、注模相關(guān)的失效，如虛焊、脫焊、引線過松、過緊、沖絲或由于外界潮氣的侵入和電學(xué)因素的共同作用而形成IMC等都將降低IC卡的可靠性，引起IC卡失效，可通過改進相應(yīng)的工藝技術(shù)來減少此類失效的發(fā)生。ESD亦是IC卡失效的重要機理之一，嚴重時將導(dǎo)致Al線/多晶硅電阻燒穿、晶體管柵氧化層損壞或者結(jié)損傷，對此可通過設(shè)計專門的ESD保護電路徠提升IC卡芯片抗ESD的能力，以提升IC卡的可靠性。