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2019-11-15

IGBT功率器件封装焊后清洗剂合明科技分享与浅谈工业级与汽车级器件的主要区别

发布者:合明科技Unibright ; 浏览次数:425

IGBT功率器件封装焊后清洗剂合明科技分享与浅谈工业级与汽车级器件的主要区别


前言

工业级器件与汽车级器件的主要区别主要在于工作温度范围,一般而言,工业级器件的工作温度范围为-40℃~+85℃,而大多数汽车级器件则是-40℃~+125℃(目前最高的等级为-40℃~+150℃)。然而,二者的区别不仅限于此,应该说汽车级器件比工业级器件有着更好的性能、更强的温度适应能力和更高的可靠性,也有一些厂家的工业级器件的工作温度范围也能达到-40℃~+125℃(如ADI),那么汽车级器件的优势就体现在它的性能和可靠性上,而这两者之间的主要差异就体现产品的整个生产、管控以及测试环节。

1标准区别


汽车级器件是在工业级器件的基础上,有着一套更严格的标准,ISO/TS 16949标准和AEC系列标准已经成为IC企业进入汽车产业链的基本要求。


1、ISO/TS 16949

ISO/TS 16949标准是以ISO 9001为基础开发针对汽车行业的质量系统管理标准,其中PPAP(Production PartsApproval Process,生产件批准程序)要求汽车级器件需拥有详细完整的数据和文件,并在PPAP的文件中列出芯片制造商所需采取的生产和质量保证程序。PPAP用来确定供货商在零件实际量产的过程已经正确理解了客户工程设计记录和规格中的所有要求,并评估其是否具有持续满足这些要求的潜在能力,从而保证器件的质量。


2、AEC系列标准

汽车级器件主要遵循的AEC(Automotive Electronics Council,汽车电子委员会)系列标准有AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q001/Q002/Q003等。


AEC-Q100是针对微电子器件,主要在于预防产品各种可能发生的状况或潜在的失误机会,指导供货商在开发的过程中就能生产出符合此规范的芯片。AEC-Q100对每一个申请的个案进行严格的质量与可靠度确认,即确认制造商所提出的产品数据表、使用目的、功能说明等是否符合当初宣称的功能,以及在多次使用后是否能始终如一。此标准的最大目标是提高产品的良品率,这对供应商来说,无论是在产品的尺寸、合格率或者成本上都是很大的挑战。AEC-Q100详细规范了对于微电子器件的各项要求,也代表了汽车级器件制造商对产品安全的要求。AEC-Q100规范了7大类共41项的测试:


A组:加速环境应力测试(ACCELERATEDENVIRONMENT STRESS TESTS)共6项测试,包含:PC、THB、HAST、AC、UHST、TH、TC、PTC、HTSL。


B组:加速生命周期模拟测试(ACCELER-ATEDLIFETIME SIMULATION TESTS)共3项测试,包含:HTOL、ELFR、EDR。


C组:封装组装完整性测试(PACKAGEASSEMBLY INTEGRITY TESTS)共6项测试,包含:WBS、WBP、SD、PD、SBS、LI。


D组:晶片制造可靠性测试(DIE FABRICA-TIONRELIABILITY TESTS)共5项测试,包含:EM、TDDB、HCI、NBTI、SM。


E组:电性验证测试 (ELECTRICAL VERI-FICATION TESTS)共11项测试,包含:TEST、FG、HBM/MM、CDM、LU、ED、CHAR、GL、EMC、SC、SER。


F组:缺陷筛选测试 (DEFECT SCREENING TESTS)共11项测试,包含:PAT、SBA。


G组:腔封装完整性测试 (CAVITY PACK-AGE INTEGRITY TESTS)共8项测试,包含:MS、VFV、CA、GFL、DROP、LT、DS、IWV。


AEC-Q101标准的主要对象为离散组件,包括了半导体分立器件的应力测试方法。而AEC-Q001/Q002/Q003标准主要为一些指导性文件。


AEC-Q001主要提出元器件参数平均测试(Parametric Part Average Testing,PPAT)方法,用来检测元器件异常特性的统计方法,从而将异常元器件剔除。


AEC-Q002是基于统计原理,属于统计式良品率分析,为组件制造商提供使用统计技巧来检测和移除异常芯片,让制造能在晶圆及裸晶阶段就能及早发现失效并将之剔除。


AEC-Q003是针对芯片的典型表现所提出的特性化指导原则,用来生成产品、制程或封装的规格与数据表,目的在于芯片生产、制程的数据并进行分析,以了解此产品与制程的属性、表现和限制,并检查这些组件或设备的温度、电压、频率等参数特性表现。


在器件生产的每一环节,都会有相应的对工艺质量的检验。同时,在器件的生产完成后,会进行对器件的一整套的筛选测试。工业级器件的测试一般是在室温下对产品手册中显示的各项指标进行检验,那么汽车级器件在完全检验各项指标的同时,还会在-40~+125℃或等效温度环境进行检验,同时汽车级器件还会按照AEC Q100标准进行检验,这就极大地提高产品的良品率和产品一致性。


2材料及设计区别


通常,器件在生产过程中用到的主要材料有:晶圆(Wafer)、引线框架(Lead Frame)、银浆(Epoxy)、绑定线(Bond wire)、塑封材料(MoldCompound)。


汽车级器件在材料选择和设计上的主要方式为:


(1)与工业级器件的选材和设计无差别(器件差异性体现在后续工艺以及测试等环节);


(2)考虑到汽车级器件更好的温度适应能力,使用更优质的材料或者更好的封装设计,如使用陶瓷封装材料、增加散热片设计等。


3工艺及测试区别


汽车级器件从来料质量检查、器件生产、器件测试筛选直到最后完成入库,整套过程都是有着成熟、完善的流程的。与工业级器件相比,汽车级器件由于其更高的温度适应能力、产品一致性以及可靠性等要求,在工艺流程上主要体现在测试方面。


器件一般的生产工艺流程如下图所示,黄色高亮部分表示为汽车级器件比工业级器件更多的测试流程。



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生产工艺流程图

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AEC-Q100汽车级器件验证流程


除了上述这类常见的汽车级器件生产方式外,还有另外一种生产方式:从设计、选材、制造,直到器件的生产完成,汽车级器件与工业级器件在整个过程都是完全相同的,在器件生产完成后,经过一次汽车级器件的程序测试,通过的则列入汽车级器件的测试行列,未通过的再次用工业级/商业级器件程序测试。通过程序测试进入汽车级器件测试范围的,同样将进行常温和高温环境的器件参数测试、AEC系列汽车级专用标准测试等。

 

4管理区别


从生产过程管理、操作人员管理、设备管理等方面,汽车级器件与工业级器件也是有一定的区别。


1、生产过程管理

通常,工业级器件的生产过程是制造商按照各工艺阶段的一般要求进行管控,而汽车级器件则需要严格遵守TS16949标准,PPAP中要求了汽车级器件在制造过程中需采取的所有生产和质量保证程序。


对于按照标准制定的生产过程跟踪单,对各工艺环节都做出了记录。一般工业级器件的生产过程跟踪单为白色,汽车级器件的生产过程跟踪单为黄色,而且有明显的“Automotive”标志。


2、操作人员管理

对于生产过程中操作人员(ProductionOperator,PO)的管理上,根据工艺阶段对应PO不同的工作岗位,均是有相关培训和测试,并通过培训和测试方可获得上岗资质。汽车级器件的PO会与工业级器件PO区分,经过专门的汽车级器件工艺培训和资质审查,会比工业级器件的PO管理更加严格、规范,以TI为例,其工业级器件PO通过培训和考试即可上岗,而汽车级器件PO管理方式如下:


(1)新的汽车级PO至少需要三个月的岗位工作经验,需要三个月零操作失误,需要参加汽车级PO资格培训并通过考试和取得相应的资质证明;


(2)每个汽车级PO都需要参加每年一次的汽车级PO资格再培训,并重新参加和通过资格考试;


(3)汽车级PO通常岗位稳定。


3、设备管理

通常,制造商的设备都会有定期的检查和维护,汽车级器件的设备相比工业级器件在设备维护上频率会更高,同时,汽车级器件的生产设备都是具有汽车级器件生产的资质,并且挂牌“Automotive”(TI的设备管理)。


总的来说,汽车级器件在整个生产过程相比工业级器件更为完善、严格的管控,都是为了汽车级器件更好的温度适应能力


来源于:网络



合明科技:芯片封装之SIPPOPIGBT水基清洗工艺技术浅析

 

关键词导读:

SIP系统级芯片封装、POP堆叠芯片组装、IGBT功率半导体模块、精密电子封装、水基清洗技术

前言

SIP系统级芯片封装、POP堆叠芯片组装、IGBT功率半导体模块工艺制程中,需要用到锡膏、焊膏进行精密的焊接制程,自然在焊接后会存留下锡膏和焊膏的助焊剂残留物,为了保证器件和组件的电器功能和可靠性技术要求,须将这些助焊剂残留彻底清除。此类制程非常成熟,也非常有必要。水基清洗在业内得到越来越广泛的应用,取代原来熟知的溶剂型清洗方式,从而获得了安全、环保、清洁的工作环境等等。与溶剂型清洗剂清洗精密组件和器件不同,水基清洗剂在业内的认知度还不是很高,掌握度还不是很到位,在此为了给大家提供更好的参考,列举了水基清洗制程所需要考虑的几方面重要因素

一、SIPPOPIGBT精密器件所需要的洁净度技术指标

首先要关注到所生产的SIP、POP或IGBT精密器件所需要的洁净度技术指标,根据洁净度的要求来做清洗的工艺选择。所从事的产品类别不同,应用场景不同,使用条件和环境不同,对器件洁净度的要求也有所不同,根据器件的各项技术要求来决定洁净度指标。包括外观污染物残留允许量和表面离子污染度指标水平,才能准确定义器件工艺制程中所要达到的洁净度要求。避免可能的电化学腐蚀和化学离子迁移失效现象。

二、器件制程工艺所存在的污染物

既然是要清洗制程中的污染物,就需要关注器件制程工艺所存在的污染物,比如:焊膏残留、锡膏残留等其他的污染物,评价污染物对器件造成可靠性的影响,比如:电化学腐蚀,化学离子迁移和金属迁移等等,这样就能对所有污染物做一个全面的认知,确定哪些污染物需要通过清洗的方式去除,从而保障器件的最终技术要求。污染物可清洗性决定了清洗工艺和设备选择,免洗锡膏还是水溶性锡膏,锡膏的类型不同,残留物的可清洗性特征也不同,清洗的工艺方式和清洗剂的选择也随之不同。识别和确定SIP、POP、IGBT工艺制程中污染物是做好清洗的重要前提。

三、水基清洗的工艺和设备配置选择

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。通常会选用批量式清洗工艺和通过式清洗工艺。批量式清洗工艺比较适合产量不太稳定,时有时无,时大时小,品种变化比较多,这样有利于根据生产线流量配置进行灵活操作,降低设备的消耗和清洗剂的消耗,降低成本而达到工艺技术要求。通过式清洗工艺往往适合产量稳定,批量大,能够连续不断的进行清洗流量的安排,实现高速高效率的产品生产,保证清洗质量。根据产品的结构形式和器件材料承受物理力的耐受程度,选择超声波工艺方式或喷淋工艺方式。

四、水基清洗剂类型品种和特征的选择

针对拥有的设备工艺条件和器件洁净度指标要求,选择合适的水基清洗剂是我们要考虑的重点。一般来说,水基清洗剂具有很好的安全特征,不可燃,不易挥发,环保特征满足欧盟REACH环境物资规范要求,达到对大气人体的安全保障。在此之外,根据工艺,设备条件,所使用的水基清洗剂需要能够彻底干净地去除残留物,同时又能保证在SIP、POP、IGBT组件上所有的金属材料、化学材料、非金属材料等物资兼容性要求。用一句通俗的语言来表达,既要把污染物清洗干净,又要保证物质材料的安全性,无腐蚀,无变色,完全符合器件功能特性要求。

五、小结

SIP、POP、IGBT水基清洗所需要考虑的因素还有许多,具体的工艺参数和选择涉及面广且技术关联性强,在此仅对最重要的部分做简要阐述,供业内人士参考。

 

【芯片封装小知识】

SIP封装

SIP封装是将多种功能芯片,包括处理器、存储器等功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完整的功能。与SOC相对应。不同的是系统级封装是采用不同芯片进行并排或叠加的封装方式,而SOC则是高度集成的芯片产品。从封装发展的角度来看,SIP是SOC封装实现的基础。

封装叠装(PoP)

随着移动消费型电了产品对于小型化、功能集成和大存储空问的要求的进一步提高,元器件的小型化高密度封装形式也越来越多。如MCM,  SiP(系统封装),倒装片等应用得越来越广泛。而PoP CPackage on Package)堆叠装配技术的出现更加模糊了一级封装和二级装配之问的界限,在大大提高逻辑运算功能和存储空问的同时,也为终端用户提供了只有选择器件组合的可能,同时生产成本也得到更有效的控制。

PoP在解决集成复杂逻辑和存储器件方面是一种新兴的、成本最低的3D封装解决方案。系统设计师可以利用PoP开发新的器件外、集成更多的半导体,并且可以通过由堆叠带来的封装体积优势保持甚至减小母板的尺寸。PoP封装的主要作用是在底层封装中集成高密度的数字或者混合信号逻辑器件,在顶层封装中集成高密度或者组合存储器件。

 




以上一文,仅供参考!


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【阅读提示】

以上为合明科技在工业清洗方面的经验的累积,我们是国内自主掌握核心水基清洗技术的先创品牌,合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商,也成为了IPC清洗标准主席单位。但是因为工业清洗问题内容广泛,没办法面面俱到,本文只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,力争能为客户提供全方位的工业清洗解决方案。

 

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