在現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)中，塑封器件憑借其成本低、重量輕、體積小以及物理和電氣性能優(yōu)良等諸多優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的應用，具有廣闊的市場前景。然而，由于其固有的結(jié)構(gòu)和材料特點，塑封器件不可避免地存在一些潛在缺陷，這些缺陷會直接影響其長期使用的可靠性。因此，在塑封器件裝入整機之前，必須進行嚴格檢驗以降低風險。塑封器件的無損檢測技術(shù)不僅能剔除早期失效樣品，還能有效地識別和剔除有潛在缺陷的器件，從而提高電子整機的可靠性。
一、引言
近年來，隨著各塑封器件廠商對封裝材料、芯片鈍化和生產(chǎn)工藝的不斷改進，塑封器件的可靠性有了顯著提高。航天用設備制造商不再局限于使用氣密封裝器件，開始考慮采用經(jīng)過可靠性試驗篩選、鑒定評價且滿足規(guī)范要求的塑封商用器件。但塑封器件固有的結(jié)構(gòu)和材料特性使其存在潮氣入侵、腐蝕、開裂和內(nèi)部分層等失效機理，這使得塑封器件初被認為是較容易失效的產(chǎn)品，也限制了其在高應力和高可靠環(huán)境中的應用。因此，如何辨別器件真?zhèn)?、快速評價批次塑封器件的抗潮濕性能以及運用無損物理檢測技術(shù)有效檢驗剔除潛在缺陷，成為了亟待解決的問題。
二、塑封器件無損檢測技術(shù)
無損檢測技術(shù)是指不必打開封裝就能對樣品進行質(zhì)量評價的技術(shù)。目前，除初始電參數(shù)測試外，外部目檢、X 射線檢查和聲學掃描顯微鏡檢查是塑封器件主要且有效的三種物理無損檢測技術(shù)。其中，X 射線檢查對 MOS 器件有輻射損傷，在檢測塑封 MOS 器件時需格外謹慎。
電參數(shù)測試通常按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的參數(shù)和功能進行，并記錄每個失效器件的失效模式。室溫下初始電測量中若檢出過多不合格品，可能意味著批產(chǎn)品質(zhì)量不佳，可作為替換批產(chǎn)品的依據(jù)。但對于許多電性能檢測無法發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)或制造工藝潛在質(zhì)量問題，物理無損檢測技術(shù)則是一種有效的解決方法。從某種意義上說，電子元器件的物理分析檢測與電性能檢測同樣重要，它不僅可用于元器件的采購質(zhì)量控制，還能進行質(zhì)量對比優(yōu)選和真?zhèn)渭夹g(shù)鑒別。物理無損檢測的本質(zhì)是鑒別產(chǎn)品的設計、材料和工藝缺陷，并通過分析缺陷可能產(chǎn)生的后果來評價產(chǎn)品的可靠性。
2.1 外部目檢
外部目檢依據(jù) GJB 4027A－2006 工作項目 1103 - 2.2 條和 GJB 548B - 2005 方法 2009.1 “外部目檢” 進行檢測和判定。塑封器件采用整體模塑封裝結(jié)構(gòu)，包括金屬框架、芯片、芯片與基板的粘接材料、內(nèi)引線以及塑模化合物，沒有封裝空腔，也沒有金屬、玻璃或陶瓷材料形成的氣密性封裝。因此，相對于其他封裝形式的器件，塑封器件無需進行氣密性方面的檢查，但必須著重檢查模塑化合物的完整性，對封裝變形、包封層外來物、空洞和裂紋、引線等方面提出了新的檢驗要求，同時需要對（成品）批一致性進行評估。
由于國產(chǎn)塑封器件研制起步較晚，整機廠商常采購國外產(chǎn)品。根據(jù)實驗室分析數(shù)據(jù)，進口塑封器件采購中混批情況時有發(fā)生，且多為質(zhì)量差、可靠性低的器件。混裝樣品很難從原始包裝和正面標志辨別，需打開包裝，在 3× 至 10× 放大倍率下檢查樣品外觀，通常檢查型號、批次、產(chǎn)地等標識信息是否清晰一致，包封表面有無磨痕、缺損，以此對器件真?zhèn)芜M行初步鑒別。常見的異?，F(xiàn)象包括器件背面外觀標識不一致、包封層表面有明顯磨痕等。
2.2 X 射線檢查
X 射線檢查是利用樣品不同部位對 X 射線吸收率和透射率的差異，通過檢測 X 射線通過樣品各部位衰減后的射線強度，來判斷樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。如今，X 射線透視儀已具備亞微米量級的空間分辨率，能實現(xiàn)對被測物體的多角度旋轉(zhuǎn)成像，還可通過計算機分層掃描技術(shù)提供二維切面或三維立體成像。這種檢查方法不僅能清晰展示被測樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還能識別塑封器件內(nèi)部的各種缺陷，如塑料包封的異物和空洞、芯片定位不準和粘接空洞、引線框架毛齒、鍵合內(nèi)引線偏移和斷裂等設計、結(jié)構(gòu)、材料和工藝缺陷。
需要注意的是，X 射線檢查并非無損，它可能會使 MOS 等敏感器件暴露在非正常的高劑量下，從而造成損傷。因此，在進行 X 射線檢查時，需要對敏感器件可能受到的輻射影響進行評估。近年來，在檢查中發(fā)現(xiàn)不少以次充好的進口塑封器件劣質(zhì)品，如鍵合絲下塌、無鍵合引線、同批樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一致（混批）等情況，這些劣質(zhì)品會給電子整機、系統(tǒng)的運行帶來很大隱患。
2.3 聲學掃描顯微鏡檢查
聲學掃描顯微鏡利用超聲脈沖探測樣品內(nèi)部的空隙等缺陷。隨著技術(shù)的發(fā)展，聲波信號的探測模式已從單點探測 A - 掃描、截面探測 B - 掃描、截面探測 C - 掃描拓展到多層截面探測 X－掃描、投射探測 T - 掃描等。無論采用哪種模式，對界面缺陷的定位分析都是基于聲波信號在界面反射后是否發(fā)生相位變化來確定界面是否存在缺陷。
塑封器件屬于對潮濕敏感的非氣密性器件，抵抗環(huán)境能力較差，潮氣入侵、腐蝕和應力引起的失效較為突出。一旦受到潮氣侵入，在焊接等溫變條件下，塑封器件容易發(fā)生各種作用導致分層，分層部位聚集的水汽或離子在某些條件下（如焊接、溫變）會造成內(nèi)部分層、鍵合損傷、金屬化腐蝕或熱膨脹，甚至出現(xiàn)爆米花現(xiàn)象。聲學掃描顯微鏡技術(shù)對材料內(nèi)部封裝結(jié)構(gòu)、裂紋、分層缺陷、空隙以及夾雜物異?，F(xiàn)象具有高靈敏性和有效性。
標準 GJB 4027A－2006 工作項目 1103 - 2.4 條要求將每一只塑封器件分成 6 個區(qū)域進行迭層分離，檢查下列包封區(qū)域的內(nèi)部分層、空洞和裂紋：
芯片和模塑化合物的界面；
引線架和模塑化合物的界面（頂視圖）；
引線引出端焊板邊緣和模塑化合物的界面（頂視圖）；
芯片與引出端焊板與模塑化合物的分界面（如果存在）；
引線引出端焊板與模塑化合物的分界面（后視圖）；
引線架和模塑化合物的分界面（后視圖）。
塑封器件以上 6 個界面的內(nèi)部分層或空洞缺陷的典型聲掃圖如圖所示。

對于檢查的塑封器件，如呈現(xiàn)任何下列缺陷均應拒收：包括鍵合絲區(qū)域的任何空洞、裂紋和分層；塑封與芯片之間任何可測量的分層；導致表面破碎的包封上的任何裂紋；引腳與塑封剝離（頂視圖或后視圖）；塑封材料與基板分層面積超過其后側(cè)區(qū)域面積的 1/2。