利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法。本发明专利技术利用四探针法对封装结构中的引脚的电阻进行监控测量，基于电阻变化检测出裂纹产生前的粘塑性变形、引脚中裂纹的扩展，实现准确的原位裂纹识别。本发明专利技术基于引脚中裂纹产生引起的微电阻变化的特性，通过精确测量引脚电阻变化快速准确地判断引脚出裂纹产生和失效问题，对引脚可靠性进行原位监测，相比于现有其他测量方法更加简单高效，能够在器件的可靠性测试中进行裂纹判定，提前终止实验，从而节省时间和成本；本发明专利技术采用多种探针引脚接触方案，实现探针与被测点的良好接触，能进一步提升测试的精确性。能进一步提升测试的精确性。能进一步提升测试的精确性。

【技术实现步骤摘要】
利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法


[0001]本专利技术属于半导体封装
，具体的说，涉及一种利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法。

技术介绍

[0002]随着工业产品的轻型化、智能化发展，芯片的市场需求提高，全球封测市场保持平稳增长，国内封测市场持续发展壮大，可靠性测试需求快速增长。在电子封测领域，焊料接头通常被视为封装系统中最薄弱的部位，在应用中失效概率最大，所以焊料互连的可靠性是评价封装质量的重要因素。器件老化加速测试是广泛使用的可靠性评估方案，这一方案发展多年技术成熟，但在新型焊料材料，装载条件，测试时间，损伤监视和故障识别方面仍然面临许多挑战。实际在加速测试中，引脚裂纹扩展的时间与总失效时间相比可以忽略不计，在测试周期中产生裂纹失效使得其后测试过程成为无效时间。所以如果可以识别出裂纹萌生点，那么一旦产生裂纹，通过提前终止测试来缩短可靠性测试时间便能节省能源同时提高效率。目前，有几类方法能够检测引脚裂纹，例如Dye and pry inspection、Micro
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sectioning inspection、Tomographic scan、Strain gauge with backface strain technique 和 High resolution X
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ray imaging等。但这些方法都并不适用于原位裂纹产生的识别。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法。针对以上提出的问题，本专利技术提出对封装引脚电阻测量的方法来进行裂纹检测。利用高精度电阻测量装置，可以检测出裂纹产生前的粘塑性变形和引脚中裂纹的扩展。比起其他方案，电阻监测能够在测试过程中进行，在过程中监控每个引脚的电阻并适当配置电极，可以在并行测试的多个引脚中实现准确的原位裂纹识别，同时，因为四探针法原理简单，测试精度高，操作方便，能够避免因接触电阻过大造成的测试困难，以及测试结果误差大等问题。
[0004]本专利技术的技术方案具体介绍如下。
[0005]一种利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法，利用四探针法对封装结构中的引脚的电阻进行监控测量，基于电阻变化检测出裂纹产生前的粘塑性变形、引脚中裂纹的扩展，其中裂纹的扩展和电阻值的变化呈现正相关的关系，监测微小电阻信号变化为裂纹产生带来判断依据，从而实现准确的原位裂纹识别。
[0006]本专利技术中，引脚为DIP封装引脚、TO
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247引脚或贴片电阻引脚。
[0007]本专利技术中，采用四探针法测量引脚的电阻时，其中的四个探针作用于引脚时，探针呈并排型、斜向双排型、针向可调节型或夹持型。
[0008]本专利技术中，探针针须直径500～700μm，针尖直径≤50μm。
[0009]和现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
本专利技术基于引脚中裂纹产生引起的微电阻变化的特性，通过精确测量引脚电阻变化快速准确地判断引脚出裂纹产生和失效问题，对引脚可靠性进行原位监测，能够在器件的可靠性测试中进行裂纹判定，提前终止实验，相比于其他测量方法更加简单高效，节省时间和成本；由于被测引脚尺寸小，对应的电阻变化值小，本专利技术基于四探针法进行电阻测量，能有效的避免由于接触电阻产生的测量误差，达到精确测量目的；本专利技术采用多种探针引脚接触方案，实现探针与被测点的良好接触，能进一步提升测试的精确性。
附图说明
[0010]图1是本专利技术方法所有监测设备的逻辑示意图。
[0011]图2是四探针法的测试原理图。
[0012]图3是探针夹具方案等轴测试图。
[0013]图4是探针夹具方案等轴测试图。
[0014]图5是探针夹具方案俯视图。
[0015]图6是本专利技术仿真结果示意图。
[0016]图7是本专利技术电阻变化仿真结果。
具体实施方式
[0017]本专利技术基于四探针法测量电阻，通过对体电阻率的四探针实时监测方法进行引脚封装的可靠性性能与加速测试。
[0018]本专利技术方法的测量原理如图2；当探针１、２、３、４四根金属探针排成一直线时，并以一定压力压在半导体材料上，在探针１、４两处探针间通过电流I，则探针２、３间产生电位差V。
[0019]材料电阻率：
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（1）探针系数
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（2）式中：S1、S2、S3分别为探针１与２，２与３，３与４之间距，每个探针都有自己的系数。
[0020]由于块状和棒状样品外形尺寸与探针间距比较，合乎于半无限大的边界条件，电阻率值可以直接由（１）、（２）式求出。而薄片样品因为其厚度与探针间距比较，不能忽略，测量时要提供样品的厚度形状和测量位置的修正系数。
[0021]利用四探针方法进行电阻测试可以应用于大多数封装结构的引脚电阻监测，基于探针夹具对引脚进行接触监测；其中探针直接与引脚接触，夹具用于对探针的固定以及方向调节，探针使用金属钨或碳化钨，夹具通常使用塑料，探针针须直径500～700μm，针尖直径≤50μm；本专利技术包括四类不同的探针引脚接触方案，如图3所示。
[0022]（1）探针并排型（图3a）
打弯处是易发生失效的位置，结合引脚的形状特点，设计弧度与引脚弯曲处相匹配的探针，这样能够实现有效的接触，通过在长度方向上并排使用探针，使得对探针的半径要求降低，从而降低制造设备工艺难度。
[0023]（2）斜向双排型（图3b）双向接触能够提高探针控制的灵活度，能够针对具体的被测对象进行探针间距的调整，避免影响测量结果的误差的产生。
[0024]（3）针向可调节型（图3c）相比于斜向双排型，这一结构每个探针朝向都是可调的，自由度得到提高。朝向根据引脚的结构进行适应性调节，能够针对不同规格的器件，从而提高本产品的通用性。
[0025]（4）夹持型（图3d）利用引脚背面的可接触性，探针夹具能够适用于各类复杂的引脚结构，能够增大探针间距，避免测量误差。夹持型探针确保了测量时有效的接触，使得测试合理可行。
[0026]下面结合实施对本专利技术的技术方案进行详细阐述。
[0027]一、测试方案与设备测量设备主要由温度冲击炉，探针测试头，高精度电阻测试仪、恒流源、电源、DC
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DC电源变换器组成。为了实现实时监测功能，需要额外连接电脑和编写MATLAB 软件。
[0028]测试方案适用于各类引脚，如DIP封装引脚、TO
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247引脚、贴片电阻引脚，这里以TO
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247封装的引脚为例。如图1所示，被测器件置于温度冲击箱中进行可靠性测试，温度冲击能够促进裂纹产生以及扩展，用于电阻测试的四探针夹具安装在引脚端并能够实时监测电阻变化，将信号输出到控制单元，同时温度数据也会记录上传，用于裂纹产生的分析，所有的监测结果通过控制单元上传到上位机里，实现分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用四探针法原位实时监测引脚封装的引脚可靠性的方法，其特征在于，利用四探针法对封装结构中的引脚的电阻进行监控测量，基于电阻变化检测出裂纹产生前的粘塑性变形、引脚中裂纹的扩展，其中裂纹的扩展和电阻值的变化呈现正相关的关系，监测微小电阻信号变化为裂纹产生带来判断依据，从而实现准确的原位裂纹识别。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘盼，唐久阳，张靖，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：