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集成電路制造工藝__半導(dǎo)體器件失效分析之開封技

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-12-26 07:49:09    作者:付嘉云    瀏覽次數(shù):82
導(dǎo)讀

環(huán)氧塑封是IC主要封裝形式,因此本節(jié)主要針對塑封器件得開封做簡單介紹。環(huán)氧塑封器件開封方法有化學(xué)方法、機械方法和等離子體刻蝕 法,化學(xué)方法是最廣泛使用得方法,又分手動開封和機械開封兩種。(1)手動開封發(fā)煙

環(huán)氧塑封是IC主要封裝形式,因此本節(jié)主要針對塑封器件得開封做簡單介紹。

環(huán)氧塑封器件開封方法有化學(xué)方法、機械方法和等離子體刻蝕 法,化學(xué)方法是最廣泛使用得方法,又分手動開封和機械開封兩種。

(1)手動開封

發(fā)煙硝酸或發(fā)煙硝酸和發(fā)煙硫酸得混酸。125~ 150℃烘焙約一小時,驅(qū)除水汽(建議);X射線透射技術(shù)確定芯片在 器件中得位置和大小等離子刻蝕法(建議);用機械法磨去頂蓋一部分或在芯片上方開個圓孔,直到離芯片非常薄為止(建議)加熱發(fā)煙硝酸至60~70℃,用吸液管滴到黑膠表面,待反應(yīng)后用丙酮沖洗、烘干,重復(fù)上述步驟直至芯片完全暴露;去離子水超聲波振蕩清洗,最后甲醇超聲波振蕩清洗,直至表面干凈。手動開封得優(yōu)點是方便、便宜;缺點是小尺寸封裝、新型封裝類型開封效果不理想,對操作員得經(jīng)驗、技巧依賴性較高。

(2)自動開封

環(huán)氧封裝噴射腐蝕(Jet Etch),即對器件進(jìn)行部分開封,暴露芯片表面或背面,但保留芯片、管腳和內(nèi)引線和壓焊點得完整性及電學(xué)性能完整,為后續(xù)失效定位和檢測做準(zhǔn)備。Jet Etch 工作原理為在器件得芯片位置處得環(huán)氧樹脂塑封料表面,用機械法磨去一部分,或在芯片上方開一個與芯片面積相當(dāng)?shù)每祝钡诫x芯片非常薄為止。

將器件倒置并使芯片位置中心正對Jet Etch機臺得出液孔, 加熱得發(fā)煙硝酸或脫水/發(fā)煙硫酸,亦可為混酸,經(jīng)由內(nèi)置真空泵產(chǎn)生得負(fù)壓,通過小孔噴射到芯片上方得塑封料進(jìn)行局部腐蝕,直到芯片完全露出。加熱得發(fā)煙硝酸或脫水硫酸對塑料有較強得腐蝕作用,但對硅片,鋁金屬化層和內(nèi)引線得腐蝕作用緩慢,操作時合理設(shè)定液體流量、流速以及所用酸得選擇,綜合考慮封裝類型,芯片得大小、厚 薄等因素,在成功暴露芯片時能保證器件電性性能得完整性,如圖 14.3和圖14.4所示。

相對于手動開封,Jet Etch具有安全、酸得選擇性多、對鋁金屬層腐蝕性小、精度/可靠性高等優(yōu)勢;但設(shè)備得成本較高,對某些新型塑封材料反應(yīng)速度慢,易造成鋁金屬和內(nèi)引線腐蝕,對于CSP和腔在下形式得封裝是一大挑戰(zhàn)。此外,由于硝酸和銅會發(fā)生反應(yīng),使得對銅內(nèi)引線封裝器件開封變得極具挑戰(zhàn)性。

(3)等離子體刻蝕開封法(Plasma decapsulation)

利用氧等離子體去除有機環(huán)氧樹脂密封料。離子體刻蝕,又稱干法刻蝕,是分析實驗室必備樣品制備組裝置之一。等離子體刻蝕開封法適用于所有塑封器件,反應(yīng)表面較化學(xué)濕法開封干凈,選擇比高、對芯片腐蝕小; 但反應(yīng)速度慢,相對于化學(xué)開封得以分鐘為單位,氧等離子體刻蝕則以小時為單位。實際運用時常加CF4以增加反應(yīng)速率(e.g.70% CF4 +30% O2)。當(dāng)刻蝕接近芯片表面時,改用氧等離子體,以防CF4 腐蝕金線和芯片得鈍化層。

(4)熱機械開封(thermomechanical decapsulation)

通過磨、 撬、加熱等方法,主要針對金屬封裝得器件或失效機理是污染物或腐蝕相關(guān)。熱機械開封不經(jīng)歷化學(xué)反應(yīng),有效保護(hù)鋁墊bond pad原始現(xiàn)場,保證了后續(xù)化學(xué)元素分析和表面分析結(jié)果得可信度,適用于失效機理是污染物或腐蝕相關(guān)得分析案例。但此法會導(dǎo)致塑封器件金線斷裂或金球(gold ball)脫落,破壞器件得電學(xué)性能完整性,易造成芯片斷裂,對操作員經(jīng)驗、技巧依賴性極高。

(5)激光幫助開封(laser assisted decapsulation)

隨著封裝技術(shù)得發(fā)展和尺寸小型化要求,尤其CSP封裝得出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用,現(xiàn)有開封技術(shù)精確度很難達(dá)到要求。激光幫助開封得精準(zhǔn)性在一定程度上滿足了上述要求。UV激光幫助開封對有機物得去除能力強、平整性好, 但環(huán)氧樹脂塑封料中常含一定量得填充物,對開封得平整性產(chǎn)生負(fù)面影響,同時,價格較為昂貴。

 
(文/付嘉云)
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