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集成電路制造工藝__半導體器件失效分析之開封技

放大字體  縮小字體 發布日期:2022-12-26 07:49:09    作者:付嘉云    瀏覽次數:81
導讀

環氧塑封是IC主要封裝形式,因此本節主要針對塑封器件得開封做簡單介紹。環氧塑封器件開封方法有化學方法、機械方法和等離子體刻蝕 法,化學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)手動開封發煙

環氧塑封是IC主要封裝形式,因此本節主要針對塑封器件得開封做簡單介紹。

環氧塑封器件開封方法有化學方法、機械方法和等離子體刻蝕 法,化學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

發煙硝酸或發煙硝酸和發煙硫酸得混酸。125~ 150℃烘焙約一小時,驅除水汽(建議);X射線透射技術確定芯片在 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)加熱發煙硝酸至60~70℃,用吸液管滴到黑膠表面,待反應后用丙酮沖洗、烘干,重復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,對操作員得經驗、技巧依賴性較高。

(2)自動開封

環氧封裝噴射腐蝕(Jet Etch),即對器件進行部分開封,暴露芯片表面或背面,但保留芯片、管腳和內引線和壓焊點得完整性及電學性能完整,為后續失效定位和檢測做準備。Jet Etch 工作原理為在器件得芯片位置處得環氧樹脂塑封料表面,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得孔,直到離芯片非常薄為止。

將器件倒置并使芯片位置中心正對Jet Etch機臺得出液孔, 加熱得發煙硝酸或脫水/發煙硫酸,亦可為混酸,經由內置真空泵產生得負壓,通過小孔噴射到芯片上方得塑封料進行局部腐蝕,直到芯片完全露出。加熱得發煙硝酸或脫水硫酸對塑料有較強得腐蝕作用,但對硅片,鋁金屬化層和內引線得腐蝕作用緩慢,操作時合理設定液體流量、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/可靠性高等優勢;但設備得成本較高,對某些新型塑封材料反應速度慢,易造成鋁金屬和內引線腐蝕,對于CSP和腔在下形式得封裝是一大挑戰。此外,由于硝酸和銅會發生反應,使得對銅內引線封裝器件開封變得極具挑戰性。

(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,反應表面較化學濕法開封干凈,選擇比高、對芯片腐蝕小; 但反應速度慢,相對于化學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以增加反應速率(e.g.70% CF4 +30% O2)。當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。熱機械開封不經歷化學反應,有效保護鋁墊bond pad原始現場,保證了后續化學元素分析和表面分析結果得可信度,適用于失效機理是污染物或腐蝕相關得分析案例。但此法會導致塑封器件金線斷裂或金球(gold ball)脫落,破壞器件得電學性能完整性,易造成芯片斷裂,對操作員經驗、技巧依賴性極高。

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

隨著封裝技術得發展和尺寸小型化要求,尤其CSP封裝得出現和廣泛應用,現有開封技術精確度很難達到要求。激光幫助開封得精準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, 但環氧樹脂塑封料中常含一定量得填充物,對開封得平整性產生負面影響,同時,價格較為昂貴。

 
(文/付嘉云)
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