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半導(dǎo)體開封和去層的技術(shù)方法和案例

1770176343 ? 來源:半導(dǎo)體封裝工程師之家 ? 2023-06-25 17:11 ? 次閱讀

背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的加快調(diào)整,工業(yè)化和信息化的深度融合,中國半導(dǎo)體市場展現(xiàn)出強(qiáng)勁發(fā)展勢頭,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性支撐產(chǎn)業(yè)。半導(dǎo)體器件產(chǎn)品主要包括電容、電阻、電感、二極管、三極管、晶振、集成電路IC等。伴隨電子產(chǎn)品使用量激增,不可避免會出現(xiàn)故障問題,對失效件進(jìn)行分析,確認(rèn)失效模式、分析失效機(jī)理,明確失效原因,最終減少或避免失效的再次發(fā)生,對企業(yè)發(fā)展意義重大。器件工作環(huán)境和使用過程差異導(dǎo)致失效原因復(fù)雜,往往失效件具有唯一和不可重復(fù)性,所以在進(jìn)行破壞性分析檢測前對樣品制備要求苛刻,好的樣品制備能為后續(xù)分析提供可靠保障。樣品制備包括開封、去層、晶背研磨、取DIE、切片、離子研磨等,本文主要分享開封和去層的技術(shù)方法和案例解析。

開封

開封Decap,也稱開蓋、開帽,指對完整封裝的IC 做局部處理,使得IC可以暴露出來,同時保持芯片功能的完整無損,保持 die,bond pads,bond wires乃至lead-frame不受損傷,為下一步芯片失效分析實驗做準(zhǔn)備,方便觀察或做其他測試(如FIB,EMMI)。開封范圍:普通封裝、COB、BGA、QFP、QFN、SOT、TO、DIP、BGA、COB、陶瓷、金屬等其它特殊封裝。開封方法一般的有化學(xué)開封、機(jī)械開封、激光開封。

化學(xué)開封

高分子的樹脂體在熱的濃硝酸(98%)或濃硫酸作用下,被腐去變成易溶于丙酮的低分子化合物,在超聲作用下,低分子化合物被清洗掉,從而露出芯片表層。此方法適用于塑料封裝的非銀線類產(chǎn)品,去除塑封方便快捷,并且芯片表面干凈。效果如下圖:

機(jī)械開封

對于金屬類管殼通常采用手動研磨開封,即用砂紙研磨去掉表面金屬蓋,露出內(nèi)部芯片;有些器件需要感光,因此采用透明玻璃封裝,此類產(chǎn)品通??梢圆捎眉訜岱ㄓ脤I(yè)道具從密封處翹開,使上下部分脫離,達(dá)到開封目的。效果如下圖:

激光開封

將IC置于激光開封機(jī)載物臺上,通過信號燈使焦點定位到器件表面,繪制所需圖形,設(shè)置合適激光能量和鐳射次數(shù),對指定區(qū)域鐳射,以起到樣品減薄、鐳射出二焊點、鐳射至基板的目的。效果如下圖:

激光開封機(jī)原理和組成:主要由工作區(qū)、激光源、掃描頭和攝像四部分組成。芯片激光開封機(jī)是利用高能量的激光束對被加工物體的表面進(jìn)行蒸發(fā),化學(xué)作用,灼燒等各種手段,從而在被加工物件的表面打上永久性的標(biāo)記或者減薄樣品。

面對紛繁復(fù)雜的器件,開封常采用上述技術(shù)方法的一種或多種,達(dá)到較好的開封效果。

去層

去層:芯片去層即Delayer,去層技術(shù)廣泛應(yīng)用于芯片生產(chǎn)、失效分析、和逆向設(shè)計等領(lǐng)域。去層技術(shù)可分為干法去層和濕法去層。干法去層法主要是利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)設(shè)備或者機(jī)械研磨進(jìn)行去層。濕法去層法是利用特定的化學(xué)溶液與所需去除的薄膜層發(fā)生反應(yīng),使反應(yīng)的生成物溶于溶液,而與該溶液不發(fā)生或者較微弱反應(yīng)的薄膜層得以保留的方法。通過交互使用不同處理方式(離子蝕刻 、 化學(xué)藥液蝕刻 、 機(jī)械研磨),使芯片本身多層結(jié)構(gòu)(Passivation、 Metal、IDL)可逐層去除。透過芯片研磨與去層可逐層檢查是否有缺陷,能清楚解析出每一層電路布線結(jié)構(gòu),為后續(xù)分析提供技術(shù)支持。芯片結(jié)構(gòu)SEM圖如下:

鈍化層去除

鈍化層去除:鈍化層主要成分使氮化硅,具有致密性和化學(xué)穩(wěn)定性,常覆蓋在最外層,起到保護(hù)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用。通常采用離子刻蝕機(jī)去除,在射頻電源驅(qū)動下,在上下電極間形成電壓差,產(chǎn)生輝光放電,反應(yīng)氣體被電離成等離子體。等離子體中游離基與被刻蝕材料發(fā)生反應(yīng),生成能夠由氣流帶走的揮發(fā)性化合物,從而實現(xiàn)各向異性刻蝕。

金屬層去除

金屬層去除:金屬層一般為鋁,并摻雜了少量硅、銅元素。稀釋后的稀硝酸,硫酸,鹽酸均可以去除鋁層而不腐蝕四周的介質(zhì)層。

介質(zhì)層去除

介質(zhì)層的主要成份是二氧化硅,一般由較多膜層組成,不同層次成膜方法不同,部分層次需要摻雜 其他元素,因此各個薄膜層次的去除速率不一致,可采取研磨法去除,對研磨水平要求較高。

案例分析

01無損開封取Sensor

案件背景:

客戶做產(chǎn)品對比,需將PS sensor(材質(zhì)InGaAs.約0.5mm)取下,驗證鍵合方式和DIE狀況。

分析方法:

1.用實驗刀具將塑料管殼和基體分離;

2.配制試劑將sensor表面透明物質(zhì)去除干凈;

3.熱風(fēng)槍加熱后,用塑料鑷子取下sensor;

4.用光鏡觀察DIE各表面。

通過機(jī)械和化學(xué)相結(jié)合開封方法,成功無損取下sensor,確認(rèn)了鍵合方式,發(fā)現(xiàn)了DIE晶背面Crack.

02更換晶振

案件背景:

元器件晶振異常,客戶需要更換新的晶振并保證器件正常使用。

分析方法:

1.X-ray確認(rèn)晶振位置后開蓋至基板;

2.熱風(fēng)槍加熱300度后取下晶振外殼;

3.用實驗刀具將殘留的晶振剔除干凈;

4.點銀膠后替換新晶振,烘烤并封膠;

通過X-RAY定位晶振位置,芯片激光開封機(jī)精準(zhǔn)開窗,成功更換晶振,測試功能符合客戶預(yù)期。

03局部開封

案件背景:

樣品為PCB上的銀線疊DIE產(chǎn)品,開蓋不能開出上DIE并保證銀線不被損傷。

分析方法:

1.X-ray確認(rèn)FIB的施工區(qū)域;

2.激光開封機(jī)對施工區(qū)域進(jìn)行局部開窗;

3.配制腐蝕液進(jìn)行化學(xué)腐蝕,露出FIB的施工區(qū)域;

4.丙酮清洗干凈后轉(zhuǎn)交至FIB.

通過Dacap精準(zhǔn)定位施工區(qū)域和操作手法,成功保護(hù)了銀線和DIE,為后續(xù)FIB線路修補(bǔ)提供了保證。

04二極管去層看異常位置

案件背景:

二極管類樣品需要去除表面金屬,觀察異常位置

分析方法:

1.配置試劑并用加熱臺加熱至100°

2.將二極管樣品浸入試劑中,待不冒泡后用鑷子夾出

3.清洗干凈后拍照;

通過化學(xué)方法,成功去除表面合金,為觀察異常位置提供了條件。
責(zé)任編輯:彭菁

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原文標(biāo)題:開封去層應(yīng)用和案例解析

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