WB破壞性實驗報告詳解課件

1、WB 破壞性實驗報告Date:2009/02/06Prepared by: Chen Yong Lin第1頁，共15頁。Introduction簡述材料基本原理焊線材質(zhì)差異性分析品質(zhì)分析破壞性測試-破壞性測試-橫段面實驗(cross section)2022/8/42 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第2頁，共15頁。簡述判斷一個焊點是否滿足焊接質(zhì)量要求的標準往往是通過破壞性實驗來獲得焊點的強度,方法如下:拉力測試方法，稱為BPT (Bond Pull Test)推力試驗方法，稱為BST (Bond Share Test)。2022/8/43 ASM Paci

2、fic Technology Ltd. 2009 第3頁，共15頁。橫斷面實驗(cross section)對直接作用在晶片表面的焊點來說，除考慮焊接點的強度外，銲接前後還要檢查晶片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造是否有任何受損 (cratering)的現(xiàn)象。強酸強鹼實驗 (Etching) ：在焊接后必須檢查晶片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的狀況，所以使用飽和的強鹼強酸溶液來腐蝕掉焊點及晶片表面的鋁層，用足夠倍率的顯微鏡下觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否受損(cratering) 、全剝離（沿球與鋁層界面剝離）、金球殘留、鋁層斷裂、球內(nèi)斷裂和彈坑等現(xiàn)象。2022/8/44 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第4

3、頁，共15頁。材料基本原理依銲接原理來說當銲接時，是利用金與銀、銅、鐵、鎳合金的共金效果來銲鑄第一焊點為金與鋁或銅與鋁兩種金屬的銲合依材料科學的角度來看，這是種介金屬化合物的生成(Intermetallic Phase)當兩種金屬互相接觸在一起時，擴散的過程將會開始，兩者原子將會在介面間互相進行擴散作用，當金和鋁原子互相擴散時，某種形式的化合物於是形成，這種形成的化合物即稱為介金屬化合物而在焊接時溫度及超音波能量將會幫助原子間彼此的擴散，介金屬化合物可提供界面間的接著力，以完成銲接的過程，但因製程溫度的變化所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形及所受介面間的熱應力，會產(chǎn)生常見的兩種破壞方式情況：(一)晶片破壞(Di

4、e Crack)：在晶片受到大應力時所衍生的破裂現(xiàn)象。(二)脫層(Delamination)：材料性質(zhì)不匹配，因而在介面處的剪應力與拉應力太大，使介面脫層。2022/8/45 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第5頁，共15頁。不同金屬的銲接界面可靠度比較：焊 接 界 面 可 靠 度 的 等 級 Au-Au 1 Al-Al 2 Au-Ag 3 Al-Ni 4 Au-Al 5 Cu-Au 6 Cu-Ag 7 Cu-Al 8 Al-Ag 9 註：數(shù)字越小者表可靠度愈高2022/8/46 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第6頁，共15

5、頁。IMC Growth for Au & Cu Wire實驗結(jié)果證明 金線：於打線後一天，就生成Au4Cl和Au2Cl厚達8um，打線後4天更是生 成Kirkendall Void ， 20天後生成約的金屬間化合物已超過2um 銅線：於一天候沒有生成任何化合物，16天後才生成非常薄的Cu/Al層， 128天之後僅生成約1um的金屬間化合物，且完全沒有Kirkendall Void生成2022/8/47 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第7頁，共15頁。焊線材質(zhì)差異性分析AUCU優(yōu)點價格高價格低導電性較低導電性較高熱傳導係數(shù)較低熱膨脹係數(shù)(CTE)14.2熱傳

6、導係數(shù)高(39.4 kW/m2k)熱膨脹係數(shù)(CTE)16.5Tensile Strength 抗張強度每單位平方公厘最多220Tensile Strength 抗張強度每單位平方公厘210370N金屬間化合物的生成快金屬間化合物的生成慢缺點不易氧化易氧化(可信賴度下降存放時間短)硬度較低硬度高(Bond的力量相對需要提高，對Pad的損害很大，較易Cratering)焊線採用金線，是因金線具有電導率大、耐腐蝕、韌性好等優(yōu)點，所以廣泛的應用在集成電路 ，但隨著高密度封裝的發(fā)展，同時微電子行業(yè)為降低成本、提高可靠性，必將尋求工藝性能好、價格低廉的金屬材料來代替價格昂貴的金，眾多研究結(jié)果表明銅是金的

7、最佳替代品。2022/8/48 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第8頁，共15頁。破壞性測試-強酸強鹼實驗(Etching)焊球點侵蝕試驗之各項需求與步驟：(依客戶需求及材料特性所製作實驗不同)Procedure(實驗步驟) 依據(jù)客戶需求及材料選擇使用方法之1.從金線站取一顆已打金線的產(chǎn)品2.準備王水容液(1份硝酸+3份鹽酸)3.將容器中之晶體滴入王水做侵蝕1020分鐘4.以子將晶體取出，用水清洗5.銲球被王水侵蝕，再以高倍顯微鏡檢驗鋁墊侵蝕結(jié)果6.鋁墊若出現(xiàn)彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良2022/8/49 ASM Pacific Technology

8、 Ltd. 2009 第9頁，共15頁。Test method (實驗方法 ) 依據(jù)客戶需求材料選擇使用方法之1.從金線站取一顆已打金線的產(chǎn)品。2.準備氫氧化鈉 (16g NAOH +1公升去離子水)3.將試管中晶體滴入1ml氫氧化鈉容液，置放於超音波清洗機內(nèi)，清洗設定為35分4.鋁墊若出現(xiàn)彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良Test method (實驗方法 ) 依據(jù)客戶需求材料選擇使用方法之1.金線拉力測試後的產(chǎn)品2.準備鹽酸(HCL)溶液1520ml，置於加熱板上加熱，溫度12010加熱205分鐘3.之後將鹽酸倒掉，再取純水2030ml，置於加熱板加熱清洗，溫度8010加熱155分鐘4

9、.銲球被鹽酸侵蝕後，再以高倍顯微鏡檢驗鋁墊侵蝕結(jié)果5.鋁墊若出現(xiàn)彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良2022/8/410 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第10頁，共15頁。簡易流程圖Check Step用滴定王水或NaOH覆蓋檢查的部位Step1Step2Step340X顯微鏡用顯微鏡目視確認Cratering狀況經(jīng)過數(shù)分鐘後球體會剝離開鋁層，此時用清水去除掉學藥劑2022/8/411 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第11頁，共15頁。異常圖片Die Crack Photo (Probe Mark造成)Die Crack

10、 Photo (Bonding 造成)不良照片如下：2022/8/412 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第12頁，共15頁。破壞性測試-橫斷面實驗(Cross Section)材料試驗之各項需求與步驟：(可分析材料的材質(zhì)及異常的狀況)Procedure(實驗步驟)切割： 用切割機裁切成符合研磨的尺寸鑲埋： 有分為熱鑲埋及冷鑲埋，目的是：1.固定樣品，方便研磨及拋光 2保護邊緣，增進制備效果.研磨： 輕微磨損的表面，為拋光作準備拋光： 消除細拋變形層-拋光時採用磨粒依次變細的步驟，可移除在研磨階段造 成的磨損。通常利用下列兩種拋光液將試片拋至鏡面鑽石懸浮液氧化鋁粉懸浮液清洗： 去除研磨拋光階段留於試片上的研磨粉末以免干擾分析結(jié)果，必須將試片依次序浸泡於酒精及去離子水中，以超音波震盪器振洗。P.S 完整的SOP請參閱附檔。 2022/8/413 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 第13頁，共15頁。異常圖片可分析出材料的特性及發(fā)生異常的原因後，再改善。Deep Probe Mark5000 XSi ( 200 m)FSG ( 0.85 m)SiO2 (0.6m)Al (0.5 m)WAl (0.36 m)FSG ( 0.92 m)Co (0.06 m)Ti ( 0.07 m)Al ( 0.