常見(jiàn)芯片開(kāi)封技術(shù)及儀器簡(jiǎn)介
Wayne Zhang（似空科學(xué)儀器（上海）有限公司） 2022.10.11
芯片失效分析（FA, Failure Analysis）的常見(jiàn)方法中，包含非破壞性分析（無(wú)損檢測(cè)，如超聲波、X-RAY分析）、破壞性物理分析（有損檢測(cè)，如芯片開(kāi)封/開(kāi)蓋、切片制樣）、I-V電氣特性分析、EMMI微光檢測(cè)等。 其中芯片開(kāi)封/開(kāi)蓋分析是DPA（破壞性物理分析）的重要手段，是研究芯片封裝效果和技術(shù)的一種必要方法。 本文簡(jiǎn)單概述常見(jiàn)芯片開(kāi)封技術(shù)和儀器。
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1、機(jī)械開(kāi)封
其原理是用應(yīng)力直接去除芯片的封裝材料，屬于物理開(kāi)封。常規(guī)機(jī)械工具及專(zhuān)用切割、研磨、銑刨、拋光等儀器就可應(yīng)用于這種方式。 其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，根據(jù)精度要求，可選儀器價(jià)格范圍很寬（甚至拿把螺絲刀也可以，在特殊情況下）。 缺點(diǎn)是開(kāi)封的幾何形狀不太容易控制，總體來(lái)講精度比較低，容易導(dǎo)致對(duì)應(yīng)力敏感的樣品破碎，或者由于儀器需要用耗材而造成“二次污染”。 當(dāng)然，這個(gè)領(lǐng)域也有精度可達(dá)1微米，幾何形狀可編程的儀器，比如，美國(guó)ALLIED公司的銑削、研磨、拋光一體機(jī)X-PREP。但這種高端儀器，價(jià)格幾十萬(wàn)美元，且對(duì)“敏感單位”禁運(yùn)。 |
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2、化學(xué)開(kāi)封
其原理是用硝酸、硫酸及其混合液對(duì)芯片封裝材料進(jìn)行腐蝕，屬于化學(xué)開(kāi)封。 優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有物理應(yīng)力，不會(huì)造成樣品破碎，并且不會(huì)傷害硅等耐酸的半導(dǎo)體材料的電氣特性。 缺點(diǎn)是所用材料為強(qiáng)酸，對(duì)人體危害大，建立實(shí)驗(yàn)室和購(gòu)買(mǎi)耗材收到政府嚴(yán)格管控，開(kāi)封速度較慢，如果芯片中有耐酸性不好的走線則需要特殊處理。另外，其開(kāi)封效果受到四種參數(shù)的影響，包括酸配比、流速、溫度、腐蝕時(shí)長(zhǎng)，對(duì)操作人員有一定的經(jīng)驗(yàn)要求。 目前該領(lǐng)域沒(méi)有國(guó)產(chǎn)的專(zhuān)用儀器，市面上常見(jiàn)的是美國(guó)NISENE的JetEtch系列和美國(guó)RKD的Elite Etch系列。
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3、激光開(kāi)封
其原理是用高能激光灼燒局部區(qū)域?qū)е滤芊獠牧戏鬯槊撀洹?/span> 優(yōu)點(diǎn)是效率高，幾何形狀可編輯，沒(méi)有二次污染，不需要強(qiáng)酸暴露，屬于物理開(kāi)封。 缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生局部高溫，容易導(dǎo)致半導(dǎo)體材料電氣屬性失效，所以一般只能開(kāi)封到半導(dǎo)體材料表面，后續(xù)殘留封裝材料需要其它手段去除。 該領(lǐng)域的專(zhuān)用設(shè)備供應(yīng)商國(guó)內(nèi)外都有，目前國(guó)產(chǎn)化程度越來(lái)越高，價(jià)格相比進(jìn)口設(shè)備有了明顯下降，并且性能和實(shí)用性已經(jīng)和進(jìn)口設(shè)備沒(méi)有差距。
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4、等離子開(kāi)封
其原理是通過(guò)電場(chǎng)功率將反應(yīng)氣體離子化后與需要去除的材料接觸并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而揮發(fā)。總體上屬于化學(xué)開(kāi)封，也有同時(shí)采用化學(xué)和物理機(jī)制的。 優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有物理應(yīng)力，精細(xì)化程度高，不攻擊敏感材料，可到達(dá)細(xì)孔凹陷部位。 缺點(diǎn)是速度慢，價(jià)格昂貴。 該領(lǐng)域的專(zhuān)用設(shè)備供應(yīng)商主要來(lái)自歐洲和美國(guó)。
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5、離子開(kāi)封
其原理是通過(guò)高壓電場(chǎng)加速帶電離子，用其轟擊目標(biāo)材料，使它們脫落。本質(zhì)上是物理開(kāi)封，帶有某些化學(xué)效果。 優(yōu)點(diǎn)是精度非常高，可處理多種目標(biāo)材料。 缺點(diǎn)是不容易控制幾何形狀，速度慢，儀器價(jià)格昂貴。 該領(lǐng)域的專(zhuān)用設(shè)備供應(yīng)商主要來(lái)自日本、歐洲和美國(guó)。
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