对某塑封器件进行破坏性物理分析(DPA),发现芯片表面存在玻璃钝化层裂纹和金属化层划伤的缺陷。对缺陷部位进行扫描电子显微镜(SEM)检查和能谱(EDS)分析,通过形貌和成分判断其形成原因为开封后的超声波清洗过程中,超声波振荡导致环氧塑封料中的二氧化硅填充颗粒碰撞挤压芯片表面,从而产生裂纹。最后,进行了相关的验证试验。研究结论对塑封器件的开封方法提出了改进措施,对塑封器件的DPA检测及失效分析(FA)有一定借鉴意义。
塑封半导体器件因其尺寸小、重量轻、成本低,生产和封装工艺简单,已经广泛应用于各个领域。为提高其可靠性,使其能代替密封半导体器件应用于一些高可靠性的领域,常通过DPA和FA对其进行评估和研究。
DPA是军用电子元器件批质量一致性检验和评价的一个环节。用于DPA的样品是从生产批中抽取,且其检测结果可作为批次接收或者拒收的依据。在军用电子元器件的DPA检测中,封装的内部检查是一个非常重要的检测项目。它通过显微镜对半导体器件封装的内部进行检查,发现器件内部存在的缺陷。常见的芯片缺陷有金属化层的划伤及裂纹、芯片表面嵌入多余物、芯片周边崩损、金属化层和钝化层的缺损、金属化腐蚀等。这些缺陷的危害很大,芯片表面裂纹、划伤会导致芯片表面钝化层破损,降低电极之间的绝缘作用,增加半导体材料的多种表面效应,使芯片内部受到尘埃、酸气、水汽或金属颗粒的沾污。容易发生电迁移导致开路失效或者导致电路内部工作材料间的漏电增加或短路,严重影响器件在服役过程中的使用寿命和可靠性。针对内部目检不合格的样品,一般实行批退处理,因此,芯片缺陷是生产厂家和检测机构都十分重视的问题。先前已有一些文章对芯片目检的缺陷和原因进行了分析。梁栋程等对外来物(钢颗粒)导致的塑封器件金属化层损伤进行了机理分析,结果表明钢颗粒来源于塑封模具破损或老化,在环氧固化过程中产生的应力导致钢颗粒压碎金属化层;周安琪等对集成电路组装过程中裸芯片目检不合格类型与原因进行了统计和分析。目前报道的芯片缺陷大多来源于生产厂家的封装过程,如人员过失或工艺控制不良。对其它原因引入的芯片缺陷未见报道。
塑封器件的芯片被塑封料完全包裹,为了进行内部目检试验,要求必须把芯片完整干净的露出来,即去除芯片表面的塑封料。常用的塑封器件开封方法为激光刻蚀法、综合化学腐蚀法。开封是内部目检的前提,可以找出失效点。电子探针、电子背散射衍射(EBSD)技术、微光显微镜(EMMI)和EDS分析均可用于元器件和材料的失效分析中。本文将对某一种塑封器件内部目检中发现的芯片表面钝化层和金属化层微裂纹现象通过SEM和EDS进行机理分析,观察缺陷形貌,分析其元素成分及产生原因,设计复现试验进行验证。最后提出改进措施,为这类元器件的质量检测提供有益参考,对失效分析有一定借鉴意义。
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