WB-破坏性实验报告解读课件

1、WB 破坏性实验报告Date:2009/02/06Prepared by: Chen Yong Lin2022/10/161Introduction简述材料基本原理焊线材质差异性分析品质分析破坏性测试-破坏性测试-横段面实验(cross section)2022/10/162 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 简述判断一个焊点是否满足焊接质量要求的标准往往是通过破坏性实验来获得焊点的强度,方法如下:拉力測试方法，称为BPT (Bond Pull Test)推力试验方法，称为BST (Bond Share Test)。2022/10/163 ASM Pacific

2、 Technology Ltd. 2009 横断面实验(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部結構的構造是否有任何受損 (cratering)的現象。強酸強鹼實驗 (Etching) ：在焊接后必須检查晶片內部结构的狀況，所以使用饱和的強鹼強酸溶液来腐蚀掉焊点及晶片表面的铝层，用足够倍率的显微镜下观察內部结构是否受損(cratering) 、全剥离（沿球与铝层界面剥离）、金球残留、铝层断裂、球內断裂和弹坑等现象。2022/10/164 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 材料基本原理依銲接原理來

3、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生的結構變形及所受介面間的熱應力，會產生常見的兩種破壞方式情況：(一)晶片破壞(Die Crack)：在晶片受到大應力時所

4、衍生的破裂現象。(二)脫層(Delamination)：材料性質不匹配，因而在介面處的剪應力與拉應力太大，使介面脫層。2022/10/165 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 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：數字越小者表可靠度愈高2022/10/166 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 IMC Growth for Au & Cu Wire實驗結果

5、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2022/10/167 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 焊线材质差异性分析AUCU優點價格高價格低導電性較低導電性較高熱傳導係數較低熱膨脹係數(CTE)14.2熱傳導係數高(39.4 kW/m2k)熱膨脹係數(CTE)16.5Tensile S

6、trength 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、韌性好等優點，所以廣泛的應用在集成電路 ，但隨著高密度封裝的發展，同時微電子行業為降低成本、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，眾多研究結果表明銅是金的最佳替代品。2022/10/168 ASM Pacific Technology

7、 Ltd. 2009 破坏性测试-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果6.鋁墊若出現彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良2022/10/169 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 Test method (實驗方法 ) 依據客戶需求材料選擇使用方法

8、之1.從金線站取一顆已打金線的產品。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，清洗設定為35分4.鋁墊若出現彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良Test method (實驗方法 ) 依據客戶需求材料選擇使用方法之1.金線拉力測試後的產品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.銲球被鹽酸侵蝕後，再以高倍顯微鏡檢驗鋁墊侵蝕結果5.鋁墊若出現彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良202

9、2/10/1610 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 简易流程图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狀況經過數分鐘後球體會剥離開鋁層，此時用清水去除掉學藥劑2022/10/1611 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 异常图片Die Crack Photo (Probe Mark造成)Die Crack Photo (Bonding 造成)不良照片如下：2022/10/1612 ASM Pacific Technology Ltd. 200

10、9 破坏性测试-橫断面实验(Cross Section)材料試驗之各項需求與步驟：(可分析材料的材質及異常的狀況)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。 2022/10/1613 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 异常图片可分析出材料的特性及發生異常的原因後，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.