半导体器件DPA检验操作指导书

公司LOGO。文件名称半导体器件DPA检验操作指导书版本:01密级:发布日期:拟制审核:会签:批准:半导体器件DPA检验操作指导书1.目的本操作指导书为公司《半导体器件DPA检验规范》的理解和细化，为实际的执行提供试验方法和操作指导。2.适用范围适用于公司1103类、35～43类、46类半导体IC器件以及15类半导体分立器件。3.引用标准《半导体器件DPA检验规范》《IC器件DPA数据库》《分立器件DPA数据库》供应商器件规格书或技术资料4．仪器设备、工具及耗材4.1OLYPUS高倍立体显微镜或LEICADMLM金相显微镜及相关照相设备；4.2COMETX-Ray透视机；4.3Nisene化学开封机；4.4CD-2800超声波清洗机；4.5电加热炉、游标卡尺、斜口钳、镊子、夹钳、烧杯、玻璃棒、磨片砂纸、载玻片、定性滤纸、锡纸、棉棒、气枪、双面胶；4.6浓硫酸、稀硝酸、氢氧化钠、发烟硝酸、浓盐酸、酒精、丙酮、水。5.操作方法或步骤半导体器件的DPA分析通常按照以下顺序进行：器件外观丝印、标识查检内部结构查检芯片版图、尺寸查检。详细操作步骤如下：5.1外观丝印、标识查检对于封装较小的器件，把样品放于载波片上，正面（有丝印的那面）朝上，开启立体显微镜电源，调整好灯光亮度和角度，先调整显微镜放大倍数到合适位置，再对焦距进行细调，能清晰、完整地看到器件本体上的字迹即可。对于封装较大的器件，可以直接目检。检验完拍照进行记录。器件本体上的型号或型号代码（DeviceCode）、厂家LOGO、ROHS标识、批次信息等，必须与《IC器件DPA数据库》和《分立器件DPA数据库》中的要求一致。注意有些厂家的不同型号的器件的Marking或MarkingCode可能是一样的，但封装不一样（如下图），通过检验封装尺寸可以区分开来。5.2内部结构查检内部结构查检主要查检器件各个组成部分（包括键合丝、散热片、金属连接部分、陶瓷基片、焊料、硅凝胶等部分）的形状、尺寸、颜色、各部分连接情况、焊接层质量等是否满足《IC器件DPA数据库》和《分立器件DPA数据库》中的要求。主要通过两种方法进行鉴别：X－Ray透视和器件开封。对于不宜用X－Ray来进行观测的器件或器件局部，可以通过开封来观测。5.2.1X－Ray透视首先按规定穿好防辐射服，打开X－Ray透视机进行预热30分钟以上，然后把被测器件样品编号，做好标记，然后拍摄器件的正视图、侧视图，以及能反映器件内部结构特征的其它方向的视图并拍照，对于关键尺寸，必要时进行测量并记录。除观察芯片是否存在开裂、缺角、表面钝化层破裂等异常现象外，还需注意：若内部为键合连接方式，注意观察样品的键合情况有无异常（如键合线过长、过短、塌丝或交叉等）；若内部为铜条连接方式，注意观察两侧的铜条是否平行一致，有无倾斜、芯片不正、焊锡不均匀等异常；对于有散热片的封装，需同时注意散热片、芯片或陶瓷基片之间的焊锡是否均匀、过多或过少，焊接层是否有空洞等。示例图片如下：顶视图侧视图键合连接的器件顶视图侧视图铜条连接的器件问题器件图片如下：芯片开裂焊接层空洞较多芯片偏位陶瓷基板厚度不一致5.2.2开封对于不宜用X－Ray来进行观测，或者通过开封后能更快捷、更一目了然分辨出不同之处的器件或者器件局部，可以通过开封后再进行观测，比如散热片、金属框架、陶瓷基片、焊料、硅凝胶、键合丝等。开封的具体方法和步骤详见5.3。5.3芯片版图、尺寸查检对器件进行内部结构查检后，可以进行开封。开封的方法主要有3种：化学开封机开封、酸煮开封和机械开封。开封后，对芯片版图、尺寸进行查检并拍照、记录。半导体器件的开封类型推荐如下：对于IC类器件，优先使用化学开封机开封，对于芯片体积较大或封装独特的IC类器件，不宜用化学开封机开封的，可以采用酸煮开封的方法进行开封。对于用环氧树脂进行封装并填充的分立器件，采用酸煮开封的方法进行开封；对于用玻璃或金属封装的分立器件，采用机械开封的方法进行开封；对于功率模块（采用螺丝安装，内部灌有硅胶的），采用机械开封的方法进行开封。以上方法是目前通常的做法，随着设备、开封技术的不断完善，可能还会有其它更好的方法，因此实际操作时不拘泥于上面所说的方法，一切以有效、方便快捷、安全为准。如果一种方法开封的效果不好，可以多种方法结合起来进行。5.3.1化学开封机开封此种方法的具体操作请参照《DCapDelta2iseriesdsystem开封机操作指导书》。5.3.2酸煮开封具体操作方法如下：首先用干净的纸巾把烧杯内部擦干，然后把器件轻放入烧杯中。同一烧杯中放置的器件数量不要过多，且封装大小相差较大的器件不能放在一个烧杯中，多个器件最好平铺放置，尽量不要垂直叠放在一起，以防不能完整腐蚀掉外壳。戴上防护手套，拧开装有浓硫酸的玻璃瓶瓶盖，双手抓紧玻璃瓶下半部（注意不要单手，防止玻璃瓶滑落，伤害到身体），慢慢倾斜玻璃瓶体，往烧杯中倒入一定量的酸液，注意酸液的量不宜过多，一是浪费，而是量多了，加热时间变长，酸液温度不平衡，腐蚀效果不佳。液面高于器件本体最高位置约2～5mm为宜。然后用夹钳将烧杯夹起，放在电加热炉的中间位置，放下玻璃门至最低档位，调整电加热炉的加热档位到合适位置，开启电源。分立器件的加热时间推荐值如下：封装类型加热时间推荐值（针对中档功率）TO-247、TO-3P25~35分钟TO-220、D2PAK20~30分钟DPAK、SMC、case267-03、DO-20120~25分钟SMB、SMA、DO-41、DO-15、SO-8、PowerPAKSO-8、LFPAK、TDSON-6、TDSON-815~20分钟SOT-23及更小的封装8～10分钟TO-264、SOT-227及更大的非模块封装30~40分钟加热过程中，注意产生的泡沫不要从烧杯中溢出，此时应提前切断电源。对TO-247及更大的封装且器件数量较多时，要尽量选用较大的烧杯。时间到后，切断电源。由于此时烧杯中的液体比较滚烫，先不要移动烧杯，静置5～10分钟，待烧杯内的液体液面稳定后，使用夹钳将烧杯移至干燥的平台上放置30分钟以上，使其冷却。待烧杯内的液体完全冷却到室温后，戴上防护手套，用夹钳夹住烧杯，使其倾斜，慢慢将烧杯内的残余液体倒入废液回收瓶内，倒完后盖紧废液回收瓶，放回原处。打开水龙头，注意水量不能太大，把夹钳夹住烧杯放在水流下方，冲洗里面的残留物，重复清洗几次；然后把烧杯放入超声清洗机中继续清洗，注意烧杯中要留一定的水，重复清洗，直至芯片上没有较明显的杂质。清洗完后，用气枪吹干芯片表面的水分和其它残留物，芯片较小的最好自然凉干。最后将清洗好的芯片放置在载波片上，打开立体或金相显微镜，进行仔细观察并拍照。主要观察芯片的版图形状、各部分尺寸大小和表面是否光滑、连续、是否有异常条纹或符号，并与DPA样品库进行比对。如果发现芯片表面没有清洗干净，可能需要重新进行多次超声清洗和吹干。对于轴向封装或内部采用铜片连接的器件，还需要用稀硝酸去除上面的铜，操作步骤和顺序基本同上，不同的地方是：（1）放在加热炉上加热时，要用玻璃盖盖住烧杯（留一小口），防止酸液快速挥发掉。（2）加热的时间，以观测到铜片被完全腐蚀掉为准。对于用铝线键合的芯片，如果需要去除铝引线或芯片表面的铝层，可以用氢氧化钠加水配成碱性溶液或采用盐酸进行腐蚀，操作步骤与去铜类似。对于玻璃球封装的器件（例如case59-04封装），需要用王水腐蚀，王水的配制方法为：由浓硝酸与浓盐酸按照体积1:3的比例混合而成，尽量保证混合均匀，操作时避免人身伤害和酸液过度挥发。5.3.3机械开封对于玻璃轴向封装的器件，由于芯片与引脚的钉头是自然接触、没有使用焊料的，可以直接用斜口钳开封，步骤如下：1）将器件紧握在一只手的掌心位置，保持器件平衡放置，另一只手捏紧斜口钳，将斜口钳的钳口的前端夹住器件本体的接近中间位置（稍微偏离正中间1～3mm，以免损坏芯片），握紧手掌（防止芯片逃逸出去），用力，使玻璃体断裂成两半，注意不要用力过猛，以防芯片碎裂。此项操作也可放在一个密闭的空间（比如胶袋、玻璃缸）中操作。2）玻璃体开裂后，可以观测到芯片和两端的电极，可以用镊子轻轻夹起芯片放在载波片上，然后开启显微镜进行观测和拍照。示例图片如下：对于功率模块（采用螺丝安装，内部灌有硅胶的），可以采用斜口钳从外壳的边沿开始，一截一截地去掉封装外壳，注意掌握力度和用力的方向，不要使芯片受到额外的机械应力。去除外壳后，如果里面的硅胶是透明的，先拍照记录；如果是硬胶，可以通过酸煮的方法去掉，如果是软胶，可以用较软的卫生纸轻轻去掉硅胶，注意不要拉扯键合丝。芯片版图、尺寸查检示例图片如下：MOSFET元胞尺寸测量6.合格判据检验项目检验方法判定标准内部结构观察内部各组成部分（包括散热片、金属连接部分、陶瓷基片、焊料、硅凝胶、键合丝等部分）的形状、尺寸、颜色、各部分连接情况、相对位置、焊接层质量，测量芯片与引脚（或键合线）的距离，同DPA数据库进行比较。内部各部分结构形状及相对位置与DPA数据库的一致；关键尺寸误差控制在10%以内；样品的内部间隙根据器件Datasheet，或对应的安规证书进行判定，要求测量数据大于器件标称的内部间隙的下限。芯片版图拍照并测量关键尺寸，同DPA数据库进行比较。对于芯片较大的，用游标卡尺测量；对于芯片较小的，用显微镜软件拍照后测量。整个芯片尺寸是必测项目，芯片图形局部尺寸是可选项目。芯片轮廓清晰，没有明显异常现象；芯片上的厂家标示（包含厂家Logo、器件型号等信息）正确；版图形状与DPA数据库的一致；关键尺寸误差控制在5%以内。整个芯片尺寸芯片图形局部尺寸7.操作注意事项7.1操作人员需培训合格后方能上岗操作，注意人员及设备安全；7.2器件开封过程中，随时观察，防止