《光敏介质薄膜与互连金属界面结合力的评价方法》

ICS31.200

CCSL55

JSSIA

江苏省半导体行业协会团体标准

T/JSSIAXXXX—XXXX

光敏介质薄膜与互连金属界面结合力的评

价方法

Evaluationmethodforinterfacialadhesionbetweenphotosensitivepolyimidethin

filmsandinterconnectingmetals

（征求意见稿）

（本草案完成时间：2023-10-07）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

江苏省半导体行业协会发布

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光敏介质薄膜与互连金属界面结合力的评价方法

1范围

本文件规定了晶圆级扇出型封装、板级扇出型封装中光敏介质薄膜与互连金属界面结合力的试验

方法，包括试验样件、试验设备、界面测试方法、测试结果分析方法、典型失效模式等。

本文件适用于先进封装中光敏介质薄膜与互连金属界面结合力及光敏薄膜与薄膜材料界面的评价。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T7124胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）

GB/T8170-2019数值修约规则与极限数值的表示和判定

GB/T21526-2008结构胶黏剂粘结前金属与塑料表面处理导则

GB/T31541精细陶瓷界面拉伸与剪切粘结强度试验方法十字交叉法

GB/T33334胶粘剂单搭接拉伸剪切强度试验方法（复合材料对复合材料）

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

晶圆级扇出型封装（Fanoutwaferlevelpackaging,FOWLP）

采用重布线层将电路从晶圆上裸芯片的金属焊盘扇出到金属焊球，且部分互连线路超出芯片边缘

的封装技术。

板级扇出型封装（Fanoutpanellevelpackaging,FOPLP）

采用重布线层将电路从载板上裸芯片的金属焊盘扇出到金属焊球，且部分互连线路超出芯片边缘

的封装技术。

光敏介质薄膜(Photosensitivepolyimide,PSPI)

PSPI是一类在高分子链上兼有亚胺环以及光敏基因，集优异的热稳定性、良好的力学性能、化学和

感光性能的有机材料，在电子领域主要兼光刻胶及电子封装两大作用，主要用于裸芯片保护膜、晶圆级

/面板级封装重布线层及电子元件层间绝缘膜、空腔结构成型等应用。

界面结合力

作用在界面单位面积上，使薄膜与金属层从界面结合态分离所需的力。

拉伸断裂载荷

拉伸界面粘结强度试验中施加于试样上致使界面开裂时所对应的最大载荷。

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剪切断裂载荷

界面剪切粘结强度试验中施加于试样上致使界面开裂时所对应的最大载荷。

4测试原理

沿着光敏介质薄膜与互连金属结合面的垂直方向、水平方向对试样施加力载荷，在介质薄膜与金属

界面处产生均匀的拉伸和剪切应力，连续地施加逐渐增大的载荷，直至薄膜与金属层分离。通过计算薄

膜与金属层分离的断裂载荷与粘接面积的比值，得出光敏介质薄膜与互连金属界面的结合力。

5试验设备

拉伸试验设备

拉伸试验应符合以下需求：

1)提供高精度的拉力测试功能，其精确度应为1级或0.5级；

2)位移分辨率不应低于0.01mm；

3)能获得恒定的试验速度，试验速度不应超过0.5mm/min，加卸力应平稳、无振动、无冲击；

4)载荷误差不应超过1%；

5)载荷量程不低于500N。

剪切试验设备

剪切试验设备应符合以下要求：

1)提供高精度的推力测试功能，推力测试模组配有24位高解析度AD转换器；

2)推力测试模组采用气浮式触底设计，推力测试时推刀触底力(LandingForce)轻。一般要

求根据测试样件选择传感器为100g时，触底力（LandingForce）设为2~5g，选择1Kg

时，触底力（LandingForce）一般设为10g左右；

3)最大的推力应不低于200Kg，X/Y平台的最大移动距离不低于100mm，Z轴的最大移动

距离不低于100m；

4)位移分辨率不应低于0.001mm；

5)能获得恒定的试验速度，试验速度不应超过0.1mm/min，加卸力应平稳、无振动、无冲击。

6试样

试样结构与尺寸

6.1.1拉伸试样

光敏聚酰亚胺介质薄膜与互连金属界面拉伸试样包括硅载板（Si）、氧化层薄膜（SiO2）、光敏介

质薄膜（PSPI）、PVD种子层（CuPVD/TiPVD）与电镀铜（E-Cu）层、电镀镍（Ni）层；

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图1拉伸试样俯视图

图2拉伸试样侧视图

标引序号说明：

1-销钉2-焊料层3-金属层

4-PSPI5-SiO26-载板

图3附带销钉的拉伸试样

表1拉伸试样尺寸符号和定义

符号试样1试样2

A硅载板、SiO2、PSPI的长度硅载板、SiO2、金属层的长度

B硅载板、SiO2、PSPI的宽度硅载板、SiO2、金属层的宽度

C金属层的直径PSPI的直径

D金属层的厚度PSPI的厚度

EPSPI的厚度金属层的厚度

FSiO2的厚度SiO2的厚度

G载板的厚度载板的厚度

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表2拉伸试样尺寸

单位：毫米

尺寸符号试样1试样2

最大标准值公差最大标准值公差

A40±340±3

B40±310±3

C20±2E-35±2E-3

D*50E-3±2E-310E-3±2E-3

E10E-3±2E-315E-3±2E-3

F1E-3±10%1E-3±10%

G0.75±5E-30.75±5E-3

注1：拉伸试样载板长度与宽度最小尺寸由试验设备夹具决定。

注2：*表示金属层包括种子层、电镀铜层和电镀镍层。试样1与2区别在于界面类型，试验1界面为E-

Cu/CuPVD/TiPVD/PI,试验2界面为PI/E-Cu。

6.1.2剪切试样

光敏聚酰亚胺介质薄膜与互连金属界面剪切试样包括：硅载板、PVD种子层与电镀Cu层、正方形光

敏介质薄膜。

图4剪切试样俯视图

图5剪切试样侧视图

表3剪切试样尺寸符号和定义

符号定义

A硅载板、金属层的长度

B硅载板、金属层的宽度

CPSPI的边长

DPSPI的厚度

E*金属层的厚度

F载板的厚度

注3：剪切试样的PSPI边长最小尺寸由光刻设备能力决定，保证样品外形为方形。

注4：*表示金属层厚度包括种子层厚度和电镀铜层的厚度

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表4剥离、剪切试样尺寸

单位：毫米

尺寸符号最大标准值公差

A40±3

B40±3

C100E-3±1E-3

D10E-3±2E-3

E20E-3±2E-3

F0.75±5E-3

样本量大小

每组试样应不小于10个。

试样的一般要求

试样加工完成，需要存放于氮气柜中。

7试验

试验环境

应在下列条件下进行测试：

a)试验应在温度22C2C；

b)相对湿度30%～60%RH范围内进行。

测试方法

7.2.1试验前准备

对每个试验编号，在试样上选取测试区域。

对拉伸试样进行销钉焊接，光学检查测试样品销钉界面是否完整，且无其他污染。若有缺失或污染，

样品丢弃。

7.2.2测试

将试样固定在试验设备的夹具中。拉伸测试时保证拉力方向与被测界面垂直。设置最大载荷与位移

速率，沿着薄膜与金属结合面的垂直方向上连续施加逐渐增大的拉力，直至薄膜与金属分离。

剪切测试是沿着薄膜与金属结合面的水平方向上连续施加逐渐增大的推力，直至薄膜与金属分离。

对微米级厚度的PSPI薄膜，剪切高度控制在2μm以下，剪切速率控制在100μm/s以内。

记录薄膜与金属层分离时的拉力、推力，以及拉伸测试的分离面积、剪切测试的分离面积。

8结果分析

界面结合力计算

光敏介质薄膜与互连金属界面结合力可分别用拉伸强度휎、剪切强度휏表示，计算公式分别如下：

퐹

휎=1…………（1）

푆1

퐹

휏=2…………（2）

푆2

式中：

—拉伸时的界面断裂强度，单位为兆帕（MPa）；

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—剪切试验时的界面断裂强度，单位为兆帕（MPa）；

F1—光敏介质薄膜与互连金属分离的拉伸断裂载荷，单位为牛顿(N)；

F2—光敏介质薄膜与互连金属分离的剪切断裂载荷，单位为牛顿(N)；

2

S1—拉伸测试时，光敏介质薄膜与互连金属界面的分离面积，单位为平方毫米(mm)；

2

S2—剪切测试时，光敏介质薄膜与互连金属界面的分离面积，单位为平方毫米(mm)。

界面结合力计算结果按GB/T8170进行修约，精确到1位小数。

对同一批样品试验数据（即界面结合力）进行分析：

1)分析数据分布特征，包括平均值、标准差、峰度、偏度、异常值；

2)剔除异常值，取有效样本的平均值。

典型失效模式

通过显微