1、WB 破坏性实验报告破坏性实验报告Date:2009/02/06Prepared by: Chen Yong Lin2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 2Introductionp简述简述p材料基本原理材料基本原理p焊线材质差异性分析焊线材质差异性分析p品质分析品质分析p破坏性测试破坏性测试-p破坏性测试破坏性测试-横段面实验横段面实验(cross section)2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 3简述简述p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判断一个焊
2、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实验来获得焊点的强度,方法如下方法如下:n 拉力測试方法，称为BPT (Bond Pull Test)n 推力试验方法，称为BST (Bond Share Test)。2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 4p横断面实验横断面实验(cross section)n 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。p強酸強鹼實驗強酸強鹼實驗 (Etching) ：n 在焊接后必須检查晶片內部
3、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。2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 5材料基本原理材料基本原理p依銲接原理來說當銲接時，是利用金與銀、銅、鐵、鎳合金的共金效果來依銲接原理來說當銲接時，是利用金與銀、銅、鐵、鎳合金的共金效果來銲鑄銲鑄p第一焊點為金與鋁或銅與鋁兩種金屬的銲合第一焊點為金與鋁或銅與鋁兩種金屬的銲合p依材料科學的角度來看，這是種介金屬化合物的生成依材料科
4、學的角度來看，這是種介金屬化合物的生成(Intermetallic Phase)p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是形成，這種形成的化合物即稱為介金屬化合物p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
5、溫度的變化所產生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：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：p(一一)晶片破壞晶片破壞(Die Crack)：在晶片受到大應力時所衍生的破裂現象。：在晶片受到大應力時所衍生的破裂現象。p(二二)脫層脫層(Delamination)：材料性質不匹配，因而在介面處的剪應力與拉：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。應力太大，使介面脫層。2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 6
6、p不同金屬的銲接界面可靠度比較：不同金屬的銲接界面可靠度比較：焊焊 接接 界界 面面 可可 靠靠 度度 的的 等等 級級 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註：數字越小者表可靠度愈高2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 7IMC Growth for Au & Cu Wire IMC Thickness 2umCu wireCu wire1000H1000HAu wire 500HAu wire 500
7、H IMC Thickness 2umCu wireCu wire1000H1000HAu wire 500HAu wire 500H1.20umX10000實驗結果證明實驗結果證明 金線金線：於打線後一天，就生成於打線後一天，就生成Au4Cl和和Au2Cl厚達厚達8um，打線後，打線後4天更是生天更是生 成成Kirkendall Void ， 20天後生成約的金屬間化合物已超過天後生成約的金屬間化合物已超過2um 銅線：銅線：於一天候沒有生成任何化合物於一天候沒有生成任何化合物，16天後才生成非常薄的天後才生成非常薄的Cu/Al層層， 128天之後僅生成約天之後僅生成約1um的金屬間化合物，
8、且完全沒有的金屬間化合物，且完全沒有Kirkendall Void生成生成2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 8焊焊线材质差异线材质差异性分析性分析AUCU優點優點價格高價格高價格低價格低導電性較低導電性較低導電性較高導電性較高熱傳導係數較低熱傳導係數較低熱膨脹係數熱膨脹係數(CTE)14.2熱傳導係數高熱傳導係數高(39.4 kW/m2k)熱膨脹係數熱膨脹係數(CTE)16.5Tensile Strength 抗張強度抗張強度每單位平方公厘最多每單位平方公厘最多220Tensile Strength 抗張強度抗張強度每單位平方公厘每
9、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快金屬間化合物的生成慢金屬間化合物的生成慢缺點缺點不易氧化不易氧化易氧化易氧化(可信賴度下降存放時間短可信賴度下降存放時間短)硬度較低硬度較低硬度高硬度高(Bond的力量相對需要提高，對的力量相對需要提高，對Pad的損害的損害很大，較易很大，較易Cratering)p焊線採用金線，焊線採用金線，是因是因金線具有電導率大、耐腐蝕、韌性好等優點，金線具有電導率大、耐腐蝕、韌性好等優點，所以所以廣泛廣泛的的應用應用在在集成集成電路電路 ，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，但隨著高密度封裝的發展，同時
10、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。替代品。2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 9破破坏坏性性测试测试-強酸強鹼實驗強酸強鹼實驗(Etching)p焊球點侵蝕試驗之各項需求與步驟：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依客戶需求及材料特性所製作實驗不同所製作實驗不同)n Procedure(實驗步驟實驗步驟) 依據客戶需求及材料選擇使用方法之依據客戶需
11、求及材料選擇使用方法之p1.從金線站取一顆已打金線的產品p2.準備王水容液(1份硝酸+3份鹽酸)p3.將容器中之晶體滴入王水做侵蝕1020分鐘p4.以子將晶體取出，用水清洗p5.銲球被王水侵蝕，再以高倍顯微鏡檢驗鋁墊侵蝕結果p6.鋁墊若出現彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 10nTest method (實驗方法 ) 依據客戶需求材料選擇使用方法之p1.從金線站取一顆已打金線的產品。p2.準備氫氧化鈉 (16g NAOH +1公升去離子水)p3.將試管中晶體滴入1ml氫氧化鈉容液，置放於超音波清
12、洗機內，清洗設定為35分p4.鋁墊若出現彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良nTest method (實驗方法 ) 依據客戶需求材料選擇使用方法之p1.金線拉力測試後的產品p2.準備鹽酸(HCL)溶液1520ml，置於加熱板上加熱，溫度12010加熱205分鐘p3.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p4.銲球被鹽酸侵蝕後，再以高倍顯微鏡檢驗鋁墊侵蝕結果p5.鋁墊若出現彈坑火山口、裂痕或露出矽層則判定為不良2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 11简易简易流程图流程图用滴定王水或NaO
13、H覆蓋檢查的部位40X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2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 12异常图片异常图片 Die Crack Photo (Probe Mark造成造成)Die Crack Photo (Bonding 造成造成)不良照片如下：不良照片如下：2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 13破破坏坏性性测试测试-橫橫断断面面实验实验(Cross Section)p材料試驗之各項需求與步驟：材料試驗之各
14、項需求與步驟：(可分析材料的材質及異常的狀況可分析材料的材質及異常的狀況)n Procedure(實驗步驟)p 切割：p 用切割機裁切成符合研磨的尺寸p 鑲埋：p 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.p 研磨：p 輕微磨損的表面，為拋光作準備p 拋光：p 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p 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p 清洗：p 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。pP.S 完整的完整的
15、SOP請參閱附檔。請參閱附檔。 2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 14异常异常图片图片p可分析出材料的特性及發生異常的原因後，再改善。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 ( 0.07 m)Al ( 0.95 m)The probe mark is too deepBond too deep2022/5/30 ASM Pacific Technology Ltd. 2009 page 15The EndThank You ! !
