失效分析技术于多芯片封装中的应用

摘要

随着新材料、新工艺和新型器件的出现,并且器件的集成度在不断提高,使得器件的失效分析变的越来越困难,越来越依赖先进的分析设备及有效的分析手段。因此,多种多样的物理化学分析方法被人们应用到集成电路失效分析的领域中来。本文将主要讨论现阶段一般的封装失效分析的技术与设备,并且重点研究失效分析技术在多芯片封装领域的应用。
　　 如果我们把封装成型的器件看成由各种不同的材料构建出的一个结合体,那么这种种不同材料间的结合则直接关系到器件的有效性与可靠性。通过结构分析我们可以得到产品外部与内部的信息从而为大批量生产提供可行性建议。而材料分析则在可以使我们对封装所使用的各种材料性能进行深入的了解,从而为使用何种材料如何使用材料做出正确的判断,这在器件失效分析中起着重要的作用。
　　 在对新型贴片材料热固性树脂(FOW)的研究中,主要是通过DSC的方法对其固化的过程进行了分析,首先在固定保温时间的实验中,了解到温度对固化度的影响即温度的提高可以大大的提高样品的固化程度,同样延长固化时间也会对固化程度的加深有所帮助。然后在不同温度下,对固化时间与固化度之间的关系加以研究,并建立了不同温度下(110℃,120℃,130℃),固化时间与相应Tg间的相关曲线和经验公式,这对我们了解该种材料的固化过程,优化工艺参数提供了很大的帮助。事实上,本文也针对参数的改进提供了建议,工艺据此也彻底根除了相关失效的发生。
　　 在另外一个失效案例中,主要运用了SEM/EDS技术对不同锡球与基板焊盘间所形成的IMC进行了分析对比,其中包括63Sn-37Pb和Sn-3Ag-0.5Cu两种锡球,分析发现,金层较厚的焊盘会导致63Sn-37Pb锡球表面形成较多的Au-Sn金属间化合物,而也正是这种材料与测试针之间的不良接触导致了良率的降低。同时,通过进一步分析Sn-3Ag-0.5Cu中的金属间化合物,我们发现在这种无铅锡球所形成的另外一种Ag-Sn金属间化合物与Au-Sn金属间化合物有着很好的结合作用,正是这种结合作用使得Au-Sn金属间化合物被局限于锡球的内部,而不能进一步扩散到锡球表面。因此,焊有Sn-3Ag-0.5Cu锡球的器件不会发生这种接触不良的情况。生产根据分析的结论建议,通过降低金层厚度大大提高了良率。