用于XRF设备的治具及采用该治具的检测方法

摘要

本发明涉及用于XRF设备的治具和采用所述治具的检测方法，其中，所述治具包括：治具主体，其包括接触部分，用于接触和向上支撑以XRF设备检测的待测物，所述接触部分具有从治具主体的上表面沿向下方向的厚度并与待测物的基体具有相同的材质。这样，通过额外地增加待测物的基体的厚度，可克服由于基体和待测物本身过薄产生的测量误差，并且可降低测量时的噪点，提高了XRF设备的检测精度。

说明书

技术领域

本发明涉及封装基体金属镀层的厚度检验领域，具体地，涉及 一种用于检测封装基体的金属薄膜厚度的XRF设备的治具及采用该 治具的检测方法。

背景技术

目前，由于半导体技术中半导体芯片的尺寸趋于更小型化，因 此，在半导体制造过程中，应用在半导体制造中的材料面临着巨大挑 战。特别将芯片封装到封装基体的过程中，需要对半导体芯片进行焊 接，引线键合等工艺，如果不能对封装基体的金属薄膜厚度进行精确控 制，则会对芯片的可焊性、芯片的引线键合能力产生重大的影响，进 而影响到产品的可靠度和信号的传递能力，因此有必要对芯片封装基 体上的金属薄膜的厚度进行严格的控制。

具体地，现有技术中，在封装基体完成表面金属镀层之后，为 了确保金属镀层的厚度符合产品要求，则需要对金属镀层的厚度进行 测量。但是，在使用X射线荧光光谱分析设备(以下称：XRF(X-Ray  Fluorescence)设备)测量金属薄膜厚度时(一般只有0.3mm左右甚 至更薄)，由于芯片基体厚度过薄，X射线穿透基体后反射回来的波 会形成大量噪点，造成测量结果不准确。也就是说，测量金属薄膜厚 度的数据与标准数据相比具有相当大的误差。

例如，半导体的封装基体的材质为铜(Cu)时，由于铜层的厚 度通常只有20um左右，所以在测量基体为铜层的金属镀层的厚度时， 实际测量值存在着约为±20％的测量误差。

发明内容

因此，为了克服现有技术中存在的上述缺陷，产生了本发明的 发明构思，即，通过额外地增加待测物的基体的厚度，可克服由于基 体和待测物本身过薄所产生的金属薄膜厚度的测量误差。

基于上述发明构思，本发明的目的是提供一种能够提高XRF设 备检测封装基体的金属薄膜厚度的准确性的治具及使用该治具对封 装基体的金属薄膜厚度进行检测的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于XRF设备的治具，包括： 治具主体，其包括接触部分，用于接触和向上支撑以XRF设备检测 的待测物，所述接触部分具有从治具主体的上表面沿向下方向的厚度 并与待测物的基体具有相同的材质。这样，通过额外地增加待测物的 基体的厚度，可克服由于基体和待测物本身过薄产生的测量误差，并 且可降低测量时的噪点，提高了XRF设备的检测精度。

在本发明中，所述接触部分由铜或铝制成。或者，所述治具主 体由铜或铝制成。所述接触部分的厚度为0.3mm至0.4mm。

所述治具主体为片形或板形。

为了进一步增加待测物的高度，所述治具还包括垫板，其向上 支撑所述治具主体的至少所述接触部分。优选地，所述垫板的厚度可 调节。同时，为了确保垫板与所述治具主体的至少接触部分保持接触， 本发明的治具还包括用于对垫板施加压紧力的加压装置。

所述垫板的材质为弹性材料。优选地，为PVC或环氧树脂。

为了防止待测物的边缘翘起而与XRF设备产生干涉，则设置多 个固定部件，将它们设置在所述治具主体的上表面上的周边上，用于 将待测物固定在所述治具主体的接触部分上。

在本发明中，每个固定部件具有朝着待测物突出的部分，用于 将待测物的边缘或角固定住。

为了防止待测物与治具主体表面产生摩擦或防止待测物的外表 面产生划痕，固定部件可采用柔软的绝缘材料。优选地，为PVC或 环氧树脂。

基于本发明的构思，还提供一种使用XRF设备进行检测的方法， 所述方法采用本发明上述治具，并且所述方法包括：使待测物与所述 治具主体的至少接触部分充分接触。

附图说明

将基于以下附图详细地描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是应用在本发明XRF的治具上的封装基体的金属镀层的结 构示意图；

图2是根据本发明XRF的治具的一个实施例的截面示意图；

图3是将待测物设置在根据本发明XRF的治具上的截面示意 图；

图4是将待测物设置在根据本发明XRF的治具上的平面示意 图；

图5是以镍钯金镀层为例在未使用本发明XRF的治具前金属钯 镀层的光谱的分布示意图；以及

图6是以镍钯金镀层为例使用本发明XRF的治具后金属钯镀层 的光谱的分布示意图。

具体实施方式

为了解决本发明的上述技术问题，本发明提供一种能够提高 XRF设备检测封装基体的金属薄膜厚度的准确性的治具及使用该治 具对封装基体的金属薄膜厚度进行检测的方法。

本发明提供一种用于XRF设备的治具，其特征在于，包括：治 具主体，其包括接触部分，用于接触和向上支撑以XRF设备检测的 待测物，所述接触部分具有从治具主体的上表面沿向下方向的厚度并 与待测物的基体具有相同的材质。

优选地，在本发明的各实施例中，所述接触部分由铜或铝制成， 或者所述治具主体由铜或铝制成。

优选地，在本发明的各实施例中，所述接触部分的厚度为0.3mm 至0.4mm。

优选地，在本发明的各实施例中，所述治具主体为片形或板形。

优选地，在本发明的各实施例中，包括垫板，其向上支撑所述 治具主体的至少所述接触部分，优选地所述垫板的厚度可调节。

优选地，在本发明的各实施例中，包括加压装置，用于对所述 垫板施加压紧力，以确保所述垫板与所述治具主体的至少所述接触部 分保持接触。

优选地，在本发明的各实施例中，所述垫板的材质为弹性材料， 优选地为PVC或环氧树脂。

优选地，在本发明的各实施例中，包括多个固定部件，其设置 在所述治具主体的上表面上的周边上，用于将待测物固定在所述治具 主体的接触部分上。

优选地，在本发明的各实施例中，每个固定部件具有朝着待测 物突出的部分，用于将待测物的边缘或角固定住。

优选地，在本发明的各实施例中，所述固定部件的材质为柔软 的绝缘材料，优选地为PVC或环氧树脂。

本发明还提供一种使用XRF设备的进行检测方法，其特征在于， 采用如前述任一权利要求所述的治具，其中该方法包括：使待测物与 所述治具主体的至少接触部分充分接触。

下面，参照附图详细说明本发明的示例性实施例。

在本发明中，待测物是指表面上镀有多层金属的封装基体。可 以理解的是，本领域的封装基体的材质不限于铜，还可采用例如铝等 材质。

在下述实施例中，为了便于说明本发明治具的特点，将以封装 基体的材质为铜的封装基体作为待测物的实例，同时，相应地，采用 与基体的材质相同的铜片作为本发明治具的治具主体的实例。在本实 施例中，治具主体包括与封装基体相接触的接触部分，所述接触部分 为铜片。

图1是应用在本发明XRF的治具上的封装基体的金属镀层的结 构示意图。

具体地，图1示出了镍钯金镀层使用的标准样片结构。在图1中， 所述标准样片按照图1中所述的结构依次叠加，即，Au镀层1，Ni镀 层2，Pd镀层3，Cu镀层4和绝缘层(环氧树脂)5。

在未使用本发明XRF的治具之前，利用XRF设备测量封装基体 上的金属镀层的厚度。采用下述步骤：

首先，在测量待测物之前，需要采集两组标准样片的数据，其 中，一组为各镀层的无限厚度的标准样片，另外一组为与待测物的厚 度相近的指定厚度的标准样片。例如，对于镍钯金镀层，需要用到的 标准样片有两组，分别为：

第一组：Ni：∞(无限厚度)，Pd：∞(无限厚度)，Au：∞(无限厚度)， Cu：∞(无限厚度)；

第二组：Ni：10.7um，Pd：0.073um，Au：0.091um，Cu：∞(无限厚度)。

接下来，利用XRF设备对两组标准样片进行测量，从而推导出 标准数据曲线；

最后，利用XRF测试待测物，将所测得的数据与标准数据曲线 比对，从而计算出待测物镀层的厚度。

值得注意的是，标准样片的结构必须与待测物的结构保持相同， 否则不具有对比性。也就是说，如果标准样片中没有待测物中的元素， 则此元素将无法在标准数据曲线中被定义出来，因而也就无法对此元 素进行定性及定量分析。此外，不必要的元素还会形成叠加峰而干扰 测量结果。因此，标准样片的镀层结构必须与待测物的镀层结构保持 一致。

在此，本文所提到的无限厚度是指当入射的X射线全部被吸收而 不能射出时的镀层厚度。

由于未采用本发明的治具之前，图1所述镀层中基体为铜层4 (Cu)时，如上所述的，铜层的厚度通常只有20um左右，所以在测 量各镀层的厚度时，X射线穿透基体后反射回来的波形成大量噪点。 如图5所示，在未使用本发明的治具之前，测量的谱图受到严重杂波 的干扰，不仅谱图的清晰度很低，而且造成测量结果不准确。也就是 说，所测量得出的Au镀层1，Ni镀层2以及Pd镀层3的镀层的厚 度值与相应的标准数据相比均存在着相当大的误差。

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明的发明人发现：通过 额外地增加待测物的基体的厚度，可克服由于基体和待测物本身过薄 产生的测量误差。因此，发明人产生了在具有铜层基体的待测物的下 方增加一定厚度的铜层的发明构思。采用与封装基体材质相同的治具 主体可避免在测量中带入其他元素，从而减少其它元素的干扰。

在实施例中，所述预定厚度的铜层为0.3至0.4mm。这是由于， 所选择的0.3至0.4mm厚度铜片完全超过了作为标准样片的无限厚 度的铜层厚度，也就不用再考虑反射的X射线带来的影响。即，厚 度为0.3至0.4mm的铜层可完全吸收X射线。

图2是根据本发明XRF的治具的一个实施例的截面示意图。在 图2中，具有预定厚度的铜片7设置在工作台(未示出)上的垫板8 的上表面上，所述铜片7与垫板8固定连接在一起。

为了实现本发明的发明构思，也可不采用垫板8，而直接将铜片 7设置在工作台上，然后再将待测物设置在铜片7的上表面上。

但是，由于本实施中所采用的XRF设备要求最小待测物的厚度 为1mm，而待测物加上附加的铜片的总厚度最多达到0.8mm，所以 在铜片7的下面增加了垫板，以增加待测物的高度。所述垫板的高度 可根据实际需要进行调节。同时，可以理解的是，为了确保垫板与所 述治具主体的至少接触部分保持接触，本发明的治具还可以设置用于 对垫板施加压紧力的加压装置(未示出)。所述加压装置例如可采用 XRF设备上的夹紧装置，或者可以依照实际测量需要另行制作。

优选地，所述垫板采用PVC，或者采用其他环氧树脂材质的垫 板。这是由于：PVC材质具有如下特性：PVC被弯曲后会恢复原来 的形状。基于PVC的所述特性，PVC垫板与铜片接合在一起之后， 可以防止因铜片变形而产生的待测物的翘曲现象。

在本实施例中，最终的治具高度，即，垫板与铜片的总厚度不 大于2cm。否则，待测物将会与XRF设备内部的零部件发生碰撞。 可以理解的是，本领域技术人员可根据实际所采用的XRF设备的要 求控制垫板与铜片的总厚度。

在使用上述治具时，如图3所示，将待测物9，即封装基体，设 置在图2所示的治具主体(即，铜片)的上面，使待测物9与治具主 体的接触部分进行接触。在图3中，在测量过程中，XRF设备的光 管(未示出)发出的X射线10，待测物被X射线激发的二次射线11 通过XRF设备的探测器12获得。XRF设备将探测器12将获得的二 次射线11的数据进行处理。

值得注意的是，无论采用治具与否，均需要在待测物之前进行 上述两组标准样片的测量和推导出标准数据曲线。在采用上述治具 时，基于XRF设备对待测物测得的数据，将该数据与标准数据曲线 比对，从而计算出待测物镀层的厚度。

在实际操作中，为了防止待测物翘起时与XRF设备内部的零部 件发生碰撞，进而保证测量精度，则在具有预定厚度的铜片的上表面 上的周边上设置多个固定部件6。

在本实施例中，所述多个固定部件6的每个固定部件形成L形。 每个固定部件上的朝着待测物突出的部分将待测物的边缘或角固定 住，以将待测物固定在铜片的上表面上。可理解的是，固定部件的形 状不限于此实施例的L形，其可采用其它多种形式。

进一步地，为了防止固定部件在夹持待测物时将待测物的的外 表面产生划痕，则固定部件的用于夹持待测物的部分的表面应进行打 磨处理，以使固定部件的用于夹持待测物的部分的表面为光滑表面。

同时，为了防止固定部件与其所设置表面，即，铜片表面，产 生摩擦，固定部件可采用PVC材质或柔软的绝缘材料，如硅橡胶等。 在本实施例中，固定部件6采用PVC材质。

可以理解的是，在本发明中的治具中，基于发明构思，可不采 用如上所述的固定部件。

为了方便测试人员取放待测物，作为治具主体的铜片的面积不 应小于待测物的尺寸，也就是说，铜片的面积应大于或等于待测物的 尺寸。优选地，铜片各边的长度比待测物的各边的长度长约20mm。

图6是以镍钯金镀层为例使用本发明XRF的治具后各金属镀层 的光谱的分布示意图。从图6中可以看到，强度超过0.2Kev的杂波 基本没有了，从而得到了一个比较清晰的谱图。

因此，与未使用本发明的治具相比，待测物上的各金属镀层的 光谱的分布变得清晰，噪点也明显减少。

下文中，表1示出了以镍钯金镀层为例的采用本发明治具前后 的测量值的对比情况。

表1：

从上述表中可以看出：使用治具后获得的各镀层的厚度测量数 值(平均值)更加接近标准值。同时，与标准值相比，使用治具后获 得的各镀层的厚度测量数值的误差在±10％内。因此，使用本发明的 治具可提高XRF设备对待测物上的各镀层的厚度测量的精度。

为了充分说明本发明的XRF设备的治具所具有的结构特点，将 对制造本发明治具及使用过程进行如下说明。

下面，以封装基体的材质为铜的封装基体作为待测物的实例， 对采用铜片作为本发明的治具主体的实例的制作方法和检测方法进 行说明如下。

第一步：制作治具

首先，根据待测物的外形尺寸，将厚度为0.3至0.4mm的大张铜 片裁成所需尺寸的铜片，其作为治具主体。所述的大张铜片可采用印 刷电路板(PCB)中所采用的普通铜片，并且为了防止铜片变形，使 用数控铣床进行裁切铜片。例如，将大张的铜片形成所需尺寸的长方 形铜片，并且其面积比待测物的尺寸略大。

然后，利用粘接物例如胶水，将裁成的铜片粘结在相同大小的 厚度约0.5mm的PVC垫板上；

最后，将厚度为5mm的PVC板制成4个L形的固定部件6，并且将 每个固定部件与待测物相接触的表面进行打磨光滑。

第二步：对XRF设备进行校准

利用如上所述的标准样片对XRF设备校准。

首先，采用的标准样片根据待测物的镀层结构的不同，选用两 组标准样片，即无限厚度标准样片和与待测物具有相同厚度的标准样 片，使用XRF测量所述两组标准样片，并收集相应数据。

然后，在XRF中的smartlink软件中根据所收集的两组相应数据 建立待测物所属类型的镀层标准数据曲线。

第三步：采用第一步中形成的治具利用XRF设备进行检测

将所述治具平放于XRF设备的工作台(载物台)上，并将待测 物放在治具主体的上表面上，即铜片的上表面上，接下来，利用XRF 设备对设置在治具主体上的待测物进行金属镀层的厚度测量。

通过上述三个步骤，完成了从制造治具到使用治具的过程。

从上述三个步骤中可以看出，制造完成本发明的治具具有成本 低廉、制作简便的优点。

值得注意的是，在本实施例上述方法中，包括了对垫板和固定 部件的设置。通常，本领域技术人员可根据实际测量条件和环境选择 是否需要设置垫板或固定部件。

本发明所述的装置和方法适用于各种挠性半导体的封装基体， 例如对封装基体上的镍钯金镀层、镍金镀层或者其他复合镀层的厚度 测量。

出于解释和说明的目的提供了本发明的示例性实施例的前述说 明。其本意并不是穷举或将本发明限制为所公开的确切形式。显然， 对于本技术领域的技术人员可以进行许多修改和变型。选择和说明该 示例性实施例是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，因此使 得本技术领域的其他技术人员能够理解本发明所适用的各种实施例 并预见到适合于特定应用的各种修改。目的在于通过所附权利要求及 其等同内容限定本发明的范围。