Odlupovanie podložky na čipové podložky

Fenomén odlupovania väzieb
Fenomén, v ktorom je časť povrchu podložky (a niekedy časť vrstvy oxidu pod podložkou) odlupovaná z podložky spolu s spájkovacou guľou, ktorá sa nazýva kovový kovový kov, ktorý sa odlupuje. Obrázok 1A zobrazuje mikroskopickú morfológiu hliníkovej podložky odlupovania po lepení guľôčkovej väzby zlata. Podložky znázornené na obrázku 1B sú zhora nadol, vrstva AI, vrstva MOSI₂, vrstva borózilikátového skla (BPSG) a vrstva SIO₂. Je jasne zrejmé, že po odlupovaní sa odlupujú horné 3 vrstvy z podložky a odhaľujú vrstvu SIO₂ v spodnej časti.

0010-13927 Zostava podstavca zdvíhania predkusu

Obr. 1 SEM Diagram vylučovania hliníkovej podložky Obr. 2 zobrazuje jav odlúpania a mikroskopickú morfológiu viacvrstvovej kompozitnej podložky zloženej z podložky AI-SI-CU a TIW vrstvy.Obr.2. Fenomén odlúpania a mikroskopická morfológia viacvrstvových kompozitných podložiek zložených z podložiek AI-SI-CU a TIW vrstvy

Spojené podložky sú umiestnené na povrchu polovodičových zariadení a sú vystavené chemickým a mechanickým zaťažením. Chemické zaťaženie sa vyvoláva procesmi výroby oblátok v prednej konci, ako je fenestracia vrstvy pasivácie, fenestrácia dielektrickej vrstvy a operácie čistenia povrchu; Mechanické zaťaženie sú vyvolané procesmi elektrického testovania a balenia v nasledujúcom procese. Preto musia byť podložky dostatočne silné, aby odolali týmto zaťaženiam.

Jadrom problému s odlupovaním podložky je konkurenčný vzťah medzi adhéziou medzi spájkovacou guľou a hliníkovou vrstvou na povrchu podložky a adhéziou medzi hliníkovou vrstvou na povrchu podložky a jej adhéznou vrstvou a kremíkovou matricou. V tomto konkurenčnom vzťahu, keď je spájková guľa vystavená vonkajšej sile, ak je adhézia medzi hliníkovou vrstvou na povrchu podložky a jej adhéznej vrstvy a kremíková matica je dostatočne silná, potom sa prejaví ako spájka a podložka je odlúpaná alebo samotná spájka, čo je normálna situácia. Naopak, keď adhézia medzi hliníkovou vrstvou na povrchu podložky a kremíkovou matricou nie je dostatočne veľká, bude dominantná adhézia medzi spájkovacou guľou a hliníkovou vrstvou na povrchu podložky. V tejto dobe, pod pôsobením vonkajšej sily, sa spájkovacia guľa odlupuje z kremíkovej matrice s hliníkovou vrstvou na povrchu podložky a jej adhéznej vrstvy, čo vedie k javu odlupovania podložky.
Všeobecne je väzba medzi spájkovacou guľou a hliníkovou vrstvou na povrchu podložky obmedzená. Ak sú vystavené externým zaťažením, rozbitie zväzkov a spájkovacia guľa by mali predchádzať olupovanie. Preto, ak je podložka v tomto konkurenčnom vzťahu v nevýhode, znamená to, že priľnavosť hliníkovej podložky je slabá a existuje riziko kvality.

Vzhľad fenoménu odlupovania je často sprevádzaný vnútornými zraneniami podložiek. Predpokladá sa, že tieto vnútorné zranenia sú spôsobené počas spájania balenia alebo počas testovania sondy elektrickej výkonnosti. Vnútorné zranenie PAD je nepostrehnuteľné riziko kvality v procese väzby drôtu a závažné vnútorné zranenie môže viesť k delaminácii alebo priamemu odlupovaniu podložky. V teste elektrického výkonu je možné nájsť a odmietnuť integrované obvody s týmito nebezpečenstvami v kvalite. Viac vnútorných zranení je však v kritickom stave a počiatočná degradácia elektrického výkonu nie je zrejmá a iba v následných skríningových testoch, po teplotnej cyklovaní, tepelnom šoku, starnutí, mechanických vibráciách a iných testoch, problémy sa vystavia, ktoré sa prejavujú ako peeling Pad, zjazdovky, olovo, elektrické výkony otvorené obvody atď.
Aj keď vo väčšine prípadov môže byť napätie na podložkách počas procesu spájania znížený optimalizáciou ultrazvukových parametrov, čistením kapiláry, zdokonaľovaním procesu spájania atď. Avšak v niektorých prípadoch opatrenia prijaté v procese po balení nemôžu úplne vyriešiť problém odlupovania PAD. Je to tak preto, že v niektorých prípadoch majú samotné podložky nebezpečenstvo kvality v dôsledku nesprávnej kontroly vo výrobnom procese čipov a toto vnútorné zranenie je vrodené. V tomto prípade by sa parametre procesu nemali slepo znížiť, aby sa predišlo odlupovaniu podložky, pretože to nielenže nevykoná vnútorné zranenia, ale tiež zníži spoľahlivosť väzby medzi väzbovým drôtom a podložkou. Pre takéto zariadenia je rozumné vykonať dávkovú kontrolu alebo ich priamo zošrotovať, aby sa zabránilo týmto slabým prepojením spôsobovať problémy v následnom procese skríningu alebo použitia.

Ultrazvukové parametreboli študované, aby sa poukázalo na to, že proces odlupovania PAD spočiatku pochádza z prasklín na povrchu hliníkových podložiek a ich vnútorných kovových vrstiev a príčinou tohto poškodenia je nevhodná kombinácia parametrov, ako je lepiaca sila, spojenie sily, čas a teplota. Z týchto faktorov má ultrazvuková sila najvýznamnejší účinok, pretože energia, ktorú poskytuje, poháňa šmykový efekt medzi povrchom a vnútornými vrstvami podložky. Ak je ultrazvuková energia príliš vysoká, spôsobí poškodenie kovovej vrstvy podložky, ktorá zase spôsobí jav odlupovania podložky. V prípade lepiacej sily si celý spiarací systém guľôčok vyžaduje viac energie, pretože tlak vyvíjaný kapilárom na spájkovacej guľovej gule bráni tendencii šmykového pohybu. Preto, pokiaľ ide o spôsobenie odlupovania podložky, zvýšenie tlaku v skutočnosti hrá úlohu pri inhibícii vplyvu ultrazvukovej sily, to znamená, že zvýšenie tlaku zníži výskyt odlupovania PAD.

Teplota predhrievania môže zmäkčiť vankúšiky a za rovnakých podmienok môže zvýšenie teploty predhrievania pomôcť znížiť rýchlosť zlyhania vankúšikov. Stručne povedané, výber vhodných ultrazvukových parametrov je kľúčovým predpokladom, aby sa zabránilo vnútornému poškodeniu vankúšikov v dôsledku spojenia. Niektorí vedci vykonali analýzu simulácie konečných prvkov o vplyve ultrazvukovej amplitúdy na rozdelenie stresu vankúšikov pri 138 kHz ultrazvukovej frekvencii a výsledky sú uvedené na obrázku 3. Ako vidíte z diagramu, počas procesu spojenia sa počas procesu spojenia mení stres s pohybom kapilárnej a iba pri pohybe kapilárnej oblasti do centrálnej oblasti je stresový distribúcia. Ďalšia analýza simulácie ukazuje, že spojenie napätia v podložke sa zvyšuje so zvýšením ultrazvukovej amplitúdy, ako je znázornené na obrázku 4. Tieto výsledky ukazujú, že ultrazvuková amplitúda má významný vplyv na stres a deformáciu drôtu počas procesu väzby.Obr. 3. Distribúcia stresu v rôznych časochObr. 4. Vplyv ultrazvukovej amplitúdy na stres podložky

Hrebeň
Kapilárne čepele zohrávajú rozhodujúcu úlohu v procese spájania čipov hliníkových procesov. Ako kľúčový nosič presného uplatňovania ultrazvukových parametrov na podložky je nevyhnutnou súčasťou celého procesu prenosu energie. Ak je kapilára neobvyklá, je ťažké ultrazvukové sily a tlak pôsobiť rovnomerne a stabilne na podložku, čo bude vážne zasahovať do normálneho šírenia ultrazvukovej energie a negatívne ovplyvní kvalitu väzby. Na druhej strane, podľa analýzy výskumných pracovníkov, keď kapilára prechádza veľkým počtom spájajúcich operácií, kontaminovaná kapilárna hlava prechádza určitými zmenami. V dôsledku kontaminácie sa zvyšuje plocha kontaktného povrchu medzi hlavou kapilárny a spájkovacou guľou, čo vedie k zvýšenej adhézii medzi hlavou kapilárnej hlavy a spájkovacou guľou a podľa toho sa tiež zvýši veľkosť vertikálneho napätia. Počas zdvíhania kapiláry sa vertikálne zaťaženie prenáša postupne z kapiláry do deformovanej gule a potom na podložku. Toto vertikálne zaťaženie je priamym zdrojom energie, ktorý spúšťa pokožku podložiek. Ak sa na podložku aplikuje zvislé zaťaženie, spôsobí v podbobe praskliny. Tieto praskliny najprv klíčia v oblasti A a potom sa rozširujú pozdĺž rozhrania k oxidovej vrstve pod podložkou, čo nakoniec vedie k výskytu odlupovania podložky, proces jasne ilustrovaného na obrázku 5. Okrem toho štatistika odráža jasný trend, s použitím kapilárnych čepelí, čo naznačuje, že existuje viac ako 200, použije sa viac ako 200 {{{2 olúpanie. Výsledky výskumu tiež ukazujú, že primeraný výber kapilárneho modelu je kľúčovým riešením na zlepšenie problému PAD odlupovania hliníkových procesných čipov. Ak si vyberieme kapiláru s kužeľovým uhlom CA =70 a CD s malým koncovým priemerom a mierne zvýšite väzobný tlak, môže mať pozitívny vplyv na tvarovanie spájkovacieho kĺbu. To má za následok dobrý, jednotný a dostatočný kontakt medzi spájkovacím kĺbom a podložkou, čím sa účinne vyhýba problému koncentrácie miestneho stresu spôsobeného vyčnievajúcim spájkovacím kĺbom. Okrem toho má spájková guľa tvorená Ca =70 kapilárna stupňa má relatívne tenké vytlačenie, čo ju pri vykonávaní ultrazvukovej energie menej rozptyľuje. Okrem toho, v porovnaní s CA =120 stupňom, CA =70 Stupeň má slabší stupeň akumulácie energie v stredovej oblasti spájkovacej gule, ktorá môže významne znížiť poškodenie spojenia s hliníkovou vrstvou v strednej oblasti PAD a špecifické rozdiely a výhody sú znázornené na obrázku 6.

0010-13774 Assy, Wafer Lift Cooldown\/Passthru

图5焊盘起皮原因示意图Obr. 6. Porovnanie účinkov rôznych uhlov zúženia na väzbu

Sklz
V niektorých prípadoch sa miera vylučovania hliníkových diskov (ABPO) nedala znížiť na nulu, dokonca ani po optimalizácii ultrazvukového výkonu, tlaku a predhrievacej teploty, čo naznačuje, že k fenoménu ABPO v dávke prispievajú aspoň ďalšie faktory. Vedci zistili, že optimalizáciou softvérového systému na zníženie sklzu počas procesu spájania je možné výrazne znížiť sklz medzi kapilárou a spájkovacou guľou. Výsledkom je, že šmykové napätie na vnútornej strane podložky sa výrazne zníži, čím sa účinne zabráni vnútornému poškodeniu podložky, a tým eliminuje jav ABPO. Obrázok 7 zobrazuje sklz spájkovacej gule a stopy, ktoré zanechal skĺznutie na zlatej drôtenej gule, je možné jasne vidieť na diagrame. Obrázok 8 zobrazuje porovnanie pôsobenia kapiláry pred a po optimalizácii softvéru.Obrázok 7 Spájka lopty

Obr .8. Porovnanie pôsobenia kapriily pred a po optimalizácii softvéru

Vedci pozorovali pomocou laserovej konfokálnej technológie a zistili, že priemerná hĺbka sklzu buniek s odlupovaním podložky bola 9,6 μm, zatiaľ čo priemerná hĺbka sklzu sa znížila na 7,44 μm po optimalizovanom softvéri optimalizovaným na zníženie sklzu. Vypočíta sa tvrdosť zlata Vickers a priemerná sklzová sila prvku s odlupovaním podložky je 48,7 gf a priemerná sklzná sila sa zníži na 29,2 gf po optimalizovaní zníženia sklzu. Výsledky simulácie konečných prvkov ukazujú, že v dôsledku sklznej sily je šmyková pevnosť BPSG v prvku ABPO 1,74 GPA, zatiaľ čo šmyková pevnosť prvku bez ABPO je 1,29 GPA.

Parametre procesu
Niektorí vedci sa domnievajú, že faktory, ako je predhrievacia teplota, spájajúca sila a lepkavá sila, majú vplyv na odlupovanie podložky. Konkrétne vplyvy sú uvedené v tabuľke 1.Tabuľka 1 Vplyv predhriatia teploty, spojenia a lepkavej sily na odlupovanie podložky

Výroba doštičiek
Počas výroby oblátok môžu mať zvyšky halogénov korozívny účinok na hliníkové vankúšiky a ich oxidové filmy. Kovová vrstva v podložke sa zároveň odparuje a rozširuje po zahrievaní v dôsledku absorpcie vlhkosti, čo povedie k delaminácii, čo bude mať vplyv na pokles adhézie kovovej vrstvy vo vnútri podložky. Podľa analýzy SEM\/EDX vankúšanov bezpollskych priepasti (ENEPIG) (ENEPIG) po lepení a odlupovaní je oxidácia hlavnou príčinou delaminácie PD a NI. Obrázok 9 zobrazuje mikroskopickú topografiu podložky a vedie po tom, čo je vankúšik ENEPIG vylepšený a prierez zaostreného iónového lúča (FIB) (FIB) znázornený na obrázku 10 zobrazuje tri rôzne oblasti: oblasť, cez ktorú je olovo oddelený, oblasť, ktorá je mierne vzdialená od oblasti a konvenčnú referenčnú oblasť.Obr.9. Mikromorfológia podložiek a vedenia po tom, čo je podložka ENEPIG DUBONDEDObr.10. Prierez FIB

Bolo zdôraznené, že v prípade štruktúry viacvrstvovej podložky je päť povrchových hliníkových vrstiev (M2) s rôznymi hrúbkami 250 Nm, 330 Nm, 450 Nm, 550 Nm a 650 Nm. Po 200 stupňoch a 3 hodinách starnutia ukazujú, že tenšia vrstva M2 je náchylnejšia na zlyhanie krku guľôčok, odpruženie a zlyhanie pillingu, ako je znázornené na obrázkoch 11 - 13.

Obrázok 11 hliníkové vankúšiky na čipe

Obr. 12 Typické režimy zlyhania v ťahovom teste

Obr.13 Podiel režimov zlyhania lopty odlupenia a spájkovacia lopta k celkovým režimom zlyhania v teste v ťahu Bond sa mení s hrúbkou M2