Αποφλοιωμένο μαξιλάρι με τσιπ

Φαινόμενο του ξεφλούδισμα του μαξιλαριού
Το φαινόμενο στο οποίο μέρος της επιφάνειας του μαξιλαριού (και μερικές φορές μέρος του στρώματος οξειδίου κάτω από το μαξιλάρι) ξεφλουδίζεται από το μαξιλάρι μαζί με την μπάλα συγκόλλησης, το οποίο ονομάζεται Bond Pad Metal ξεφλούδισε. Το Σχήμα 1Α απεικονίζει τη μικροσκοπική μορφολογία του αποκόλλητου μαξιλαριού αλουμινίου μετά από συγκόλληση με χρυσό σύρμα. Τα μαξιλαράκια που φαίνονται στο Σχήμα 1Β είναι, από πάνω προς τα κάτω, το στρώμα AI, το στρώμα MOSI₂, το στρώμα από γυαλί Borosisilicate (BPSG) και το στρώμα Sio₂. Μπορεί να φανεί σαφώς ότι μετά την εμφάνιση του ξεφλούδισμα, τα 3 κορυφαία στρώματα ξεφλουδίζονται από το μαξιλάρι, αποκαλύπτοντας το στρώμα Sio₂ στο κάτω μέρος.

0010-13927 Συναρμολόγηση ανύψωσης βάθρου Preflean

Εικόνα 1 Διάγραμμα SEM της απόρριψης αλουμινίου Εικόνα 2 δείχνει το φαινόμενο αποφλοιώσεως και τη μικροσκοπική μορφολογία του σύνθετου μαξιλαριού πολλαπλών στρωμάτων που αποτελείται από AI-SI-CU και στρώμα TIW.Εικ.2. Φαινόμενο ξεφλούδισμα και μικροσκοπική μορφολογία σύνθετων μαξιλαριών πολλαπλών στρώσεων που αποτελούνται από τα μαξιλάρια Ai-Si-Cu και Tiw Layers

Τα τακάκια συγκόλλησης βρίσκονται στην επιφάνεια των συσκευών ημιαγωγών και υπόκεινται σε χημικά και μηχανικά φορτία. Τα χημικά φορτία ενεργοποιούνται από διεργασίες κατασκευής δισκίων μπροστινού άκρου, όπως η φρενάρισμα του στρώματος παθητικοποίησης, η διηλεκτρική στρώση και οι εργασίες καθαρισμού επιφάνειας. Τα μηχανικά φορτία προκαλούνται από διαδικασίες ηλεκτρικών δοκιμών και συσκευασίας στην επακόλουθη διαδικασία. Ως εκ τούτου, τα μαξιλάρια πρέπει να είναι αρκετά δυνατά ώστε να αντέχουν αυτά τα φορτία.

Ο πυρήνας του προβλήματος ξεφλουδισμού του μαξιλαριού είναι η ανταγωνιστική σχέση μεταξύ της προσκόλλησης μεταξύ της σφαίρας συγκόλλησης και του στρώματος αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού και η πρόσφυση μεταξύ του στρώματος αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού και του στρώματος προσκόλλησης και της μήτρας πυριτίου. Σε αυτή την ανταγωνιστική σχέση, όταν η σφαίρα συγκόλλησης υποβάλλεται σε εξωτερική δύναμη, εάν η προσκόλληση μεταξύ του στρώματος αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού και της στρώσης προσκόλλησης και της μήτρας πυριτίου είναι αρκετά ισχυρή, τότε θα εκδηλωθεί καθώς η σφαίρα συγκόλλησης και το μαξιλάρι ξεφλουδίζονται ή η ίδια η σφαίρα συγκόλλησης είναι σπασμένη, η οποία είναι μια φυσιολογική κατάσταση. Αντίθετα, όταν η πρόσφυση μεταξύ του στρώματος αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού και της μήτρας πυριτίου δεν είναι αρκετά μεγάλη, η πρόσφυση μεταξύ της σφαίρας συγκόλλησης και του στρώματος αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού θα κυριαρχεί. Αυτή τη στιγμή, κάτω από τη δράση της εξωτερικής δύναμης, η σφαίρα συγκόλλησης θα ξεφλουδίσει από τη μήτρα πυριτίου με το στρώμα αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού και το στρώμα προσκόλλησής του, με αποτέλεσμα το φαινόμενο του PAD Peeling.
Γενικά, ο δεσμός μεταξύ της μπάλας συγκόλλησης και του στρώματος αλουμινίου στην επιφάνεια του μαξιλαριού είναι περιορισμένος. Όταν υποβάλλονται σε εξωτερικά φορτία, η θραύση των δεσμών και η αποφλοίωση της σφαίρας συγκόλλησης θα πρέπει να προηγούνται του ξεφλούδισμα του μαξιλαριού. Επομένως, εάν το μαξιλάρι βρίσκεται σε μειονεκτική θέση σε αυτή την ανταγωνιστική σχέση, αυτό σημαίνει ότι η προσκόλληση του μαξιλαριού αλουμινίου είναι αδύναμη και υπάρχει κίνδυνος ποιότητας.

Η εμφάνιση του φαινομένου ξεφλούδισμα συχνά συνοδεύεται από εσωτερικούς τραυματισμούς στα μαξιλάρια. Αυτοί οι εσωτερικοί τραυματισμοί θεωρούνται ότι προκύπτουν κατά τη διάρκεια της σύνδεσης συσκευασίας ή κατά τη διάρκεια δοκιμής ανιχνευτή ηλεκτρικής απόδοσης. Ο εσωτερικός τραυματισμός του PAD είναι ένας ανεπαίσθητος κίνδυνος ποιότητας στη διαδικασία συγκόλλησης καλωδίων και ο σοβαρός εσωτερικός τραυματισμός μπορεί να οδηγήσει σε αποκόλληση ή να κατευθύνει το ξεφλούδισμα του μαξιλαριού. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα με αυτούς τους κινδύνους ποιότητας μπορούν να βρεθούν και να απορριφθούν στη δοκιμή ηλεκτρικής απόδοσης. Ωστόσο, περισσότεροι εσωτερικοί τραυματισμοί βρίσκονται σε κρίσιμη κατάσταση και η αρχική υποβάθμιση της ηλεκτρικής απόδοσης δεν είναι προφανής και μόνο στις επακόλουθες δοκιμές διαλογής, μετά από ποδηλασία θερμοκρασίας, θερμικό σοκ, γήρανση, μηχανικές δονήσεις και άλλες δοκιμές, θα εκτίθενται τα προβλήματα, τα οποία εκδηλώνεται ως ξεφλουδισμό μαξιλαριών, pitting, μολύβδου, μολύβδου, ηλεκτρικό κύκλωμα απόδοσης κ.λπ. κλπ.
Παρόλο που στις περισσότερες περιπτώσεις, η τάση στα μαξιλάρια κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης μπορεί να μειωθεί με τη βελτιστοποίηση των υπερηχητικών παραμέτρων, τον καθαρισμό του τριχοειδούς, την τελειοποίηση της διαδικασίας συγκόλλησης κλπ. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις, τα μέτρα που λαμβάνονται στη διαδικασία μετά τη συσκευασία δεν μπορούν να λύσουν πλήρως το πρόβλημα του PAD Peeling. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε ορισμένες περιπτώσεις, τα ίδια τα μαξιλάρια έχουν ποιοτικούς κινδύνους λόγω ακατάλληλου ελέγχου στη διαδικασία παραγωγής τσιπ και αυτός ο εσωτερικός τραυματισμός είναι συγγενής. Σε αυτή την περίπτωση, οι παράμετροι της διαδικασίας δεν πρέπει να μειώνονται τυφλά προκειμένου να αποφευχθεί η αποφλοίωση του PAD, καθώς αυτό όχι μόνο δεν θα αντισταθμίσει τους εσωτερικούς τραυματισμούς, αλλά θα μειώσει επίσης την αξιοπιστία του δεσμού μεταξύ του σύρματος δεσμού και του μαξιλαριού. Για τέτοιες συσκευές, είναι λογικό να εκτελέσετε επιθεώρηση παρτίδας ή να τις καταργήσετε απευθείας για να αποτρέψετε αυτούς τους αδύναμους δεσμούς να προκαλέσουν προβλήματα στην επακόλουθη διαδικασία διαλογής ή χρήσης.

Υπερηχητικές παράμετροιέχουν μελετηθεί για να επισημανθούν ότι η διαδικασία του ξεφλουδισμού PAD αρχικά προέρχεται από ρωγμές στην επιφάνεια των μαξιλαριών αλουμινίου και τα εσωτερικά μεταλλικά στρώματα τους και ο ακατάλληλος συνδυασμός παραμέτρων όπως η ισχύς συγκόλλησης, η δύναμη συγκόλλησης, ο χρόνος και η θερμοκρασία είναι η αιτία αυτής της βλάβης. Από αυτούς τους παράγοντες, η υπερηχητική ισχύς έχει το πιο σημαντικό αποτέλεσμα, καθώς η ενέργεια που παρέχει οδηγεί μια διατμητική επίδραση μεταξύ της επιφάνειας και των εσωτερικών στρωμάτων του μαξιλαριού. Όταν η υπερηχητική δύναμη είναι πολύ υψηλή, θα προκαλέσει βλάβη στο μεταλλικό στρώμα του μαξιλαριού, το οποίο με τη σειρά του θα προκαλέσει το φαινόμενο του PAD. Στην περίπτωση της δύναμης συγκόλλησης, ολόκληρο το σύστημα συγκόλλησης μπάλας απαιτεί περισσότερη ενέργεια για να γλιστρήσει επειδή η πίεση που ασκείται από το τριχοειδές στην σφαίρα συγκόλλησης αναστέλλει την τάση της διατμητικής κίνησης. Ως εκ τούτου, όσον αφορά την πρόκληση αποφλοιώσεως του PAD, η αύξηση της πίεσης παίζει πραγματικά ρόλο στην αναστολή της επίδρασης της υπερηχητικής ισχύος, δηλαδή η αύξηση της πίεσης θα μειώσει την εμφάνιση του ξεφλούδισμα του PAD.

Η θερμοκρασία προθέρμανσης μπορεί να μαλακώσει τα μαξιλάρια και κάτω από τις ίδιες συνθήκες, η αύξηση της θερμοκρασίας προθέρμανσης μπορεί να βοηθήσει στη μείωση του ρυθμού αποτυχίας των μαξιλαριών. Συνοπτικά, η επιλογή των κατάλληλων υπερηχητικών παραμέτρων αποτελεί βασική προϋπόθεση για την αποφυγή εσωτερικής βλάβης στα τακάκια λόγω σύνδεσης. Μερικοί ερευνητές έχουν πραγματοποιήσει ανάλυση προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων σχετικά με την επίδραση του υπερηχητικού εύρους στην κατανομή τάσης των μαξιλαριών σε υπερηχητική συχνότητα 138kHz και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχήμα 3, όπως μπορείτε να δείτε από το διάγραμμα, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, το στρες αλλάζουν με την κίνηση του τριχοειδούς και μόνο όταν το καλυρίδες κινείται στην κεντρική περιοχή, η διανομή του στρες είναι συνηθισμένη. Περαιτέρω ανάλυση προσομοίωσης δείχνει ότι η τάση συγκόλλησης στο PAD αυξάνεται με την αύξηση του υπερηχητικού εύρους, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το υπερηχητικό εύρος έχει σημαντική επίδραση στο στρες και την παραμόρφωση του καλωδίου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης.Εικ.3. Κατανομή στρες σε διαφορετικές χρονικές στιγμέςΕικ.4. Επίδραση του υπερηχητικού εύρους στην τάση των μαξιλαριών

Ελικόπτερο
Οι τριχοειδείς λεπίδες διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη διαδικασία συγκόλλησης των τσιπς της διαδικασίας αλουμινίου. Ως βασικός φορέας για την ακριβή εφαρμογή των υπερηχητικών παραμέτρων στα μαξιλάρια, αποτελεί ένα απαραίτητο μέρος ολόκληρης της διαδικασίας μεταφοράς ενέργειας. Εάν το τριχοειδές είναι ανώμαλο, είναι δύσκολο για την υπερηχητική δύναμη και την πίεση να δράσουν ομοιόμορφα και σταθερά στο μαξιλάρι, το οποίο θα παρεμβαίνει σοβαρά στην κανονική διάδοση της υπερηχητικής ενέργειας και θα επηρεάσει αρνητικά την ποιότητα συγκόλλησης. Από την άλλη πλευρά, σύμφωνα με την ανάλυση των ερευνητών, όταν το τριχοειδές υφίσταται μεγάλο αριθμό εργασιών συγκόλλησης, το μολυσμένο τριχοειδές κεφάλι υφίσταται κάποιες αλλαγές. Λόγω της μόλυνσης, η επιφάνεια επαφής μεταξύ της τριχοειδούς κεφαλής και της σφαίρας συγκόλλησης αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αυξημένη πρόσφυση μεταξύ της τριχοειδούς κεφαλής και της σφαίρας συγκόλλησης και το μέγεθος του κατακόρυφου φορτίου τάσης θα αυξηθεί ανάλογα. Κατά τη διάρκεια της ανύψωσης του τριχοειδούς, το κατακόρυφο φορτίο μεταφέρεται διαδοχικά από το τριχοειδές στην παραμορφωμένη μπάλα και στη συνέχεια στο μαξιλάρι. Αυτό το κατακόρυφο φορτίο είναι η άμεση πηγή ισχύος που ενεργοποιεί την εκκίνηση των μαξιλαριών. Όταν εφαρμόζεται ένα κατακόρυφο φορτίο στο μαξιλάρι, προκαλεί ρωγμές να εμφανιστούν στο μαξιλάρι. Αυτές οι ρωγμές αρχικά βλαστούν στην περιοχή Α και στη συνέχεια επεκτείνονται κατά μήκος της διεπαφής στο στρώμα οξειδίου κάτω από το μαξιλάρι, τελικά οδηγώντας στην εμφάνιση του Pad Peeling, μια διαδικασία που απεικονίζεται σαφώς στο Σχήμα 5. ξεφλούδισμα. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν επίσης ότι μια λογική επιλογή του τριχοειδούς μοντέλου είναι μια βασική λύση για τη βελτίωση του προβλήματος του PAD Peeling των τσιπς της διαδικασίας αλουμινίου. Όταν επιλέγουμε ένα τριχοειδές με γωνία κώνου CA =70 και ένα μικρό CD διαμέτρου άκρου και αυξάνει την πίεση συγκόλλησης μέτρια, μπορεί να έχει θετική επίδραση στη διαμόρφωση της άρθρωσης συγκόλλησης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια καλή, ομοιόμορφη και επαρκή επαφή μεταξύ της άρθρωσης συγκόλλησης και του μαξιλαριού, αποφεύγοντας αποτελεσματικά το πρόβλημα της τοπικής συγκέντρωσης στρες που προκαλείται από την προεξοχή της άρθρωσης συγκόλλησης. Επιπλέον, η σφαίρα συγκόλλησης που σχηματίζεται από το τριχοειδές τριχοειδές, έχει ένα σχετικά λεπτό εξώθισμα, γεγονός που το καθιστά λιγότερο διαλυτή κατά τη διεξαγωγή υπερηχητικής ενέργειας. Επιπλέον, σε σύγκριση με το CA =120 βαθμό, CA =70, το τριχοειδές βαθμό έχει ασθενέστερο βαθμό συσσώρευσης ενέργειας στην κεντρική περιοχή της σφαίρας συγκόλλησης, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά τη βλάβη της ισχύος συγκόλλησης στο στρώμα αλουμινίου στην κεντρική περιοχή του μαξιλαριού και οι ειδικές διαφορές και τα πλεονεκτήματα παρουσιάζονται στο σχήμα 6.

0010-13774 assy, ​​wafer lift cooldown\/passthru

图5焊盘起皮原因示意图Εικ.6. Σύγκριση των επιδράσεων διαφορετικών γωνιών κωνών στη συγκόλληση

Ολίσθηση
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο ρυθμός απόρριψης του δίσκου αλουμινίου (ABPO) δεν μπορούσε να μειωθεί στο μηδέν, ακόμη και μετά τη βελτιστοποίηση της υπερηχητικής ισχύος, της πίεσης και της θερμοκρασίας προθέρμανσης, υποδηλώνοντας ότι υπήρχαν τουλάχιστον άλλοι παράγοντες που συμβάλλουν στο φαινόμενο ABPO στην παρτίδα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι με τη βελτιστοποίηση του συστήματος λογισμικού για τη μείωση της ολίσθησης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, η ολίσθηση μεταξύ του τριχοειδούς και της μπάλας συγκόλλησης μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Ως αποτέλεσμα, η τάση διάτμησης στο εσωτερικό του μαξιλαριού μειώνεται σημαντικά, αποφεύγοντας έτσι αποτελεσματικά την εσωτερική βλάβη στο μαξιλάρι και εξαλείφοντας έτσι το φαινόμενο ABPO. Το σχήμα 7 δείχνει την ολίσθηση της σφαίρας συγκολλήσεως και τα ίχνη που αφήνονται από την ολίσθηση στην μπάλα του χρυσού καλωδίου μπορούν να φανεί σαφώς στο διάγραμμα. Το σχήμα 8 δείχνει μια σύγκριση της δράσης του τριχοειδούς πριν και μετά τη βελτιστοποίηση του λογισμικού.Εικόνα 7 Solder Ball Slippage

Εικ.8. Σύγκριση της δράσης του capriillary πριν και μετά τη βελτιστοποίηση λογισμικού

Οι ερευνητές που παρατηρήθηκαν με τη βοήθεια της ομοεστιακής τεχνολογίας λέιζερ και διαπίστωσαν ότι το μέσο βάθος ολίσθησης των κυττάρων με αποφλοίωση PAD ήταν 9,6 μm, ενώ το μέσο βάθος ολίσθησης μειώθηκε σε 7,44 μm μετά το βελτιστοποιημένο λογισμικό για να μειώσει την ολίσθηση. Η σκληρότητα του χρυσού Vickers υπολογίζεται και η μέση δύναμη ολίσθησης του στοιχείου με το PAD Peeling είναι 48,7 GF και η μέση δύναμη ολίσθησης μειώνεται στα 29,2 GF μετά τη βελτιστοποίηση του λογισμικού. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης πεπερασμένων στοιχείων δείχνουν ότι λόγω της δύναμης ολίσθησης, η ισχύς της διάτμησης του BPSG στο στοιχείο ABPO είναι 1,74 GPa, ενώ η αντοχή διάτμησης του στοιχείου χωρίς ABPO είναι 1,29 GPA.

Παράμετροι διαδικασίας
Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι παράγοντες όπως η προθέρμανση της θερμοκρασίας, της ισχύος συγκόλλησης και της δύναμης συγκόλλησης έχουν αντίκτυπο στο ξεφλούδισμα του PAD. Οι ειδικές επιπτώσεις παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.Πίνακας 1 Επίδραση της θερμοκρασίας προθέρμανσης, της ισχύος συγκόλλησης και της δύναμης συγκόλλησης στο PAD Peeling

Κατασκευή δισκίων
Κατά τη διάρκεια της κατασκευής πλακιδίων, τα υπολείμματα των αλογενών μπορούν να έχουν διαβρωτική επίδραση στα μαξιλαράκια αλουμινίου και στα οξείδια τους. Ταυτόχρονα, το μεταλλικό στρώμα στο μαξιλάρι θα εξατμιστεί και θα επεκταθεί μετά από θέρμανση λόγω απορρόφησης υγρασίας, η οποία θα οδηγήσει σε αποκόλληση, η οποία θα έχει επίδραση στην παρακμή της προσκόλλησης του μεταλλικού στρώματος μέσα στο μαξιλάρι. Σύμφωνα με την ανάλυση SEM\/EDX των μαξιλαριών Gold (ENEPIG) από την ηλεκτροσυγκολλική βύθιση από την ηλεκτρολέτι μετά την συγκόλληση και το ξεφλούδισμα, η οξείδωση είναι η κύρια αιτία του PD και του Ni Delamination. Το Σχήμα 9 δείχνει τη μικροσκοπική τοπογραφία του μαξιλαριού και οδηγεί μετά την αποσύνδεση του μαξιλαριού ENEPIG και η διατομή εστιασμένη δέσμη ιόντων (FIB) που φαίνεται στο σχήμα 10 δείχνει τρεις διαφορετικές περιοχές: την περιοχή μέσω της οποίας αποσυνδέεται το μόλυβδο, η περιοχή που είναι ελαφρώς μακριά από την περιοχή και η συμβατική περιοχή αναφοράς.Εικ.9. Η μικρομορφολογία των μαξιλαριών και των οδηγών μετά την αποχώρηση του μαξιλαριού EnePigΕικ.10. Διατομή FIB

Έχει επισημανθεί ότι για τη δομή πολλαπλών στρώσεων, πέντε επιφανειακά στρώματα αλουμινίου (M2) με διαφορετικά πάχη 250nm, 330nm, 450nm, 550nm και 650nm. Μετά από 200 μοίρες και 3 ώρες γήρανσης, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το λεπτότερο στρώμα M2 είναι πιο επιρρεπής σε αστοχία του λαιμού, μαξιλάρι και αποτυχία πόλης, όπως φαίνεται στα σχήματα 11 - 13.

Εικόνα 11 μαξιλαράκια αλουμινίου στο τσιπ

Εικ. 12 Τυπικές λειτουργίες αποτυχίας σε δοκιμή εφελκυσμού

Εικ.13 Η αναλογία των τρόπων αποτυχίας της αποβολής της μπάλας και της συγκόλλησης με τη συνολική αποτυχία στη δοκιμή εφελκυσμού των δεσμών ποικίλλει ανάλογα με το πάχος M2