微电子器件显微试样制备技术.pptVIP

微 电 子 器 件显微试样制备技术 现代微电子器件的复杂性绝大多数微电子器件都是由多种元件组成的复合材料,可以说,微电子材料囊括了范围极为广泛的各种材料, 这些材料的力学性能又极不相同.因此,对于这类材料的显微试样,实际上不可能制定出一个能获得理想结果的通用制备方案. 微电子器件中不同材料性能比较 IC封装显微试样切割1.为使切割变形损伤减至最小,应使用ISOMET系列低速精密切割机2.为获得合理的切割速率,使切割片上 的金刚石磨料颗粒承受较高的负载, 应使用10 LC 低浓度金刚石切割片 LC系列精密切割片的切割效果LC15 LC10 LC5 LC系列精密切割片的磨料比较(暗视场) LC15 LC10 LC5 IC封装显微试样镶嵌 1.只能使用冷镶嵌 2.冷镶嵌树脂的选用 1)低峰值温度,90?C 2)低收缩 3)低粘度 4)透明 5)低磨耗因子(μm/min) EpoThin Epoxicure Epo-Kwick 对试样平整度的要求 IC封装显微试样的磨光和抛光 IC封装显微试样切割后 存在的损伤形式: 延性材料—塑性变形,磨痕 脆性材料—脆性破坏,凹坑,裂纹,孔隙 如果磨光时上述缺陷的尺寸越来越小,表明 损伤正在逐渐去除;如果缺陷的尺寸在重复同 一工序数次后仍无变化,这就意味着损伤层已 经去除. 剩下的孔隙就是原始组织的一部分. IC封装的分类厚封装—成型材料的体积分数大于30%薄封装—成型材料的体积分数小于30%成型材料(molding compound)的基体为环氧树脂,填料有硬而脆的氧化铝或氧化硅.用SiC砂纸磨光时,使用寿命会相当短,因为破碎的磨料颗粒会进一步在表面造成损伤. 封装试样的磨光厚封装与薄封装试样的磨光阶段都是三道工序,厚封装试样使用的制备表面都是 Texmet 系列的磨光织物,即 Texmet P 多孔性磨光织物, Texmet 2500 和 Texmet 1500磨光织物;所用的金刚石磨料粒度分别为15 μm, 9 μm, 和 3 μm.而薄封装试样的前两道工序分别使用 800# 和1200# 的SiC 砂纸,其粒度分别为12 μm 和 7 μm, 只有最后一道工序使用Texmet 1500 磨光织物和 3 μm 金刚石磨料. 封装试样的抛光厚封装与薄封装试样的抛光工序使用相同的制备表面和磨料, 即 Mastertex 短绒毛抛光织物和 Mastermet 2 悬浮液 (0.02 μm SiO2),抛光液中还可以加入 2% 至 3% 的氨水和过氧化氢,以提高抛光效果. 我们应当把注意力集中在少数几种材料上.首先要考虑的材料就是硅,硅是一种比较硬而脆的材料,不适于用粗碳化硅砂纸进行磨光.否则砂纸上粘接牢固的磨料颗粒会使硅试样的前缘受到很大的冲击损伤,并在硅试样的末缘产生具有破坏性的深裂纹. 最好采用精密切割,以便尽可能接近目标位置(应使用微电子器件专用切割片), 但是仍需使用细磨料进行磨光,从而能准确地接近目标位置. 因此,硅试样的制备有两类很不相同的方法:1. 采用传统金相技术;2. 采用特殊的夹具和磨料制备未经封装的硅晶片,详见[8] 用环氧树脂封装的硅试样的标准制备方法与常用的试样制备方法类似,唯一的例外是只能使用细粒度磨料进行磨光,以下是两个典型的制备方案. 微电子试样三工序制备方案一 对于微电子器件中的硅晶片部分,胶体状非晶态二氧化硅悬浮液的抛光效果优于氧化铝悬浮液.但是如果需要检验硅晶片与镀镍的铜引线支架连接的部分,则需要用氧化铝悬浮液抛光,以防止镍产生塑性流变,而此时硅晶片部分的抛光效果则属次要. 对于微电子器件中的铝薄膜电路部分, 胶体状非晶态二氧化硅悬浮液的抛光效果很好;但是对于钨和钛-钨及其周围材料,则容易造成难熔金属的表面浮凸和边缘圆角,不利于分析界面组织,解决的办法就是使用粒度极细的金刚石悬浮液进行抛光. 微电子器件封装中的低熔点铅基焊料可分为两类:1. 共晶成分或接近共晶成分此时制备方案一仍适用,采用膏状磨料是为了避免磨料和碎屑嵌入延性好的金属,同时应尽量少加润滑剂. 2. 含90-97%Pb的高温焊料这种材料的试样制备比较困难,需要特别予以关注.此时应采用制备方案二. 微电子试样三工序制备方案二 当器件中包含陶瓷封装时,