Schalen des Chip -Bond -Pads

Phänomen des Bond Pad Peeling
Das Phänomen, bei dem ein Teil der Oberfläche des Pads (und manchmal ein Teil der Oxidschicht unter dem Pad) zusammen mit der Lötkugel aus dem Pad abgezogen wird, der als Bond -Pad -Metall -Ablagerungen bezeichnet wird. Abbildung 1a zeigt die mikroskopische Morphologie des Aluminiumpads -Ableitungen nach Golddrahtkugelbindung. Die in Abbildung 1b gezeigten Pads sind von oben nach unten die AI -Schicht, die MOSI₂ -Schicht, die Borosisilicatic -Glasschicht (BPSG) und die SiO₂ -Schicht. Es ist deutlich zu erkennen, dass nach dem Schälen die oberen 3 Schichten vom Pad geschält werden und die SiO₂ -Schicht unten enthüllen.

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Abb. 1 SEM-Diagramm des Aluminiumpads Abb. 2 zeigt das schälendes Phänomen und die mikroskopische Morphologie des mehrschichtigen Verbundpads, das aus Ai-Si-Cu-Pad und TIW-Schicht besteht.Abb.2. Peeling-Phänomen und mikroskopische Morphologie von mehrschichtigen Verbundkissen aus Ai-Si-Cu-Pads und TIW-Schichten

Die Bindungskissen befinden sich auf der Oberfläche von Halbleitergeräten und werden chemischen und mechanischen Belastungen unterzogen. Chemische Belastungen werden durch Front-End-Waferherstellungsprozesse wie die Fenestrierung der Passivierungsschicht, die Fenestrierung der dielektrischen Schicht und die Oberflächenreinigungsvorgänge ausgelöst. Mechanische Belastungen werden durch elektrische Test- und Verpackungsprozesse im nachfolgenden Prozess induziert. Daher müssen die Pads stark genug sein, um diesen Lasten standzuhalten.

Der Kern des Pad -Peeling -Problems ist die Wettbewerbsbeziehung zwischen der Adhäsion zwischen der Lötkugel und der Aluminiumschicht auf der Pad -Oberfläche und der Adhäsion zwischen der Aluminiumschicht auf der Padoberfläche und ihrer Haftungsschicht und der Siliziummatrix. In dieser Wettbewerbsbeziehung, wenn der Lötkugel einer externen Kraft ausgesetzt ist, wenn die Adhäsion zwischen der Aluminiumschicht auf der Oberfläche des Pads und seiner Haftung und der Siliziummatrix stark genug ist, wird sie sich als Lötkugel manifestiert, und das Pad wird abgeschafft oder der Lötball selbst ist gebrochen, was eine normale Situation ist. Umgekehrt ist die Haftung zwischen der Lötkugel und der Aluminiumschicht auf der Pad -Oberfläche dominant, wenn die Haftung zwischen der Aluminiumschicht auf der Padoberfläche und der Siliziummatrix nicht groß genug ist. Zu diesem Zeitpunkt schält sich die Lötkugel unter der Wirkung der externen Kraft von der Siliziummatrix mit der Aluminiumschicht auf der Oberfläche des Pads und seiner Adhäsionsschicht ab, was zum Phänomen des Pad -Peeling führt.
Im Allgemeinen ist die Bindung zwischen der Lötkugel und der Aluminiumschicht auf der Pad -Oberfläche begrenzt. Wenn sie externe Lasten ausgesetzt sind, sollten Bond Breakage und Lötkugel Peeling vor dem Pad Peeling vorausgehen. Wenn das Pad in dieser Wettbewerbsbeziehung im Nachteil ist, bedeutet dies, dass die Adhäsion des Aluminiumpads schwach ist und ein Qualitätsrisiko besteht.

Das Auftreten von Schälphänomenen wird häufig von inneren Verletzungen der Pads begleitet. Es wird angenommen, dass diese internen Verletzungen während der Packungsbindung oder während der Tests mit elektrischer Leistung verursacht werden. PAD -interne Verletzungen sind eine unmerksame Qualitätsrisiko im Drahtbindungsprozess, und eine schwere innere Verletzung kann zu einer Delaminierung oder einer direkten Schälen des Pads führen. Integrierte Schaltkreise mit diesen Qualitätsgefahren können im elektrischen Leistungstest gefunden und abgelehnt werden. Weitere interne Verletzungen befinden sich jedoch in einem kritischen Zustand, und der anfängliche Abbau der elektrischen Leistungsleistung ist jedoch nicht offensichtlich, und nur in den nachfolgenden Screening -Tests nach Temperaturzyklus, thermischer Schock, Alterung, mechanischer Schwingung und anderen Tests, werden die Probleme aufgedeckt, die sich als Pad -Peeling, Bleiabweiche, elektrische Leistungsveranstaltungen usw. usw. manifestiert, usw. usw. usw. usw. usw.
Obwohl in den meisten Fällen die Spannung der Pads während des Bindungsprozesses reduziert werden kann, indem die Ultraschallparameter optimiert werden, die Kapillare gereinigt, den Bindungsprozess vervollkommnet usw. In einigen Fällen können die im Nachverpackungsprozess ergriffenen Maßnahmen das Problem des Pad-Peeling nicht vollständig lösen. Dies liegt daran, dass in einigen Fällen die Pads selbst aufgrund der unsachgemäßen Kontrolle im Chip -Herstellungsprozess qualitativ hochwertige Gefahren aufweisen, und diese interne Verletzung ist angeboren. In diesem Fall sollten die Prozessparameter nicht blind reduziert werden, um das Schälen von Pads zu vermeiden, da dies nicht nur interne Verletzungen kompensiert, sondern auch die Bindungszuverlässigkeit zwischen dem Anleihedraht und dem Pad verringert. Für solche Geräte ist es vernünftig, die Stapelsperrung durchzuführen oder sie direkt zu verschrotten, um zu verhindern, dass diese schwachen Verbindungen Probleme im nachfolgenden Screening- oder Nutzungsprozess verursachen.

Ultraschallparameterwurden untersucht, um darauf hinzuweisen, dass der Prozess des Pad -Peeling zunächst aus Rissen auf der Oberfläche von Aluminiumpolstern und ihren inneren Metallschichten stammt, und die unangemessene Kombination von Parametern wie Bindungsleistung, Bindungskraft, Zeit und Temperatur ist die Ursache für diesen Schaden. Von diesen Faktoren hat die Ultraschallleistung den signifikantesten Effekt, da die Energie, die sie liefert, einen Scherffekt zwischen der Oberfläche und den inneren Schichten des Pads treibt. Wenn die Ultraschallleistung zu hoch ist, verursacht sie die Metallschicht des Pads, was wiederum das Phänomen des Pad -Peeling verursacht. Bei der Bindungskraft benötigt das gesamte Bindungssystem des Ballpads mehr Energie zum Schieben, da der Druck der Kapillare auf dem Lötkugel die Tendenz der Scherbewegung hemmt. Daher spielt das Erhöhen des Drucks tatsächlich eine Rolle bei der Hemmung des Einflusses der Ultraschallleistung, dh das Erhöhen des Drucks verringert daher das Auftreten von Pad -Peeling.

Die Vorheizungstemperatur kann die Pads erweichen, und unter den gleichen Bedingungen kann die Erhöhen der Vorheiztemperatur dazu beitragen, die Ausfallrate der Pads zu verringern. Zusammenfassend ist die Auswahl geeigneter Ultraschallparameter eine wichtige Voraussetzung, um die inneren Schäden an den Pads durch Bindung zu vermeiden. Einige Forscher haben eine Finite -Elemente -Simulationsanalyse über den Einfluss der Ultraschallamplitude auf die Spannungsverteilung von Pads bei 138 kHz -Ultraschallfrequenz durchgeführt, und die Ergebnisse sind in Abbildung 3 gezeigt. Wie Sie aus dem Diagramm aus dem Diagramm sehen können, ändert sich der Spannungsverteiler, und das Kapillarbewegung, und der Zentralbereich ist der Spannungsverteiler zu sein, das die Sympillarbewegung zeigt, dass die Spannungsverteilung die Sympillarbewegung bewegt, um die Syman zu bewegt. Eine weitere Simulationsanalyse zeigt, dass die Bindungsspannung im PAD mit zunehmender Ultraschallamplitude zunimmt, wie in Abbildung 4 gezeigt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Ultraschallamplitude einen signifikanten Einfluss auf die Spannung und Verformung des Drahtes während des Bindungsprozesses hat.Abb.3. Stressverteilung zu verschiedenen ZeitenAbb.4. Einfluss der Ultraschallamplitude auf die Pad -Spannung

Hubschrauber
Kapillarblätter spielen eine entscheidende Rolle im Bindungsprozess von Aluminiumprozesschips. Als Schlüsselträger für die genaue Anwendung von Ultraschallparametern auf die Pads ist es ein unverzichtbarer Bestandteil des gesamten Energieübertragungsprozesses. Wenn die Kapillare abnormal ist, ist es für die Ultraschallleistung und den Druck schwierig, gleichmäßig und stabil auf dem Pad zu wirken, was die normale Ausbreitung der Ultraschallenergie ernsthaft beeinträchtigt und die Verbindungsqualität negativ beeinflusst. Andererseits unterliegt der kontaminierte Kapillarkopf nach der Analyse der Forscher, wenn die Kapillare eine große Anzahl von Bindungsoperationen unterzogen werden, einige Änderungen. Aufgrund der Kontamination steigt die Kontaktfläche zwischen dem Kapillarkopf und der Lötkugel, was zu einer erhöhten Haftung zwischen dem Kapillarkopf und dem Lötball führt, und die Größe der vertikalen Spannungsbelastung wird ebenfalls entsprechend ansteigen. Während des Hebens der Kapillare wird die vertikale Last nacheinander von der Kapillare auf den deformierten Ball und dann auf das Pad übertragen. Diese vertikale Belastung ist die direkte Leistungsquelle, die das Enthäuten der Pads auslöst. Wenn eine vertikale Belastung auf das Pad aufgebracht wird, werden Risse im Pad auftreten. Diese Risse keimen zuerst in Region A und erstrecken sich dann entlang der Grenzfläche zur Oxidschicht unterhalb des Pads, was schließlich zum Auftreten von Pad -Peeling führt. Ein in Abbildung 5 deutlich dargestellt. Zusätzlich spiegeln die Statistiken einen klaren Trend wider, wobei die Verwendung von Kapillarblättern mehr als 200 verwendet wird. schälen. Die Forschungsergebnisse zeigen auch, dass eine angemessene Auswahl des Kapillarmodells eine Schlüssellösung zur Verbesserung des Problems der Pad -Peeling von Aluminiumprozesschips ist. Wenn wir eine Kapillare mit einem Kegelwinkel von Ca =70 Grad und einem kleinen Enddurchmesser -CD wählen und den Verbindungsdruck mäßig erhöhen, kann dies eine positive Auswirkung auf die Gestaltung der Lötverbindung haben. Dies führt zu einem guten, gleichmäßigen und ausreichenden Kontakt zwischen der Lötverbindung und dem Pad, wodurch das Problem der lokalen Spannungskonzentration effektiv vermieden wird, die durch den Vorsprung des Lötungsgelenks verursacht wird. Zusätzlich hat der von der Ca =70} -Kapillare gebildete Lötkugel eine relativ dünne Extrusionsscharfe, wodurch sie bei der Durchführung von Ultraschallenergie weniger aufgelöst wird. Zusätzlich hat Ca =70 -Kapillare im Vergleich zu Ca =120 Grad einen schwächeren Grad der Energieakkumulation im Mittelbereich des Lötkugels, was die Schädigung der Bindungsleistung in der Aluminiumschicht im Mittelbereich des Pads erheblich verringern kann, und die spezifischen Unterschiede und Voraussetzungen sind in Abbildung 6 gezeigt.

0010-13774 ASSY, Wafer Lift Cooldown\/Paswu

图5焊盘起皮原因示意图Abb.6. Vergleich der Auswirkungen verschiedener Verjüngungswinkel auf die Bindung

Schlupf
In einigen Fällen konnte die Aluminium -Disc Shedding (ABPO) nicht auf Null reduziert werden, selbst nachdem die Ultraschallleistung, den Druck und die Vorheizungstemperatur optimiert wurde, was darauf hindeutet, dass mindestens andere Faktoren zum ABPO -Phänomen in der Charge beitrugen. Die Forscher stellten fest, dass durch Optimierung des Softwaresystems zur Verringerung des Schlupfes während des Bindungsprozesses der Schlupf zwischen der Kapillare und dem Lötball erheblich reduziert werden kann. Infolgedessen wird die Scherbeanspruchung der Innenseite des Pad stark reduziert, wodurch die innere Beschädigung des Pads effektiv vermieden wird und so das ABPO -Phänomen beseitigt. Abbildung 7 zeigt den Schlupf der Lötkugel, und die Spuren, die vom Schlupf am Golddrahtball hinterlassen werden, sind im Diagramm deutlich zu sehen. Abbildung 8 zeigt einen Vergleich der Wirkung der Kapillare vor und nach der Softwareoptimierung.Abbildung 7 Lötkugel -Schlupf

Abb.8. Vergleich der Wirkung der Kapriillären vor und nach der Softwareoptimierung

Die Forscher beobachteten mit Hilfe der konfokalen Lasertechnologie und fanden heraus, dass die durchschnittliche Schlupftiefe der Zellen mit Pad -Peeling 9,6 & mgr; m betrug, während die durchschnittliche Schlupftiefe auf 7,44 μm reduziert wurde, nachdem die Software optimiert wurde, um den Schlupf zu reduzieren. Die Vickers -Goldhärte wird berechnet, und die durchschnittliche Schlupfkraft des Elements mit Pad -Peeling beträgt 48,7 GF, und die durchschnittliche Schlupfkraft wird auf 29,2 GF reduziert, nachdem die Software die Schlupfreduzierung optimiert. Die Ergebnisse der Finite -Elemente -Simulation zeigen, dass aufgrund der Schlupfkraft die Scherfestigkeit von BPSG im ABPO -Element 1,74 GPa beträgt, während die Scherfestigkeit des Elements ohne ABPO 1,29 GPa beträgt.

Prozessparameter
Einige Forscher glauben, dass Faktoren wie Vorheizungstemperatur, Bindungsleistung und Bindungskraft einen Einfluss auf das Pad -Peeling haben. Die spezifischen Auswirkungen sind in Tabelle 1 dargestellt.Tabelle 1 Effekt der Vorheizungstemperatur, der Bindungsleistung und der Bindungskraft auf das Pad -Peeling

Waferherstellung
Während der Herstellung von Wafer können Rückstände von Halogenen einen ätzenden Effekt auf Aluminiumpolster und ihre Oxidfilme haben. Gleichzeitig verdampft und erweitert die Metallschicht im Pad nach Erwärmung aufgrund der Feuchtigkeitsabsorption, was zu einer Delaminierung führt, was sich auf den Rückgang der Adhäsion der Metallschicht innerhalb des Pads auswirkt. Gemäß der SEM\/EDX-Analyse von elektrololessem Nickel-Palladium-Immersionsgold (ENEPIG) -Pads nach Bindung und Schälen ist die Oxidation die Hauptursache für PD und NI-Delaminierung. Abbildung 9 zeigt die mikroskopische Topographie des Pads und die Leitungen nach dem Entlasten des Enepig-Pads, und der in Abbildung 10 gezeigte fokussierte Ionenstrahl (FIB) zeigt drei verschiedene Regionen: die Fläche, durch die der Blei abgelöst wird, der Bereich, der sich geringfügig von der Fläche entfernt, und der konventionelle Referenzregion.Abb.9. Mikromorphologie der Pads und Leads, nachdem das Enepig -Pad entlarvt wurdeAbb.10. FIB-Querschnitt

Es wurde darauf hingewiesen, dass für die Mehrschicht -Pad -Struktur fünf Oberflächenaluminiumschichten (M2) mit unterschiedlichen Dicken von 250 nm, 330 nm, 450 nm, 550 nm und 650 nm eingestellt sind. Nach dem 200 -Grad- und 3 -stündigen Altern zeigen die Ergebnisse, dass die dünnere M2 -Schicht anfälliger für Ballhalsausfälle, Polsterung und Pilling -Versagen ist, wie in den Abbildungen 11 - 13 gezeigt.

Abbildung 11 Aluminiumpolster am Chip

Abb. 12 Typische Fehlermodi in einem Zugtest

Abb.13 Der Anteil der Schälen- und Lötkugel -Debonding -Ausfallmodi zu den Gesamtfehlermodi im Bindungszug Test variiert mit der M2 -Dicke