Chip Bond Pad Peeling

Fenomeen van Bond Pad Peeling
Het fenomeen in welk deel van het oppervlak van het kussen (en soms een deel van de oxidelaag onder het kussen) wordt afgezet uit het kussen samen met de soldeerkal, die Bond Pad Metal Poling wordt genoemd. Figuur 1A illustreert de microscopische morfologie van de peeling van aluminium pad na gouddraadbalbinding. De pads getoond in figuur 1b zijn van boven naar beneden de AI -laag, de MoSi₂ -laag, de borosisilicate glas (BPSG) -laag en de SIO₂ -laag. Het is duidelijk te zien dat na het aftreden, de bovenste 3 lagen van het kussen worden gepeld, waardoor de SIO₂ -laag onderaan wordt onthuld.

0010-13927 voetstuk lift assemblage preclean

Fig. 1 SEM-diagram van aluminium kussenafscheiding Fig. 2 toont het peeling-fenomeen en de microscopische morfologie van het composietkussen met meerdere lagen samengesteld uit AI-Si-Cu Pad en TIW-laag.Fig.2. Peeling fenomeen en microscopische morfologie van meerlagige composietblokken samengesteld uit AI-Si-Cu-pads en TIW-lagen

Bindingskussens bevinden zich op het oppervlak van halfgeleiderapparaten en zijn onderworpen aan chemische en mechanische belastingen. Chemische belastingen worden geactiveerd door front-end wafer fabricageprocessen zoals passiveringslaag fenestratie, diëlektrische laag fenestratie en oppervlaktereinigingsoperaties; Mechanische belastingen worden geïnduceerd door elektrische test- en verpakkingsprocessen in het volgende proces. Daarom moeten de pads sterk genoeg zijn om deze belastingen te weerstaan.

De kern van het PAD -peelingprobleem is de concurrentierelatie tussen de hechting tussen de soldeerkal en de aluminiumlaag op het PAD -oppervlak, en de hechting tussen de aluminiumlaag op het kussenoppervlak en zijn hechtingslaag en de siliciummatrix. In deze competitieve relatie, wanneer de soldeerkal wordt onderworpen aan externe kracht, als de hechting tussen de aluminiumlaag op het oppervlak van het kussen en zijn hechtingslaag en de siliciummatrix sterk genoeg is, dan zal deze worden gemanifesteerd als de soldeerbal en het kussen worden afgezet of de soldeerkogel zelf is gebroken, wat een normale situatie is. Omgekeerd, wanneer de hechting tussen de aluminiumlaag op het kussenoppervlak en de siliciummatrix niet groot genoeg is, zal de hechting tussen de soldeerkal en de aluminiumlaag op het kussenoppervlak dominant zijn. Op dit moment zal de soldeerkal onder de werking van externe kracht afpellen van de siliciummatrix met de aluminiumlaag op het oppervlak van het kussen en de hechtingslaag, resulterend in het fenomeen van het pellen van PAD.
Over het algemeen is de binding tussen de soldeerkal en de aluminiumlaag op het padoppervlak beperkt. Wanneer ze worden onderworpen aan externe ladingen, moeten bindingsbreuk en peeling van de soldeerkal voorafgaan aan PAD -peeling. Daarom, als het kussen in het nadeel is in deze competitieve relatie, betekent dit dat de hechting van het aluminiumkussen zwak is en er een kwaliteitsrisico is.

Het uiterlijk van het afpellen van fenomeen gaat vaak gepaard met interne verwondingen aan de pads. Men denkt dat deze interne verwondingen worden veroorzaakt tijdens pakketbinding of tijdens het testen van elektrische prestaties. Pad Interne letsel is een onmerkbaar kwaliteitsgevaar in het draadverbindingsproces en ernstige interne letsel kan leiden tot delaminatie of directe peeling van het pad. Geïntegreerde circuits met deze kwaliteitsrisico's kunnen worden gevonden en afgewezen in de elektrische prestatietest. However, more internal injuries are in a critical state, and the initial electrical performance degradation is not obvious, and only in the subsequent screening tests, after temperature cycling, thermal shock, aging, mechanical vibration and other tests, will the problems be exposed, which is manifested as pad peeling, pitting, lead debonding, electrical performance open circuit, etc.
Hoewel in de meeste gevallen de stress op de pads tijdens het bindproces kan worden verminderd door de ultrasone parameters te optimaliseren, het capillair schoon te maken, het bindproces te perfectioneren, enz. In sommige gevallen kunnen de maatregelen die worden genomen in het post-packing-proces echter niet volledig het probleem van PAD-pelling volledig oplossen. Dit komt omdat in sommige gevallen de pads zelf kwaliteitsgevaar hebben als gevolg van onjuiste controle in het chipproductieproces, en dit interne letsel is aangeboren. In dit geval mogen de procesparameters niet blind worden verminderd om PAD -peeling te voorkomen, omdat dit niet alleen niet alleen de interne verwondingen zal compenseren, maar ook de betrouwbaarheid van de binding tussen de binddraad en het pad zal verminderen. Voor dergelijke apparaten is het redelijk om batchinspectie uit te voeren of rechtstreeks te schrappen om te voorkomen dat deze zwakke verbindingen problemen veroorzaken in het daaropvolgende screening- of gebruiksproces.

Ultrasone parameterszijn onderzocht om erop te wijzen dat het proces van PAD -peeling aanvankelijk afkomstig is van scheuren op het oppervlak van aluminium pads en hun interne metalen lagen, en de ongepaste combinatie van parameters zoals bindvermogen, bindkracht, tijd en temperatuur is de oorzaak van deze schade. Van deze factoren heeft ultrasone kracht het belangrijkste effect, omdat de energie die het biedt een afschuifeffect tussen het oppervlak en de binnenste lagen van het kussen drijft. Wanneer het ultrasone vermogen te hoog is, zal dit schade aan de metalen laag van de kussen veroorzaken, die op zijn beurt het fenomeen van PAD -peeling veroorzaakt. In het geval van de bindingskracht vereist het gehele ball-pad-bindingssysteem meer energie om te glijden omdat de druk die wordt uitgeoefend door het capillair op de soldeerkal de neiging van afschuifbeweging remt. Daarom speelt het verhogen van de druk in termen van het veroorzaken van PAD -peeling daadwerkelijk een rol bij het remmen van de invloed van ultrasone kracht, dat wil zeggen dat het vergroten van de druk het optreden van PAD -peeling zal verminderen.

De voorverwarmingstemperatuur kan de pads verzachten en onder dezelfde omstandigheden kan het verhogen van de voorverwarmingstemperatuur het faalpercentage van de pads helpen verminderen. Samenvattend is de selectie van geschikte ultrasone parameters een belangrijke voorwaarde om interne schade aan de pads te voorkomen als gevolg van binding. Sommige onderzoekers hebben een eindige -elementensimulatieanalyse uitgevoerd op de invloed van ultrasone amplitude op de stressverdeling van Pads bij 138 kHz ultrasone frequentie, en de resultaten worden getoond in figuur 3. Zoals je kunt zien in het diagram, zijn de stressveranderingen met de beweging van het capilary en alleen wanneer de capillaire bewegingen zijn, het stressverdeling is symmetisch. Verdere simulatie -analyse toont aan dat de bindingsstress in het kussen toeneemt met de toename van ultrasone amplitude, zoals weergegeven in figuur 4. Deze resultaten laten zien dat de ultrasone amplitude een significant effect heeft op de stress en vervorming van de draad tijdens het bindproces.Fig.3. Stressverdeling op verschillende tijdstippenFig.4. Effect van ultrasone amplitude op padstress

Bijl
Capillaire messen spelen een cruciale rol in het bindingsproces van aluminium proceschips. Als belangrijke drager voor de precieze toepassing van ultrasone parameters op de pads, is het een onmisbaar onderdeel van het gehele energieoverdrachtsproces. Als het capillair abnormaal is, is het moeilijk voor de ultrasone kracht en de druk om uniform en stabiel op het pad te werken, wat de normale voortplanting van ultrasone energie ernstig zal verstoren en de bindingskwaliteit negatief zal beïnvloeden. Aan de andere kant, volgens de analyse van de onderzoekers, wanneer de capillair een groot aantal bindingstansen ondergaat, ondergaat het vervuilde capillaire hoofd enkele veranderingen. Vanwege de verontreiniging neemt het contactoppervlak tussen de capillaire kop en de soldeerkal toe, wat leidt tot een verhoogde hechting tussen de capillaire kop en de soldeerkal, en de grootte van de verticale spanningsbelasting zal ook dienovereenkomstig toenemen. Tijdens het tillen van het capillaire wordt de verticale belasting opeenvolgend overgebracht van het capillair naar de vervormde bal en vervolgens naar het kussen. Deze verticale belasting is de directe bron van kracht die het villen van de pads veroorzaakt. Wanneer een verticale belasting op het pad wordt aangebracht, veroorzaakt dit scheuren in het kussen. Deze scheuren ontkiemen eerst in regio A en strekken zich vervolgens uit langs de interface naar de oxidelaag onder het pad, wat uiteindelijk leidt tot het optreden van PAD -peeling, een proces dat duidelijk wordt geïllustreerd in figuur 5. Bovendien weerspiegelen de statistieken een duidelijke trend, met het gebruik van capillaire messen die meer dan 200 zijn, 000}}}}}}} -tijden in 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van 87% van de gevallen van het pad van het pad van het capilarium en een sterke link tussen het gebruik van het capilarium en een sterke banden tussen het gebruik van het capilary en het gebruik van het gebruik van het capilary en het gebruik van het gebruik van het capilla pellen. De onderzoeksresultaten tonen ook aan dat een redelijke selectie van capillair model een belangrijke oplossing is om het probleem van PAD -peeling van aluminium proceschips te verbeteren. Wanneer we een capillair kiezen met een kegelhoek van Ca =70 diploma en een CD met een kleine einddiameter en de bindingsdruk matig verhogen, kan het een positief effect hebben op het vormen van het soldeergewricht. Dit resulteert in een goed, uniform en voldoende contact tussen het soldeergewricht en het pad, waardoor het probleem van de lokale spanningsconcentratie veroorzaakt door de uitsteeksel van het soldeergewricht effectief wordt vermeden. Bovendien heeft de soldeerkal gevormd door de ca. =70 capillair een relatief dunne extrusie, waardoor het minder verdwijnt bij het uitvoeren van ultrasone energie. Bovendien, vergeleken met Ca =120 graad, heeft Ca =70 capillair een zwakkere mate van energieaccumulatie in het middengebied van de soldeerkal, die de schade van de bindingsvermogen aan de aluminiumlaag in het middengebied van de PAD en de vooraanpassing in figuur 6 aanzienlijk kan verminderen.

0010-13774 AsSy, Wafer Lift Cooldown\/Passthru

图5焊盘起皮原因示意图Fig.6. Vergelijking van de effecten van verschillende taps toelopende hoeken op binding

Slippen
In sommige gevallen kon de aluminiumschijfafscheiding (ABPO) niet worden gereduceerd tot nul, zelfs na het optimaliseren van het ultrasone vermogen, de druk en het voorverwarmende temperatuur, wat suggereert dat er ten minste andere factoren waren die bijdragen aan het abpo -fenomeen in de batch. De onderzoekers ontdekten dat door het softwaresysteem te optimaliseren om de slippen tijdens het bindingsproces te verminderen, de slippen tussen de capillaire en de soldeerkal aanzienlijk kan worden verminderd. Als gevolg hiervan wordt de schuifspanning aan de binnenkant van het kussen sterk verminderd, waardoor interne schade aan het pad effectief wordt vermeden en het ABPO -fenomeen wordt geëlimineerd. Figuur 7 toont de slippen van de soldeerkal en de sporen achtergelaten door de slippen op de gouden draadbal is duidelijk te zien in het diagram. Figuur 8 toont een vergelijking van de actie van het capillaire voor en na de software -optimalisatie.Figuur 7 Solder Ball Slippage

Fig.8. Vergelijking van de actie van de Capriillary voor en na software -optimalisatie

De onderzoekers observeerden met behulp van laserconfocale technologie en ontdekten dat de gemiddelde slipdiepte van de cellen met PAD -afpellen 9,6 μm was, terwijl de gemiddelde slipdiepte werd teruggebracht tot 7,44 urn nadat de software werd geoptimaliseerd om de slip te verminderen. De Vickers -hardheid van goud wordt berekend en de gemiddelde slipkracht van het element met PAD -peeling is 48,7 gf en de gemiddelde slipkracht wordt teruggebracht tot 29,2 GF nadat de software de slipreductie optimaliseert. De eindige -elementensimulatieresultaten laten zien dat vanwege de slipkracht de afschuifsterkte van BPSG in het ABPO -element 1,74 GPa is, terwijl de afschuifsterkte van het element zonder ABPO 1,29 GPa is.

Procesparameters
Sommige onderzoekers zijn van mening dat factoren zoals het voorverwarmen van temperatuur, bindkracht en bindingskracht een impact hebben op PAD -peeling. De specifieke effecten worden weergegeven in tabel 1.Tabel 1 Effect van het voorverwarmen van temperatuur, bindvermogen en bindingskracht op PAD Peeling

Wafer -fabricage
Tijdens de wafelfabricage kunnen residuen van halogenen een corrosief effect hebben op aluminium pads en hun oxidefilms. Tegelijkertijd zal de metalen laag in het kussen verdampen en uitzetten na het verwarmen als gevolg van vochtabsorptie, wat zal leiden tot delaminatie, die een effect zal hebben op de achteruitgang van de hechting van de metaallaag in het kussen. Volgens de SEM\/EDX-analyse van elekooplozende nikkel-palladium Immersion Gold (Enepig) Pads na binding en peeling is oxidatie de belangrijkste oorzaak van PD- en NI-delaminatie. Figuur 9 toont de microscopische topografie van het pad en de leads nadat het Enepig-pad is beantwoord, en de gerichte ionenstraal (FIB) dwarsdoorsnede weergegeven in figuur 10 toont drie verschillende regio's: het gebied waardoor de lood is losgemaakt, het gebied dat iets weg is van het gebied en het conventionele referentiegebied.Fig.9. Micromorfologie van de pads en leads nadat het Enepig -pad is ontbondenFig.10. FIB-dwarsdoorsnede

Er is erop gewezen dat voor de meerlagige padstructuur vijf oppervlaktealuminiumlagen (M2) met verschillende diktes van 250 nm, 330 nm, 450 nm, 550 nm en 650 nm ingesteld. Na 200 graden en 3 uur veroudering tonen de resultaten aan dat de dunnere M2 -laag vatbaarder is voor falen van de balhals, demping en pilling falen, zoals getoond in figuren 11 - 13.

Figuur 11 aluminium pads op de chip

Fig. 12 Typische faalmodi in een trekstest

Fig.13 Het aandeel van de affaalmodi van de peeling en de soldeerballballet