半導(dǎo)體器件DPA檢驗操作指導(dǎo)書

公司LOGO。文件名稱半導(dǎo)體器件DPA檢驗操作指導(dǎo)書版本:01密級:發(fā)布日期:擬制審核:會簽:批準:半導(dǎo)體器件DPA檢驗操作指導(dǎo)書1.目的本操作指導(dǎo)書為公司《半導(dǎo)體器件DPA檢驗規(guī)范》的理解和細化，為實際的執(zhí)行提供試驗方法和操作指導(dǎo)。2.適用范圍適用于公司1103類、35～43類、46類半導(dǎo)體IC器件以及15類半導(dǎo)體分立器件。3.引用標準《半導(dǎo)體器件DPA檢驗規(guī)范》《IC器件DPA數(shù)據(jù)庫》《分立器件DPA數(shù)據(jù)庫》供應(yīng)商器件規(guī)格書或技術(shù)資料4．儀器設(shè)備、工具及耗材4.1OLYPUS高倍立體顯微鏡或LEICADMLM金相顯微鏡及相關(guān)照相設(shè)備；4.2COMETX-Ray透視機；4.3Nisene化學(xué)開封機；4.4CD-2800超聲波清洗機；4.5電加熱爐、游標卡尺、斜口鉗、鑷子、夾鉗、燒杯、玻璃棒、磨片砂紙、載玻片、定性濾紙、錫紙、棉棒、氣槍、雙面膠；4.6濃硫酸、稀硝酸、氫氧化鈉、發(fā)煙硝酸、濃鹽酸、酒精、丙酮、水。5.操作方法或步驟半導(dǎo)體器件的DPA分析通常按照以下順序進行：器件外觀絲印、標識查檢內(nèi)部結(jié)構(gòu)查檢芯片版圖、尺寸查檢。詳細操作步驟如下：5.1外觀絲印、標識查檢對于封裝較小的器件，把樣品放于載波片上，正面（有絲印的那面）朝上，開啟立體顯微鏡電源，調(diào)整好燈光亮度和角度，先調(diào)整顯微鏡放大倍數(shù)到合適位置，再對焦距進行細調(diào)，能清晰、完整地看到器件本體上的字跡即可。對于封裝較大的器件，可以直接目檢。檢驗完拍照進行記錄。器件本體上的型號或型號代碼（DeviceCode）、廠家LOGO、ROHS標識、批次信息等，必須與《IC器件DPA數(shù)據(jù)庫》和《分立器件DPA數(shù)據(jù)庫》中的要求一致。注意有些廠家的不同型號的器件的Marking或MarkingCode可能是一樣的，但封裝不一樣（如下圖），通過檢驗封裝尺寸可以區(qū)分開來。5.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)查檢內(nèi)部結(jié)構(gòu)查檢主要查檢器件各個組成部分（包括鍵合絲、散熱片、金屬連接部分、陶瓷基片、焊料、硅凝膠等部分）的形狀、尺寸、顏色、各部分連接情況、焊接層質(zhì)量等是否滿足《IC器件DPA數(shù)據(jù)庫》和《分立器件DPA數(shù)據(jù)庫》中的要求。主要通過兩種方法進行鑒別：X－Ray透視和器件開封。對于不宜用X－Ray來進行觀測的器件或器件局部，可以通過開封來觀測。5.2.1X－Ray透視首先按規(guī)定穿好防輻射服，打開X－Ray透視機進行預(yù)熱30分鐘以上，然后把被測器件樣品編號，做好標記，然后拍攝器件的正視圖、側(cè)視圖，以及能反映器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的其它方向的視圖并拍照，對于關(guān)鍵尺寸，必要時進行測量并記錄。除觀察芯片是否存在開裂、缺角、表面鈍化層破裂等異?，F(xiàn)象外，還需注意：若內(nèi)部為鍵合連接方式，注意觀察樣品的鍵合情況有無異常（如鍵合線過長、過短、塌絲或交叉等）；若內(nèi)部為銅條連接方式，注意觀察兩側(cè)的銅條是否平行一致，有無傾斜、芯片不正、焊錫不均勻等異常；對于有散熱片的封裝，需同時注意散熱片、芯片或陶瓷基片之間的焊錫是否均勻、過多或過少，焊接層是否有空洞等。示例圖片如下：頂視圖側(cè)視圖鍵合連接的器件頂視圖側(cè)視圖銅條連接的器件問題器件圖片如下：芯片開裂焊接層空洞較多芯片偏位陶瓷基板厚度不一致5.2.2開封對于不宜用X－Ray來進行觀測，或者通過開封后能更快捷、更一目了然分辨出不同之處的器件或者器件局部，可以通過開封后再進行觀測，比如散熱片、金屬框架、陶瓷基片、焊料、硅凝膠、鍵合絲等。開封的具體方法和步驟詳見5.3。5.3芯片版圖、尺寸查檢對器件進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)查檢后，可以進行開封。開封的方法主要有3種：化學(xué)開封機開封、酸煮開封和機械開封。開封后，對芯片版圖、尺寸進行查檢并拍照、記錄。半導(dǎo)體器件的開封類型推薦如下：對于IC類器件，優(yōu)先使用化學(xué)開封機開封，對于芯片體積較大或封裝獨特的IC類器件，不宜用化學(xué)開封機開封的，可以采用酸煮開封的方法進行開封。對于用環(huán)氧樹脂進行封裝并填充的分立器件，采用酸煮開封的方法進行開封；對于用玻璃或金屬封裝的分立器件，采用機械開封的方法進行開封；對于功率模塊（采用螺絲安裝，內(nèi)部灌有硅膠的），采用機械開封的方法進行開封。以上方法是目前通常的做法，隨著設(shè)備、開封技術(shù)的不斷完善，可能還會有其它更好的方法，因此實際操作時不拘泥于上面所說的方法，一切以有效、方便快捷、安全為準。如果一種方法開封的效果不好，可以多種方法結(jié)合起來進行。5.3.1化學(xué)開封機開封此種方法的具體操作請參照《DCapDelta2iseriesdsystem開封機操作指導(dǎo)書》。5.3.2酸煮開封具體操作方法如下：首先用干凈的紙巾把燒杯內(nèi)部擦干，然后把器件輕放入燒杯中。同一燒杯中放置的器件數(shù)量不要過多，且封裝大小相差較大的器件不能放在一個燒杯中，多個器件最好平鋪放置，盡量不要垂直疊放在一起，以防不能完整腐蝕掉外殼。戴上防護手套，擰開裝有濃硫酸的玻璃瓶瓶蓋，雙手抓緊玻璃瓶下半部（注意不要單手，防止玻璃瓶滑落，傷害到身體），慢慢傾斜玻璃瓶體，往燒杯中倒入一定量的酸液，注意酸液的量不宜過多，一是浪費，而是量多了，加熱時間變長，酸液溫度不平衡，腐蝕效果不佳。液面高于器件本體最高位置約2～5mm為宜。然后用夾鉗將燒杯夾起，放在電加熱爐的中間位置，放下玻璃門至最低檔位，調(diào)整電加熱爐的加熱檔位到合適位置，開啟電源。分立器件的加熱時間推薦值如下：封裝類型加熱時間推薦值（針對中檔功率）TO-247、TO-3P25~35分鐘TO-220、D2PAK20~30分鐘DPAK、SMC、case267-03、DO-20120~25分鐘SMB、SMA、DO-41、DO-15、SO-8、PowerPAKSO-8、LFPAK、TDSON-6、TDSON-815~20分鐘SOT-23及更小的封裝8～10分鐘TO-264、SOT-227及更大的非模塊封裝30~40分鐘加熱過程中，注意產(chǎn)生的泡沫不要從燒杯中溢出，此時應(yīng)提前切斷電源。對TO-247及更大的封裝且器件數(shù)量較多時，要盡量選用較大的燒杯。時間到后，切斷電源。由于此時燒杯中的液體比較滾燙，先不要移動燒杯，靜置5～10分鐘，待燒杯內(nèi)的液體液面穩(wěn)定后，使用夾鉗將燒杯移至干燥的平臺上放置30分鐘以上，使其冷卻。待燒杯內(nèi)的液體完全冷卻到室溫后，戴上防護手套，用夾鉗夾住燒杯，使其傾斜，慢慢將燒杯內(nèi)的殘余液體倒入廢液回收瓶內(nèi)，倒完后蓋緊廢液回收瓶，放回原處。打開水龍頭，注意水量不能太大，把夾鉗夾住燒杯放在水流下方，沖洗里面的殘留物，重復(fù)清洗幾次；然后把燒杯放入超聲清洗機中繼續(xù)清洗，注意燒杯中要留一定的水，重復(fù)清洗，直至芯片上沒有較明顯的雜質(zhì)。清洗完后，用氣槍吹干芯片表面的水分和其它殘留物，芯片較小的最好自然涼干。最后將清洗好的芯片放置在載波片上，打開立體或金相顯微鏡，進行仔細觀察并拍照。主要觀察芯片的版圖形狀、各部分尺寸大小和表面是否光滑、連續(xù)、是否有異常條紋或符號，并與DPA樣品庫進行比對。如果發(fā)現(xiàn)芯片表面沒有清洗干凈，可能需要重新進行多次超聲清洗和吹干。對于軸向封裝或內(nèi)部采用銅片連接的器件，還需要用稀硝酸去除上面的銅，操作步驟和順序基本同上，不同的地方是：（1）放在加熱爐上加熱時，要用玻璃蓋蓋住燒杯（留一小口），防止酸液快速揮發(fā)掉。（2）加熱的時間，以觀測到銅片被完全腐蝕掉為準。對于用鋁線鍵合的芯片，如果需要去除鋁引線或芯片表面的鋁層，可以用氫氧化鈉加水配成堿性溶液或采用鹽酸進行腐蝕，操作步驟與去銅類似。對于玻璃球封裝的器件（例如case59-04封裝），需要用王水腐蝕，王水的配制方法為：由濃硝酸與濃鹽酸按照體積1:3的比例混合而成，盡量保證混合均勻，操作時避免人身傷害和酸液過度揮發(fā)。5.3.3機械開封對于玻璃軸向封裝的器件，由于芯片與引腳的釘頭是自然接觸、沒有使用焊料的，可以直接用斜口鉗開封，步驟如下：1）將器件緊握在一只手的掌心位置，保持器件平衡放置，另一只手捏緊斜口鉗，將斜口鉗的鉗口的前端夾住器件本體的接近中間位置（稍微偏離正中間1～3mm，以免損壞芯片），握緊手掌（防止芯片逃逸出去），用力，使玻璃體斷裂成兩半，注意不要用力過猛，以防芯片碎裂。此項操作也可放在一個密閉的空間（比如膠袋、玻璃缸）中操作。2）玻璃體開裂后，可以觀測到芯片和兩端的電極，可以用鑷子輕輕夾起芯片放在載波片上，然后開啟顯微鏡進行觀測和拍照。示例圖片如下：對于功率模塊（采用螺絲安裝，內(nèi)部灌有硅膠的），可以采用斜口鉗從外殼的邊沿開始，一截一截地去掉封裝外殼，注意掌握力度和用力的方向，不要使芯片受到額外的機械應(yīng)力。去除外殼后，如果里面的硅膠是透明的，先拍照記錄；如果是硬膠，可以通過酸煮的方法去掉，如果是軟膠，可以用較軟的衛(wèi)生紙輕輕去掉硅膠，注意不要拉扯鍵合絲。芯片版圖、尺寸查檢示例圖片如下：MOSFET元胞尺寸測量6.合格判據(jù)檢驗項目檢驗方法判定標準內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察內(nèi)部各組成部分（包括散熱片、金屬連接部分、陶瓷基片、焊料、硅凝膠、鍵合絲等部分）的形狀、尺寸、顏色、各部分連接情況、相對位置、焊接層質(zhì)量，測量芯片與引腳（或鍵合線）的距離，同DPA數(shù)據(jù)庫進行比較。內(nèi)部各部分結(jié)構(gòu)形狀及相對位置與DPA數(shù)據(jù)庫的一致；關(guān)鍵尺寸誤差控制在10%以內(nèi)；樣品的內(nèi)部間隙根據(jù)器件Datasheet，或?qū)?yīng)的安規(guī)證書進行判定，要求測量數(shù)據(jù)大于器件標稱的內(nèi)部間隙的下限。芯片版圖拍照并測量關(guān)鍵尺寸，同DPA數(shù)據(jù)庫進行比較。對于芯片較大的，用游標卡尺測量；對于芯片較小的，用顯微鏡軟件拍照后測量。整個芯片尺寸是必測項目，芯片圖形局部尺寸是可選項目。芯片輪廓清晰，沒有明顯異?，F(xiàn)象；芯片上的廠家標示（包含廠家Logo、器件型號等信息）正確；版圖形狀與DPA數(shù)據(jù)庫的一致；關(guān)鍵尺寸誤差控制在5%以內(nèi)。整個芯片尺寸芯片圖形局部尺寸7.操作注意事項7.1操作人員需培訓(xùn)合格后方能上崗操作，注意人員及設(shè)備安全；7.2器件開封過程中，隨時觀察，防止