《光敏介質薄膜與互連金屬界面結合力的評價方法》

ICS31.200

CCSL55

JSSIA

江蘇省半導體行業(yè)協(xié)會團體標準

T/JSSIAXXXX—XXXX

光敏介質薄膜與互連金屬界面結合力的評

價方法

Evaluationmethodforinterfacialadhesionbetweenphotosensitivepolyimidethin

filmsandinterconnectingmetals

（征求意見稿）

（本草案完成時間：2023-10-07）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

江蘇省半導體行業(yè)協(xié)會發(fā)布

T/JSSIAXXXX—XXXX

光敏介質薄膜與互連金屬界面結合力的評價方法

1范圍

本文件規(guī)定了晶圓級扇出型封裝、板級扇出型封裝中光敏介質薄膜與互連金屬界面結合力的試驗

方法，包括試驗樣件、試驗設備、界面測試方法、測試結果分析方法、典型失效模式等。

本文件適用于先進封裝中光敏介質薄膜與互連金屬界面結合力及光敏薄膜與薄膜材料界面的評價。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7124膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）

GB/T8170-2019數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定

GB/T21526-2008結構膠黏劑粘結前金屬與塑料表面處理導則

GB/T31541精細陶瓷界面拉伸與剪切粘結強度試驗方法十字交叉法

GB/T33334膠粘劑單搭接拉伸剪切強度試驗方法（復合材料對復合材料）

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

晶圓級扇出型封裝（Fanoutwaferlevelpackaging,FOWLP）

采用重布線層將電路從晶圓上裸芯片的金屬焊盤扇出到金屬焊球，且部分互連線路超出芯片邊緣

的封裝技術。

板級扇出型封裝（Fanoutpanellevelpackaging,FOPLP）

采用重布線層將電路從載板上裸芯片的金屬焊盤扇出到金屬焊球，且部分互連線路超出芯片邊緣

的封裝技術。

光敏介質薄膜(Photosensitivepolyimide,PSPI)

PSPI是一類在高分子鏈上兼有亞胺環(huán)以及光敏基因，集優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的力學性能、化學和

感光性能的有機材料，在電子領域主要兼光刻膠及電子封裝兩大作用，主要用于裸芯片保護膜、晶圓級

/面板級封裝重布線層及電子元件層間絕緣膜、空腔結構成型等應用。

界面結合力

作用在界面單位面積上，使薄膜與金屬層從界面結合態(tài)分離所需的力。

拉伸斷裂載荷

拉伸界面粘結強度試驗中施加于試樣上致使界面開裂時所對應的最大載荷。

1

T/JSSIAXXXX—XXXX

剪切斷裂載荷

界面剪切粘結強度試驗中施加于試樣上致使界面開裂時所對應的最大載荷。

4測試原理

沿著光敏介質薄膜與互連金屬結合面的垂直方向、水平方向對試樣施加力載荷，在介質薄膜與金屬

界面處產(chǎn)生均勻的拉伸和剪切應力，連續(xù)地施加逐漸增大的載荷，直至薄膜與金屬層分離。通過計算薄

膜與金屬層分離的斷裂載荷與粘接面積的比值，得出光敏介質薄膜與互連金屬界面的結合力。

5試驗設備

拉伸試驗設備

拉伸試驗應符合以下需求：

1)提供高精度的拉力測試功能，其精確度應為1級或0.5級；

2)位移分辨率不應低于0.01mm；

3)能獲得恒定的試驗速度，試驗速度不應超過0.5mm/min，加卸力應平穩(wěn)、無振動、無沖擊；

4)載荷誤差不應超過1%；

5)載荷量程不低于500N。

剪切試驗設備

剪切試驗設備應符合以下要求：

1)提供高精度的推力測試功能，推力測試模組配有24位高解析度AD轉換器；

2)推力測試模組采用氣浮式觸底設計，推力測試時推刀觸底力(LandingForce)輕。一般要

求根據(jù)測試樣件選擇傳感器為100g時，觸底力（LandingForce）設為2~5g，選擇1Kg

時，觸底力（LandingForce）一般設為10g左右；

3)最大的推力應不低于200Kg，X/Y平臺的最大移動距離不低于100mm，Z軸的最大移動

距離不低于100m；

4)位移分辨率不應低于0.001mm；

5)能獲得恒定的試驗速度，試驗速度不應超過0.1mm/min，加卸力應平穩(wěn)、無振動、無沖擊。

6試樣

試樣結構與尺寸

6.1.1拉伸試樣

光敏聚酰亞胺介質薄膜與互連金屬界面拉伸試樣包括硅載板（Si）、氧化層薄膜（SiO2）、光敏介

質薄膜（PSPI）、PVD種子層（CuPVD/TiPVD）與電鍍銅（E-Cu）層、電鍍鎳（Ni）層；

2

T/JSSIAXXXX—XXXX

圖1拉伸試樣俯視圖

圖2拉伸試樣側視圖

標引序號說明：

1-銷釘2-焊料層3-金屬層

4-PSPI5-SiO26-載板

圖3附帶銷釘?shù)睦煸嚇?/p>

表1拉伸試樣尺寸符號和定義

符號試樣1試樣2

A硅載板、SiO2、PSPI的長度硅載板、SiO2、金屬層的長度

B硅載板、SiO2、PSPI的寬度硅載板、SiO2、金屬層的寬度

C金屬層的直徑PSPI的直徑

D金屬層的厚度PSPI的厚度

EPSPI的厚度金屬層的厚度

FSiO2的厚度SiO2的厚度

G載板的厚度載板的厚度

3

T/JSSIAXXXX—XXXX

表2拉伸試樣尺寸

單位：毫米

尺寸符號試樣1試樣2

最大標準值公差最大標準值公差

A40±340±3

B40±310±3

C20±2E-35±2E-3

D*50E-3±2E-310E-3±2E-3

E10E-3±2E-315E-3±2E-3

F1E-3±10%1E-3±10%

G0.75±5E-30.75±5E-3

注1：拉伸試樣載板長度與寬度最小尺寸由試驗設備夾具決定。

注2：*表示金屬層包括種子層、電鍍銅層和電鍍鎳層。試樣1與2區(qū)別在于界面類型，試驗1界面為E-

Cu/CuPVD/TiPVD/PI,試驗2界面為PI/E-Cu。

6.1.2剪切試樣

光敏聚酰亞胺介質薄膜與互連金屬界面剪切試樣包括：硅載板、PVD種子層與電鍍Cu層、正方形光

敏介質薄膜。

圖4剪切試樣俯視圖

圖5剪切試樣側視圖

表3剪切試樣尺寸符號和定義

符號定義

A硅載板、金屬層的長度

B硅載板、金屬層的寬度

CPSPI的邊長

DPSPI的厚度

E*金屬層的厚度

F載板的厚度

注3：剪切試樣的PSPI邊長最小尺寸由光刻設備能力決定，保證樣品外形為方形。

注4：*表示金屬層厚度包括種子層厚度和電鍍銅層的厚度

4

T/JSSIAXXXX—XXXX

表4剝離、剪切試樣尺寸

單位：毫米

尺寸符號最大標準值公差

A40±3

B40±3

C100E-3±1E-3

D10E-3±2E-3

E20E-3±2E-3

F0.75±5E-3

樣本量大小

每組試樣應不小于10個。

試樣的一般要求

試樣加工完成，需要存放于氮氣柜中。

7試驗

試驗環(huán)境

應在下列條件下進行測試：

a)試驗應在溫度22C2C；

b)相對濕度30%～60%RH范圍內(nèi)進行。

測試方法

7.2.1試驗前準備

對每個試驗編號，在試樣上選取測試區(qū)域。

對拉伸試樣進行銷釘焊接，光學檢查測試樣品銷釘界面是否完整，且無其他污染。若有缺失或污染，

樣品丟棄。

7.2.2測試

將試樣固定在試驗設備的夾具中。拉伸測試時保證拉力方向與被測界面垂直。設置最大載荷與位移

速率，沿著薄膜與金屬結合面的垂直方向上連續(xù)施加逐漸增大的拉力，直至薄膜與金屬分離。

剪切測試是沿著薄膜與金屬結合面的水平方向上連續(xù)施加逐漸增大的推力，直至薄膜與金屬分離。

對微米級厚度的PSPI薄膜，剪切高度控制在2μm以下，剪切速率控制在100μm/s以內(nèi)。

記錄薄膜與金屬層分離時的拉力、推力，以及拉伸測試的分離面積、剪切測試的分離面積。

8結果分析

界面結合力計算

光敏介質薄膜與互連金屬界面結合力可分別用拉伸強度?、剪切強度?表示，計算公式分別如下：

?

?=1…………（1）

?1

?

?=2…………（2）

?2

式中：

—拉伸時的界面斷裂強度，單位為兆帕（MPa）；

5

T/JSSIAXXXX—XXXX

—剪切試驗時的界面斷裂強度，單位為兆帕（MPa）；

F1—光敏介質薄膜與互連金屬分離的拉伸斷裂載荷，單位為牛頓(N)；

F2—光敏介質薄膜與互連金屬分離的剪切斷裂載荷，單位為牛頓(N)；

2

S1—拉伸測試時，光敏介質薄膜與互連金屬界面的分離面積，單位為平方毫米(mm)；

2

S2—剪切測試時，光敏介質薄膜與互連金屬界面的分離面積，單位為平方毫米(mm)。

界面結合力計算結果按GB/T8170進行修約，精確到1位小數(shù)。

對同一批樣品試驗數(shù)據(jù)（即界面結合力）進行分析：

1)分析數(shù)據(jù)分布特征，包括平均值、標準差、峰度、偏度、異常值；

2)剔除異常值，取有效樣本的平均值。

典型失效模式

通過顯微