Chuẩn bị mẫu cho linh kiện điện tử tích hợp

 

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT KIM TƯƠNG TRONG PHÂN TÍCH MẶT CẮT NGANG CỦA GÓI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ BỞI CÔNG CỤ ELECTRON VÀ QUANG HỌC

Tóm tắt

Ngày nay, kỹ thuật chế tạo các bản mạch tích hợp được phát triển rất mạnh, sự phức tạp của gói linh kiện ngày càng gia tăng. Việc thực hiện đánh giá các mặt cắt của các linh kiện này cũng đòi hỏi sự chuẩn bị mẫu kỹ càng và chính xác.

Kỹ thuật chuẩn bị mẫu kim tương đã được ứng dụng trong việc kiểm tra và phân tích linh kiện điện tử nhằm hỗ trợ các phương pháp phân tích và đánh giá khác. Mặt cắt của các linh kiện sẽ thể hiện các thông tin về cấu trúc lớp, kích thước, tạp chất và các khuyết tật bên trong. Việc chuẩn bị cũng được thực hiện qua các công đoạn như cắt, đúc mẫu, mài/đánh bóng và hay tẩm thực. Chúng sẽ được quan sát dưới kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử SEM và phân tích quang phổ tán xạ năng lượng EDS.

Tuy nhiên, vì tính chất phức tạp hay cấu thành đa dạng các vật liệu có tính chất hoàn toàn khác nhau trong gói linh kiện, mà qui trình chuẩn bị mẫu cho các chi tiết này là tương đối khó vì vậy, các chuyên gia hay những chuyên viên phòng thí nghiệm luôn tìm tòi và nghiên cứu qui trình cho mẫu đạt được yêu cầu mong muốn là kết quả chính xác, không biến dạng, nhanh và tiết kiệm chi phí gia công.

1 ví dụ về thành phần trong 1 gói tích hợp

Thành phần của gói tích hợp Sidebraze gốm sứ

Loại vật liệu Chi tiết gói Tính chất vật lý
Al/O (Ceramic) Thân gói Cứng, dòn
Au/Si Chân Mềm
Ni/Fe/Co Nắp Nhạy cảm, dẻo
Au and/or Ni Phủ Mềm dẻo
Si Chip IC Dòn
Ag/Cu Hàn chì Mềm dẻo
Pb/Sn Bi hàn Mềm
W Vật liệu chịu nhiệt phủ Cứng, nhạy
Al Các dây nối Mềm

Sự quan tâm đến mẫu: Làm sạch mẫu là 1 trong các yếu tố quan trọng trong môi trường mặt cắt. 1 phòng thí nghiệm sạch sẽ được tổ chức tốt và tối ưu sẽ không chỉ gia tăng hiệu quả nhưng hạn chế khả năng làm bẩn mẫu khi sử dụng nhiều loại hạt cắt khác nhau.

Mặc dù môi trường làm việc sạch sẽ là quan trọng, làm sạch chi tiết là điều kiện hàng đầu. 1 chi tiết được làm sạch đúng cách là quan trọng trong việc đạt được 1 sự kết dính giữa nhựa đúc mẫu và tất cả các bề mặt bên ngoài chi tiết. Nếu các vết chì, bút, hay dầu mỡ bám dính đều ảnh hưởng đến việc kết dính.

Làm sạch mẫu tốt nhất bằng cách cho chi tiết vào ly đựng aceton sau đó cho vào bể rửa siêu âm trong vài phút. Trong 1 vài trường hợp, mẫu không thích hợp với aceton hoặc dung dịch siêu âm vì thế tốt nhất là nên hỏi nhà cung cấp vật liệu xem chất tẩy rửa nào là phù hợp nhất đối với mẫu thực hiện. Sự sủi bọt tần số cao được tạo ra bởi bể rửa siêu âm đảm bảo rằng bề mặt mẫu được làm sạch, các chất bẩn từ trong các ngõ ngách rất nhỏ cũng được lấy đi. Từ công đoạn này trở đi, nên sử dụng gắp mẫu bằng nhíp thép không rỉ hoặc nhíp nhựa để ngăn chặn nhiễm bẩn trở lại. Sau khi lấy mẫu ra khỏi ly thì sấy mẫu ngay lập tức bằng khí N2 hay khí sạch. Không sử dụng khí nén từ hệ thống của nhà máy vì hydrocacbon từ dầu máy nén khí hay chất bẩn từ đường ống sẽ bám trở lại vào mẫu trong quá trình sấy khô. Sau đó bỏ mẫu vào buồng sấy chân không nhiệt độ thấp thấp khoảng 50oC để lấy đi những chất ẩm còn lại trong các lỗ rỗng trên mẫu.

Đúc mẫu. Phần đầu tiên của qui trình này là định vị mẫu trong khuôn, mặt cần quan sát song song với đĩa cắt. Trong trường hợp mẫu không thể tự đứng song song thì phải dùng kẹp nhựa, dùng loại keo 2 mặt hay giấy có keo dính mặt sau. Nếu kẹp nhựa được sử dụng thì phải được làm sạch như làm sạch mẫu.

Mẫu vi điện tử là dòn và không thể chịu được nhiệt độ cao và áp lực của khuôn đúc nóng. Hình 3 cung cấp 3 loại nhựa đúc nguội phổ biến nhất và các tính chất liên quan của nó.

Hình 1

Trong ứng dụng vi điện tử, epoxy là vật liệu đúc nguội tốt nhất, co ngót ít và độ cứng cao, bảo toàn đường biên tốt nhất. Vấn đề là thời gian đông rắn lâu vì thế mà thời gian chuẩn bị mẫu có thể lâu hơn, tuy nhiên tổng qui trình chuẩn bị sẽ nhanh hơn vì sẽ tránh được các lỗi không cần thiết do chất lượng nhựa.

Sử dụng buồng hút chân không và nồi áp suất trong đúc mẫu là giải pháp tối ưu vì có thể hút được các bọt khí từ các lỗ rỗng và các đặc điểm hình học của mẫu vi điện tử. Yếu tố quan trọng đối với loại mẫu này là nhựa đúc mẫu phải điền đầy các khe nhỏ và toàn bộ các ngõ ngách của chi tiết vì thế đúc dưới chân không và áp suấtcó tác dụng hoàn thiện qui trình chuẩn bị, tránh các lỗi có thể xảy ra nếu nhựa không được điền đầy hoặc bọt khí nhiều. Tuy nhiên, thời gian chân không cũng không để quá lâu, vì nếu chân không quá lâu thì hỗn hợp nhựa có thể sôi lên, và gây bọt khí. Theo kinh nghiệm của Buehler, thời gian đúc chân không không nên quá 2 phút.

Hình 4 chỉ ra bề mặt của mạch tích hợp sau khi chuẩn bị. Mẫu được đặt hút chân không sử dụng nhựa epoxy và sau đó đặt trong nồi áp suất ở 40psi trong 5 phút. Mẫu được chụp dưới SEM chức năng BSE (tương phản số phân tử) tại độ phóng đại 2200X.

Hình 2

Cắt. Việc cắt mẫu là bước đơn giản nhất trong qui trình chuẩn bị mẫu tuy nhiên, cắt phải đảm bảo tối thiểu biến dạng, không phá huỷ mẫu và điểm cần quan sát. Để giảm thời gian mài và đánh bóng, đòi hỏi vết cắt ít biến dạng nhất, cắt gần điểm cần quan sát nhất mà không phá huỷ mẫu. Thông thường, cắt mẫu loại này sử dụng máy cắt chính xác, cắt với diện tích tiếp xúc khi cắt là nhỏ nhất, lực cắt nhỏ, sử dụng đĩa cắt kim cương và chất giải nhiệt thích hợp.

Đánh bóng rung. Trong hầu hết các tình huống, chuẩn bị mẫu là được xem kết quả sau đánh bóng tinh cuối cùng. Tuy nhiên, để đạt được chất lượng bề mặt đánh bóng cao nhất thì nên thêm vào bước đánh bóng rung. Máy đánh bóng rung có thể đánh bóng với 1 hay nhiều mẫu, tuy nhiên thời gian đánh bóng sẽ khá lâu, có khi hàng giờ. Thời gian phụ thuộc vào chất lượng bề mặt mẫu sau khi đánh bóng tinh. Nên sử dụng vải không lông hay ít với dung dịch SiO2 vì nó có thể hoạt động tốt với cả hai loại vật liệu cứng và mềm. Trong dung dịch này, có độ pH cao nên có thể tạo ra sự ăn mòn nhẹ các vết nhấp nhô trên hầu hết các thành phần của mẫu.

Tẩm thực. Tẩm thực là một chủ đề rộng, đầu tiên nó tùy thuộc vào đặc tính của nhà sản xuất; tính chất của mặt cắt ngang; đặc thù của phương pháp phân tích; nguyên lý của phương pháp; và sự phức tạp về thành phần của mẫu. Vì mục đích của tài liệu này, một phương pháp đặc thù, phác họa vùng plasma, sẽ được thảo luận.

Hình 3

Hệ thống plasma đã được sử dụng lâu đời trong công nghiệp bán dẫn cho các quy trình chế tạo các lát mỏng khác nhau. Phiên bản “benchtop” thường được thấy trong lĩnh vực phân tích sai hỏng hoặc ở có thể dùng để phác họa mặt cắt ngang của các bộ phận vi điện tử ở các phòng thí nghiệm. Khả năng ăn mòn đồng đều ở nhiều hướng làm chúng trở nên lý tưởng cho các mục đích trên.

Nhiều loại khí thích hợp sử dụng để phác họa chọn lọc các lớp kết tủa trong các bo mạch tích hợp. Bao gồm, nhưng không giới hạn, sulfur-hexafluoride (SF6), trifluoromethane (CHF3) and DE-101, a mixture of He, O2 and carbon-tetrafluoride (CF4).

Hình 7 cho thấy các lớp kết tủa của bo mạch tích hợp sau khi tẩm thực plasma sulfua-hexafluoride (SF6) trong 3 phút. Lưu ý rằng vùng chuyển tiếp giữa các lớp kết tủa tương tự như các rãnh. Mẫu này được chụp bằng SEM, chùm điện tử thứ cấp, độ phóng đại 2500x

Plasma oxygen gần đây được biết là phương tiện làm sạch các vết bẩn hữu cơ từ thiết bị vi điện tử trong qui trình lắp đặt. Plasma oxygen cũng được sử dụng để tẩm vật liệu vi điện tử chứa các thành phần hữu cơ.

Hình 8 chỉ ra kết quả rất khả quan đạt được khi modun nhiều chip nhựa được cắt để kiểm tra và tẩm trong plasma oxygen trong 5 phút. Tẩm nhấp nhô ảnh hưởng đến quan sát trong nền bo mạch, bạc phủ vào đế epoxy và khối nhựa của mẫu. Mẫu được chụp trong SEM với chức năng điện tử thứ cấp, tại độ phóng đại 500X và góc 50o.

Hình 4

Phân tích SEM/EDS:

Kính hiển vi dùng ánh sáng phản xạ là công cụ phân tích được được sử dụng phổ biến nhất cho quá trình phân tích đạt chất lượng, số lượng khi phân tích kim tương của mặt cắt. Tuy nhiên các thiết bị này cũng bị giới hạn. Bước sóng của ánh sáng cho độ phân giải hữu dụng vào khoảng 1000x và mặt phẳng đơn điểm khiến cho việc chụp ảnh mẫu với khả năng định vị chính xác gần như là không thể. Khả năng lấy tiêu điểm rất sâu, độ phân giải không gian khá cao, và khả năng phát hiện nguyên tố và tính ánh xạ làm kính điện tử quét là hỗ trợ lý tưởng cho kính hiển vi ánh sáng phản xạ. Phần này sẽ tập trung vào các ứng dụng thực tế của kính điện tử quét vào việc kiểm tra các mặt cắt ngang thiết bị vi điện tử.

Các mẫu hứng bức xạ của chùm ánh sáng truyền đến dưới nhiều tương tác phức tạp với các electron từ chùm ánh sáng sơ cấp. Cường độ các tương tác sẽ hình thành các tín hiệu tán xạ mà có thể thu nhận và xử lý bằng một trong các đầu tách sóng tích hợp. Hình 9 miêu tả trực quan cường độ các tương tác và các thành phần tạo ra khi mẫu bị kích bởi chùm ánh sáng sơ cấp.

Hình 5

Chùm electron thứ cấp (SE): chùm electron năng lượng thấp phát ra từ một phân tử cho trước do sự ion hóa khi chùm ánh sáng chính va chạm vào phân tử này. Tạo ra từ cường độ tương tác với cơ chế không đàn hồi (electron-electron), SE có mức năng lượng thấp hơn 50eV. Do đó, chỉ những electron trên bề mặt là có khả năng thoát ra khỏi mẫu; các electron còn lại bị hút và giữ lại bởi các hạt nhân kế cận.

Chùm electron tán xạ ngược (BSE) : chùm electron đi đến gần hoặc phản xạ lại với hạt nhân của mẫu và bị tán xạ ngược về sau với quỹ đạo góc tán xạ lớn và tối thiểu phần năng lượng thất thoát. Tạo ra từ cường độ tương tác với cơ chế không đàn hồi (electron-hạt nhân), BSE có mức năng lượng trung bình thấp hơn 20% so với năng lượng gia tốc ban đầu của chúng. Do có mức năng lượng thất thoát không đáng kể, BSE có thể thoát ra khỏi bề mặt ở độ sâu tùy vào cường độ tương tác.

Tia X mang tính chất : khi chùm điện tử tới bắn vào nguyên tử, các electron yếu ở lớp vỏ bên trong sẽ bị bứt ra. Để duy trì năng lượng, các electron ở vỏ ngài có mức năng lượng cao hơn sẽ lấp đầy những lỗ trống và tương ứng cũng phát ra một nguồn năng lượng có độ lớn bằng sự chênh lệch mức năng lượng giữa 2 lớp vỏ. Phần năng lượng mất đi do sự phân rã các electrons khi chúng di chuyển từ ngoài vào các lớp vỏ bên trong phản xạ lại các chuyển tiếp electron của một nguyên tử cho trước, và từ đó hình thành tia X mang tính chất của nguyên tố.

Tia X truyền qua : khi chùm electron đến tương tác với hạt nhân nguyên tử, nó sẽ bị giảm tốc độ và phân rã không đàn hồi. Khoảng năng lượng tổn thất có thể từ 0eV lên đến giá trị năng lượng cung cấp tại nguồn phát. Chu trình này lặp lại, cũng như sự bức xạ ánh sáng trắng, cấu tạo nên phần chính của quang phổ tia X mà tia X mang tính chất nguyên tố là mối quan tâm trên hết.

Kính hiển vi chùm electron quét là một công cụ phân tích hiệu quả có thể cung cấp đầy đủ thông tin hữu ích. Để đạt được kết quả tối ưu cần hiểu rõ cơ chế mà mẫu sẽ phản ứng với các chùm electron tới. Sự kiểm định của một quy trình hoàn chỉnh không phức tạp lắm; tuy nhiên, phương pháp hiển vi bằng chùm electron quét là một vấn đế mà mỗi nhà nghiên cứu có cách phân tích riêng của họ để đạt được kết quả mong muốn. Do đó, các hướng dẫn và gợi ý sau nên được đánh giá trong thử nghiệm thực tế.

Chuẩn bị mẫu : đảm bảo mẫu được sạch và khô khi đưa vào buồng chân không SEM. Nếu như lớp phủ dẫn điện bị hạn chế sử dụng, có thể cho thêm các phụ gia dẫn điện hoặc chất tạo màu bạc vào khối nhựa và đi xuống khối kim loại giữ mẫu. Thao tác này sẽ hạn chế triệt sự quá dẫn của khối vật liệu đúc. Ngoài ra, cần hiểu rằng việc sử dụng độ chân không cao (10-7 torr) sẽ dẫn đến sự xả khí và co ngót của epoxy, hình thành các rãnh nhỏ theo chu vi chi tiết. Điều này sẽ là mối lo ngại nếu mẫu được tái sử dụng sau khi được phân tích bề mặt các thành phần.

Lớp phủ : có bốn lý do liên quan cho việc mạ phủ mẫu. Trước hết, việc này để : 1) Tăng tín hiệu, 2) Tăng độ phân giải trong không gian, 3) Cho tính dẫn điện qua đó bề mặt quá điện năng có thể truyền xuống các lớp nền và 4) hạn chế các biến dạng do nhiệt. Lớp phủ gồm 2 loại : carbon (C) và kim loại quý hiếm (Au, Au/Pd, Pt etc.). Việc chọn lựa lớp phủ phụ thuộc vào nhiều vào phương pháp phân tích được áp dụng. (Nhớ rằng đặc tính của các linh kiện vi điện tử rất đa dạng khi so sánh với các đặc tính vi mô của các bản mạch. Quá trình ghi hình thường được thao tác ở độ phân giải thấp hơn 20000x; do đó, một lớp phủ dẫn điện có độ dày 50Å – 100Å là không thể nhận thấy và được khuyên dùng khi phân tích tia X không được áp dụng

Chụp ảnh SE : mục đích chính của việc xem mẫu sẽ hoàn thành khi dùng chùm electron chụp ảnh thứ cấp. Giai đoạn này của quy trình là vô giá khi sự nhận biết cấu trúc bề mặt là vấn đề chính của quá trình phân tích. Khi chụp ảnh SE, thường tốt nhất là sử dụng chùm có nguồn năng lương ban đầu thấp hơn (<7.5kV) để tối ưu cấu trúc liên kết của bề mặt. Điều này không những hạn chế sự quá tải điện trên bề mặt mà còn giảm sự thâm nhập của của chùm tia tới. Ứng dụng của tấm kim loại vào trong bán dẫn và vật liệu cách điện sẽ cải thiện chất lượng của hình ảnh và hình ảnh hiển vi trong tương lai.

Hình 6A và 6B mô tả tác động của năng lượng ban đầu đến độ phân giải và tương phản của hình ảnh. Hình là mẫu bạc đúc bằng nhựa epoxy và được tẩm thực bằng oxygen plasma trong 5 phút. Hình 10A được chụp với năng lượng gia tốc ban đầu là 3.0kV và hình 10B được chụp với năng lượng gia tốc ban đầu là 25kV. Lưu ý sự tăng chất độ phân giải trên bề mặt, giảm tác động nạp điện ở đường biên và chất lượng chi tiết hình ảnh tốt hơn hoàn toàn ở 3.0kV. Cả hai tấm hình đều được chụp ở độ phân giải 5000x và góc nghiêng 40 độ để tăng độ sâu của vùng phân tích

Hình 6A

Hình 6B

Chụp ảnh BSE: chụp ảnh BSE cho độ tương phản cấp nguyên tử và thông tin về định vị của mẫu được kiểm định. Do hiệu suất của trường BSE nhỏ hơn đáng kể so với SE, năng lượng gia tốc ban đầu (>15kV) thường cần thiết để tăng mức độ tín hiệu. Mặc dù sự nạp điện không phải là vấn đề trong chụp ảnh BSE, một lớp mạ phủ dẫn điện được khuyên dùng vì những lý do sẽ được giải thích sau. Những than phiền về hình ảnh sẽ bị mất độ tương phản (ví dụ của lớp mạ phủ) là không có; vai trò chính của BSE’s đang tăng đáng kể cùng với lớp phủ dẫn điện mỏng.

Số lượng BSE’s tặng lên trong một vùng cho trước trên mẫu tỷ lệ trực tiếp với số hiệu nguyên tử trung bình của vật liệu trong vùng đó. Hình BSE của mẫu không đồng nhất sẽ tự cho sự khác nhau về độ tương phản. Ví dụ, trong hình ảnh BSE của vàng-silicon (Au-Si) eutectic, pha Vàng (Z=79) sẽ xuất hiện sáng hơn nhiều so với pha Si (Z=14). Tín hiệu tương phản số hiệu nguyên tử có thể chứng minh khi “chấm điểm” các vật liệu khác nhau trong một mẫu hoặc phân tích dẫn điện EDS.

Hình 7A và 7B thể hiện sự khác nhau giữa tương phản số hiệu nguyên tử BSE (11A) và đặc trưng địa hình BSE (11B). Trong hình là mẫu cắt đa chíp bằng nhựa. Chú ý vùng xám đồng đều hơn và sự xuất hiện trong hình 11B, trong khi hình 11A có độ tương phản rõ hơn nhưng ít độ sau. Cả hai bức hình đều được chụp ở độ phân giải 300x

Hình 7A


Hình 7B

Hình 8 cho thấy các lớp khác nhau trong chi tiết gốm sứ sidebraze. Từ trên xuống dưới là chip silic, phần vàng/silicon, lớp mạ nickel và cobalt, lớp tungsten thiêu kết chịu lửa và vùng gốm sứ. Mẫu được chụp bằng SEM, kiểu BSE, tại độ phân giải 1250x

Hình 8

Hình 9 của một mẫu PLCC được hàn trên một bản mạch đa lớp (PCB). Chi tiết này được cắt tại một vùng không bao gồm các chip silic, làm chúng trở thành một mẫu toàn kim loại mềm. Cho thấy rõ là đáy của mẫu nhựa; vết hàn, chì lõi đồng; PCB nhiều lớp; và vùng hàn. (Lưu ý rằng epoxy hoàn toàn ăn vào mẫu, không có hình thành bọt khi tại những vùng quan trọng giữa chì và thân chi tiết. Điều này thể hiện rõ hơn tác dụng của việc sử dụng đồng thời buồng chân không và nồi áp suất trong quá trình đúc). Mẫu được chụp ảnh trên SEM, kiểu BSE, tại độ phân giải 250x.

Hình 9

Phân tích tia X : khi quá trình phân tích yêu cầu nhận biết các nguyên tố, nhiều vấn đề khác cần được xem xét. Đầu tiên là năng lượng gia tốc ban đầu. Theo quy định thông thường thì cần chọn mức năng lương gia tốc ít nhất bằng 2.5 lần năng lượng quang phổ tia x của kim loại nặng cần phân tích. Cho đa số các chi tiết, bao gồm cả phần dùng làm mẫu, nguyên tố đó là chì (Pb), thông dụng trong hầu hết mối hàn và lớp đệm thủy tinh frit. Đường Ma nguyên tố Chì xuất hiện ở 10.55keV; do đó, năng lượng gia tốc ban đầu cần được thiết lập xấp xỉ 26.5kV. Tuy nhiên, chì có nhiều vết phát xạ do có khối lượng phân tử cao. Đường Ma nguyên tố chì xuất hiện ở 2.34keV, do đó giảm đi đág kể năng lượng gia tốc cần thiết. Đây là một đặc điểm khi phân tích những mẫu mà không dẫn điện. Sự quá tải điện có thể làm chùm điện tử tràn ra khỏi vùng cần kiểm tra, do đó dẫn đến các sai sót về thu nhập thông tin. Hạ thấp thiết lập kV là cần thiết, nhưng không đảm bảo khả năng phát hiện tất cả các nguyên tố. Chùm điện tử có năng lượng gia tốc cao có thể được sử dụng ngay từ lúc đầu để phát hiện tất cả các nguyên tố tìm ẩn. Năng lượng gia tốc ban đầu có thể được hạ xuống để giảm sự quá tải điện đồng thời tăng độ phân giải của năng lượng tia X tại điểm thấp nhất của phổ.

Hình 14A và 14B thể hiện phổ nhận được khi mẫu gốm sứ (10A) và modun nhựa đa chíp (10B) đem đi phân tích EDS

Hình 10A

Hình 10B

Lớp phủ dẫn điện là một yếu tố khác cần được quan tâm. Tốt nhất luôn là thực hiện phân tích tia X mà không có lớp mạ phủ. Phân tích sơ bộ này cho các đánh giá định tính đúng và chính xác của các nguyên tố bao gồm trong mẫu. Khi yêu cầu lớp mạ phủ, chọn carbon, đây là chất mạ phủ được tin dùng trong phân tích tia X. Nó phát ra chỉ duy nhất một peak (~0.25keV) tại điểm cuối của phổ.

Vấn đề thứ 3 là kiểu quét của kính hiển vi. Hầu hết các kính SEM có 3 kiểu tùy chọn. 1) Quét thông thường : quét phần diện tích thể hiện trên màn hình. 2) Vùng cửa sổ hoặc vùng chọn : quét theo phần trăm tổng diện tích trên màn hình và 3) Điểm : cuộn theo tọa độ X & Y được cố định tại một mức DC điều khiển được, giúp tạo lỗ xốp di chuyển được và đơn lẻ. Quét thông thường được dùng khi phân tích cả quy trình cho mẫu, trong khi kiểu vùng cửa sổ và điểm được dùng trong một vùng nhất định, như lớp phủ, phi kim loại etc..

Tia X “chấm điểm” là một kiểu đa năng của phân tích tia X, dùng để phát hiện và thể hiện thành phần của một nguyên tố đặc thù trong mẫu không đồng nhất khi các đa nguyên tố liên quan đang được phát hiện. Trong ứng dụng này, một nguyên tố đặc thù phải được chọn ngay từ đầu. Khi nguyên tố đặc thù được phát hiện, một điểm trắng sẽ được thể hiện trên màn hình SEM tại vị trí xung quanh vùng phát hiện. Chùm ánh sáng quét sẽ tăng vùng sáng đại diện cho các thành phần liên quan của nguyên tố đã chọn. Quy trình này có thể được lặp lại cho các nguyên tố khác nhau, kết quả trong biểu đồ tia X cho thấy hàm lượng của tất cả các nguyên tố thành phần.

Hình 15 biểu diễn kết quả của biểu đồ tia X trong một module nhựa đa chíp. Trong hình gồm 1) ảnh SE của vùng 2) vùng silicon Si 3) vùng đồng Cu 4) vùng Nickel Ni

Hình 11

Các lỗi thường gặp. Các gói vi điện tử là không khác với các mẫu phức tạp khác khi sử dụng các kỹ thuật không phù hợp thì sẽ tạo ra các lỗi. Bảng 5 giới thiệu 1 số lỗi thường gặp và cách khắc phục, tuy nhiên, cần sử dụng phương pháp thử để xác định cách khắc phục phù hợp.

Bảng 5

Các lỗi thường gặp

Cách khắc phục

Nhấp nhô Tối thiểu thời gian đánh bóng, sử dụng vải không lông, sử dụng hạt cắt kim cương
Biên bị bo tròn Tối thiểu thời gian đánh bóng, sử dụng vải không lông, sử dụng epoxide, giảm lực giữ
Bị ba via Giảm áp lực giữ mẫu, sử dụng SiO2, gia tăng chất bôi trơn, giảm tốc độ đĩa cắt.
Nứt và hở Làm sạch mẫu trước đúc, giảm lực giữ mẫu, tối thiểu kích cỡ hạt cắt.
Hạt cắt dính trên mặt mẫu Giảm lực giữ mẫu, sử dụng chất bôi trơn độ nhớt cao, sử dụng vải đánh bóng lông trung bình.
Xước Làm sạch vùng làm việc, làm sạch mẫu sau mỗi bước, bảo quản đĩa đánh bóng sau khi sử dụng.

Kết luận: Việc thực hiện phù hợp và tận dụng các kỹ thuật chuẩn bị mẫu kim tương sẽ cung cấp thông tin giá trị về chất lượng tổng quan của các bộ phận đóng gói vi điện tử và qui trình lắp đặt. Dữ liệu đạt được từ mặt cắt kim tương và phân tích chùm điện tử và ánh sáng phản xạ, có thể là 1 phần quan trọng của các hoạt động phân tích lỗi, chất lượng sản phẩm và qui trình, kiểm soát chất lượng chung. Vì việc chuẩn bị mẫu được quan tâm đến tất cả các loại vật liệu trong mẫu mà mặt cắt không biến dạng có thể cung cấp thông tin đầy đủ về mẫu mà các kỹ thuật phân tích khác khó có thể làm được.

Hình 12 (Sơ đồ chuẩn bị mẫu điển hình)

Bảng 3 (Miêu tả qui trình cho gói hợp kim và gốm sứ)

 

Bề mặt

Chất bôi trơn

Hạt cắt

Thời gian

Lực

Tốc độ

Hướng quay

Mài thô

bề mặt cứng nước 15µ M poly diamond (nền nước) Cho đến khi phẳng 7 psi/mẫu 120 v/p ngược chiều

PP 1

vải dệt không lông chịu bền hoá colliodal silica 6 µ poly diamond (nền nước) 5 phút 6 psi/mẫu 120 v/p Cùng hướng

PP 2

vải dệt không lông chịu bền hoá colloidal silica 1 µ poly diamond (nền nước) 4 phút 5 psi/mẫu 120 v/p Cùng hướng

Đánh bóng tinh PP 1

vải dệt không lông chịu bền hoá colloidal silica colloidal silica 8 phút 7 psi/mẫu 120 v/p Cùng hướng

Đánh bóng tinh PP2

vải lông trung bình nước 50% colloidal
silica/50% alumina
2 phút 5 psi/mẫu 90 v/p Cùng hướng

Bảng 4 (Miêu tả qui trình cho gói Nhựa)

 

Bề mặt

Chất giải nhiệt

Hạt mài

Thời gian

Lực

Tốc độ

Hướng quay

Mài thô

Bánh mài độ cứng trung bình dầu 9µM poly diamond (nền dầu) Cho đến khi phẳng 5 psi/mẫu 90 v/p ngược hướng

Qui trình 1

vải dệt không lông chịu bền hoá dầu 3µM poly diamond (nền dầu) 5 phút 5 psi/mẫu 90 v/p ngược hướng

Qui trình 2

vải dệt không lông chịu bền hoá dầu 1µM poly diamond (nền dầu) 4 phút 5 psi/mẫu 90 v/p Cùng hướng

Đánh bóng tinh PP1

vải dệt không lông chịu bền hoá colloidal silica colloidal silica 5 phút 5 psi/mẫu 90 v/p Cùng hướng

Đánh bóng tinh PP2

vải lông ít hoặc trung bình nước tinh khiết 50% colloidal
silica/50% alumina
2 phút 5 psi/mẫu 90 v/p Cùng hướng

Tài liệu được dịch từ bài viết của Robert James Burgoyne
Analog Devices, Inc.

Related Posts

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.