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法为粗糙度,用可测量的表达就是铝层表面的反射率。反射率是通过仪器测量铝层表面对光束的反射能力,表面光滑反射的光就多,反射率就大,反之表面粗糙反射光就少,反射率就小。由于芯片制造工艺控制的差异,还有就是芯片设计的差异,在铝层表面会出现如图1的这种差异。a图属于铝层粗糙度很高的状态,它的反射率测试是38;b图属于粗糙度中等的状态,它的反射率测试是98;c图属于粗糙度最低的状态,表面接近镜面,它的反射率测试是233。从三幅图片直观的看出,同一款芯片的铝层表面状态差异还是非常大的。
为了确认这三种状态的芯片铝层抗铜丝键合冲击的能力,也和前面的实验一样,在同等条件下做弹坑试验。
试验结果得出,图1c的铝层状态在各种芯片上的表现都要优于其他两种状态的铝层,抗铜丝球冲击的能力明显更强。
找出了更适合铜丝工艺的芯片铝层表面状态,需要从机理上分析原因。铝层反射率高,说明它的铝层表面更光滑,图2是在显微镜下放大100倍后的铝层表面状况,2a图为反射率低的铝层,可以看到表面铝层的颗粒比较大,突起也比较多,像平整但不齐的“沙地”;而2b图为反射率高的铝层,可以看到表面铝层的颗粒要比2a图的细腻很多,也看不到明显的突起,呈现出铝金属的银白色光泽。
从光学原理来看,2a图颗粒大的铝层由于表面凹凸不平,光线射到表面发生漫反射,从上面直射的光会向四面八方散射,从显微镜上看要暗一点;2b图颗粒细,能组成统一光滑的平面,直射的光线在它表面发生镜面反射,从显微镜看光线就很充足会亮一点。由于铝层是通过金属进行高温蒸发制作上去的,在同等条件下,颗粒小的铝层结合得会更紧密,铝金属的质地就更坚实。所以从这里分析看,致密的铝层之所以耐冲击能力要强一些,主要靠的就是致密的铝层对铜丝球的冲击力提供了更为可靠的缓冲,而疏松的铝层抵御冲击的能力要差。
为了证实铝层致密性的差异,从键合原理分析,致密的铝层应该和铜球的键合会更紧密。为了验证假设的结果,还做了致密铝层和疏松铝层的焊球剪切力对比。在同一条件下对比结果如下(如表4):
试验的假设明显成立,所以致密的铝层不仅有很强的抗铜丝冲击的能力,而且还能提高铜丝球的键合强度。
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4铝层下介质材料的分析
在试验过程中发现一个现象,就是有部分型号的芯片有弹坑损伤总出现在发射极压焊区一边的现象。从这个现象判读,芯片两个压焊区直接存在着某个方面的差异。用出现这个现象最明显的芯r
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