常見芯片開封技術及儀器簡介
Wayne Zhang（似空科學儀器（上海）有限公司） 2022.10.11
芯片失效分析（FA, Failure Analysis）的常見方法中，包含非破壞性分析（無損檢測，如超聲波、X-RAY分析）、破壞性物理分析（有損檢測，如芯片開封/開蓋、切片制樣）、I-V電氣特性分析、EMMI微光檢測等。 其中芯片開封/開蓋分析是DPA（破壞性物理分析）的重要手段，是研究芯片封裝效果和技術的一種必要方法。 本文簡單概述常見芯片開封技術和儀器。
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1、機械開封
其原理是用應力直接去除芯片的封裝材料，屬于物理開封。常規機械工具及專用切割、研磨、銑刨、拋光等儀器就可應用于這種方式。 其優點是簡單直觀，根據精度要求，可選儀器價格范圍很寬（甚至拿把螺絲刀也可以，在特殊情況下）。 缺點是開封的幾何形狀不太容易控制，總體來講精度比較低，容易導致對應力敏感的樣品破碎，或者由于儀器需要用耗材而造成“二次污染”。 當然，這個領域也有精度可達1微米，幾何形狀可編程的儀器，比如，美國ALLIED公司的銑削、研磨、拋光一體機X-PREP。但這種高端儀器，價格幾十萬美元，且對“敏感單位”禁運。 |
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2、化學開封
其原理是用硝酸、硫酸及其混合液對芯片封裝材料進行腐蝕，屬于化學開封。 優點是沒有物理應力，不會造成樣品破碎，并且不會傷害硅等耐酸的半導體材料的電氣特性。 缺點是所用材料為強酸，對人體危害大，建立實驗室和購買耗材收到政府嚴格管控，開封速度較慢，如果芯片中有耐酸性不好的走線則需要特殊處理。另外，其開封效果受到四種參數的影響，包括酸配比、流速、溫度、腐蝕時長，對操作人員有一定的經驗要求。 目前該領域沒有國產的專用儀器，市面上常見的是美國NISENE的JetEtch系列和美國RKD的Elite Etch系列。
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3、激光開封
其原理是用高能激光灼燒局部區域導致塑封材料粉碎脫落。 優點是效率高，幾何形狀可編輯，沒有二次污染，不需要強酸暴露，屬于物理開封。 缺點是會產生局部高溫，容易導致半導體材料電氣屬性失效，所以一般只能開封到半導體材料表面，后續殘留封裝材料需要其它手段去除。 該領域的專用設備供應商國內外都有，目前國產化程度越來越高，價格相比進口設備有了明顯下降，并且性能和實用性已經和進口設備沒有差距。
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4、等離子開封
其原理是通過電場功率將反應氣體離子化后與需要去除的材料接觸并產生化學反應而揮發。總體上屬于化學開封，也有同時采用化學和物理機制的。 優點是沒有物理應力，精細化程度高，不攻擊敏感材料，可到達細孔凹陷部位。 缺點是速度慢，價格昂貴。 該領域的專用設備供應商主要來自歐洲和美國。
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5、離子開封
其原理是通過高壓電場加速帶電離子，用其轟擊目標材料，使它們脫落。本質上是物理開封，帶有某些化學效果。 優點是精度非常高，可處理多種目標材料。 缺點是不容易控制幾何形狀，速度慢，儀器價格昂貴。 該領域的專用設備供應商主要來自日本、歐洲和美國。
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