國儀量子電鏡在晶圓級封裝微凸點共晶融合觀測的應(yīng)用報告

一、背景介紹

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)向小型化、高性能化邁進的進程中，晶圓級封裝（WLP）技術(shù)憑借其能有效縮小芯片尺寸、降低成本以及提升電氣性能等顯著優(yōu)勢，成為先進封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。WLP 直接在晶圓上進行封裝操作，相較于傳統(tǒng)封裝方式，減少了封裝層級，縮短了信號傳輸路徑，極大提升了芯片的電學(xué)性能。在智能手機、可穿戴設(shè)備等對空間和性能要求極高的電子產(chǎn)品中，WLP 技術(shù)廣泛應(yīng)用，滿足了產(chǎn)品輕薄化、高性能的需求。

微凸點作為 WLP 實現(xiàn)芯片與基板電氣連接和機械支撐的核心結(jié)構(gòu)，其共晶融合質(zhì)量至關(guān)重要。共晶融合是指在特定溫度下，微凸點材料與對應(yīng)連接點材料發(fā)生原子擴散，形成新的合金相，實現(xiàn)可靠連接。理想的共晶融合應(yīng)形成均勻、致密的合金層，確保低電阻、高機械強度的連接。若共晶融合不完全，會導(dǎo)致微凸點與連接點之間接觸不良，增加電阻，引發(fā)信號傳輸損耗，影響芯片的正常工作。融合不均勻還可能使焊點力學(xué)性能不一致，在熱循環(huán)、機械振動等工作條件下，焊點易出現(xiàn)開裂，降低封裝可靠性。微凸點共晶融合受焊接溫度、時間、壓力以及微凸點與連接點材料特性等多種因素綜合影響。因此，精準觀測晶圓級封裝微凸點共晶融合情況，對優(yōu)化封裝工藝、提高芯片封裝質(zhì)量、推動半導(dǎo)體封裝技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要。

二、電鏡應(yīng)用能力

（一）微觀結(jié)構(gòu)成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現(xiàn)晶圓級封裝微凸點共晶融合區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)?？删_觀察到微凸點與連接點之間的界面特征，判斷界面是否清晰、平整，有無間隙或孔洞；呈現(xiàn)共晶合金層的形態(tài)，確定其是否均勻分布，有無偏析現(xiàn)象；觀察微凸點和連接點材料的微觀組織變化，判斷原子擴散情況。通過對微觀結(jié)構(gòu)的細致成像，為觀測共晶融合提供直觀且準確的圖像基礎(chǔ)。例如，清晰的界面成像有助于判斷共晶融合是否完全。

（二）共晶融合狀態(tài)分析

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠?qū)ξ⑼裹c共晶融合狀態(tài)進行深入分析。軟件通過設(shè)定合適的算法，根據(jù)共晶合金層與周圍材料在圖像中的對比度差異，識別共晶合金層的范圍和厚度。對不同位置的微凸點共晶融合區(qū)域進行測量統(tǒng)計，分析共晶融合的均勻性。例如，計算共晶合金層厚度的標準差等統(tǒng)計量，評估融合的一致性。精確的共晶融合狀態(tài)分析為評估封裝質(zhì)量提供量化數(shù)據(jù)支持，有助于確定受融合質(zhì)量影響的區(qū)域。

（三）融合與工藝參數(shù)關(guān)聯(lián)研究

SEM3200 獲取的微凸點共晶融合數(shù)據(jù)，結(jié)合實際晶圓級封裝工藝參數(shù)，能夠輔助研究共晶融合與工藝參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)。通過對不同工藝條件下微凸點共晶融合情況的對比分析，確定哪些工藝參數(shù)的變化對共晶融合質(zhì)量影響顯著。例如，發(fā)現(xiàn)焊接溫度的微小波動會導(dǎo)致共晶合金層厚度和均勻性發(fā)生明顯變化，為優(yōu)化封裝工藝參數(shù)提供依據(jù)，以實現(xiàn)高質(zhì)量的共晶融合。

三、產(chǎn)品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是晶圓級封裝微凸點共晶融合觀測的理想設(shè)備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到微凸點共晶融合微觀結(jié)構(gòu)的細微特征和融合狀態(tài)變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經(jīng)驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成觀測任務(wù)。設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，長時間連續(xù)工作仍能確保檢測結(jié)果的準確性與重復(fù)性。憑借這些優(yōu)勢，SEM3200 為半導(dǎo)體封裝企業(yè)、科研機構(gòu)提供了有力的技術(shù)支撐，助力優(yōu)化封裝工藝、提高芯片封裝質(zhì)量，推動半導(dǎo)體封裝技術(shù)的進步與發(fā)展。