半導(dǎo)體是電子產(chǎn)品的核心，信息產(chǎn)業(yè)的基石

      把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)，這便是集成電路，也叫做芯片和IC。集成電路中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。

 電子產(chǎn)品的核心，信息產(chǎn)業(yè)的基石

       以智能手機(jī)為例，諸如驍龍、麒麟、蘋果A系列CPU為微元件，手機(jī)基帶芯片和射頻芯片是邏輯IC；通常所說(shuō)的2G或者4G運(yùn)行內(nèi)存RAM為DRAM，16G或者64G存儲(chǔ)空間為NANDflash；音視頻多媒體芯片為模擬IC。以上這些統(tǒng)統(tǒng)是屬于半導(dǎo)體的范疇。

集成電路工序多、種類多、換代快、投資大

簡(jiǎn)單的講，電子制造產(chǎn)業(yè)包括：原材料砂子-硅片制造-晶圓制造-封裝測(cè)試-基板互聯(lián)-儀器設(shè)備組裝。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要為設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)以及上游的材料和設(shè)備。

      以臺(tái)積電為例，晶圓制造的制程每隔幾年便會(huì)更新?lián)Q代一次。近幾年來(lái)?yè)Q代周期縮短，臺(tái)積電2017年10nm已經(jīng)量產(chǎn)，7nm將于今年量產(chǎn)。蘋果iPhoneX用的便是臺(tái)積電10nm工藝。除了晶圓制造技術(shù)更新?lián)Q代外，其下游的封測(cè)技術(shù)也不斷隨之發(fā)展。

            除了制程，建設(shè)晶圓制造產(chǎn)線還需要事先確定一個(gè)參數(shù)，即所需用的硅片尺寸。硅片根據(jù)其直徑分為6寸（150mm）、8寸（200mm）、12寸（300mm）等類型，目前市場(chǎng)12寸為主流，中低端市場(chǎng)則一般采用8寸。晶圓制造產(chǎn)線的制程和硅片尺寸這兩個(gè)參數(shù)一旦確定下來(lái)一般無(wú)法更改，因?yàn)槿绻慕?，則投資規(guī)模相當(dāng)于新建一條產(chǎn)線。

      集成電路設(shè)計(jì)存在技術(shù)和市場(chǎng)兩方面的不確定性。一是流片失敗的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，即芯片樣品無(wú)法通過(guò)測(cè)試或達(dá)不到預(yù)期性能。對(duì)于產(chǎn)品線尚不豐富的初創(chuàng)設(shè)計(jì)企業(yè)，一顆芯片流片失敗就可能導(dǎo)致企業(yè)破產(chǎn)。二是市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，芯片雖然生產(chǎn)出來(lái)，但沒(méi)有猜對(duì)市場(chǎng)需求，銷量達(dá)不到盈虧平衡點(diǎn)。對(duì)于獨(dú)立的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)而言，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)比技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)更大。對(duì)于依托整機(jī)系統(tǒng)企業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)而言，芯片設(shè)計(jì)的需求相對(duì)明確，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。

現(xiàn)代微電子器件的復(fù)雜性

 絕大多數(shù)微電子器件都是由多種元件組成的復(fù)合材料,可以說(shuō),微電子材料囊括了范圍極為廣泛的各種材料,這些材料的力學(xué)性能又極不相同。因此,對(duì)于這類材料的顯微試樣,實(shí)際上不可能制定出一個(gè)能獲得理想結(jié)果的通用制備方案。

IC封裝顯微試樣切割

1.為使切割變形損傷減至最小,應(yīng)使用ISOMET系列低速精密切割機(jī)

2.為獲得合理的切割速率,使切割片上的金剛石磨料顆粒承受較高的負(fù)載,應(yīng)使用10 LC 低濃度金剛石切割片

IC封裝顯微試樣鑲嵌

2.冷鑲嵌樹(shù)脂的選用

1)低峰值溫度,<90?C

2)低收縮

3)低粘度

4)透明

5)低磨耗因子(µm/min)     EpoThin  Epoxicure  Epo-Kwick

IC封裝顯微試樣的磨光和拋光

IC封裝的分類：

厚封裝—成型材料的體積分?jǐn)?shù)大于30%

薄封裝—成型材料的體積分?jǐn)?shù)小于30%

成型材料(molding compound)的基體為環(huán)氧樹(shù)脂,填料有硬而脆的氧化鋁或氧化硅。用SiC砂紙磨光時(shí),使用壽命會(huì)相當(dāng)短,因?yàn)槠扑榈哪チ项w粒會(huì)進(jìn)一步在表面造成損傷。

封裝試樣的磨光：

厚封裝與薄封裝試樣的磨光階段都是三道工序,厚封裝試樣使用的制備表面有 Texmet P 和 Texmet; 所用的金剛石磨料粒度分別為15 µm, 9 µm, 和 3 µm.而薄封裝試樣的前兩道工序分別使用 800# 和1200# 的SiC 砂紙,其粒度分別為12 µm 和 7 µm, 只有最后一道工序使用Texmet 和 3 µm 金剛石磨料。

封裝試樣的拋光

厚封裝與薄封裝試樣的拋光工序使用相同的制備表面和磨料, 即 Mastertex 短絨毛拋光織物和Mastermet 2 懸浮液 (0.02 µm SiO2),拋光液中還可以加入 2% 至 3% 的氨水和過(guò)氧化氫,以提高拋光效果。

        我們應(yīng)當(dāng)把注意力集中在少數(shù)幾種材料上。首先要考慮的材料就是硅,硅是一種比較硬而脆的材料,不適于用粗碳化硅砂紙進(jìn)行磨光。否則砂紙上粘接牢固的磨料顆粒會(huì)使硅試樣的前緣受到很大的沖擊損傷,并在硅試樣的末緣產(chǎn)生具有破壞性的深裂紋。

        最好采用精密切割,以便盡可能接近目標(biāo)位置(應(yīng)使用微電子器件專用切割片), 但是仍需使用細(xì)磨料進(jìn)行磨光,從而能準(zhǔn)確地接近目標(biāo)位置。

       因此,硅試樣的制備有兩類很不相同的方法:

1. 采用傳統(tǒng)金相技術(shù);

2. 采用特殊的夾具和磨料制備未經(jīng)封裝的硅晶片

       用環(huán)氧樹(shù)脂封裝的硅試樣的標(biāo)準(zhǔn)制備方法與常用的試樣制備方法類似,例外是只能使用細(xì)粒度磨料進(jìn)行磨光,以下是兩個(gè)典型的制備方案。

         對(duì)于微電子器件中的硅晶片部分,膠體狀非晶態(tài)二氧化硅懸浮液的拋光效果優(yōu)于氧化鋁懸浮液。但是如果需要檢驗(yàn)硅晶片與鍍鎳的銅引線支架連接的部分,則需要用氧化鋁懸浮液拋光,以防止鎳產(chǎn)生塑性流變,而此時(shí)硅晶片部分的拋光效果則屬次要。

        對(duì)于微電子器件中的鋁薄膜電路部分, 膠體狀非晶態(tài)二氧化硅懸浮液的拋光效果很好;但是對(duì)于鎢和鈦-鎢及其周圍材料,則容易造成難熔金屬的表面浮凸和邊緣圓角,不利于分析界面組織,解決的辦法就是使用粒度極細(xì)的金剛石懸浮液進(jìn)行拋光。

微電子器件封裝中的低熔點(diǎn)鉛基焊料可分為兩類:

1. 焊料為共晶成分或接近共晶成分此時(shí)制備方案一仍適用,采用膏狀磨料是為了避免磨料和碎屑嵌入延性好的金屬,同時(shí)應(yīng)盡量少加潤(rùn)滑劑。

2. 含90-97%Pb的高溫焊料這種材料的試樣制備比較困難,需要特別予以關(guān)注。此時(shí)應(yīng)采用制備方案二。

       當(dāng)器件中包含陶瓷封裝時(shí),陶瓷和磨料的碎屑容易嵌入焊料。此時(shí)不宜使用碳化硅磨料進(jìn)行磨光,因?yàn)樘蓟璧挠捕葍H僅略高于典型的封裝材料,但是卻脆得多。

        當(dāng)碳化硅磨料顆粒破碎時(shí),會(huì)產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)的碎屑并深深地嵌入焊料中而不易除去。此外,碳化硅磨料并不能對(duì)陶瓷封裝進(jìn)行有效的磨光,從而在與焊料的界面處產(chǎn)生過(guò)分的邊緣圓角。

        金剛石磨料的形狀更接近于塊狀,其優(yōu)異的材料去除能力可使陶瓷-焊料界面保持平坦.它的碎屑即使嵌入焊料,也更容易被除去。因此,使用金剛石磨光膏在ApexHercules S 磨光盤上磨光時(shí),陶瓷部分可獲得良好的制備效果。

        與陶瓷連接的高溫焊料部分拋光后容易產(chǎn)生不希望有的邊緣圓角,但是卻無(wú)法避免。如果使用硬挺的拋光表面,可以減輕上述缺點(diǎn),但是嵌入焊料的碎屑又會(huì)增加。解決的辦法就是反復(fù)進(jìn)行磨光-拋光-磨光-拋光,直至獲得理想的結(jié)果。

兩個(gè)基本事實(shí)

1.不要期望能將一塊試樣中不同類型材料的所有磨痕全部去除；

2.不要期望能得到一個(gè)平坦表面。

電子材料試樣制備小竅門

       根據(jù)最需要檢驗(yàn)或觀察的部位選用適宜的拋光懸浮液。例如,膠體狀二氧化硅懸浮液最適宜用來(lái)拋光硅,玻璃,氧化物和鋁等.。在一定程度上也可用于銅。但是如果用于鍍鎳層和金球,則會(huì)產(chǎn)生塑性流變。 這時(shí)就應(yīng)使用氧化鋁懸浮液,以獲得平坦而無(wú)劃痕的表面。