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半導(dǎo)體封裝行業(yè)的熱分析應(yīng)用 半導(dǎo)體常見問題解決方法

時間:2020-07-24    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
  半導(dǎo)體業(yè)務(wù)中的典型供應(yīng)鏈, 顯示了需要材料表征、材料選擇、質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化和失效分析的不同工藝步驟
 
  熱分析在半導(dǎo)體封裝行業(yè)中有不同的應(yīng)用。使用的封裝材料通常是環(huán)氧基化合物(環(huán)氧樹脂模塑化合物、底部填充環(huán)氧樹脂、銀芯片粘接環(huán)氧樹脂、圓頂封裝環(huán)氧樹脂等)。具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性以及良好戶外性能的環(huán)氧樹脂非常適合此類應(yīng)用。固化和流變特性對于確保所生產(chǎn)組件工藝和質(zhì)量保持一致具有重要意義。
 
  通常,工程師將面臨以下問題:
 
  特定化合物的工藝窗口是什么?
 
  如何控制這個過程?
 
  優(yōu)化的固化條件是什么?
 
  如何縮短循環(huán)時間?
 
  珀金埃爾默熱分析儀的廣泛應(yīng)用可以提供工程師正在尋找的答案。
 
  差示掃描量熱法(DSC)
 
  此項(xiàng)技術(shù)適合分析環(huán)氧樹脂的熱性能,如圖1所示。測量提供了關(guān)于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、固化反應(yīng)的起始溫度、固化熱量和工藝終溫度的信息。
 
圖 1. DSC曲線顯示環(huán)氧化合物的固化特征
 
  DSC可用于顯示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,因?yàn)樗诮o定溫度下隨固化時間(圖2)的變化而變化。
 
圖 2. DSC 曲線顯示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
 
  隨著固化時間的延長而逐漸增加
 
  玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是衡量環(huán)氧化合物交聯(lián)密度的良好指標(biāo)。事實(shí)上,過程工程師可以通過繪制玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與不同固化溫度下固化時間的關(guān)系圖來確定適合特定環(huán)氧化合物的工藝窗口(圖3)。
 
圖 3. 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與不同固化溫度下的固化時間的關(guān)系
 
  如果工藝工程師沒有測試這些數(shù)據(jù),則生產(chǎn)過程通常會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低下,如圖4所示。
 
圖 4. 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與不同固化溫度下的固化時間的關(guān)系
 
  在本例中,制造銀芯片粘接環(huán)氧樹脂使用的固化條件處于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與時間的關(guān)系曲線的上升部分(初始固化過程)。在上述條件下,只要固化時間或固化溫度略有改變,就有可能導(dǎo)致結(jié)果發(fā)生巨大變化。
 
  結(jié)果就是組件在引腳框架和半導(dǎo)體芯片之間容易發(fā)生分層故障。通過使用功率補(bǔ)償DSC(例如珀金埃爾默的雙爐DSC),生成上述玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與溫度 / 時間關(guān)系曲線,可確定佳工藝條件。使用此法,即使是高度填充銀芯片粘接環(huán)氧樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變也可以被檢測出。這些數(shù)據(jù)為優(yōu)化制造工藝提供了極有幫助的信息。
 
  使用DSC技術(shù),可以將固化溫度和時間轉(zhuǎn)換至160° C和2.5小時,以此達(dá)到優(yōu)化該環(huán)氧樹脂固化條件的目的。這一變化使過程穩(wěn)定并獲得一致的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度值。在珀金埃爾默,DSC不僅被用于優(yōu)化工藝,而且還通過監(jiān)測固化產(chǎn)物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度值,發(fā)揮質(zhì)量控制工具的作用。
 
DSC 8000 差示掃描量熱儀
 
  DSC 還可以用于確定焊料合金的熔點(diǎn)。用DSC分析含有3%(重量比)銅(Cu)、銀(Ag)或鉍(Bi)的錫合金。圖5中顯示的結(jié)果表明,不同成分的合金具有非常不同的熔點(diǎn)。含銀合金在相同濃度(3%(重量比))下熔點(diǎn)低。
 
圖 5. DSC:不同焊接合金在不同濕度環(huán)境下的熔點(diǎn)分析
 
  熱重分析(TGA)
 
  珀金埃爾默熱分析儀有助于設(shè)計(jì)工程師加深對材料選擇的理解。例如,珀金埃爾默TGA 8000®(圖6)可以檢測出非常小的重量變化,并可用于測量重要的材料參數(shù),如脫氣性能和熱穩(wěn)定性。這將間接影響組件的可焊性。圖7顯示了在230°C 和260° C下具有不同脫氣性能的兩種環(huán)氧樹脂封裝材料。重量損失(脫氣)程度越高,表明與引腳框架接觸的環(huán)氧樹脂密封劑的環(huán)氧—引腳框架分離概率越高。
 
圖 6. 珀金埃爾默TGA 8000
 
圖 7. TGA結(jié)果顯示兩種材料具有不同的脫氣性能
 
  熱機(jī)械分析(TMA)
 
  當(dāng)材料經(jīng)受溫度變化時,TMA可測量材料的尺寸變化。對于固化環(huán)氧樹脂體系,TMA可以輸出熱膨脹系數(shù)(CTE)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)是非常重要的參數(shù),因?yàn)榧?xì)金線嵌入環(huán)氧化合物中,并且當(dāng)電子元件經(jīng)受反復(fù)的溫度循環(huán)時,高熱膨脹系數(shù)可能導(dǎo)致電線過早斷裂。不同熱膨脹系數(shù)之間的拐點(diǎn)可以定義為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(圖8)。TMA還可以用于確定塑料部件的軟化點(diǎn)和焊料的熔點(diǎn)。
 
圖 8. 顯 TMA 4000 測試的典型的 TMA 圖
 
  動態(tài)力學(xué)分析(DMA)
 
  選擇材料時,內(nèi)部封裝應(yīng)力也是關(guān)鍵信息。將DMA與 TMA技術(shù)結(jié)合,可以獲得關(guān)于散裝材料內(nèi)應(yīng)力的定量信息。DMA測量材料的粘彈性,并提供不同溫度下材料的模量,具體如圖9所示。當(dāng)材料經(jīng)歷熱轉(zhuǎn)變時,模量發(fā)生變化,使分析人員能夠輕松指出熱轉(zhuǎn)變,如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶或熔化。
 
圖 9. DMA 8000 測試的典型的 DMA 圖
 
  熱分析儀用于ASTM® 和IPC材料標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)、質(zhì)量控制和材料開發(fā)。圖10顯示了一個涉及熱分析儀的IPC試驗(yàn)。珀金埃爾默DMA目前已在半導(dǎo)體行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
 
圖 10. DMA:顯示透明模塑化合物的內(nèi)應(yīng)力
 
  熱分析儀是半導(dǎo)體封裝行業(yè)的重要工具。它們不僅在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段發(fā)揮了重要作用,而且還可用于進(jìn)行故障分析和質(zhì)量控制。許多標(biāo)準(zhǔn)方法都對熱分析的使用進(jìn)行了描述(圖11)。使用珀金埃爾默熱分析儀,用戶可以優(yōu)化加工條件并選擇合適的材料以滿足性能要求,從而確保半導(dǎo)體企業(yè)能夠生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品??紤]到此類分析可以節(jié)省大量成本,熱分析儀無疑是一項(xiàng)“必備”試驗(yàn)設(shè)備!
 
圖 11. 用于標(biāo)準(zhǔn)方法的熱分析儀
半導(dǎo)體電阻率測試儀的技術(shù)指標(biāo)

  半導(dǎo)體電阻率測試儀是實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)和分析導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體材料質(zhì)量的一種重要的工具。本儀器配置各類測量裝置可以測試不同材料之電阻率。半導(dǎo)體電阻率測試儀測試程序控制四探針測試儀進(jìn)行測量并采集測試數(shù)據(jù),把采集到的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中加以分析,然后把測試數(shù)據(jù)以表格,圖形直觀地記錄、顯示出來。

  半導(dǎo)體電阻率測試儀的技術(shù)指標(biāo):

  電源:220V交流

  可測晶片直徑(最大)Ф100mm,方形230×220mm

  恒流源:電流量程為0.01~1mA連續(xù)可調(diào),誤差≦±0.5%。

  數(shù)字電壓表:量程:0.1~200mV,最大分辨率:100μV

  電阻率顯示:三位半數(shù)字顯示:小數(shù)點(diǎn)、極性、過載、自動顯示0.01-199.99歐姆。厘米

  輸入抗阻:0.2mV和2mV量程:>108Ω

  測量精度:±0.1。

  最大電阻測量誤差(按JJG508-87進(jìn)行):0.1Ω、1Ω、10Ω、100Ω≤±5%讀數(shù)±2個字。

  重?fù)綑z測誤差(JJG508-87進(jìn)行):1Ω≤±1%、0.5Ω≤±0.5%、0.1Ω≤±0.1%

  測量環(huán)境:溫度23±2℃,相對濕度≤65%

標(biāo)簽: 半導(dǎo)體電阻率測試儀
半導(dǎo)體電阻率測試儀 半導(dǎo)體電阻率測試儀的技術(shù)指標(biāo)_半導(dǎo)體電阻率測試儀
半導(dǎo)體型測試儀對酒精的檢測

  酒精測試儀是一種能夠檢測氣體中酒精含量的檢測裝置,當(dāng)這一數(shù)值超過0.2mg/ml時,交警就可以判定駕駛者實(shí)在違規(guī)駕駛。

  半導(dǎo)體型酒精測試儀采用氧化錫半導(dǎo)體作為傳感器,這類半導(dǎo)體器件具有氣敏特性,當(dāng)接觸的氣體中其敏感的氣體濃度增加;

  它對外呈現(xiàn)的電阻值就降低,半導(dǎo)體型呼氣酒精測試儀就是利用這個原理做成的。

  這種半導(dǎo)體在不同工作溫度時,對不同的氣體敏感程度是不同的;

  因此半導(dǎo)體型呼氣酒精測試儀中都采用加熱元件,把傳感器加熱到一定的溫度,在該溫度下,該傳感器對酒精具有最高的敏感度。

  所以,可以通過鍵盤來設(shè)定不同環(huán)境中酒精濃度的不同閥值。

  如果所檢測到的空氣中的酒精濃度超過了所設(shè)定的閥值,那么單片機(jī)將會控制蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警,用來提示危害。

標(biāo)簽: 測試儀
測試儀 半導(dǎo)體型測試儀對酒精的檢測_測試儀

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