Pengesanan awal kakisan sambungan baji Cu dalam pempakejan semikonduktor

Abstract

Ujian dipercepat tegasan tinggi tidak terpincang (u-HAST) dan ujian rendaman kelembapan, ujian kelembapan tak terpincang biasa digunakan sebagai ujian tegasan persekitaran untuk menilai risiko kakisan dan kualiti integriti pakej sebagai sebahagian daripada keperluan AEC-Q101E. Ikatan wayar kuprum (Cu) lebih mudah terdedah kepada kakisan baji di bawah keadaan lembap berbanding dengan ikatan wayar emas (Au). Gejala kakisan ini biasanya berlaku selepas beberapa bulan penyimpanan (empat hingga enam bulan) dan kegagalan hanya dapat dikesan semasa proses pemasangan produk. Pengesanan kakisan awal dalam pakej semikonduktor merupakan satu matlamat penting bagi industri pembuatan semikonduktor kerana membolehkan ramalan aktiviti kakisan sebelum produk meninggalkan tempat pemasangan. Walau bagaimanapun, prosedur piawai sedia ada tidak dapat mengesan aktiviti awal kakisan. Objektif kajian ini bertujuan mengenal pasti ujian tegasan persekitaran yang sesuai untuk mereplikasi kaedah pengesanan awal kakisan sambungan baji Cu bagi sistem Cu-Ag pakej semikonduktor. Kajian ini melibatkan pendedahan sebanyak 400 sampel pakej semikonduktor kepada dua jenis ujian tegasan persekitaran tak terpincang, iaitu u-HAST dan ujian kelembapan rendaman. Ujian elektrik terhadap sampel dijalankan sebelum dan selepas sela masa ujian tegasan, iaitu selama 24, 96 dan 168 jam. Sampel yang menunjukkan tiada kegagalan selepas ujian elektrik akan menjalani dekapsulasi mekanik untuk analisis lanjut. Analisis titik dew dilakukan melalui data bebuli basah dan bebuli kering untuk mendapatkan nilai kandungan kelembapan setara. Mikrostruktur ikatan baji dan pinggir kawasan saduran Ag dicirikan menggunakan mikroskop optik dan mikroskop elektron imbasan (SEM). Kehadiran produk kakisan pada kawasan permukaan baji dan pinggir penyaduran Ag yang mengelilingi permukaan baji dicirikan dengan serakan tenaga sinar-X (EDX) dan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS). Penemuan kajian ini menunjukkan bahawa ujian rendaman kelembapan memberikan petunjuk aktiviti kakisan yang lebih baik berbanding dengan u-HAST. Ujian kelembapan rendaman (55ºC/85%RH) menunjukkan pengesanan kakisan yang lebih tinggi pada pakej semikonduktor, SOT23 berbanding dengan u-HAST. Hasil keputusan kajian ini menggariskan kepentingan melaksanakan ujian rendaman kelembapan (55ºC/85%RH) sebagai keadaan persekitaran bagi kaedah pengesanan awal yang berkesan untuk kakisan ikatan baji dalam sistem Cu-Ag dalam industri semikonduktor. Analisis lanjut telah dijalankan untuk memahami hubungan antara kandungan kelembapan, ujian parameter ujian rendaman kelembapan dan perubahan warna ikatan baji Cu serta pinggir saduran Ag. Hasil keputusan menunjukkan nilai kandungan kelembapan keseimbangan sebanyak 15.8% telah menghasilkan perubahan warna pada ikatan baji. Analisis XPS menunjukkan kehadiran CuSO4 dan CuS telah mengesahkan bahawa perubahan warna mempunyai hubung kait dengan aktiviti kakisan awal ikatan baji Cu. Dapatan kajian ini menunjukkan bahawa ujian rendaman kelembapan, dengan mengambil kira nilai kandungan kelembapan keseimbangan, dapat digunakan sebagai kaedah untuk mengesan kakisan pada ikatan baji Cu dalam pakej semikonduktor.