混合电路铝腐蚀失效分析

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1、混合电路铝腐蚀失效分析聂瑞霞，宋春梅（中国空空导弹研究院，洛阳４７１００９）摘要：通过理化检验和模拟试验对混合电路键合失效的原因进行了分析。结果表明：电路在生产和制造过程中，由于沾污和水气导致铝腐蚀。并针对故障现象和原因，阐述了铝腐蚀失效的机理，给出了控制电路沾污和水气的措施。关键词：混合电路；铝腐蚀；沾污；水气中图分类号：ＴＮ７１０文献标志码：Ｂ文章编号：１００１４０１２（２０１１）０３０１８４０３犉犪犻犾狌狉犲犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犃犾狌犿犻狀狌犿犆狅狉狉狅狊犻狅狀狅犳犎狔犫狉犻犱犆犻狉犮狌犻狋狊犖犐犈犚狌犻狓犻犪，犛犗犖犌犆犺狌狀犿犲犻（ＣｈｉｎａＡｉｒｂｏｒｎ

2、ｅＭｉｓｓｉｌｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００９，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｂｏｎｄｉｎｇｆａｉｌｕｒｅｒｅａｓｏｎｏｆｈｙｂｒｉｄｃｉｒｃｕｉｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｐｈｙｓｉｃａｌｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｈｙｄｒｏｓｐｈｅｒｅｌｅｄｔｏａｌｕｍｉｎｕｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｙｂｒｉｄｃｉｒｃｕｉｔ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓ

3、ｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｒｅａｓｏｎ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｈｙｄｒｏｓｐｈｅｒｅｗｅｒｅｐｕｔｆｏｗａｒｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｈｙｂｒｉｄｃｉｒｃｕｉｔ；ａｌｕｍｉｎｕｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ；ｈｙｄｒｏｓｐｈｅｒｅ混合电路在生产过程中由于手印、焊剂、人体飞效，其键合失效的形貌一般如图１所示，键合所形成沫以及自然氧化等原因，其表面会形成各种沾污，包的金铝化合物（图１中的白色部分）较小，占隐约可括有机物、环氧树脂、光刻胶、焊料以及金属盐等。见的实际键合区域面积的６０％左右，且形状不

4、这些沾污会显著地影响电子元器件生产过程中的相规则。关工艺质量和可靠性，如芯片粘接强度和引线键合［１］强度等。因此，混合电路内部沾污和气氛控制，一直以来都是生产和制造过程中被密切关注和必须解决的问题。某个混合电路样品在使用过程中发生失效，经开盖检查发现金丝与芯片键合区已形成开路（金球完整地从键合区脱开），为查明失效原因，笔者对其进行了理化检验和分析。１理化检验图１键合工艺参数异常导致键合开路的失效形貌Ｆｉｇ．１Ｆａｉｌｕｒｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｂｏｎｄｉｎｇｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｕｓｅｄｂｙ１．１形貌观察ａｂｎｏｒｍａｌｂｏｎｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐａｒａｍ

5、ｅｔｅｒｓ芯片键合开路的原因主要有两种，一种是键合工艺问题导致金铝键合界面失效；一种是键合区沾如果是键合区沾污腐蚀导致的失效，常见的铝污腐蚀导致失效。腐蚀形貌有胶冻状、玻璃状和絮状三种，均呈白色。如果是因键合工艺本身问题导致键合开路的失胶冻状和玻璃状多出现在腔体内部水气含量较大的元器件内。但是大部分铝腐蚀均呈絮状。收稿日期：２０１００３３１通过光学显微镜观查金丝与芯片的键合区，如图作者简介：聂瑞霞（１９７６－），女，工程师，学士。·１８４·聂瑞霞等：混合电路铝腐蚀失效分析２所示；通过扫描电镜观察失效管脚的键合区，如图３析，如图５所示，可见，该芯片的其他键合区未受所示。可

6、见键合丝和键合球没有损伤，芯片键合区的污染。铝电极已破坏，暴露硅层，但保留完整的圆形键合区域，区域边缘存在絮状衍生物，且失效界面发生在键合区域的底部。由上述分析推断是腐蚀失效。图５其他键合区管脚的能谱Ｆｉｇ．５Ｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｏｔｈｅｒｃｈｉｐｐｉｎ１．３气氛分析图２金铝键合芯片的形貌按照ＧＪＢ２４３８《混合集成电路通用规范》的Ｆｉｇ．２ＡｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆＡｕＡｌｂｏｎｄｉｎｇｃｈｉｐ相关要求，腔体内的水气含量（体积分数）应３。腔体内的水气含量如过高，会加速≤５０００ｍＬ／ｍ电路的腐蚀。由于样品开盖前未进行气氛分析，抽取四块与失效样品同批次的混合电路

7、进行气氛分析，水气含量（体积分数）分别为２２９００，３００００，１９３００和３，均未检出Ｃｌ－。可见在产品密封腔１４０００ｍＬ／ｍ体内部不存在腐蚀性气氛，但水气含量很大。１．４理化检验结果分析图３芯片管脚键合区脱键凹坑形貌从上述试验结果可以得出：Ｆｉｇ．３Ａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｐｉｔｗｉｔｈｏｕｔｂｏｎｄｉｎｇｉｎｂｏｎｄｉｎｇ（１）由于芯片失效的键合区存在氯、钠和钾等ｚｏｎｅｏｆｃｈｉｐｐｉｎ强腐蚀离子，说明混合电路在制造过程中被沾污。（２）该型混合电路虽然有密封要求，但没有气１．２能谱分析密要求，