笔者不会在开篇中洋洋洒洒地罗列出芯片的焊接工艺和技术要求,这样的凑字数严重影响真正的专业人士的体验。
本文的核心是如何检测芯片的焊点?咱们直接进入主题。用简练的图文讲解实操步骤。

一、芯片样品
半导体工件:长方形,L32.7*W11*H2.6mm,共2个
材质:多种材质的金属、树脂、弹性体复合材料
检测对象:4个引脚的焊点
要求:检测断面的焊锡的厚度和缺陷


二、切割
设备:美国MetLab原装进口的低速精密切割机METCUT-5
切割片:美国QMAXIS的Φ4in,15HC(粒径15μm、高浓度的)金刚石切割片
切割方式:重力进给直切。非常关键的切割方式——高速的自动切割机、任何手动的切割模式,均不适合芯片的切割,尤其以微小焊点为切割对象时。重力进给的切割方式才会减小热损伤、机械损失、应力变形、焊点拉丝、树脂熔糊等现象。
操作:开机前,用单鞍夹具夹住工件,降下切割臂,先调整芯片的切割角度——焊点面与切割刃平行,锁紧切割臂的夹具螺栓。然后再用千分尺调整目标焊点与切割片的距离。注意,距离目标太远,未来研磨抛光的工作量、耗材消耗量比较大;距离目标太近,损坏样品的风险增加。所以,切割刃接近焊点边缘250μm的位置是比较安全可靠的。在METCUT-5切割机的背面按下电源开关,触摸屏显示出MetLab的Logo,触摸屏幕的任意位置,则进入操作界面。通过点击加号、减号,将切割片转速设定为200rpm,点击开始键,METCUT-5进入自动切割模式——切断自动停机,操作者可以在此期间从事下一步的准备工作。

三、镶嵌
设备:美国QMAXIS原装进口的Air-Out真空镶嵌机
辅助器具:电子秤、混合蜡纸杯、搅拌棒、注模杯、脱模剂
镶嵌料:9小时固化的、高渗透性的EpoFlow环氧树脂和固化剂,比重1~1.11
镶嵌尺寸:Φ30mm,Φ30mm的分体式注模杯其H=25.4mm,容积约18cm³
操作:确认分体式注模杯的底座和杯壁是否严密扣紧。用脱模剂瓶盖自带的棉球,将脱模剂均匀地涂抹在杯壁后,将芯片焊点朝下放在注模杯的中央位置。将混合蜡纸杯放到电子秤上,按归零键。按QMAXIS(可脉)的EpoFlow的配比指示,将环氧树脂倒入混合蜡纸杯12g,然后倒入6g的固化剂。用木质搅拌棒沿着一个方向缓慢地搅拌2分钟。将蜡纸杯放入Air-Out真空腔内,盖好穹顶,启动真空泵。几秒即将真空腔内的空气排出。关闭真空泵,保压1分钟。旋转气路开关,放入空气。这个抽真空操作可以循环多次,目的是尽可能地将混合液中的气泡挤出。视觉满意后,取出混合蜡纸杯,将注模杯放入Air-Out真空腔内,将蜡纸杯中的混合液缓慢地倒入注模杯,盖上穹顶,启动真空泵。同样地,可以循环多次地给注模杯抽真空。使EpoFlow渗透至样品的孔隙中,保护焊点的原始结构,从而避免在磨抛环节中,在机械力的作用下损坏焊点,尤其是微小的芯片焊点。

四、磨抛
设备:美国MetLab原装进口的自动磨抛机METPOL-A
力加载方式:单点力,可同时磨抛6个样品
适配盘:工作铝盘的表面粘贴磁性盘,铁盘、特氟龙铁盘、磁性背衬的磨抛盘均可直接吸附在磁性盘表面
配合耗材:美国QMAXIS原装进口的砂纸、抛光布、抛光液,具体规格型号见操作步骤
操作:共三步,研磨一步,抛光两步
第一步,CarbiPaper 砂纸,P1200,加载力:10N,时间:每1min暂停,观察一次,底盘转速:250rpm,动力头转速:60rpm,底盘与动力头的转向:同向
第二步,DuraCloth 抛光布,硬的合成压缩无纺布,无绒,磨料为PolyDia 多晶金刚石抛光液,1μm,加载力:10N,时间:6min,底盘与动力头的转速、转向:同上
第三步,MicroMet 抛光布,人造纤维植绒于棉背衬,长绒,磨料为PolyDia 多晶金刚石抛光液,0.05μm,加载力:10N,时间:5min,底盘与动力头的转速、转向:同上
研磨抛光结束后,用水冲洗试样,吹干。
五、显微观察
设备:徕卡金相显微镜Lecia DM4 M
放大倍率:25X,50X,100X,500X,1000X
相衬模式:明场

图1 焊点合格(25X)

图2 焊点不合格(25X)