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)

此項技術(shù)Z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Z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，因為它在給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。事實上，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Z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Z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。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。含銀合金在相同濃度（3%（重量比））下熔點Z低。

圖 5. DSC：不同焊接合金在不同濕度環(huán)境下的熔點分析

熱重分析(TGA)

珀金埃爾默熱分析儀有助于設(shè)計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

熱機械分析(TMA)

當(dāng)材料經(jīng)受溫度變化時，TMA可精確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)，因為細金線嵌入環(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和焊料的熔點。

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材料標準試驗、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。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)計和開發(fā)階段發(fā)揮了重要作用，而且還可用于進行故障分析和質(zhì)量控制。許多標準方法都對熱分析的使用進行了描述（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“必備”試驗設(shè)備！

圖 11. 用于標準方法的熱分析儀

芯片封裝，就是把生產(chǎn)出來的集成電路裸片放到一塊起承載作用的基板上，再把管腳引出來，然后固定包裝成為一個整體。它可以起到保護芯片的作用，相當(dāng)于是芯片的外殼，不僅能固定、密封芯片，還能增強其電熱性能。因此，封裝對半導(dǎo)體集成電路而言，非常重要。

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。

通常，過程工程師將面臨以下問題：

a）特定化合物的工藝窗口是什么？

b）如何控制這個過程？

c）優(yōu)化的固化條件是什么？

d）如何縮短循環(huán)時間？

珀金埃爾默可為半導(dǎo)體封裝行業(yè)提供全面的熱分析儀解決方案，幫您輕松面對這些問題。

差示掃描量熱法（DSC）

●表征封裝材料的熱性能 

DSC數(shù)據(jù)提供了環(huán)氧樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、固化反應(yīng)的起始溫度、固化熱量和工藝ZZ溫度的信息。

●優(yōu)化制造工藝

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是衡量環(huán)氧化合物交聯(lián)密度的良好指標。DSC可用于顯示玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，在給定溫度下隨固化時間的變化情況（左）。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與溫度/時間關(guān)系曲線，可確定ZJ工藝條件（右）。

●測定焊料合金的熔點 

含有3%（重量比）銅（Cu）、銀（Ag）或鉍（Bi）的錫合金的熔點差別明顯

熱重分析法（TGA）

●研究脫氣性能和熱穩(wěn)定性 

不同的脫氣性能。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。

熱機械分析（TMA）

●測定熱膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 

環(huán)氧樹脂的TMA曲線。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)之間的拐點可以定義為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

動態(tài)力學(xué)分析（DMA）

●測量熱轉(zhuǎn)變，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶或熔化 

PCB的DMA結(jié)果

●測量內(nèi)應(yīng)力 

DMA結(jié)果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)計和開發(fā)階段發(fā)揮了重要作用，而且還可用于進行故障分析和質(zhì)量控制。許多標準方法都對熱分析的使用進行了描述。

珀金埃爾默提供全套熱分析儀器和方案，幫助用戶優(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。

想了解更多詳情，請掃描二維碼下載完整技術(shù)資料。

TG 
?研究熱降解。 
?化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的質(zhì)量變化諸如吸收、吸附、脫附。 
?樣品純度。 
DTA
?主要用于檢測轉(zhuǎn)變溫度 
?樣品純度 
DSC 
?測定主要的轉(zhuǎn)變溫度。 
?晶體相熔化熱的測定以及結(jié)晶度。 
?研究晶體動力學(xué) 
?測定熱容。 
?測定生成熱。 
?樣品純度。 
熱分析技術(shù)在材料研究中的應(yīng)用 
?熱分析技術(shù)的所有的適用性幾乎都會導(dǎo)致其在科學(xué)的每一個領(lǐng)域種得到應(yīng)用，著重強調(diào)在材料技術(shù)、材料工程以及純材料科學(xué)研究中解決問題。

面對電子半導(dǎo)體行業(yè)研發(fā)、品質(zhì)的各種觀察、分析、測量要求。

比如打線結(jié)合，BGA高度，鍍層的表面通常很難直觀地觀察及測量，但是基恩士VHX-7000N系列高清數(shù)碼顯微鏡能夠提供精 準的數(shù)據(jù)支持和高清結(jié)構(gòu)觀察。

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同時也能直接觀察和測量鍍層表面面積占比，為改善鍍層工藝提供更精 準的數(shù)據(jù)參考。

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小碳：小碳又和大家見面啦！我們的#小碳微課堂#第五期將于8月28日開課。

本期直播課，我們還將從報名觀眾中隨機抽取10名幸運兒，送出一份小禮品，快來報名吧！

（報名時，請準確填寫您的郵寄地址。獲獎名單將于9月初在微信公眾號中公布，敬請留意。）

TOC分析儀和硼分析儀

在微電子/半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用

      微電子/半導(dǎo)體超純水系統(tǒng)旨在降低水中的潛在污染物，這些污染物可能造成電子器件細微缺陷，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。

       芯片尺寸的縮小和線寬的降低，對超純水系統(tǒng)提出了更高要求，甚至需要將有機污染物控制到小于1 ppb。而為了準確檢測如此微量的指標，要求所用的分析技術(shù)能夠檢出所有有機物組分，并且讀值不受背景電導(dǎo)、pH和溶氧值變化的影響。

       總有機碳（TOC）分析儀為半導(dǎo)體超純水檢測需求提供了一種量化指標，可用于檢測污染物，并適用于故障排除，或改進水系統(tǒng)和特種化學(xué)品的處理過程。

此次直播課程中，我們將與您分享以下議題，歡迎收看：

● 微電子/半導(dǎo)體行業(yè)超純水系統(tǒng)中TOC監(jiān)測的重要性

● TOC檢測方法評審和Sievers?分析儀的解決方案

● TOC應(yīng)用在超純水系統(tǒng)中的監(jiān)測點和目的

● 硼分析儀的介紹

● TOC對廢水排放和生產(chǎn)化學(xué)品溶液純度的監(jiān)測

講師介紹

   王延弘

   項目渠道經(jīng)理

   Sievers分析儀

       王延弘經(jīng)理是蘇伊士水務(wù)技術(shù)與方案-Sievers分析儀的項目渠道經(jīng)理，具有20余年水處理工藝系統(tǒng)設(shè)計的工作經(jīng)驗，熟悉制藥和半導(dǎo)體用水處理系統(tǒng)中的預(yù)處理、反滲透、EDI、TOC等關(guān)鍵設(shè)備和儀器的性能，具有9年TOC分析儀的操作、使用和維護經(jīng)驗。

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