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半导体业务中的典型供应链， 显示了需要材料表征、材料选择、质量控制、工艺优化和失效分析的不同工艺步骤

热分析在半导体封装行业中有不同的应用。使用的封装材料通常是环氧基化合物（环氧树脂模塑化合物、底部填充环氧树脂、银芯片粘接环氧树脂、圆顶封装环氧树脂等）。具有优异的热稳定性、尺寸稳定性以及良好户外性能的环氧树脂非常适合此类应用。固化和流变特性对于确保所生产组件工艺和质量保持一致具有重要意义。

通常，工程师将面临以下问题：

特定化合物的工艺窗口是什么？

如何控制这个过程？

优化的固化条件是什么？

如何缩短循环时间？

珀金埃尔默热分析仪的广泛应用可以提供工程师正在寻找的答案。

差示扫描量热法(DSC)

此项技术Z适合分析环氧树脂的热性能，如图1所示。测量提供了关于玻璃化转变温度(Tg)、固化反应的起始温度、固化热量和工艺Z终温度的信息。

图 1. DSC曲线显示环氧化合物的固化特征

DSC可用于显示玻璃化转变温度，因为它在给定温度下随固化时间（图2）的变化而变化。

图 2. DSC 曲线显示玻璃化转变温度

随着固化时间的延长而逐渐增加

玻璃化转变温度(Tg)是衡量环氧化合物交联密度的良好指标。事实上，过程工程师可以通过绘制玻璃化转变温度与不同固化温度下固化时间的关系图来确定Z适合特定环氧化合物的工艺窗口（图3）。

图 3. 玻璃化转变温度与不同固化温度下的固化时间的关系

如果工艺工程师没有测试这些数据，则生产过程通常会导致产品质量低下，如图4所示。

图 4. 玻璃化转变温度与不同固化温度下的固化时间的关系

在本例中，制造银芯片粘接环氧树脂使用的固化条件处于玻璃化转变温度与时间的关系曲线的上升部分（初始固化过程）。在上述条件下，只要固化时间或固化温度略有改变，就有可能导致结果发生巨大变化。

结果就是组件在引脚框架和半导体芯片之间容易发生分层故障。通过使用功率补偿DSC（例如珀金埃尔默的双炉DSC），生成上述玻璃化转变温度与温度 / 时间关系曲线，可确定Z佳工艺条件。使用此法，即使是高度填充银芯片粘接环氧树脂的玻璃化转变也可以被检测出。这些数据为优化制造工艺提供了极有帮助的信息。

使用DSC技术，可以将固化温度和时间转换至160° C和2.5小时，以此达到优化该环氧树脂固化条件的目的。这一变化使过程稳定并获得一致的玻璃化转变温度值。在珀金埃尔默，DSC不仅被用于优化工艺，而且还通过监测固化产物的玻璃化转变温度值，发挥质量控制工具的作用。

DSC 8000 差示扫描量热仪

DSC 还可以用于确定焊料合金的熔点。用DSC分析含有3%（重量比）铜(Cu)、银(Ag)或铋(Bi)的锡合金。图5中显示的结果表明，不同成分的合金具有非常不同的熔点。含银合金在相同浓度（3%（重量比））下熔点Z低。

图 5. DSC：不同焊接合金在不同湿度环境下的熔点分析

热重分析(TGA)

珀金埃尔默热分析仪有助于设计工程师加深对材料选择的理解。例如，珀金埃尔默TGA 8000®（图6）可以检测出非常小的重量变化，并可用于测量重要的材料参数，如脱气性能和热稳定性。这将间接影响组件的可焊性。图7显示了在230°C 和260° C下具有不同脱气性能的两种环氧树脂封装材料。重量损失（脱气）程度越高，表明与引脚框架接触的环氧树脂密封剂的环氧—引脚框架分离概率越高。

图 6. 珀金埃尔默TGA 8000

图 7. TGA结果显示两种材料具有不同的脱气性能

热机械分析(TMA)

当材料经受温度变化时，TMA可精确测量材料的尺寸变化。对于固化环氧树脂体系，TMA可以输出热膨胀系数(CTE)和玻璃化转变温度。环氧树脂的热膨胀系数是非常重要的参数，因为细金线嵌入环氧化合物中，并且当电子元件经受反复的温度循环时，高热膨胀系数可能导致电线过早断裂。不同热膨胀系数之间的拐点可以定义为玻璃化转变温度（图8）。TMA还可以用于确定塑料部件的软化点和焊料的熔点。

图 8. 显 TMA 4000 测试的典型的 TMA 图

动态力学分析(DMA)

选择材料时，内部封装应力也是关键信息。将DMA与 TMA技术结合，可以获得关于散装材料内应力的定量信息。DMA测量材料的粘弹性，并提供不同温度下材料的模量，具体如图9所示。当材料经历热转变时，模量发生变化，使分析人员能够轻松指出热转变，如玻璃化转变温度、结晶或熔化。

图 9. DMA 8000 测试的典型的 DMA 图

热分析仪用于ASTM® 和IPC材料标准试验、质量控制和材料开发。图10显示了一个涉及热分析仪的IPC试验。珀金埃尔默DMA目前已在半导体行业得到广泛应用。

图 10. DMA：显示透明模塑化合物的内应力

热分析仪是半导体封装行业的重要工具。它们不仅在设计和开发阶段发挥了重要作用，而且还可用于进行故障分析和质量控制。许多标准方法都对热分析的使用进行了描述（图11）。使用珀金埃尔默热分析仪，用户可以优化加工条件并选择合适的材料以满足性能要求，从而确保半导体企业能够生产出高品质的产品。考虑到此类分析可以节省大量成本，热分析仪无疑是一项“必备”试验设备！

图 11. 用于标准方法的热分析仪

面对电子半导体行业研发、品质的各种观察、分析、测量要求。

比如打线结合，BGA高度，镀层的表面通常很难直观地观察及测量，但是基恩士VHX-7000N系列高清数码显微镜能够提供精 准的数据支持和高清结构观察。

金线高度检测

BGA高度检测

同时也能直接观察和测量镀层表面面积占比，为改善镀层工艺提供更精 准的数据参考。

连接器镀层检测

电阻率是决定半导体材料电学特性的重要参数，为了表征工艺质量以及材料的掺杂情况，需要测试材料的电阻率。

四探针法是目前测试半导体材料电阻率的常用方法，因为此法设备简单、操作方便、测量精度高且对样品形状无严格要求。

四探针法操作规范：要求使用四根探针等间距的接触到材料表面；在外边两根探针之间输出电流的同时，测试中间两根探针的电压差；通过样品的几何参数，输出电流源和测到的电压值来计算得出电阻率。

1、 四探针法测试系统需要哪些设备？

四探针法测试系统结构

今天给大家介绍的四探针法测试系统主要由吉时利源表、四探针台和上位机软件组成。四探针可以通过前面板香蕉头或后面板排线接口连接到源表上。

2、 吉时利源表为何能被应用于四探针法呢？

吉时利源表智能触屏界面提供I-V示图功能

很多工程师都选吉时利公司开发的高精度源表，源于它能够简化测试连接，得到准确的测试结果。吉时利源表既可以在输出电流时测试电压，也可以在输出电压时测试电流。输出电流范围从皮安级到安培级可控，测量电压分辨率高达微伏级。吉时利源表支持四线开尔文模式，因此很适合四探针法测试。这里配置的是吉时利2400系列的源表（2450/2460）。

3、四探针法测试方案能带来哪些好处？

读数便捷：系统提供上位机软件，内置电阻率计算公式，符合国标硅单晶电阻率测试标准，测试结束后直接从电脑端读取计算结果，方便后续数据的处理分析

精度高：提供正向/反向电流换向测试，可以通过电流换向消除热电势误差影响，提高测量精度值

适用性强：四探针头采用碳化钨材质，间距 1 毫米，探针位置稳定。采用悬臂式结构，探针具有压力行程。针对不同材料的待测件，提供多种不同间距，不同针尖直径的针头选项

灵活性好：探针台具备粗/细两级高度调整，细微调整时，高度分辨率高达 2 微米，精密控制探针头与被测物之间的距离，防止针头对被测物的损害

误差更小：载物盘表面采用绝缘特氟龙图层，降低漏电流造成的测试误差

以上内容由西安安泰测试整理，如想了解吉时利源表更多应用，欢迎咨询安泰测试网。

Bruker Dektak XT台阶仪在半导体芯片中的应用

台阶仪（探针式轮廓仪）通过记录探针在物体表面的垂直位移，从而达到测量物体表面台阶高度、粗糙度等物理参数的目的。主要用于薄膜材料厚度（2D）测量和表面形貌测量（3D）。台阶仪可精确获得定量的台阶高度、线粗糙度、薄膜曲率半径，测量薄膜应力等。Bruker Dektak XT台阶仪由于其操作简单、分辨率高及重复性良好等优点，被广泛用于半导体、微电子、太阳能、LED、触摸屏、医疗等领域。 Bruker Dektak XT台阶仪有以下特点：

• 高度方向采用先进的LVDT线性位移传感器，该传感器因其结构为无接触式，使其具有无摩擦、无磨损等特点。

• 台阶高度重现性小于4Å。

• 垂直分辨率高达1 Å。

• 标配探针更换工具，保证探针更换安全快捷。

• 标配薄膜应力测试功能。

• 精简的Vision64 软件系统，结合智能结构， 具备可视化工作流程及各种自助设定功能，以满足用户快速并全面进行数据收集和分析。

  
  

 近年来，为了打破国外对我国半导体芯片技术封锁，解决“卡脖子”问题，国家加大对半导体芯片行业的投入。在政府的鼓励及扶持下，各地半导体企业数量也来越多，规模及产能也越来越大。 

晶圆在生产制造的过程中，会对晶圆进行镀膜以及刻蚀工艺，镀膜后要进行膜厚的测量，刻蚀后要进行刻蚀的深度等进行测量，从而判断是否满足工艺要求。台阶仪因其使用方便、快捷、准确等特点，而成为工程师们测膜的选择。

Bruker Dektak XT台阶仪在使用过程中操作简单，整个测试过程在可通过CCD在软件界面中实时观测。

上海尔迪仪器科技有限公司是bruker台阶仪Dektak的授权代理商，bruker台阶仪Dektak在上海尔迪仪器科技有限公司可以购买！

上海尔迪仪器科技有限公司为您提供一站式采购服务，欢迎各位前来咨询！更多详细资料，可联系我司，拨打电话021-61552797！

吉时利功率数字源表2657A为吉时利2600A系列高速、精密源测量单元数字源表系列产品增加了高电压功能。此系列仪器能帮助吉时利客户分析范围更宽的功率半导体器件和材料。2657A内建3,000V、180W源，支持以极低的成本向被测器件输出5倍于接近竞争系统的功率，并且，构建至2657A的精密、高速6位半测量引擎的1fA（飞安）电流测量分辨率满足了下一代功率半导体器件的低漏电要求。

2657A专门做了这些优化：二极管、FETs和IGBTs等功率半导体器件的高压测试应用以及氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等新材料及其它复合半导体材料和器件的特性分析。而且，2657A还适于高速瞬态分析以及在高达3000V的各种电子器件上进行故障测试和漏电测试。

类似于2600A系列的其它产品，2657A提供了极高的灵活性、四象限电压和电流源/负载，外加精密电压计和电流计。2657A在一个全机架机箱中整合了多种仪器功能：半导体特性分析仪、精密电源、真电流源、6位半DMM、任意波形发生器、电压或电流脉冲发生器、电子负载和触发控制器，而且通过吉时利的TSP-Link®技术完全可扩展至多通道、紧同步系统。与功率相对有限的同类竞争方案所不同的是，2657A的源或阱能力高达180W直流功率(±3,000V@20mA，±1500V@120mA)。而且，2657A具有1fA分辨率，甚至在输出3000V高压的同时还能快速、准确地进行亚皮安级电流测量。

数字化或集成测量模式

对于瞬态和稳态特性分析（包括快速变化的热效应）而言，2657A可以选择数字化测量模式或集成测量模式。每种模式由两个独立的模数转换器(ADC)定义：一个用于电流，另一个用于电压，这两个ADC同步工作并在不牺牲测试吞吐量的前提下确保源回读的准确性。数字化测量模式的18bit模数转换器支持1毫秒每点的采样，使用户能同步采样电压和电流瞬时值。反之，竞争方案通常须对多个读数取平均值后得出结果，所以竞争方案的瞬态特性分析速度不够快。基于22bit模数转换器且为整个2600A系列仪器所共有的集成测量模式，优化了2657A在需要高测量准确度和分辨率应用中的操作，确保了下一代功率半导体器件常见的极低电流和极高电压的高精密测量。

强大的测试开发工具

无需安装软件或使用吉时利基于LXI的I-V测试软件工具TSP Express编程就能实现基本的器件特性分析。用户只需将PC连接至LXI LAN端口并用任意支持Java的Web浏览器即能访问TSP Express。测试结果可以用图形方式或列表方式查看，然后导出为电子表格应用的.csv文件。

2657A提供创建测试序列的两种附加工具：测试脚本生成器应用（用于创建、修改、调试、运行和管理TSP脚本）和基于IVI的LabVIEW®驱动程序（简化了将2657A集成至LabVIEW测试序列）。测试脚本生成器应用的新调试功能使测试项目开发更方便并且更有成效。

ACS软件基础版也是元器件特性分析的一个选件。新发布版具有的丰富特性便于分析高电压和大电流元器件。已更新的附带测量库用于支持高压2657A和大电流2651A高功率数字源表的直流和脉冲工作模式。通过测试大多数器件的输入、输出和传输特性，这些测量库支持FETs、BJT、二极管、IGBTs等各种功率器件。一种特殊的“追踪模式”用简单滑动条实现对仪器电压或电流输出的实时控制。

灵活、准确度高的连接和探测方案

2657A能通过兼容现有高压测试应用的标准安全高压(SHV)同轴电缆连接至测试系统的其它仪器。但是，对于需要从测量仪器的小电流测量中实现性能大化的应用而言，吉时利还提供了专门的高压三轴（防漏电）的连接以佳化2657A的测量准确度。

新型8010高功率器件测试夹具选件能连接高达3000V或100A的测试封装高功率器件，可以更安全、更容易地配置包含高电压2657A，一台或两台大电流2651A测量仪器以及多达3台低功率SMU仪器（其它2600A系列仪器或4200-SCS半导体特性分析系统）的器件测试系统。除了标准的香蕉头跳线外，8010的后面板示波器和散热探针端口简化了DUT深入特性分析的系统集成。8010具有完整的安全互锁功能。为防止在发生器件故障时损坏测量仪器，8010的集成保护电路防止2600A系列仪器的较低电压输入端口被2657A输出的高压损坏。而且，独立保护模块简化了多台SMU与第三方探测台、元器件机械手或其它测试夹具的连接。

以上内容由西安安泰测试整理，如果您在吉时利源表选型或者使用过程中有什么问题欢迎咨询安泰测试技术工程师。

半导体材料与器件是现代自动化、微电子学、计算机、通讯等设备仪器研制生产的基础材料及核心部件，具有专门的生产设备、工艺和方法，在现代各方面得到大量的研究和应用。作为现代信息技术产业的基础，半导体产业已成为社会发展和国民经济的基础性、战略性和先导性产业，是现代日常生活和未来科技进步必不可少的重要组成部分；伴随着全 球科技逐渐进步，全 球范围内半导体产业规模基本都保持着持续扩张态势。

为加速国内半导体材料及器件发展，促进国内半导体材料与器件领域的人员互动交流，推动我国半导体行业的高质量发展。TA仪器将参加2022年12月20日举办的“第三届半导体材料与器件研究及应用”主题网络研讨会，围绕半导体行业材料的力学及热性能评估展开。材料的玻璃化转变、热分解温度、热膨胀系数、吸湿性、模量等参数，决定了材料的稳定性和最 终使用性能，报告也将介绍如何使用热分析和力学表征设备得到这些重要相关参数。  

相信这些热点议题，将为国内广大半导体材料与器件研究、应用及检测的相关工作者提供一个非常好的学习交流机会。

讲座预告

 讲座时间：

• 2022年12月20日（周二），10:00--10:30

 讲座主题：

• 半导体材料的力学及热性能评估 — Thermal analysis and beyond

 主讲人：

苏思伟

TA仪器热分析高级技术专家

北京航空航天大学材料科学与工程学院硕士，现任美国TA仪器热分析高级应用专家。负责中国南方区的热分析应用技术支持，教授热分析技术培训课程几十场，长期从事各类材料的热分析、力学性能表征及失效分析等工作。以第 一作者身份发表在《Matter》的仿生材料研究被《每日科学》等多家国际媒体报道。

失效分析是对于电子元件失效原因进行诊断，在进行失效分析的过程中，往往需要借助仪器设备，以及化学类手段进行分析，以确认失效模式，判断失效原因，研究失效机理，提出改善预防措施。其方法可以分为有损分析，无损分析，物理分析，化学分析等。其中在进行微观形貌检测的时候，尤其是需要观察断面或者内部结构时，需要用到离子研磨仪+扫描电镜结合法，来进行失效分析研究。

离子研磨仪目前是普遍使用的制样工具，可以进行不同角度的剖面切削以及表面的抛光和清洁处理，以制备出适合半导体故障分析的 SEM 用样品。

离子研磨仪

TECHNOORG LINDA

扫描电镜

Phenom SEM

01 离子研磨仪的基本原理

晶片失效分析思路和方法

案例分享 1

优先判断失效的位置

锁定失效分析位置后，决定进行离子研磨仪进行切割

离子研磨仪中进行切割

切割后的样品，放大观察

放大后发现故障位置左右不对称

进一步放大后，发现故障位置挤压变形，开裂，是造成失效的主要原因

变形开裂位置

放大倍数：20,000x

变形开裂位置

放大倍数：40,000x

IC封装测试失效分析

案例分享 2

1、对失效位置进行切割

2、离子研磨仪中进行切割

3、位置1. 放大后发现此处未连接。放大倍数：30,000x

4、位置2. 放大后发现此处开裂。放大倍数：50,000x

PCB/PCBA失效分析

案例分享 3

离子研磨仪

SC-2100

• 适用于离子束剖面切削、表面抛光

• 可预设不同切削角度制备横截面样品

• 可用于样品抛光或最 终阶段的细抛和清洁

• 超高能量离子枪用于快速抛光

• 低能量离子枪适用后处理的表面无损细抛和清洁

• 操作简单，嵌入式计算机系统，全自动设定操作

• 冷却系统标准化，应用于多种类样本

• 高分辨率彩色相机实现实时监控抛光过程

电容-电压(C-V)测量广泛用于测量半导体参数，尤其是MOS CAP和MOSFET结构，C-V 测试可以方便的确定二氧化硅层厚度dox、衬底掺杂浓度N、氧化层中可动电荷面密度Q1、和固定电荷面密度Qfc等参数。

C-V测试方法

进行 C-V 测量时，通常在电容两端施加直流偏压，同时利用一个交流信号进行测量。一般这类测量中使用的交流信号频率在10KHz 到10MHz 之间。所加载的直流偏压用作直流电压扫描，扫描过程中测试待测器件待测器件的交流电压和电流，从而计算出不同电压下的电容值。

C-V测试系统

LCR表与待测件连接图

MOS电容的C-V测试系统主要由源表、LCR 表、探针台和上位机软件组成。LCR 表支持的测量频率范围在 0.1Hz~30MHz。源表(SMU) 负责提供可调直流电压偏置，通过偏置夹具盒CT8001 加载在待测件上。以PCA1000LCR表和吉时利2450源表组成的C-V 测试系统为例，可以满足精确测量的要求：

吉时利2450系统级应用优势

吉时利2450型触摸屏数字源表是一款集I—V特性测试、曲线追踪仪和半导体分析仪功能于一体的低成本数字源表。吉时利2450丰富的功能也让它非常适合集成到自动测试系统中：

●嵌入式测试脚本处理器 (TSP)：它将完整的测度程序加载到仪器的非易失性存储器，无需依赖外部PC控制器，产能更高。

●TSP-Link通信总线：支持测试系统扩展，实现多台2450仪器和其他基于TSP技术仪器的系统拓展，拓展的测试系统最多可连接32台2450，在一台主仪器的TSP控制下进行多点或多通道并行测试。

●兼容的2400工作模式：除了2450 SCPI工作模式， 2450还支持2400 SCPI工作模式，并兼容现有的2400 SCPI程序。这保护了用户的软件投资，避免仪器升级换代所带来测试软件的转换工作。

●PC连接和自动化：后面板三同轴电缆连接端口、仪器通信接口（GPIB、USB 2.0和LXI/Ethernet）、D型9针数字I/O端口（用于内部/外部触发信号及机械臂控制）、仪器安全互锁装置及TSP-Link连接端口简化多仪器测试系统的集成。

安泰测试作为泰克吉时利长期合作伙伴，专业提供设备选型和测试方案的提供，为西安多家企业和院校提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，如果您想了解吉时利源表更多应用方案，欢迎访问安泰测试网。

小碳：小碳又和大家见面啦！我们的#小碳微课堂#第五期将于8月28日开课。

本期直播课，我们还将从报名观众中随机抽取10名幸运儿，送出一份小礼品，快来报名吧！

（报名时，请准确填写您的邮寄地址。获奖名单将于9月初在微信公众号中公布，敬请留意。）

TOC分析仪和硼分析仪

在微电子/半导体行业中的应用

      微电子/半导体超纯水系统旨在降低水中的潜在污染物，这些污染物可能造成电子器件细微缺陷，从而降低产品质量和生产率。

       芯片尺寸的缩小和线宽的降低，对超纯水系统提出了更高要求，甚至需要将有机污染物控制到小于1 ppb。而为了准确检测如此微量的指标，要求所用的分析技术能够检出所有有机物组分，并且读值不受背景电导、pH和溶氧值变化的影响。

       总有机碳（TOC）分析仪为半导体超纯水检测需求提供了一种量化指标，可用于检测污染物，并适用于故障排除，或改进水系统和特种化学品的处理过程。

此次直播课程中，我们将与您分享以下议题，欢迎收看：

● 微电子/半导体行业超纯水系统中TOC监测的重要性

● TOC检测方法评审和Sievers®分析仪的解决方案

● TOC应用在超纯水系统中的监测点和目的

● 硼分析仪的介绍

● TOC对废水排放和生产化学品溶液纯度的监测

讲师介绍

   王延弘

   项目渠道经理

   Sievers分析仪

       王延弘经理是苏伊士水务技术与方案-Sievers分析仪的项目渠道经理，具有20余年水处理工艺系统设计的工作经验，熟悉制药和半导体用水处理系统中的预处理、反渗透、EDI、TOC等关键设备和仪器的性能，具有9年TOC分析仪的操作、使用和维护经验。

报名方式

       扫下列二维码，进行会议注册，注册成功后，我们将于直播当天通过微信公众号给您发送课程直播提醒，直播时登录直播链接，验证注册时的手机号，即可收看课程。

      若您未收到微信提醒，直播时可通过苏伊士Sievers分析仪的微信公众号菜单：ZX资讯-小碳微课堂进入课程直播。

       如您当天无法收看直播，课程结束后您也可以登录直播链接，验证注册时的手机号，收看课程回放。