深圳市大恒昌激光科技有限公司

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  薄／超薄芯片的碎裂占据IC卡早期失效的一半以上，其失效模式、失效机理亟待深入研究。本文分析了芯片碎裂的失效模式和机理，并结合实际IC卡制造工艺以及IC卡失效分析实例，就硅片减薄、划片、顶针及卡片成型工艺对薄IC芯片碎裂的影响进行深入探讨。  
    1 碎裂概述  
　　芯片碎裂是硅器件的一种失效模式，约占早期失效总数的1％，而对于使用薄／超薄芯片的IC卡，芯片碎裂则占其失效总数的一半以上。虽然，通过改进封装设计、限制器件使用环境可以有效地防止芯片碎裂引起的器件失效，但即使在良好的设计、合格的制造工艺以及规范的使用环境下，依然存在着一定的芯片碎裂几率。随着器件可靠性级别和系统复杂程度的不断提高，十分有必要对芯片碎裂失效机理加以进一步的研究。  
　　芯片碎裂归根结底是由应力造成的，但是其产生的原因随具体情况而不同：硅片前道工艺中的外延层淀积、扩散和离子注入、氧化、退火、淀积形成欧姆接触、金属内连、钝化层淀积：硅片后道工艺中的机械减薄(研磨、抛光)、化学减薄(湿法或者干法刻蚀)、背面金属层淀积；封装工艺中的划片、上芯、压焊、塑封等都将会产生或影响硅片／芯片的应力。其中，减薄、上芯、压焊、塑封是产生芯片碎裂隐患的主要工序。更为严重的是，一般在工艺过程中观察不到碎裂现象，只有经过热固化或者器件热耗散时的瞬时加热，由芯片和封装材料热膨胀系数存在差异或者使用中受外界应力作用，芯片碎裂才会最终显现。例如：穿过结的裂纹可能导致短路或者漏电，裂纹也可能全部或者部分截断电路。最为致命的是，裂纹引起的这些效应只有当有热或者电流通过时才会显现，而标准的电学测试则根本无法检测到这些失效。  
　　根据抽样统计，芯片碎裂引起的IC卡失效约占据失效总数的6 0％。裂纹形状多为“十”字、“T”字型，亦有一部分为横贯芯片的单条裂纹，并在中心顶针触碰部位略有弯折，图1为典型芯片碎裂的OM照片。约50％以上的碎裂芯片，其裂纹位于芯片中央附近并垂直于边缘；其余芯片的裂纹则靠近芯片边缘或集中于芯片一角。  
    2 碎裂机理
  　　芯片强度是研究芯片碎裂的最重要参数。芯片强度各不相同，只有强度最低的才最容易碎裂失效。此外，强度分布范围很广，那些最“脆弱”的芯片碎裂时候的强度只相当于芯片平均强度的几分之一。因此只需设法将最“脆弱”芯片的强度提高或者予以剔除，就能从根本上提高芯片整体强度。图2，给出了工艺应力与芯片强度的大致分布，两者重叠区域表示可能发生芯片碎裂。  
　　硅和其它半导体材料属于高脆性材料，在材料完整无缺陷时，外加应力在样品上的分布是均匀的。它们在碎裂时是由于原子间的键发生断裂，因而它们的机械强度就决定于键的强度。在材料表面出现划痕后，外加应力时，出现应力集中现象。特别对于垂直于表面划痕的张应力，应力集中于裂纹的尖端。裂纹的扩展取决于裂纹尖端的应力分布。当其应力超过材料的应力强度因子时，裂纹就会失去稳定而发生扩展。因而对于脆性材料来说，表面划痕对材料的强度有很大的影响。尤其是对于半导体器件中的薄IC芯片，它的厚度很小，表面划痕的影响将更为严重。 
    对于长度为a的单边裂纹，裂纹扩展的判据是：
    其中，E是材料的杨氏模量；γ是表面能；a是裂纹长度。  
　　考虑二维情形，对于半椭圆型的裂纹,若其深为a，长为2b，碎裂面垂直于芯片表面,则满足以下关系式.

       信息来源：IC打磨，IC刻字