CN110954034B - 一种半导体器件的导线线弧高度测量方法 - Google Patents

一种半导体器件的导线线弧高度测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，包括如下步骤：采用超声显微镜对放置于待测位的半导体器件进行基准面确定；控制超声显微镜以对半导体器件内导线线弧最高点进行扫描以得到半导体器件的第一回声图像，根据第一回声图像以得到导线线弧最高点到半导体器件上表面的时间Sw；控制超声显微镜以对半导体器件内导线线弧最低点进行扫描以得到半导体器件的第二回声图像，根据第二回声图像以得到导线线弧最低点到半导体器件上表面的时间Sd；根据时间Sw、时间Sd以及距离计算公式以得到导线线弧高度H。本发明的半导体器件的导线线弧高度测量方法通过超声显微镜设置基准面实现对半导体器件倾斜的自动校正，进而提高导线线弧高度的测量精度。

Description

一种半导体器件的导线线弧高度测量方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件检测分析领域，尤其涉及一种半导体器件的导线线弧高度测量方法。
背景技术
目前，对封装完成的半导体器件内的导线线弧高度进行测量的方法如下：先对模封体进行开封，将模封体内部结构暴露出来，然后采用光学测量设备对其导线线弧高度进行测量。采用上述方法存在有如下缺点：
1、由于需要对待测样品先进行化学或物理开封后才能对其进行测量，采用这样的测量方式需要至少两个小时来进行处理，步骤繁琐耗时，且对样品可能造成损伤；
2、采用光学测量得到的结果精度较低，主要有如下两种原因：第一、因为当将模封体放置于工作台上时，虽然工作台是平整的，但是由于模封体在塑封或开封处理过程中底部会存在不平整的情况，这样底部不平整的模封体放置于平整的工作台上，样品表面倾斜使得被测量的最高点与最低点不在同一垂直平面上，进而造成高度测量精度的下降，如图1所示，可以知晓实测距离L1与实际距离L2之间大小存在差异；第二、由于模封体需要经过开封，而经历开封后的模封体会增加其表面的不平整，进而使得高度测量精度下降。
3、由于采用的是破坏性测试方法，当进行完测试之后，被测样品无法继续使用，从而会造成资源的浪费。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其能步骤简洁且测量精准度高。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，包括如下步骤：
基准确定步骤：采用超声显微镜对放置于待测位的半导体器件进行基准面的确定，所述基准面为半导体器件的上表面；
第一扫描步骤：控制超声显微镜以对半导体器件内导线线弧最高点进行扫描以得到半导体器件的第一回声图像，根据第一回声图像以得到导线线弧最高点到半导体器件上表面的回声时间Sw；
第二扫描步骤：控制超声显微镜以对半导体器件内导线线弧最低点进行扫描以得到半导体器件的第二回声图像，根据第二回声图像以得到导线线弧最低点到半导体器件上表面的回声时间Sd；
计算步骤：根据回声时间Sw、回声时间Sd以及距离计算公式以得到导线线弧高度H；所述距离计算公式为：H＝0.5*Vc*(Sd-Sw)，其中Vc为超声波在半导体器件的模封体中的传导速度。
进一步地，所述根据第一回声图像以得到导线线弧最高点到半导体器件上表面的回声时间Sw具体为：
读取第一回声图像中的第一波谷，并将第一波谷对应的回声时间点记为Sws；
读取第一回声图像中的第二波谷，并将第二波谷对应的回声时间点记为Sww；
根据Sw＝Sww-Sws计算得到回声时间Sw，其中，Sws表示超声波到半导体器件上表面的回声时间，Sww表示超声波到导线线弧最高点的回声时间。
进一步地，所述根据第二回声图像以得到导线线弧最低点到半导体器件上表面的回声时间Sd具体为：
读取第二回声图像中的第一波谷，并将第一波谷对应的回声时间点记为Sds；
读取第二回声图像中的第二波谷，并将第二波谷对应的回声时间点记为Sdd；
根据Sd＝Sdd-Sds计算得到回声时间Sd，其中，Sds表示超声波到半导体器件上表面的回声时间，Sdd表示超声波到导线线弧最低点的回声时间。
进一步地，所述导线线弧最高点通过如下步骤得到：
将超声波的聚焦点定位于半导体器件管脚的表面；
获取导线线弧表面的超声波的波形图，读取振幅最大的两个波形之间的振幅最小的波形，该最小的波形对应的导线线弧点即是导线线弧最高点。
进一步地，所述导线线弧最低点为半导体器件内芯片上表面任意一点。
进一步地，超声波在半导体器件的模封体中的传导速度Vc＝4250m/s。
进一步地，所述导线线弧的直径大于等于3mil。
进一步地，所述超声显微镜的探头采用15MHz的探头。
进一步地，所述导线线弧的材料为铝。
进一步地，所述半导体器件为经过环氧树脂模封后的半导体器件。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的半导体器件的导线线弧高度测量方法通过采用超声显微镜来实现对导线线弧高度的非破坏测量，且通过超声波进行探测，无需对半导体器件进行开封进而使得测量耗时更短；并且通过超声显微镜设置基准面实现对半导体器件倾斜的自动校正，进而提高导线线弧高度的测量精度。
附图说明
图1为现有的导线线弧高度测量的示意图；
图2为本发明的半导体器件的导线线弧高度测量方法的流程图；
图3为本发明的半导体器件的导线线弧高度测量结构示意图；
图4为本发明的第一回声图像的示意图；
图5为本发明的第一回声图像的回声时间Sww对应的局部放大示意图；
图6为本发明的第一回声图像的回声时间Sws对应的局部放大示意图；
图7为本发明的第二回声图像的示意图；
图8为本发明的第二回声图像的回声时间Sdd对应的局部放大示意图；
图9为本发明的第二回声图像的回声时间Sds对应的局部放大示意图；
图10为本发明的导线线弧最高点检测示意图；
图11为本发明的导线线弧最低点检测示意图；
图12为本发明的导线线弧最低点的检测结果示意图；
图13为本发明的导线线弧最高点的检测结果示意图。
附图标记：L1、实测距离；L2、实际距离；1、半导体器件；2、管脚；3、芯片；4、导线线弧；5、探头；6、超声波。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图2和图3所示，本实施例提供了一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，包括如下步骤：
S1：采用超声显微镜对放置于待测位的半导体器件1进行基准面的确定，所述基准面为半导体器件1的上表面；由于超声显微镜主要是利用超声波对在不同界面之间的信号的反馈和在空腔内不传导的原理对目标物是否有分层进行鉴定，同时可以收集相关反馈信号对其目标物的相对距离进行测量，达到对距离的测量效果。相对于现有的仅能以工作台作为测量基准面的技术来说，本实施例利用超声显微镜针对测量基准面的自我修正能力，实现不受工作台影响来设定基准面，使得半导体器件1即使没有平整放置于工作台上，也不会影响线弧高度的测量精度，进而大幅度提高了测量的准确性。
更为优选地，所述超声显微镜的探头5采用15MHz的探头。由于在进行测量时，被测目标与被测物体表面的距离不大于5mm，故而选择15MHz的探头来达到更好的测量精度；而当被测目标与被测物体的距离表面大于5mm时，则需选择频率较低的探头，频率的高低会影响测量精度高低，因此需要根据被测目标与被测物体表面的距离选择合适频率的探头。
S2：控制超声显微镜对半导体器件1内导线线弧4最高点进行扫描以得到半导体器件1的第一回声图像，根据第一回声图像以得到导线线弧4最高点到半导体器件1上表面的回声时间Sw。
更为优选地，在本实施例中，所述导线线弧4最高点通过如下步骤得到：
将超声波6的聚焦点定位于半导体器件1管脚2的表面；除了可以聚焦在半导体器件1管脚2的表面上，还可以聚焦在半导体器件1表面略靠上方的位置，其目的是为了定位出导线线弧4的最高点。
获取导线线弧4表面的超声波6的波形图，读取振幅最大的两个波形之间的振幅最小的波形，该最小的波形对应的导线线弧4的点即是导线线弧4最高点。当超声波6通过聚焦点时得到的反馈波形的振幅最强的；这样可以得到聚焦面上的两个点；再根据聚焦面上两个点找到反馈能量最小的点，该点即为导线线弧4的最高点。
具体的，如图10所示，将超声波6的聚焦点调整到管脚2的表面，然后取导线线弧4表面的超声波6的波形。依据图10可知A1、A2两点正好处于聚焦面位线上，因此A1、A2将取到导线表面振幅最强的波，而导线线弧4最高点的点A处于A1、A2之间离聚焦面位线的最远处，因此取两点间振幅最小的点即为导线线弧4最高点A。由于A1处于超声波6的聚焦点上，因此可以收集到很强的反馈波；但是A并没有处于聚焦点上，根据反馈波的特性，离聚焦点越远超声波6的反馈波则越弱，最终导致最高点A收集到的反馈波强度较弱。并且又由于超声波6的传播速度不受聚焦点的影响，因此不会影响测量的准确性。
在本实施例中，所述根据第一回声图像以得到导线线弧4最高点到半导体器件1上表面的回声时间Sw具体为：
读取第一回声图像中的第一波谷，并将第一波谷对应的回声时间点记为Sws；由图4可知，在超声波会经历多次反馈，第一次反馈是超声波传输至模封体表面时反馈得到的波形，第二次反馈是超声波传输至导线线弧4最高点时反馈得到的波形；
读取第一回声图像中的第二波谷，并将第二波谷对应的回声时间点记为Sww；本实施例中的第一波谷、第二波谷为在时间轴上先后出现的两个波谷，其具有先后顺序，第一波谷先于第二波谷出现。根据图4可以知晓，两次反馈的波谷对应的时间点即是本实施例需要获取的时间点，采用波谷作为时间点而不采用波峰对应的点作为时间点的原因如下：当超声波6从低密度到高密度传播，反馈波主要体现在下半旋，但是从高密度到低密度则体现在上半旋，在本实施例中的超声波都是从去离子水传播至模封体中，然后从模封体传输至金属材料或芯片中，可以知晓其密度是不断增大的，也即是超声波整个传播路径是从低密度到高密度，故而其反馈波都体现在下半旋，也即是都体现在波谷的位置。图5和图6是回声时间Sww和回声时间Sws对应的局部放大图，其具体是将图4中的两个波谷点不断放大成为一条线，进而读取具体的时间参数。
根据Sw＝Sww-Sws计算得到回声时间Sw，其中，Sws表示超声波6到半导体器件1上表面的回声时间，Sww表示超声波6到导线线弧4最高点的回声时间。
S3：控制超声显微镜对半导体器件1内导线线弧4最低点进行扫描以得到半导体器件1的第二回声图像，根据第二回声图像以得到导线线弧4最低点到半导体器件1上表面的回声时间Sd；如图11所示，导线线弧4的最低点为芯片3的表面，因为导线线弧4的另一端固定在芯片3表面上，因此，选取芯片3表面的任意一点即可作为导线线弧4的最低点。
所述根据第二回声图像以得到导线线弧4最低点到半导体器件1上表面的回声时间Sd具体为：
读取第二回声图像中的第一波谷，并将第一波谷对应的回声时间点记为Sds；由图7可以看出，超声波6会经历多次反馈，第一次反馈是超声波6传输至模封体表面时反馈得到的波形，第二次反馈是超声波6传输至导线线弧4最低点时反馈得到的波形；
读取第二回声图像中的第二波谷，并将第二波谷对应的回声时间点记为Sdd；采用波谷来进行信息读取的原因已经在第一回声处说明，在此不再进行赘述。图8和图9是回声时间Sdd和回声时间Sds对应的局部放大图，其具体是将图7中的两个波谷点不断放大成为一条线，进而读取具体的时间参数。
根据Sd＝Sdd-Sds计算得到回声时间Sd，其中，Sds表示超声波6到半导体器件1上表面的回声时间，Sdd表示超声波6到导线线弧4最低点的回声时间。
S4：根据回声时间Sw、回声时间Sd以及距离计算公式以得到导线线弧4高度H；所述距离计算公式为：H＝0.5*Vc*(Sd-Sw)，其中Vc为超声波6在半导体器件1的模封体中的传导速度。超声波在半导体器件1的模封体中的传导速度Vc＝4250m/s。本实施例的超声波在半导体器件1中的传导速度是通过对塑性封装材料进行回声时间标定来得到的，通过这样的具体标定能够进一步提高测量的精准度。
更为优选地，本实施例中的超声显微镜的采用的是SONIX的超声显微镜，其具体型号为ECHO-LS，优选地，其能测量的导线的直径为3mils以上，导线可以是铝导线。
本实施例的超声显微镜其主要功能是利用超声波对在不同界面之间的信号的反馈和在空腔内不传导的原理对目标物是否有分层进行鉴定，同时可以收集相关反馈信号对其目标物的相对距离进行测量，达到对距离的测量效果。
本发明的具体工作原理：
通过上述步骤可以得到关于导线线弧4最高点的回声图像和关于导线线弧4最低点的回声图像，具体的如图12和图13所示；图12为导线线弧4最低点的检测结果，通过其回声图像可以知晓，Sdd为15.264us，Sds为13.599us，进而可以得到Sd为1.665us，也即是知晓了导线线弧4最低点到半导体器件1上表面的回声时间为1.665us；在进行上述时间数据读取时，找到波谷对应的那条线，然后取其中点对应的时间点，即为本实施例所要获取的时间数据。
图13为导线线弧4最高点的检测结果，通过其回声图像可以知晓，Sww为14.1505us，Sws为13.512us，也即是知晓了导线线弧4最高点到半导体器件1上表面的时间为0.6385us；最后根据距离计算公式H＝0.5*Vc*(Sd-Sw)，然后将各数据代入其中即可得到导线线弧4的高度H＝2181.313um。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
基准确定步骤：采用超声显微镜对放置于待测位的半导体器件进行基准面的确定，所述基准面为半导体器件的上表面；
第一扫描步骤：控制超声显微镜对半导体器件内导线线弧最高点进行扫描以得到半导体器件的第一回声图像，根据第一回声图像以得到导线线弧最高点到半导体器件上表面的回声时间Sw；所述导线线弧最高点通过如下步骤得到：
将超声波的聚焦点定位于半导体器件管脚的表面；
获取导线线弧表面的超声波的波形图，读取振幅最大的两个波形之间的振幅最小的波形，该最小的波形对应的导线线弧点即是导线线弧最高点；
第二扫描步骤：控制超声显微镜对半导体器件内导线线弧最低点进行扫描以得到半导体器件的第二回声图像，根据第二回声图像以得到导线线弧最低点到半导体器件上表面的回声时间Sd；
计算步骤：根据回声时间Sw、回声时间Sd以及距离计算公式以得到导线线弧高度H；所述距离计算公式为：H＝0.5*Vc*(Sd-Sw)，其中Vc为超声波在半导体器件的模封体中的传导速度。
2.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述根据第一回声图像以得到导线线弧最高点到半导体器件上表面的回声时间Sw具体为：
读取第一回声图像中的第一波谷，并将第一波谷对应的回声时间点记为Sws；
读取第一回声图像中的第二波谷，并将第二波谷对应的回声时间点记为Sww；
根据Sw＝Sww-Sws计算得到回声时间Sw，其中，Sws表示超声波到半导体器件上表面的回声时间，Sww表示超声波到导线线弧最高点的回声时间。
3.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述根据第二回声图像以得到导线线弧最低点到半导体器件上表面的回声时间Sd具体为：
读取第二回声图像中的第一波谷，并将第一波谷对应的回声时间点记为Sds；
读取第二回声图像中的第二波谷，并将第二波谷对应的回声时间点记为Sdd；
根据Sd＝Sdd-Sds计算得到回声时间Sd，其中，Sds表示超声波到半导体器件上表面的回声时间，Sdd表示超声波到导线线弧最低点的回声时间。
4.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述导线线弧最低点为半导体器件内芯片上表面任意一点。
5.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，超声波在半导体器件的模封体中的传导速度Vc＝4250m/s。
6.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述导线线弧的直径大于等于3mil。
7.如权利要求6所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述超声显微镜的探头采用15MHz的探头。
8.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述导线线弧的材料为铝。
9.如权利要求1所述的一种半导体器件的导线线弧高度测量方法，其特征在于，所述半导体器件为经过环氧树脂模封后的半导体器件。
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