CN114235804A - 一种非密封器件分层缺陷的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，所述非密封器件分层缺陷的检测方法包括以下步骤：(1)将非密封器件采用高分子胶液进行镶嵌；(2)将经步骤(1)处理后的样品进行抽真空并静置；(3)将经步骤(2)处理后的样品进行固化；(4)将经步骤(3)处理后的样品进行研磨和抛光；(5)将经步骤(4)处理后的样品置于金相显微镜下进行观察，检测是否存在分层缺陷。本发明提出的新型检测方法，可以弥补传统C‑SAM设备检测的局限性，可以直观的显示出非密封器件各粘接面的分层界面状况及测量分层缝隙的尺寸，并且对检测人员的技术能力和经验依赖性较低。
Description
技术领域
本发明属于电子器件检测分析技术领域，具体涉及一种非密封器件分层缺陷的检测方法。
背景技术
非密封器件由于其本身的材质和结构特性，器件在封装、存储等过程中容易吸湿，后续组装时在回流高温条件下，其内部水蒸气压力猛增，从而导致封装从内部各粘接面之间分层或者内部芯片、封装体断裂，绑定(Bonding)受损，造成器件失效。因此，组装前对非密封器件进行分层检测，摸底各批次器件的吸湿分层情况，有助于组装厂商等用户进行针对性的改善，从而避免因使用吸湿的器件进行组装而导致整个印制板组件的失效。
目前，针对非密封器件分层的常规检测方法是对器件进行超声波扫描(声扫，C-SAM)，以纯水作为超声波传输介质，当超声波遇到不同材料的界面时会产生反射回波，反射回波会因不同密度材料的声阻不同而有所差异，通过判断反射回波的相位和幅度来判断器件内部各粘接界面是否存在分层。该方法虽然是一种无损检测方法，但设备本身并不能直观的显示出分层界面的状况及分层缝隙的尺寸，在自动识别缺陷方面存在局限性，同时，对于内部结构比较特殊的器件，对检测人员的工作经验和能力要求较高，在检测人员工作经验不足、不熟知设备原理或事前不了解待测器件内部结构时会降低检测的准确性，比如芯片表面覆盖有机胶，或者当器件内部封装有多个芯片且不在同一水平面上等。
因此，亟待开发一种弥补传统C-SAM设备检测的局限性，可以直观的显示出非密封器件各粘接面的分层界面状况及分层缝隙的尺寸，并且对检测人员的能力和经验依赖性较低的检测方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法。所述检测方法用于解决现有技术中由于设备自动识别缺陷的局限性，以及对检测人员能力和经验依赖性较高而导致对器件分层缺陷误判的问题。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，所述非密封器件分层缺陷的检测方法包括以下步骤：
(1)将非密封器件采用高分子胶液进行镶嵌；
(2)将经步骤(1)处理后的样品进行抽真空并静置；
(3)将经步骤(2)处理后的样品进行固化；
(4)将经步骤(3)处理后的样品研磨和抛光；
(5)将经步骤(4)处理后的样品置于金相显微镜下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
在本发明中，通过将非密封器件置于配置好的高分子胶液中进行镶嵌并固化后，再进行研磨抛光以获取待测器件的粘接界面，有利于直观的显示出非密封器件各粘接界面的分层界面状况，有助于分析分层失效机理，同时也避免了直接对非密封器件进行研磨抛光导致研磨表面不平整，影响对粘接界面的金相观察及判断，另外也可避免研磨过程中引入的机械应力损伤器件的风险，并且对试验人员的能力和设备经验依赖性较低。此外，固化前对配置好的高分子胶液循环抽真空和静置排气，能够消除配置高分子胶液时搅拌产生的气泡，以避免因存在气泡导致高分子胶液一方面不透明，影响对研磨位置的观察，另一方面不能有效包裹待测器件，造成研磨抛光过程中待测器件可能会受到应力损伤。
优选地，步骤(1)中，所述非密封器件在进行镶嵌前需要前处理：清洗和干燥。
优选地，所述清洗用溶剂包括丙酮、乙醇或水中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述干燥为擦干清洗后的非密封器件表面水分。
优选地，所述前处理为依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗掉非密封器件表面残留的污染物，并擦干残留水分。
优选地，步骤(1)中，所述高分子胶液为环氧树脂胶液。
优选地，步骤(1)中，所述高分子胶液包括环氧树脂和固化剂。
优选地，所述环氧树脂和固化剂的质量比为(0.5-2):1，例如可以是0.5:1、0.6:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1、2:1等，优选为1:1。
优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，优选为环氧树脂1001(CAS No.25068-38-6)。
优选地，所述固化剂为苄胺(CAS No.65-45-2)。
本发明中，所述高分子胶液配置的方式为将环氧树脂和固化剂混合搅拌均匀即可。
优选地，步骤(1)中，所述镶嵌的步骤为：将非密封器件置于高分子胶液中浸泡。
优选地，所述高分子胶液和非密封器件的体积比为(3-10):1，例如可以是3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1等。
优选地，所述镶嵌后镶块的长、宽和高各自独立地为1-5cm，例如可以是1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm、5cm等，优选为2cm。
在本发明中，当待测器件体积过小时，例如器件的长度和宽度均<1.0cm，高度<0.5cm，需增加高分子液体胶的用量以使后续研磨过程中操作者方便抓握，优选地，镶嵌固化后样品长、宽、高分别为2cm。
优选地，步骤(2)中，所述的抽真空的循环次数为1-3次，例如可以是1次、2次、3次，优选为2次。
优选地，步骤(2)中，所述抽真空至真空度为400-700mbar，例如可以是400mbar、450mbar、530mbar、600mbar、670mbar、700mbar等，优选为600mbar。
优选地，步骤(2)中，每次抽真空后静置排气3-7min(例如可以是3min、4min、5min、6min、7min等)后，再进行下一次抽真空和静置排气。
优选地，步骤(3)中，所述固化的温度为20-35℃，例如可以是20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃、35℃等，所述固化的时间为4-6h，例如可以是4h、4.5h、5h、5.5h、6h等。
优选地，步骤(4)中，所述研磨的具体操作为：使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm(例如可以是200rpm、220rpm、240rpm、260rpm、280rpm、300rpm等)，将样品依次利用100-150目(例如可以是100目、110目、120目、130目、140目、150目等)、300-500目(例如可以是300目、350目、400目、450目、500目等)、1000-1500目(例如可以是1000目、1100目、1200目、1300目、1400目、1500目等)的砂纸研磨至器件的粘接面处；然后依次利用1800-2200目(例如可以是1800目、1900目、2000目、2100目、2200目等)、3800-4200目(例如可以是3800目、3900目、4000目、4100目、4200目等)的砂纸研磨。
作为本发明研磨的最优技术方案，所述研磨的具体操作为：使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm，将样品依次利用120目、400目、1200目的砂纸研磨至器件的粘接面处，然后依次利用2000目、4000目的砂纸研磨去除表面划痕。
优选地，步骤(4)中，所述研磨的过程中需使用流水冲洗镶块。
在本发明中，所述研磨过程中需一直使用流水冲洗样品防止高温碳化。
优选地，步骤(4)中，所述抛光的具体操作为：使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm(例如可以是200rpm、220rpm、240rpm、260rpm、280rpm、300rpm等)依次进行一次抛光和二次抛光。
优选地，所述一次抛光的具体操作为：在有绒抛光布上施加0.5-1.5μm的氧化铝抛光液进行一次抛光。
优选地，所述二次抛光的具体操作为：更换无绒抛光布并施加0.01-0.1μm的氧化铝抛光液进行二次抛光。
优选地，步骤(4)中，样品在进行抛光后需要后处理：清洗和干燥。
优选地，所述清洗为采用流动的去离子水冲洗抛光后的样品。
优选地，所述干燥为用压缩空气的高压气枪吹干水分。
优选地，步骤(5)中，所述金相显微镜的放大倍数至少为50倍，例如可以是50倍、80倍、100倍、120倍、200倍等。
作为本发明优选技术方案，所述检测方法具体包括以下步骤：
(1)依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗掉非密封器件表面残留的污染物，并擦干残留水分；将处理后的非密封器件置于高分子胶液中浸泡；其中，所述高分子胶液包括质量比为(0.5-2):1的环氧树脂和固化剂；
(2)抽真空至400-700mbar，静置3-7min排气后，再次抽真空至400-700mbar后静置排气，总共循环1-3次，充分去除高分子液体胶中的气泡；
(3)将样品在20-35℃的环境下放置4-6h，待高分子胶液固化；其中，所述高分子胶液和非密封器件的体积比为(3-10):1；
(4)使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm，将样品依次利用100-150目、300-500目、1000-1500目的砂纸研磨至器件的粘接面处，然后依次利用1800-2200目、3800-4200目的砂纸研磨；接着使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm，将样品依次在有绒抛光布上施加0.5-1.5μm的氧化铝抛光液进行一次抛光，再更换无绒抛光布并施加0.01-0.1μm的氧化铝抛光液进行二次抛光；最后用流动的去离子水清洗样品，并用压缩空气的高压气枪吹干水分；
(5)将经过步骤(4)处理后的样品用金相显微镜在≥50倍的倍数下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的新型检测方法，可以弥补传统C-SAM设备检测的局限性，可以直观的显示出非密封器件各粘接面的分层界面状况及分层缝隙的尺寸，并且对检测人员的能力和经验依赖性较低。
附图说明
图1为本发明所述非密封器件分层缺陷的检测流程图。
图2为本发明提供的非密封器件剖面结构示意图；
其中，1为键合引线，2为芯片，3为器件封装材料，4为基板，5为粘结材料，6为引线框架；
其中，a为器件封装材料与芯片界面，b为器件封装材料与基板边缘界面，c为器件封装材料与引线框架界面，d为键合引线与芯片键合盘界面，e为键合引线与引线框架结合界面，f为器件封装材料与基板界面。
图3为在金相显微镜下实施例1提供的待测器件在器件封装材料与芯片界面处的观察图。
图4为在金相显微镜下实施例1提供的待测器件在器件封装材料与基板界面处的观察图。
图5为在金相显微镜下实施例1提供的待测器件在芯片粘接材料与基板界面处的观察图。
图6为在金相显微镜下实施例1提供的待测器件在器件封装材料与芯片界面处的观察图。
图7为在金相显微镜下实施例1提供的待测器件在器件封装材料与基板界面处的观察图。
图8为在金相显微镜下实施例1提供的待测器件在芯片粘接材料与基板界面处的观察图。
图9为对比例1提供的待测器件在金相显微镜下的观察图。
图10为对比例2提供的待测器件在金相显微镜下的观察图。
图11为对比例3提供的待测器件在金相显微镜下的观察图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1为本发明所述非密封器件分层缺陷的检测流程图。如图1所示，所述非密封器件分层缺陷的检测方法包括以下步骤：(1)将非密封器件采用高分子胶液进行镶嵌；(2)将经步骤(1)处理后的样品进行抽真空并静置；(3)将经步骤(2)处理后的样品进行固化；(4)将经步骤(3)处理后的样品研磨和抛光；(5)将经步骤(4)处理后的样品置于金相显微镜下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
图2为本发明提供的非密封器件剖面结构示意图，如图2所示，1为键合引线，2为芯片，3为器件封装材料，4为基板，5为粘结材料，6为引线框架；非密封器件的粘接界面包括以下6种，a为器件封装材料与芯片界面，b为器件封装材料与基板界面，c为器件封装材料与引线框架界面，d为键合引线与芯片键合盘界面，e为键合引线与引线框架结合界面，f为器件封装材料与基板界面。
以下实施例中，各材料和试剂来源如下：
| 名称 | 厂家 | 牌号/型号 |
| 环氧树脂 | 特鲁利(苏州)材料科技有限公司 | TJ2228A |
| 固化剂 | 特鲁利(苏州)材料科技有限公司 | TJ2228B |
| 砂纸 | 特鲁利(苏州)材料科技有限公司 | 碳化硅金相砂纸 |
| 1.0μm氧化铝抛光液 | Buehler | 63-6377-006 |
| 0.05μm氧化铝抛光液 | Buehler | 40-6321-016 |
| 抛光布(有绒) | Buehler | 40-7218 |
| 抛光布(无绒) | Buehler | 40-7918 |
| 乙醇(酒精) | 国药 | 分析纯 |
| 丙酮 | 国药 | 分析纯 |
| 待测非密封器件 | TI | LM5066I |
| 金相显微镜 | 奥林巴斯 | BX53M |
实施例1
本实施例提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
(a)前处理：依次用丙酮、酒精和去离子水清洗掉非密封器件表面残留的污染物，并擦干残留水分；将环氧树脂和固化剂按重量份数1:1的组分混合搅拌均匀配置成30mL的高分子液体胶；
(b)将经过步骤(a)处理的非密封器件放入经过步骤(b)配置的高分子液体胶中，进行镶嵌；
(c)抽真空至600mbar后静置排气5min，二次抽真空至600mbar后静置排气5min，以充分去除高分子液体胶中的气泡，最后在30℃环境下固化4h；
(d)调节金相研磨机的转速至300rpm，依次利用120目、400目、1200目的砂纸研磨经过步骤(c)处理的样品，研磨至非密封器件的粘接界面后，再依次利用2000目、4000目的砂纸研磨去除表面划痕，研磨过程中需一直使用流水冲洗样品防止高温碳化；最后进行两次抛光处理，在抛光布上首先施加1.0μm的氧化铝抛光液进行研磨抛光，用流动的去离子水清洗样品去除表面残留的抛光液，更换新的抛光布并施加0.05μm的氧化铝抛光液进行第二次抛光，以去除样品表面细微划痕或斑点；
(e)将经过步骤(d)处理的样品用流动的去离子水清洗，然后用压缩空气的高压气枪吹干水分，最后在500倍的金相显微镜下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
结果显示：实施例1提供的待测器件在器件封装材料与芯片界面处(如图3所示)、器件封装材料与基板界面处(如图4所示)、芯片粘接材料与基板界面处(如图5所示)发现分层缺陷。
实施例2
本实施例提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
(a)前处理：依次用丙酮、酒精和去离子水清洗掉非密封器件表面残留的污染物，并擦干残留水分；将环氧树脂和固化剂按重量份数1:1的组分混合搅拌均匀配置成30mL的高分子液体胶；
(b)将经过步骤(a)处理的非密封器件放入经过步骤(b)配置的高分子液体胶中，进行镶嵌；
(c)抽真空至600mbar后静置排气5min，二次抽真空至600mbar后静置排气5min，以充分去除高分子液体胶中的气泡，最后在30℃环境下固化4h；
(d)调节金相研磨机的转速至300rpm，依次利用120目、400目、1200目的砂纸研磨经过步骤(c)处理的样品，研磨至非密封器件的粘接界面后，再依次利用2000目、4000目的砂纸研磨去除表面划痕，研磨过程中需一直使用流水冲洗样品防止高温碳化，最后进行两次抛光处理，在抛光布上首先施加1.0μm的氧化铝抛光液进行研磨抛光，用流动的去离子水清洗样品去除表面残留的抛光液，更换新的抛光布并施加0.05μm的氧化铝抛光液进行第二次抛光，以去除样品表面细微划痕或斑点；
(e)将经过步骤(d)处理的样品用流动的去离子水清洗，然后用压缩空气的高压气枪吹干水分，最后在500倍的金相显微镜下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
结果显示：实施例2提供的待测器件在粘接界面处无分层缺陷，图6所示为器件封装材料与芯片界面处无分层缺陷，图7所示为器件封装材料与基板界面处无分层缺陷，图8所示为芯片粘接材料与基板界面处无分层缺陷。
对比例1
本对比例提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，与实施例1的区别仅在于，不进行步骤(a)-步骤(c)，将非密封器件直接进行步骤(d)和(e)。
结果显示：如图9所示，待测器件粘接界面仅局部可清晰观察到，其余区域则模糊不清晰，这是由于待测器件的尺寸较小，研磨前不先用高分子胶液进行镶嵌固化，直接用手抓住样品进行研磨，导致被研磨的界面不平整，而金相显微镜的景深又较小，造成整个研磨界面在显微镜下无法同时聚焦，影响对粘接界面的观察，并且很多非密封器件的尺寸非常小，无法直接用手抓紧进行研磨，必须进行镶嵌和固化。
对比例2
本对比例提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(d)中，不进行抛光处理，研磨后直接进行步骤(e)。
结果显示：如图10所示，在金相显微镜下发现，相对于实施例1的检测结果来说，界面处普遍可见划痕、斑点、凹坑和金属延展，无法对粘接界面进行观察和判断。
对比例3
本对比例提供一种非密封器件分层缺陷的检测方法，与实施例1的区别仅在于，步骤(d)中，仅进行第一次的抛光处理，之后直接进行步骤(e)。
结果显示：如图11所示，在金相显微镜下发现，相对于实施例1的检测结果来说，界面处可见斑点、凹坑和金属延展，影响对粘接界面进行观察和判断。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，所述非密封器件分层缺陷的检测方法包括以下步骤：
(1)将非密封器件采用高分子胶液进行镶嵌；
(2)将经步骤(1)处理后的样品进行抽真空并静置；
(3)将经步骤(2)处理后的样品进行固化；
(4)将经步骤(3)处理后的样品进行研磨和抛光；
(5)将经步骤(4)处理后的样品置于金相显微镜下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
2.根据权利要求1所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述非密封器件在进行镶嵌前需要前处理：清洗和干燥；
优选地，所述清洗用溶剂包括丙酮、乙醇或水中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述干燥为擦干清洗后的非密封器件表面水分；
优选地，所述前处理为依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗掉非密封器件表面残留的污染物，并擦干残留水分。
3.根据权利要求1或2所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高分子胶液为环氧树脂胶液；
优选地，步骤(1)中，所述高分子胶液包括环氧树脂和固化剂；
优选地，所述环氧树脂和固化剂的质量比为(0.5-2):1，优选为1:1；
优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，优选为环氧树脂1001；
优选地，所述固化剂为苄胺。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镶嵌的步骤为：将非密封器件置于高分子胶液中浸泡；
优选地，所述高分子胶液和非密封器件的体积比为(3-10):1；
优选地，所述镶嵌后镶块的长、宽和高各自独立地为1-5cm，优选为2cm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的抽真空的循环次数为1-3次，优选为2次；
优选地，步骤(2)中，所述抽真空至真空度为400-700mbar，优选为600mbar；
优选地，步骤(2)中，每次抽真空后静置排气3-7min后，再进行下一次抽真空和静置排气。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(3)中，所述固化的温度为20-35℃，所述固化的时间为4-6h。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(4)中，所述研磨的具体操作为：使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm，将样品依次利用100-150目、300-500目、1000-1500目的砂纸研磨至器件的粘接面处；然后依次利用1800-2200目、3800-4200目的砂纸研磨；
优选地，步骤(4)中，所述研磨的过程中需使用流水冲洗镶块；
优选地，步骤(4)中，所述抛光的具体操作为：使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm依次进行一次抛光和二次抛光；
优选地，所述一次抛光的具体操作为：在有绒抛光布上施加0.5-1.5μm的氧化铝抛光液进行一次抛光；
优选地，所述二次抛光的具体操作为：更换无绒抛光布并施加0.01-0.1μm的氧化铝抛光液进行二次抛光。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(4)中，样品在进行抛光后需要后处理：清洗和干燥；
优选地，所述清洗为采用流动的去离子水冲洗抛光后的样品；
优选地，所述干燥为用压缩空气的高压气枪吹干水分。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，步骤(5)中，所述金相显微镜的放大倍数至少为50倍。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的非密封器件分层缺陷的检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括以下步骤：
(1)依次采用丙酮、乙醇和去离子水清洗掉非密封器件表面残留的污染物，并擦干残留水分；将处理后的非密封器件置于高分子胶液中浸泡；其中，所述高分子胶液包括质量比为(0.5-2):1的环氧树脂和固化剂；
(2)抽真空至400-700mbar，静置3-7min排气后，再次抽真空至400-700mbar后静置排气，总共循环1-3次，充分去除高分子液体胶中的气泡；
(3)将样品在20-35℃的环境下放置4-6h，待高分子胶液固化；其中，所述高分子胶液和非密封器件的体积比为(3-10):1；
(4)使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm，将样品依次利用100-150目、300-500目、1000-1500目的砂纸研磨至器件的粘接面处，然后依次利用1800-2200目、3800-4200目的砂纸研磨；接着使用金相研磨设备，调节转速至200-300rpm，将样品依次在有绒抛光布上施加0.5-1.5μm的氧化铝抛光液进行一次抛光，再更换无绒抛光布并施加0.01-0.1μm的氧化铝抛光液进行二次抛光；最后用流动的去离子水清洗样品，并用压缩空气的高压气枪吹干水分；
(5)将经过步骤(4)处理后的样品用金相显微镜在≥50倍的倍数下进行观察，检测是否存在分层缺陷。
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