《光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面結(jié)合力的評(píng)價(jià)方法》

ICS31.200

CCSL55

JSSIA

江蘇省半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/JSSIAXXXX—XXXX

光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面結(jié)合力的評(píng)

價(jià)方法

Evaluationmethodforinterfacialadhesionbetweenphotosensitivepolyimidethin

filmsandinterconnectingmetals

（征求意見稿）

（本草案完成時(shí)間：2023-10-07）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

江蘇省半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布

T/JSSIAXXXX—XXXX

光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面結(jié)合力的評(píng)價(jià)方法

1范圍

本文件規(guī)定了晶圓級(jí)扇出型封裝、板級(jí)扇出型封裝中光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面結(jié)合力的試驗(yàn)

方法，包括試驗(yàn)樣件、試驗(yàn)設(shè)備、界面測(cè)試方法、測(cè)試結(jié)果分析方法、典型失效模式等。

本文件適用于先進(jìn)封裝中光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面結(jié)合力及光敏薄膜與薄膜材料界面的評(píng)價(jià)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T7124膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定（剛性材料對(duì)剛性材料）

GB/T8170-2019數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定

GB/T21526-2008結(jié)構(gòu)膠黏劑粘結(jié)前金屬與塑料表面處理導(dǎo)則

GB/T31541精細(xì)陶瓷界面拉伸與剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法十字交叉法

GB/T33334膠粘劑單搭接拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法（復(fù)合材料對(duì)復(fù)合材料）

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

晶圓級(jí)扇出型封裝（Fanoutwaferlevelpackaging,FOWLP）

采用重布線層將電路從晶圓上裸芯片的金屬焊盤扇出到金屬焊球，且部分互連線路超出芯片邊緣

的封裝技術(shù)。

板級(jí)扇出型封裝（Fanoutpanellevelpackaging,FOPLP）

采用重布線層將電路從載板上裸芯片的金屬焊盤扇出到金屬焊球，且部分互連線路超出芯片邊緣

的封裝技術(shù)。

光敏介質(zhì)薄膜(Photosensitivepolyimide,PSPI)

PSPI是一類在高分子鏈上兼有亞胺環(huán)以及光敏基因，集優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的力學(xué)性能、化學(xué)和

感光性能的有機(jī)材料，在電子領(lǐng)域主要兼光刻膠及電子封裝兩大作用，主要用于裸芯片保護(hù)膜、晶圓級(jí)

/面板級(jí)封裝重布線層及電子元件層間絕緣膜、空腔結(jié)構(gòu)成型等應(yīng)用。

界面結(jié)合力

作用在界面單位面積上，使薄膜與金屬層從界面結(jié)合態(tài)分離所需的力。

拉伸斷裂載荷

拉伸界面粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中施加于試樣上致使界面開裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大載荷。

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剪切斷裂載荷

界面剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)中施加于試樣上致使界面開裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大載荷。

4測(cè)試原理

沿著光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬結(jié)合面的垂直方向、水平方向?qū)υ嚇邮┘恿d荷，在介質(zhì)薄膜與金屬

界面處產(chǎn)生均勻的拉伸和剪切應(yīng)力，連續(xù)地施加逐漸增大的載荷，直至薄膜與金屬層分離。通過(guò)計(jì)算薄

膜與金屬層分離的斷裂載荷與粘接面積的比值，得出光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面的結(jié)合力。

5試驗(yàn)設(shè)備

拉伸試驗(yàn)設(shè)備

拉伸試驗(yàn)應(yīng)符合以下需求：

1)提供高精度的拉力測(cè)試功能，其精確度應(yīng)為1級(jí)或0.5級(jí)；

2)位移分辨率不應(yīng)低于0.01mm；

3)能獲得恒定的試驗(yàn)速度，試驗(yàn)速度不應(yīng)超過(guò)0.5mm/min，加卸力應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊；

4)載荷誤差不應(yīng)超過(guò)1%；

5)載荷量程不低于500N。

剪切試驗(yàn)設(shè)備

剪切試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)符合以下要求：

1)提供高精度的推力測(cè)試功能，推力測(cè)試模組配有24位高解析度AD轉(zhuǎn)換器；

2)推力測(cè)試模組采用氣浮式觸底設(shè)計(jì)，推力測(cè)試時(shí)推刀觸底力(LandingForce)輕。一般要

求根據(jù)測(cè)試樣件選擇傳感器為100g時(shí)，觸底力（LandingForce）設(shè)為2~5g，選擇1Kg

時(shí)，觸底力（LandingForce）一般設(shè)為10g左右；

3)最大的推力應(yīng)不低于200Kg，X/Y平臺(tái)的最大移動(dòng)距離不低于100mm，Z軸的最大移動(dòng)

距離不低于100m；

4)位移分辨率不應(yīng)低于0.001mm；

5)能獲得恒定的試驗(yàn)速度，試驗(yàn)速度不應(yīng)超過(guò)0.1mm/min，加卸力應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊。

6試樣

試樣結(jié)構(gòu)與尺寸

6.1.1拉伸試樣

光敏聚酰亞胺介質(zhì)薄膜與互連金屬界面拉伸試樣包括硅載板（Si）、氧化層薄膜（SiO2）、光敏介

質(zhì)薄膜（PSPI）、PVD種子層（CuPVD/TiPVD）與電鍍銅（E-Cu）層、電鍍鎳（Ni）層；

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圖1拉伸試樣俯視圖

圖2拉伸試樣側(cè)視圖

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：

1-銷釘2-焊料層3-金屬層

4-PSPI5-SiO26-載板

圖3附帶銷釘?shù)睦煸嚇?/p>

表1拉伸試樣尺寸符號(hào)和定義

符號(hào)試樣1試樣2

A硅載板、SiO2、PSPI的長(zhǎng)度硅載板、SiO2、金屬層的長(zhǎng)度

B硅載板、SiO2、PSPI的寬度硅載板、SiO2、金屬層的寬度

C金屬層的直徑PSPI的直徑

D金屬層的厚度PSPI的厚度

EPSPI的厚度金屬層的厚度

FSiO2的厚度SiO2的厚度

G載板的厚度載板的厚度

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表2拉伸試樣尺寸

單位：毫米

尺寸符號(hào)試樣1試樣2

最大標(biāo)準(zhǔn)值公差最大標(biāo)準(zhǔn)值公差

A40±340±3

B40±310±3

C20±2E-35±2E-3

D*50E-3±2E-310E-3±2E-3

E10E-3±2E-315E-3±2E-3

F1E-3±10%1E-3±10%

G0.75±5E-30.75±5E-3

注1：拉伸試樣載板長(zhǎng)度與寬度最小尺寸由試驗(yàn)設(shè)備夾具決定。

注2：*表示金屬層包括種子層、電鍍銅層和電鍍鎳層。試樣1與2區(qū)別在于界面類型，試驗(yàn)1界面為E-

Cu/CuPVD/TiPVD/PI,試驗(yàn)2界面為PI/E-Cu。

6.1.2剪切試樣

光敏聚酰亞胺介質(zhì)薄膜與互連金屬界面剪切試樣包括：硅載板、PVD種子層與電鍍Cu層、正方形光

敏介質(zhì)薄膜。

圖4剪切試樣俯視圖

圖5剪切試樣側(cè)視圖

表3剪切試樣尺寸符號(hào)和定義

符號(hào)定義

A硅載板、金屬層的長(zhǎng)度

B硅載板、金屬層的寬度

CPSPI的邊長(zhǎng)

DPSPI的厚度

E*金屬層的厚度

F載板的厚度

注3：剪切試樣的PSPI邊長(zhǎng)最小尺寸由光刻設(shè)備能力決定，保證樣品外形為方形。

注4：*表示金屬層厚度包括種子層厚度和電鍍銅層的厚度

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表4剝離、剪切試樣尺寸

單位：毫米

尺寸符號(hào)最大標(biāo)準(zhǔn)值公差

A40±3

B40±3

C100E-3±1E-3

D10E-3±2E-3

E20E-3±2E-3

F0.75±5E-3

樣本量大小

每組試樣應(yīng)不小于10個(gè)。

試樣的一般要求

試樣加工完成，需要存放于氮?dú)夤裰小?/p>

7試驗(yàn)

試驗(yàn)環(huán)境

應(yīng)在下列條件下進(jìn)行測(cè)試：

a)試驗(yàn)應(yīng)在溫度22C2C；

b)相對(duì)濕度30%～60%RH范圍內(nèi)進(jìn)行。

測(cè)試方法

7.2.1試驗(yàn)前準(zhǔn)備

對(duì)每個(gè)試驗(yàn)編號(hào)，在試樣上選取測(cè)試區(qū)域。

對(duì)拉伸試樣進(jìn)行銷釘焊接，光學(xué)檢查測(cè)試樣品銷釘界面是否完整，且無(wú)其他污染。若有缺失或污染，

樣品丟棄。

7.2.2測(cè)試

將試樣固定在試驗(yàn)設(shè)備的夾具中。拉伸測(cè)試時(shí)保證拉力方向與被測(cè)界面垂直。設(shè)置最大載荷與位移

速率，沿著薄膜與金屬結(jié)合面的垂直方向上連續(xù)施加逐漸增大的拉力，直至薄膜與金屬分離。

剪切測(cè)試是沿著薄膜與金屬結(jié)合面的水平方向上連續(xù)施加逐漸增大的推力，直至薄膜與金屬分離。

對(duì)微米級(jí)厚度的PSPI薄膜，剪切高度控制在2μm以下，剪切速率控制在100μm/s以內(nèi)。

記錄薄膜與金屬層分離時(shí)的拉力、推力，以及拉伸測(cè)試的分離面積、剪切測(cè)試的分離面積。

8結(jié)果分析

界面結(jié)合力計(jì)算

光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面結(jié)合力可分別用拉伸強(qiáng)度?、剪切強(qiáng)度?表示，計(jì)算公式分別如下：

?

?=1…………（1）

?1

?

?=2…………（2）

?2

式中：

—拉伸時(shí)的界面斷裂強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

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—剪切試驗(yàn)時(shí)的界面斷裂強(qiáng)度，單位為兆帕（MPa）；

F1—光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬分離的拉伸斷裂載荷，單位為牛頓(N)；

F2—光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬分離的剪切斷裂載荷，單位為牛頓(N)；

2

S1—拉伸測(cè)試時(shí)，光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面的分離面積，單位為平方毫米(mm)；

2

S2—剪切測(cè)試時(shí)，光敏介質(zhì)薄膜與互連金屬界面的分離面積，單位為平方毫米(mm)。

界面結(jié)合力計(jì)算結(jié)果按GB/T8170進(jìn)行修約，精確到1位小數(shù)。

對(duì)同一批樣品試驗(yàn)數(shù)據(jù)（即界面結(jié)合力）進(jìn)行分析：

1)分析數(shù)據(jù)分布特征，包括平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度、異常值；

2)剔除異常值，取有效樣本的平均值。

典型失效模式

通過(guò)顯微