PL227418B1 - Sposób chemicznej ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób chemicznej ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych zwłaszcza typu MOSFET, PLCC, SO, QFP i QFN w celu wykrycia uszkodzeń wewnętrznej struktury półprzewodnikowej oraz warstwy izolacyjnej i wewnętrznych połączeń a także w celu zbadania oryginalności podzespołu elektronicznego.

Montaż nowoczesnych, zaawansowanych konstrukcyjnie układów scalonych np. obudów wielowyprowadzeniowych z wyprowadzeniami umieszczonymi pod obudową oraz układów scalonych o krótkich odległościach między strukturami powoduje konieczność stosowania nowych, niszczących metod oceny jakości wewnętrznej struktury i połączeń podzespołu, wykorzystywanych w analizie awaryjności podzespołów i do oceny technologii montażu.

Ekstrakcja struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej polega na usunięciu polimerowej lub kompozytowej obudowy, metalowej ramki wyprowadzeń oraz podłoża stanowiącego odbiornik ciepła, w postaci litego, metalicznego elementu.

Znane sposoby ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych można podzielić na sposoby mechaniczne, w których obudowa podzespołu i kolejne warstwy podzespołu są usuwane przy użyciu plazmy i/lub wiązki laserowej, sposoby trawienia chemicznego oraz sposoby mieszane mechaniczno-chemiczne.

W sposobie chemicznym do roztwarzania obudowy z tworzywa lub ceramicznej oraz trawienia poszczególnych warstw podzespołu stosowane są kwasy nieorganiczne np. azotowy, siarkowy oraz ich mieszaniny, kwas solny, fosforowy lub kwas fluorowodorowy.

Skład roztworów trawiących stosowanych w tym sposobie zależy nie tylko od materiału, z którego wykonana jest obudowa, ale także od materiałów, z których wykonane są inne elementy podzespołu, takie jak połączenia drutowe, podstawa montażowa, czy wyprowadzenia. Sposoby stosowane do ekstrakcji struktury półprzewodnikowej są podobne do sposobów stosowanych przy dekapsulacji podzespołów elektronicznych.

W opisach patentowych US2004/0018651 A1 i US6709888B2 przedstawiono sposób chemicznej dekapsulacji, który polega na usuwaniu fragmentu obudowy podzespołu elektronicznego wykonanego z polimeru lub ceramiki w celu odsłonięcia układu scalonego przy zastosowaniu dymiącego kwasu azotowego i siarkowego zmieszanych w proporcji od 3:1 do 6:1. Trawienie obudowy prowadzone jest w sposób automatyczny w specjalnej komorze trawiącej w temperaturze < 60°C. Sposób jest znamienny tym, że zastosowana w mieszaninie trawiącej proporcja kwasów oraz niska temperatura trawienia nie powodują uszkodzenia miedzi lub usuwają ją w nieznacznym stopniu.

W innych znanych patentach opisy dotyczą dekapsulacji podzespołów w obudowach z wyprowadzeniami sferycznymi pod obudową, wykonanych w technologii „Package on Package”. Na przykład w patencie US 6358852B1 jako podstawowy stosuje się sposób mechanicznego usuwania części obudowy wielochipowych układów scalonych, a następnie trawienie plazmowe. Sposób trawienia chemicznego stosuje się jako alternatywną metodę w celu oceny chipu umiejscowionego od spodniej strony podzespołu. Po wstępnym mechanicznym usunięciu fragmentu tego rodzaju obudowy i chemicznym wytrawieniu górnego układu scalonego trawienie chemiczne prowadzi się w specjalnym urządzeniu ze strumieniowym dozowaniem dymiącego kwasu siarkowego o temperaturze 200°C.

W opisie patentowym US 7,666,321 B2 proces trawienia chemicznego z użyciem dymiącego kwasu azotowego jest stosowany jako ostatni etap dekapsulacji podzespołów z połączeniami sferycznymi. Trawienie jest prowadzone w temperaturze 60-100°C w czasie od 30 sekund do 5 minut.

Dekapsulacja podzespołów elektronicznych i ekstrakcja struktury sposobem chemicznym opisane w znanych patentach prowadzone są w specjalnych urządzeniach, które zapewniają automatyzację procesu. Są to jednak urządzenia kosztowne, które ponadto wymagają specjalnego i dostosowanego do danego typu obudowy wstępnego przygotowywania podzespołu.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu chemicznej ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych zwłaszcza typu MOSFET, PLCC, SO, QFP i QFN, która jest wykonywana manualnie i nie wymaga wstępnego przygotowania podzespołu.

Sposób chemicznej ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych typu MOSFET, PLCC, SO, QFP i RFN, według wynalazku, polega na selektywnym rozpuszczaniu kolejnych elementów podzespołu, aż do wydzielenia krzemowej i ceramicznej struktury. Ekstrakcja jest prowadzona od spodniej części podzespołu i w pierwszym etapie rozpuszczaniu podPL 227 418 B1 lega podłoże stanowiące odbiornik ciepła. Jest to metaliczna warstwa: najczęściej miedź, mosiądz lub aluminium.

W tym celu badany podzespół umieszcza się w zlewce na płycie grzejnej, nagrzanej do temperatury 90°C, po czym podzespół zalewa się taką ilością roztworu trawiącego, aby był on całkowicie zanurzony.

Skład roztworu trawiącego jest dobierany w zależności od składu materiału podłożowego. W przypadku miedzi i mosiądzu jest to mieszanina stężonego kwasu azotowego i kwasu siarkowego w proporcji 1:1 z dodatkiem od 10 do 20 ml kwasu solnego na 1 dcm³ mieszaniny.

Warstwy aluminiowe są wytrawiane w roztworze stężonego kwasu azotowego i stężonego kwasu solnego w proporcji HCl:HNO3:H2O 1:1:1.

Trawienie prowadzi się w czasie od 15 do 40 sekund. Następnie trawiony element płucze się w wodzie dejonizowanej i poddaje czyszczeniu w acetonie z wykorzystaniem ultradźwięków w czasie od 15 do 30 sekund. Procesy trawienia, płukania i czyszczenia prowadzi się przemiennie aż do całkowitego rozpuszczenia warstwy metalicznej.

W drugim etapie prowadzi się proces trawienia kolejnych warstw podzespołu oraz obudowy w roztworze kwasu siarkowego i wody utlenionej (30%) w proporcji od 6:1 do 8:1 z dodatkiem urotropiny w ilości od 1 do 15 mg na 1 dcm³ mieszaniny trawiącej, w temperaturze od 90 do 100°C w czasie od 10 do 30 sekund. Po każdym okresie trawienia element poddaje się płukaniu w wodzie dejonizowanej i czyszczeniu w acetonie w płuczce ultradźwiękowej w czasie od 10 do 20 sekund. Operacje trawienia, płukania i czyszczenia powtarza się aż do wyekstrahowania struktury półprzewodnikowej. Kontrolę procesu trawienia prowadzi się przy użyciu szkła powiększającego, mającego powiększenie 15X.

P r z y k ł a d:

Podzespół w obudowie MOSFET z podłożem miedzianym umieszcza się w zlewce na płycie grzejnej nagrzanej do temperatury 90°C i zalewa 50 ml roztworu trawiącego o składzie: stężony kwas azotowy i stężony kwas siarkowy w proporcji 1:1 z dodatkiem 1 ml stężonego kwasu solnego. Proces trawienia obudowy prowadzi się przez 30 sekund, a następnie podzespół poddaje się płukaniu w wodzie dejonizowanej i czyszczeniu w acetonie. Proces czyszczenia prowadzi się w płuczce ultradźwiękowej przez 15 sekund. Procesy trawienia, płukania i czyszczenia prowadzi się przemiennie aż do całkowitego rozpuszczenia podłoża. W drugim etapie prowadzi się proces usuwania kolejnych warstw podzespołu oraz obudowy w roztworze kwas siarkowego i wody utlenionej (30%) w proporcji 8:1 dodatkiem urotropiny w ilości 5 mg na 1 dcm³ mieszaniny trawiącej w temperaturze 100°C w czasie 15 sekund. Po każdym okresie trawienia element poddaje się płukaniu w acetonie w płuczce ultradźwiękowej przez 10 sekund, a następnie kontroli za pomocą szkła powiększającego o powiększeniu 15X. Operacje trawienia i płukania powtarza się aż do wyekstrahowania krzemowej struktury półprzewodnikowej.

Opracowany sposób chemicznej ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych może być stosowany w zakładach wykonujących montaż elektroniczny oraz zakładach wytwarzających sprzęt elektroniczny, które potrzebują nowych metod oceny jakości wewnętrznej struktury półprzewodnikowej, połączeń wewnętrznych i warstwy izolacyjnej AlN (ceramicznej), nowych, zaawansowanych konstrukcyjnie układów scalonych oraz oceny technologii montażu.

Sposób według wynalazku jest również wykorzystywany do rozróżnienia oryginalnego podzespołu elektronicznego od podrobionego. Ma to duże znaczenie, gdyż podrabiane elementy powodują nie tylko duże straty finansowe, ale też powodują niebezpieczne dla użytkowników uszkodzenia wyrobów.

Claims (3)

1. Sposób chemicznej ekstrakcji struktury półprzewodnikowej i warstwy izolacyjnej z podzespołów elektronicznych, w którym badany podzespół umieszcza się w zlewce na płycie grzejnej, nagrzanej do temperatury 90°C, po czym podzespół zalewa się taką ilością roztworu trawiącego, aby był on całkowicie zanurzony, znamienny tym, że proces wydzielenia struktury wykonuje się manualnie od spodniej części podzespołu elektronicznego poprzez selektywne trawienie najpierw metalowego podłoża a następnie kolejnych warstw podzespołu wraz z obudową, przy czym trawienie warstwy metalicznej podłoża prowadzi się w czasie od 15

PL 227 418 B1 do 40 sekund, następnie trawiony podzespół płucze się w wodzie dejonizowanej i poddaje czyszczeniu w acetonie z wykorzystaniem ultradźwięków w czasie od 15 do 30 sekund, a procesy płukania i czyszczenia prowadzi się przemiennie aż do całkowitego rozpuszczenia warstwy metalicznej, po czym prowadzi się proces trawienia kolejnych warstw podzespołu oraz obudowy w roztworze kwasu siarkowego i wody utlenionej (30%) w proporcji od 6:1 do 8:1 z dodatkiem urotropiny w ilości od 1 do 15 mg na 1 dcm³ mieszaniny trawiącej, w temperaturze od 90°C do 100°C w czasie od 10 do 30 sekund, a po każdym okresie trawienia podzespół poddaje się płukaniu w wodzie dejonizowanej i czyszczeniu w acetonie w płuczce ultradźwiękowej w czasie od 10 do 20 sekund, a operacje trawienia, płukania i czyszczenia powtarza się aż do wyekstrahowania struktury półprzewodnikowej, przy czym kontrolę procesu trawienia prowadzi się przy użyciu szkła powiększającego o powiększeniu co najmniej 15X.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do trawienia podłoży miedzianych i mosiężnych roztwór trawiący składa się z mieszaniny stężonego kwasu azotowego i kwasu siarkowego w proporcji 1:1 z dodatkiem kwasu solnego w ilości od 10 do 20 ml na 1 dcm³ mieszaniny.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do trawienia podłoży aluminiowych roztwór trawiący składa się z mieszaniny stężonego kwasu azotowego i stężonego kwasu solnego w proporcji HCl:HNO3:H2O 1:1:1.