國儀量子電鏡在晶圓級封裝微凸點共晶融合觀測的應用報告

一、背景介紹

在半導體產業持續向小型化、高性能化邁進的進程中，晶圓級封裝（WLP）技術憑借其能有效縮小芯片尺寸、降低成本以及提升電氣性能等顯著優勢，成為先進封裝領域的關鍵技術。WLP 直接在晶圓上進行封裝操作，相較于傳統封裝方式，減少了封裝層級，縮短了信號傳輸路徑，極大提升了芯片的電學性能。在智能手機、可穿戴設備等對空間和性能要求極高的電子產品中，WLP 技術廣泛應用，滿足了產品輕薄化、高性能的需求。

微凸點作為 WLP 實現芯片與基板電氣連接和機械支撐的核心結構，其共晶融合質量至關重要。共晶融合是指在特定溫度下，微凸點材料與對應連接點材料發生原子擴散，形成新的合金相，實現可靠連接。理想的共晶融合應形成均勻、致密的合金層，確保低電阻、高機械強度的連接。若共晶融合不完全，會導致微凸點與連接點之間接觸不良，增加電阻，引發信號傳輸損耗，影響芯片的正常工作。融合不均勻還可能使焊點力學性能不一致，在熱循環、機械振動等工作條件下，焊點易出現開裂，降低封裝可靠性。微凸點共晶融合受焊接溫度、時間、壓力以及微凸點與連接點材料特性等多種因素綜合影響。因此，精準觀測晶圓級封裝微凸點共晶融合情況，對優化封裝工藝、提高芯片封裝質量、推動半導體封裝技術發展至關重要。

二、電鏡應用能力

（一）微觀結構成像

國儀量子 SEM3200 電鏡具備高分辨率成像能力，能夠清晰呈現晶圓級封裝微凸點共晶融合區域的微觀結構。可精確觀察到微凸點與連接點之間的界面特征，判斷界面是否清晰、平整，有無間隙或孔洞；呈現共晶合金層的形態，確定其是否均勻分布，有無偏析現象；觀察微凸點和連接點材料的微觀組織變化，判斷原子擴散情況。通過對微觀結構的細致成像，為觀測共晶融合提供直觀且準確的圖像基礎。例如，清晰的界面成像有助于判斷共晶融合是否完全。

（二）共晶融合狀態分析

借助 SEM3200 配套的圖像分析軟件，能夠對微凸點共晶融合狀態進行深入分析。軟件通過設定合適的算法，根據共晶合金層與周圍材料在圖像中的對比度差異，識別共晶合金層的范圍和厚度。對不同位置的微凸點共晶融合區域進行測量統計，分析共晶融合的均勻性。例如，計算共晶合金層厚度的標準差等統計量，評估融合的一致性。精確的共晶融合狀態分析為評估封裝質量提供量化數據支持，有助于確定受融合質量影響的區域。

（三）融合與工藝參數關聯研究

SEM3200 獲取的微凸點共晶融合數據，結合實際晶圓級封裝工藝參數，能夠輔助研究共晶融合與工藝參數之間的關聯。通過對不同工藝條件下微凸點共晶融合情況的對比分析，確定哪些工藝參數的變化對共晶融合質量影響顯著。例如，發現焊接溫度的微小波動會導致共晶合金層厚度和均勻性發生明顯變化，為優化封裝工藝參數提供依據，以實現高質量的共晶融合。

三、產品推薦

國儀量子 SEM3200 鎢燈絲掃描電鏡是晶圓級封裝微凸點共晶融合觀測的理想設備。它具有良好的分辨率，能清晰捕捉到微凸點共晶融合微觀結構的細微特征和融合狀態變化。操作界面人性化，配備自動功能，大大降低了操作難度，即使經驗不足的研究人員也能快速上手，高效完成觀測任務。設備性能穩定可靠，長時間連續工作仍能確保檢測結果的準確性與重復性。憑借這些優勢，SEM3200 為半導體封裝企業、科研機構提供了有力的技術支撐，助力優化封裝工藝、提高芯片封裝質量，推動半導體封裝技術的進步與發展。