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2020.Feb.26

膜厚仪 FT150 / FT160测量基板中超薄镀镍钯金Ni / Pd / Au层的厚度

FT150 / FT160系列膜厚仪



因为芯片功能持续增加但体绩持续缩小,PCB上必须增加更多芯片,电子封装技术也发展出各种封装技术及方法,能同一基板上增加集成电路(IC)的数量及种类, 达到线路密集多功化之需求,应用芯片尺寸封装技术(Chip Size Package CSP)、多芯片组件(Multi-Chip Module MCM)及系统级封装技术(System in a package SiP)便相继发展出来,以因应需求,而对于后续讯号传输除了焊锡(Solder)也会有打金线(Wire Bond)需求, 在焊锡前的前处理就会在板上利用各种前处理法让整个连接完整稳定,常用镍金Cu/Ni/Au,镍钯金Cu/Ni/Pd/Au,镍钯Cu/Ni/Pd,其中化学镍钯金ENEPIG,Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold 有表面平整,锋装后可靠度佳不腐蚀,焊点可靠度佳, 可多次回焊,有效隔绝电子迁移…但要有这些优点都架构在每层镀层厚度都有良好控制之下, 那么如何对这些极薄的贵金属镀层进行无损化分析及质量管控呢?

由于极薄镀层所发出的荧光X射线强度造成干扰,因此必须配备聚光型光学系统及高灵敏度半导体检测器的组合以提高薄镀层产品荧光的检测日立高科技FT150及FT160,拥有新型聚光型光学系和升级后Vortex®检测器的FT150及FT 160系列面世了,它能帮助用户实现更高效的测量,以下测试样品Au只有0.013μm(13nm),Pd只有0.012μm(12nm),这种超薄金属厚度一般膜厚仪完全无法测试,只能使用FT150 / FT160系列。

在本数据中,介绍了使用FT150/FT160对微小范围的内层铜基板上镀镍的镍钯金超薄镀层的半导体接插件进行仪器测量性能评估。同时,使用FT150/FT160也对先前的FT9500X系列进行了能力比对。 

 

超薄Au/Pd/Ni三层镀层厚度测定案例

■测量条件及标准物质

  测量条件① 测量条件②

标准物质薄膜标准物质Au 0.049 μm,
Pd 0.038 μm,
Ni 1.07 μm,
Cu基板

装置 FT150 FT150
管电压 (DIHP) (DIHP)
光束直径 30 μm φ 30 μm φ
一次滤波器 Al1500
测量时间 50秒 50秒
测量方法 薄膜FP法 薄膜FP法
分析线

Pd Lα
Ni Kα
Cu Kα

Au Lα 
(※)拥有相当于Mo Kα的能量在一次X射线中包涵了90%强度的直径。

 

■测量样品
日立高新技术科学Hitachi High-tech Science薄膜标准物质,相当于Au 0.013μm, Pd 0.012 μm, Ni 0.5 μm(Ni 0.496μm或0.469μm)重迭在Cu板上时, Au/Pd/Ni/Cu导线对接口样品的2点作为评价用样品测量。  

 

FT150采用了新型聚光光学系和升级后的Vortex检测器,FT150比起以往机种FT9500X 可得到高强度的荧光X射线

因此,如果比较FT150和FT9500X在同一测量时间内的重复性,FT150的测量偏差更小,更可实现高效高精准度的测量。


■与以往机种的能谱比较

将同一种样品的大约同一个位置,用FT150测定的能谱与以往机种FT9500X测定的能谱相比。FT150测量出的Au及Pd 形成一个大的波峰,实现了更高精准度的测量。

测量同一样品时的能谱比较

测量同一样品时的能谱比较

■各测量样品的10次反复测量结果

对各测量样品进行反复测量,关于Au、Pd、Ni,与以往机种FT9500X作比较。



表2 标准物质30次反复测量结果

  FT9500X FT150
平均值 标准偏差 RSD% 平均值 标准偏差 RSD%
Au(μm) 0.0129 0.00040 3.1% 0.0131 0.00016 1.3%
Pd(μm) 0.0118 0.00031 2.6% 0.0111 0.00019 1.7%
Ni(μm) 0.4940 0.00116 0.2% 0.4676 0.00047 0.1%

 


表3 导线对接口样品的10次重复性测量结果

  FT9500X FT150
平均值 标准偏差 RSD% 平均值 标准偏差 RSD%
Au(μm) 0.0129 0.00040 3.1% 0.0131 0.00016 1.3%
Pd(μm) 0.0118 0.00031 2.6% 0.0111 0.00019 1.7%
Ni(μm) 0.4940 0.00116 0.2% 0.4676 0.00047 0.1%

 

 ※以上只有测量案例,并不能保证两装置的性能。

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