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铜镀层电迁移失效分析

检测项目

结构表征:

  • 镀层厚度:局部厚度偏差≤0.2μm(IPC-4552)
  • 晶粒尺寸:平均晶径(EBSD取向成像)
  • 表面形貌:粗糙度Ra≤0.05μm(ISO4287)
成分分析:
  • 元素分布:Cu纯度≥99.9%(GB/T5121.27)
  • 杂质含量:S/Cl离子≤5ppm(IEC62321-7)
  • 合金元素:Sn/Ni界面扩散浓度(EDAX面扫)
电性能测试:
  • 电阻变化率:ΔR/R0≥10%判失效(JESD22-A120C)
  • 漏电流:0-100V阶梯偏压(灵敏度1pA)
  • 介质耐压:击穿电压≥500V/mm
界面特性:
  • IMC层厚度:Cu6Sn5≤3μm(SEM截面)
  • 结合强度:附着力≥15MPa(ASTMD4541)
  • 界面孔隙率:≤0.1%(X射线断层扫描)
环境试验:
  • 温湿度偏置:85℃/85%RH@5V(JESD22-A101)
  • 温度循环:-55℃~125℃(IEC60068-2-14)
  • 混合气体腐蚀:H2S/SO2浓度10ppb(ASTMB827)
应力测试:
  • 电流密度:临界值≥1MA/cm²(Black方程)
  • 热机械应力:CTE失配度(TMA法)
  • 电迁移速率:活化能测算(Arrhenius模型)
失效分析:
  • 枝晶形貌:SEM/EDS元素映射
  • 失效定位:红外热成像(分辨率3μm)
  • 空洞率:FIB截面三维重建
加速寿命试验:
  • 高温存储:150℃@1000h(JESD22-A103)
  • 高加速测试:130℃/85%RH@12V
  • 电流阶梯法:步进增量0.1A/min
力学性能:
  • 显微硬度:HV0.01≥120(ISO6507)
  • 延展性:裂纹扩展能(纳米压痕法)
模拟计算:
  • 电场分布:COMSOL多物理场仿真
  • 离子扩散:浓度梯度模型参数

检测范围

1.PCB线路板铜镀层:通孔/盲孔镀铜层,重点检测电流密度集中区枝晶生长

2.引线框架表面镀层:QFN/LGA封装铜引脚,侧重界面IMC层致密性分析

3.连接器端子镀层:高频高速连接器,关注微动摩擦导致的离子迁移加速

4.芯片铜互连结构:BEOL工艺CuDamascene,检测通孔/沟槽的电迁移空位集聚

5.功率模块键合铜线:直径50-500μm键合线,考核大电流负载下的电化学腐蚀

6.电磁屏蔽镀层:腔体镀铜屏蔽层,验证高频电场作用下的离子输运

7.柔性电路镀铜膜:PI基材覆铜膜,分析弯曲应力与离子迁移耦合效应

8.3D封装TSV镀铜:硅通孔填充铜柱,检测Z向热应力导致的界面失效

9.散热基板铜镀层:IMS基板铜电路,考核热循环下的镀层剥离倾向

10.MEMS器件电极:微机电系统铜电极,聚焦微区电场分布不均匀性

检测方法

国际标准:

  • JESD22-A120C电迁移诱发电阻变化测试
  • IPC-TM-6502.6.25镀铜层加速腐蚀试验
  • IEC60068-2-20表面迁移离子污染度测定
  • ASTMF1260金属电迁移失效时间统计方法
国家标准:
  • GB/T2423.16交变湿热试验方法(温变速率1℃/min)
  • GB/T16545金属沉积层孔隙率检验
  • GB/T1771色漆和清漆耐中性盐雾性能
  • SJ/TJianCe82电子封装铜互连线电迁移测试(恒流法)
方法差异说明:JESD22采用直流偏压加速,GB/T2423.16规定温变速率较ASTMB827快40%;IPC标准要求湿度容差±3%,国标为±5%

检测设备

1.聚焦离子束系统:FEIHeliosG4UX(分辨率1nm,束流1pA-65nA)

2.扫描电镜:ZeissGemini500(SE分辨率0.8nm,EDS探测限0.1wt%)

3.四探针测试仪:Keithley2450(电流范围1pA-1A,电阻测量精度±0.1%)

4.高加速试验箱:ESPECTABAIPN-120(温变速率15℃/min,湿度范围10-98%RH)

5.原子力显微镜:BrukerDimensionIcon(扫描范围90μm,Z向分辨率0.05nm)

6.纳米压痕仪:AgilentG200(载荷分辨率50nN,位移分辨率0.01nm)

7.红外热像仪:FLIRX8510(热灵敏度20mK,空间分辨率1.1mrad)

8.X射线能谱仪:OxfordX-Max80(能量分辨率122eV,元素范围B-U)

9.电化学工作站:PARSTAT4000A(频率范围10μHz-1MHz,电位精度±0.2mV)

10.三维X射线显微镜:ZeissXradia620(分辨率0.7μm,穿透力>60mm钢)

北京中科光析科学技术研究所【简称:中析研究所】

报告:可出具第三方检测报告(电子版/纸质版)。

检测周期:7~15工作日,可加急。

资质:旗下实验室可出具CMA/CNAS资质报告。

标准测试:严格按国标/行标/企标/国际标准检测。

非标测试:支持定制化试验方案。

售后:报告终身可查,工程师1v1服务。

铜镀层电迁移失效分析
其他检测

中析研究所可进行各种检测分析服务,包括不限于:标准试验,非标检测,分析测试,认证设计,产品验收,质量内控,矢量分析,内部控制,司法鉴定等。可出具合法合规、具有公信力的第三方检测报告。