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背景：在芯片封裝領(lǐng)域，銅線鍵合技術(shù)由于其成本效益和良好的電學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用。銅線鍵合的芯片使用的發(fā)煙硝酸開蓋方法不再適用。芯片在認(rèn)證和失效分析過程中，需要打開封裝而不破壞內(nèi)部的鍵合結(jié)構(gòu)，這就涉及到銅線鍵合的開蓋能力。

價值：具備良好的銅線鍵合的開蓋能力是芯片認(rèn)證質(zhì)量的保證，同時也是確保失效分析成功率的重要因素之一。芯片開蓋作為破壞性分析的第一站，開蓋能力的提升對實(shí)驗(yàn)室能力建設(shè)具有重大的意義。

現(xiàn)狀：早期在沒有試劑配方時銅線鍵合樣品開蓋后鍵合絲幾乎全斷

咨詢業(yè)界TOP第三方實(shí)驗(yàn)室獲得了一個配方（硫酸：硝酸=1:1,130℃），銅線鍵合樣品開蓋基本能夠保證線不斷，但不穩(wěn)定（如下圖中間打線會有幾根斷線的情況）。

在發(fā)煙硝酸中加入濃硫酸可以抑制硝酸對銅的腐蝕，這種開蓋方法被業(yè)界普遍應(yīng)用。而各家實(shí)驗(yàn)室的配方均對外保密，我們獲得的配方可能并不是一個最優(yōu)配方，因此需要進(jìn)行研究找到一個最優(yōu)配方。

為什么加入硫酸可以抑制硝酸對銅的腐蝕？

機(jī)理如下：

a）硝酸根離子的氧化性和氫離子的關(guān)系

硝酸根離子表現(xiàn)強(qiáng)氧化性依賴于溶液中的氫離子，硝酸的氧化反應(yīng)實(shí)際上是硝酸根離子在酸性條件下獲得電子的過程。銅與硝酸的反應(yīng)中，硝酸根離子在氫離子存在時：NO3-+4H++3e-→NO+2H2O。這表明氫離子是參與硝酸根離子還原反應(yīng)的必要物質(zhì)。

當(dāng)加入硫酸后，硫酸大量電離出氫離子，使得溶液中的氫離子濃度大幅增加。根據(jù)能斯特方程（用來計(jì)算電極上相對于標(biāo)準(zhǔn)電勢而言的指定氧化還原對的平衡電壓的方程。

在電化學(xué)中，能斯特方程表達(dá)式為：E=E°- (2.303*RT) * (logQ°-logK°)），對于硝酸根離子/氮氧化物電對，氫離子濃度增加會改變該電對的電極電勢。電極電勢的改變會影響硝酸根離子的氧化能力，使得其氧化能力在一定程度上降低。

b）銅表面保護(hù)膜的形成

銅和硫酸反應(yīng)式如下：Cu + 2H2SO4(濃)=Cu2SO4+SO2↑+ 2H2O。硫酸亞銅是一種溶解度相對較小的物質(zhì)，它會在銅表面沉淀形成一層保護(hù)膜。這層保護(hù)膜會阻止硝酸分子或硝酸根離子與銅表面的直接接觸，從而抑制硝酸對銅的腐蝕（因此有的實(shí)驗(yàn)室為了開蓋效果更好，會在配方中加入硫酸銅或硫酸亞銅）。從反應(yīng)動力學(xué)角度來看，銅表面被硫酸亞銅覆蓋后，硝酸根離子與銅表面的有效碰撞頻率大大降低，使得腐蝕反應(yīng)的速率顯著減小。

c）競爭反應(yīng)的影響

溶液中存在硝酸和硫酸時，由于硫酸提供了大量的氫離子，硝酸根離子和硫酸電離出的氫離子之間存在一種競爭關(guān)系。硫酸電離出的氫離子會與硝酸根離子結(jié)合參與反應(yīng)，但這種結(jié)合可能會改變硝酸根離子的反應(yīng)路徑或者反應(yīng)速率。例如，可能會形成一些中間產(chǎn)物或者過渡態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)的形成使得硝酸根離子原本對銅的腐蝕反應(yīng)受到干擾，從而抑制了硝酸對銅的腐蝕。

研究目的：對銅線鍵合樣品開蓋進(jìn)行研究，提升銅線鍵合樣品開蓋能力。

本文將使用6西格瑪工具對銅線鍵合芯片進(jìn)行開蓋研究

通過對開蓋后的樣品使用SEM檢查鍵合絲直徑和形貌，研究不同配方下銅線鍵合樣品的開蓋效果。

確定主要研究因子：

IPO分析：

DOE1：

DOE1結(jié)果交互作用顯著但主效應(yīng)不顯著，結(jié)合DOE1的結(jié)果和文獻(xiàn)內(nèi)容，固定溫度（一個高溫一個低溫條件），變動硝硫配比做單因子研究，探尋可能存在的曲線。

DOE2：

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，70℃下有兩個化學(xué)配方直徑基本一致，通過對開蓋形貌進(jìn)行觀察，確認(rèn)在XX條件下形貌更優(yōu)，故選用該化學(xué)配方。

驗(yàn)證：對最優(yōu)的配方重復(fù)10次試驗(yàn)，驗(yàn)證效果。

推廣：將改善后配方應(yīng)用于其他常見封裝類型芯片開蓋可見開蓋效果得到顯著提升。