การใช้ Nitric Fuming สำหรับ งาน DECAPSULATION ลอกพลาสติกหุ้มออกจากชิ้นส่วนเซมิคอนดักเตอร์

 

 DECAPSULATION OF PLASTIC ENCAPSULATED SEMICONDUCTOR DEVICES

 การกัดลอก วัสดุพลาสติคหุ้มรอบนอกของชิ้นส่วน วัสดุกึ่งตัวนำ

 

การทำงานกับชิ้นส่วนวัสดุกึ่งตัวนำที่ประกอบอยู่ในแผงวงจรอิเล็คทรอนิคส์ต่าง ๆ ทั้งในขั้นตอนของ การวิเคราะห์ กระบวนการผลิต Construction Analysis (CA) การทดสอบวัสดุเชิงกายภาพ โดยการทลายชิ้นวัสดุ Destructive Physical Analysis (DPA)  และการทดสอบ วิเคราะห์เพื่อหาข้อบกพร่องในกระบวนการผลิต Failure Analysis (FA)  ต่างต้องใช้กระบวนการขั้นต้น คือ การย่อยสลายชิ้นงาน เพื่อลอกเอาวัสดุปิดผิวภายนอก ที่เป็นพลาสติค ให้หลุดออกไป และเหลือเพียงชิ้นงานที่สนใจ ทั้งสิ้น ขั้นตอนนี้ในเอกสารฉบับนี้จะเรียกว่า DECAPSULATION

 

ภาพรวมของการทำ DECAPSULATION

ก่อนจะนำชิ้นงานมาทำการ DECAPSULATION  ต้องเริ่มตั้งแต่การเตรียมตัวอย่างขั้นต้น การตรวจสอบชิ้นงานก่อนกัดด้วยเครื่อง x ray การอบให้ความร้อน (เพื่อใล่ความชื้น กำจัดน้ำ) , การขัดสี บดชิ้นงาน ให้บางลงด้วยเครื่องมือเชิงกล (ในบางกรณี) การทำ masking เพื่อป้องกันผิวชิ้นงานที่ไม่ต้องการให้ถูกกัดโดยสารเคมี จากนั้นจึงเข้าสู่ขั้นตอนการกัดด้วยสารเคมี ซึ่งจะมีวิธีการแยกย่อยเป็นอีก 4 วิธีหลัก การจะใช้วิธีไหนนั้นก็ขึ้นอยู่กับ ขนาด มิติ รูปแบบของชิ้นงานแต่ละชิ้น วิธีทั้ง 4 ได้แก่

 • Manual wet etching,

• Complete wet etching,

• Automated wet etching

• Plasma etching.

 

หลังจากกัดเปิดชิ้นงานแกล้วก็จะเข้าสู่กระบวนการหลังกัด หรือ post treatment ซึ่งได้แก่ การล้างทำความสะอาด และการเป่าแห้งนั่นเอง

 

แผนภาพ 1 ภาพรวมกระบวนการ DECAPSULATION OF PLASTIC ENCAPSULATED SEMICONDUCTOR DEVICES

 จากภาพจะเห็นว่า การจะเลือกใช้วิธี การกัดวิธีไหนนั้นขึ้นอยู่กับ สถานะความมากน้อยของการกัด หรือ status of decapsulation โดยที่ สถานะ A จะมีการกัดน้อยที่สุด ส่วนสถานะ C เป็นการกัดมากที่สุด ดังแผนภาพตัวอย่างข้างล่างนี้ ซึ่งยกเอาตัวอย่างการกัดเปิดชิ้นส่วน 6 DIL plastic DIP

 

• Status A: หมายถึงการกัดเปิด วัสดุพลาสติกออก เพื่อให้เห็นผิวของ  die ลึกลงไปจนถึงผิวหน้าของฐานรอง die bond pad, กัดให้เห็น loop in the bond wire, และต้องกัดให้ได้ความยาวอย่างน้อย 75 % ของความยาว bond wire 

• Status B: หมายถึงการกัดเปิด วัสดุพลาสติกออก เพื่อให้เห็นผิวของ  die ลึกลงไปจนถึงผิวหน้าของฐานรอง die bond pad, กัดให้เห็น loop in the bond wire, และต้องกัดให้ได้ความยาวทั้งหมด 100 % ของความยาว bond wire 

• Status C: หมายถึงการกัดเปิด วัสดุพลาสติกออก จากชิ้นงานที่ต้องการวิเคราะห์ ทดสอบทั้งหมด โดยไม่เหลือเลย

ในแต่ละสถานะความมากน้อยของการกัดเปิด ก็จะนำชิ้นงานไปตรวจสอบ ได้หลากหลายแตกต่างกัน การกัดเปิดมากก็จะทดสอบได้หลายหัวข้อ หรือละเอียดกว่า ดังนั้นก่อนที่จะเลือกใช้ว่าจะกัดเปิดมากน้อย ขนาดไหน ผู้วิเคราะห์ ทดสอบต้องตอบให้ได้ก่อนว่าตนต้องการวิเคราะห์หัวข้อใดบ้าง

 

รายละเอียด และ ตัวแปรที่สำคัญในแต่ละขั้นตอนการทำงาน

 1.    X-RAY INVESTIGATION

ทำการตรวจวิเคราะห์ ด้วย วิธี X-ray analysis ทั้งนี้เพื่อประเมินในขั้นต้น ถึงรูปร่าง ขนาด ตำแหน่งที่ตั้ง ของ die  และเพื่อวัดค่าความยาวของ bond-wires ผลการวิเคราะห์จะทำให้รู้ว่า ในขั้นต่อไปจะต้องบดขัด หรือ ทำ masking บริเวณไหนของ ชิ้นงาน จะต้องกัด ลึกลงไประดับไหน เพื่อให้เห็นชิ้นงาน  เป็นต้น

 2.    PRE-BAKE

ในชิ้นงาน PEDs อาจมีความชื้นปนอยู่ ความชื้นที่ว่านี้ อาจส่งผลให้เกิดการกัดกร่อน ที่ lead frame และ bond-pads ในระหว่างที่ทำการ decapsulation. ชิ้นส่วนแผงวงจรแต่ละชิ้นอาจมีข้อแนะนำที่เฉพาะเจาะจง ออกไปว่าต้องใช้อุณหภูมิในการไล่ความชื้นในขั้นตอน การอบนี้เท่าไหร่ หากมีระบุให้ใช้ค่าอุณหภูมิและเวลาตามที่มีแจ้ง แต่หากชิ้นงานใดไม่มีระบุอย่างชัดเจน ให้อบด้วยอุณหภูมิ 125°C เป็นเวลาอย่างน้อย  16 ชั่วโมง

3.    MILLING and MASKING

การขัดชิ้นงานด้วยวิธีเชิงกลขั้นต้น มักจำเป็นต้องทำโดยเฉพาะในกรณีของการกัดเปิดแบบ Manual Wet Etching และ Plasma Etching ชิ้นงานจะถูกขัด ลึกลงไปก่อนเพื่อให้เฉพาะเจาะจงกับบริเวณที่จะกัดด้วยสารเคมีในขั้นถัดไป การขัดลึกลงไปก่อนจะช่วยประหยัดเวลาในการกัดด้วยสารเคมี  นอกจากนี้ยังช่วยให้เกิดการกัด ในบางบริเวณก่อนบริเวณอื่นที่ต้องการกัดให้ช้ากว่า ในทางตรงกันข้าม หากต้องการให้บริเวณใดๆ ไม่ถูกกัด ด้วยสารเคมีในขั้นถัดไป ก็ต้องทำกระบวนการ masking หรือหุ้มปกป้องบริเวณนั้น อาจจะใช้ อลุมิเนียมฟอยด์ เทปกาว หรือวัสดุอื่นใดที่ทนทานต่อการกัดกร่อนด้วยสารเคมี ปิดทับบริเวณนั้นให้แนบสนิท

4.    DECAPSULATION ด้วยสารเคมี

 การกัดชิ้นงานด้วยสารเคมี โดยทั่วไปแล้วจะเลือกใช้ กรด nitric fuming (กรดไนตริคความเข้มข้น มากกว่า 90 %) กรด ซัลฟุริค 98 % หรือกรดทั้งสองชนิดผสมกัน ทั้งนี้ขึ้นกับ ลักษณะ ชนิด ของชิ้นงาน ขนาดพื้นที่ที่จะกัด ดังแผนภาพด้านล่าง

 

 

จะเห็นว่า หากเป็นชิ้นส่วน เซมิคอนดัคเตอร์ชนิด SOT ,SOP ,SOJ,SSOP TSOP ,PLCC ที่ขนาดบริเวณที่ต้องกัดเปิด ไม่เกิน 300 ตารางมิลลิเมตร สามารถใช้เพียงกรด NITRIC fuming แต่ชิ้นงาน PLGA ต้องเอากรด 2 ชนิดผสมกัน และใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นในการกัด บางชิ้นงาน อย่าง PBGA ที่ต้องกัด เป็นบริเวณกว้าง ต้องใช้กรด ซัลฟุริค ที่อุณหภูมิสูงถึง กว่า 200 องศา เป็นต้น  กรดผสมโดยปกติแล้วจะหมายถึง ไนตริก fuming : sulphuric 2: 1 หรือ 9 : 1

  

รายการสารเคมีที่ต้องใช้

 

• กรด ไนตริก HNO3 : (fuming nitric acid), 100% หรือ  red fuming nitric acid > 90%

• กรดซัลฟุริค H2SO4 : (sulphuric acid), 100%

• อะซิโตน Acetone ( ชนิดที่มีน้ำเจือปนน้อยที่สุด)

• น้ำ Deionized water

• A liquid cleaner (e.g. photoresist stripper or acetone)

• Dry nitrogen gas (gun)

 

 

 รูปของ Nitric acid fuming (nitric acid > 90 %) สารละลายใสสีเหลือง มีไอ

 

 ชิ้นส่วนที่จะถูกกัด หลังจากผ่านขั้นตอน mill/masking แล้ว จะถูกนำมาวางบน hot plate หรือแผ่นให้ความร้อน จากนั้น ปรับอุณหภูมิให้สูงขึ้นไปในระดับอุณหภุมิที่ต้องการ เตรียมบีกเกอร์เปล่า แล้วเติมกรด Nitric acid fuming (nitric acid > 90 %) ลงไป ประมาณ 40 มิลลิลิตร หากในกรณีที่ต้องใช้กรดผสมในการกัด ให้เติมกรด Nitric acid fuming (nitric acid > 90 %) ปริมาณ 40 มิลลิลิตร ผสมกับ กรด sulphuric acid ปริมาณ  4 มิลลิลิตร

 

ใช้หลอดหยด ดูด กรด/กรดผสม จากนั้น หยดลงบนชิ้นงานที่กำลังร้อน ทีละหยด รอให้เกิดปฏิกิริยา (จะเกิดเป็นฟอง และ บริเวณที่ถูกหยด เปลี่ยนเป็นสีดำ)

 

ใช้คีมคีบชิ้นงานออกมา จากนั้น ชะบริเวณนั้นด้วยอะซิโตน

 

ทำซ้ำๆ อีกจนกระทั่งกัดเปิด เอาชิ้นส่วนพลาสติกที่หุ้มอยู่หลุดออกไปจนหมด

จากนั้นคีบชิ้นงานออกมาจุ่มใน สารชะล้าง ต่อด้วยน้ำ demineralize อาจใช้ร่วมกับ เครื่องล้างอัลตร้าโซนิค จากนั้นชะไล่น้ำด้วยอะซิโตน และเป่าแห้งด้วย Dry nitrogen gas

 

ข้อควรระวังเพื่อความปลอดภัย

การทำงาน decapsulation เป็นการปฏิบัติงานกับกรดความเข้มข้นสูง มีการใช้ความร้อน และเกิดไอกรดที่เป็นอันตราย จึงต้องทำในตู้ดูดควันเท่านั้น อ่างทิ้งน้ำกรดต้องเป็นอ่างทนสารเคมี ผู้ปฏิบัติงานต้องสวมใส่ อุปกรณ์ป้องกัน ไอกรด หน้า กาก ถุงมือ ผ้ากันเปื้อนที่ทนทานต่อกรด นอกจากนี้ยังต้องมีความระมัดระวังในการทำงานอย่างสูง ตระหนักถึงความปลอดภัยในการทำงานทุกขณะ การใช้งานน้ำกรดสำหรับกัดชิ้นงานต้องใช้ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม โดยเฉพาะหากใช้กรด ไนตริค หรือ กรดผสมที่มีไนตริค ห้ามใช้อุณหภูมิเกินกว่า 90 องศาเซลเซียส เนื่องจากจะเกิดการระเหยเป็นไอของกรด ระวังการกัดชิ้นงานนานเกินไปจนส่งผลต่อกายภาพของชิ้นส่วนที่สนใจวิเคราะห์

สนใจกรด Nitric fuming (> 90 %) สำหรับงาน decapsulation  ติดต่อ  หจก.  อินทิเกรท ซายน์ โทร  081 8843207