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CP 离子研磨

ion milling

离子研磨(Ion Milling),亦称为 Cross-Section Polishing(CP),是一种利用高能离子束轰击样品表面,以移除材料并形成平滑截面的样品制备技术,在半导体材料分析与失效分析过程中,为了观察芯片或封装内部的微结构,例如多层金属布线、介电层、焊点结构或材料界面,通常需要将样品制作成高品质截面。然而,若仅使用 机械切割或研磨,往往会因应力、塑性变形或材料拉扯而造成结构破坏,使得后续 扫描式电子显微镜(SEM) 的观察品质受到影响。

 

离子研磨技术透过 高能氩离子束(Ar ion beam) 轰击样品表面,使材料逐层被移除,能够制备出 低应力、低损伤且高度平滑的截面,因此广泛应用于半导体、电子封装、材料科学与光电元件分析。

技术原理

离子研磨系统通常利用 电感耦合 RF 源或微波源 产生等离子体,在系统运作过程中:

  1. 氩气(Ar)被导入等离子腔体。

  2. 高能电子与氩原子碰撞产生大量 正氩离子(Ar⁺)

  3. 电极系统将这些氩离子加速形成高能离子束。

  4. 离子束轰击样品表面,使材料逐渐被移除。

透过精确控制 离子能量、入射角度与加工时间,可制备出平整且无机械损伤的截面,完成研磨后,再利用 光学显微镜(OM)或扫描式电子显微镜(SEM) 进行观察与分析。

 

 

截面研磨(Cross-section Milling)

为了对样品内部构造进行观察与分析,必须让样品内部结构完整显露。若仅使用切割与机械研磨,往往会因材料应力而产生变形或损伤,使 SEM 难以获得理想影像,透过 离子束轰击加工,可制备出低应力且高平整度的截面,使 SEM 能清楚观察样品内部结构。

  • 半导体多层金属结构

  • 介电层厚度

  • 焊点界面

  • 材料界面缺陷

  • 异物或污染物

 

平面研磨(Flat Milling)

在 SEM 表面观察与分析中,通常需要 大面积且平整的样品表面,Flat milling 透过离子束均匀移除样品表层材料,常用于 表面分析或机械研磨后的后处理制程

  • 去除机械研磨造成的损伤层

  • 平整样品表面

  • 提供更大观察区域

  • 提升 SEM 影像品质

闳康科技离子研磨分析优势
闳康科技离子研磨分析优势

闳康科技具备完整的 离子研磨与电子显微分析整合能力,可提供高品质样品制备与精确材料分析。

  • 高品质截面制备能力:可制备低应力、低损伤且高平整度的样品截面。
  • 适用多种材料系统:适用于半导体、PCB、封装材料、LED 与金属材料分析。
  • 大面积样品加工能力:可制备大面积观察区域,适合结构分析与制程诊断。
  • 跨技术整合分析能力:可结合 SEM、EDS、EBSD、FIB、TEM 等分析技术,提供完整材料分析解决方案。

 

机台设备
  • 图|Ion Milling System ArBlade 4000

    ArBlade 4000 离子研磨系统可提供稳定离子束加工能力,适用于半导体与电子材料的高品质截面制备。

  • 图|Ion Milling System ArBlade 5000

    ArBlade 5000 离子研磨系统具备更高精度的离子束控制能力,可制备大面积且低损伤的样品截面。

分析案例

FFC 异常样品分析

FFC(Flexible Flat Cable)异常样品经机械研磨后,再透过离子研磨(Ion Milling)进行截面修整,可有效避免传统研磨过程中产生的材料拉扯(material smearing)与研磨碎屑回填(debris redeposition)问题,经离子束加工后,样品截面更加平整且界面清晰,使异常区域与材料结构能够被更准确地观察与判读,有助于后续的缺陷定位与失效分析。

感光元件(CCD / CMOS)截面分析

CCD 与 CMOS 感光元件具有多层薄膜结构与精细微结构,其材料界面与电路结构较为脆弱,若仅使用化学机械研磨(CMP)进行样品制备,容易因机械应力造成结构变形或破坏,透过离子研磨(Ion Milling)技术,以高能氩离子束对样品进行精密加工,可有效降低研磨应力并避免材料拉扯,使多层结构与关键尺寸能够完整保留,进而提升 SEM 观察与结构分析的准确性。

LED 蓝宝石基板材料分析

部分 LED 元件采用蓝宝石(Sapphire)晶圆作为基板材料,由于蓝宝石具有高硬度与高机械强度,若仅使用化学机械研磨(CMP)进行样品制备,容易产生层差(step height difference)或界面不平整的情况,透过离子研磨(Ion Milling)技术,以高能氩离子束对样品进行精密截面加工,可有效改善不同材料间的研磨速率差异,使多层结构界面更加平整并清晰呈现,进而提升 SEM 结构观察与材料分析的品质。

铜晶粒(Cu Grain)微结构观察

样品经离子研磨(Ion Milling)处理后,可有效去除机械研磨所造成的表面损伤层,使材料内部微观组织得以清楚呈现,在扫描式电子显微镜(SEM)观察下,可清晰辨识铜材料的晶粒(Cu grain)结构与晶界分布,有助于进行材料微结构分析与制程品质评估。

一二焊点结构之离子研磨截面影像

透过离子研磨(Ion Milling)制备之截面样品,可清楚呈现封装元件中的 第一焊点(1st bond)与第二焊点(2nd bond) 结构。藉由精准控制离子束能量与研磨角度,可在不产生机械应力损伤的情况下制备大面积且平整的截面,使焊线接合界面、金属垫(bond pad)以及封装材料之界面结构能够清楚显示,进而利于焊点品质评估与失效分析。
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