激光器芯片失效定位分析样品制备方法及中间件与流程

本发明涉及一种样品制备方法及中间件，属于光通信技术领域，具体是涉及一种激光器芯片失效定位分析样品制备方法及中间件。

背景技术：

有源光器件是光纤通信的基础，随着光纤通信系统的发展和广泛应用，人们对有源光器件的质量和可靠性要求越来越高。半导体激光器芯片作为有源光器件的核心组成部分，其质量和可靠性要求也更严苛，对芯片失效样品的分析也逐渐深入到材料层级，半导体激光器芯片尺寸极小，在百um量级，材料特性又易碎，这就需要对失效的芯片样品在百um量级尺度下进行制样，并注意保护样品。这样才能开展后续的缺陷定位分析及进一步的体内的缺陷分析。

目前行业内ic类封装样品芯片失效定位分析制样方法较多，但鲜有见到标准化的半导体激光器芯片制样方法。半导体激光器芯片样品有其自身的尺寸极小(百um量级)的封装特点，加上半导体材料的脆性，以及微纳米加工工具的昂贵，半导体激光器芯片失效样品的制样是制约其失效分析的一个重要因素。

半导体激光器芯片的有源层距离表层金属极近，仅几个um，但衬底较厚，一般约有100um，故选取从背面衬底处进行研磨制样。但半导体激光器芯片封装时，其衬底镀金，并采用共晶焊方式通过金锡焊料贴在热沉上，首先需要考虑如何无损地将芯片从热沉上取下。金锡焊料焊接温度一般在280℃以上，焊接后，由于金的融入，金锡焊料的熔点也会发生变化，融化温度会有较大升高；加上半导体激光器芯片尺寸极小(百um量级)，且较脆易碎，取芯片样品时极易出现样品破损情况，导致制样失败。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术所存在的芯片样品取样率及制样成功率低的技术问题，提供了一种半导体激光器芯片失效定位分析样品制备方法及中间件。该方法及中间件连带热沉一同取下，在芯片周围粘接垫脚用作保护，通过研磨的方式去掉热沉，持续研磨去除衬底处金层，至芯片衬底完全露出，适用于多种封装形式的半导体激光器芯片，也适用于不同材料体系的如ⅲⅴ族、ⅱⅵ族、硅基的半导体激光器芯片，无需采用各种精密的微纳米加工设备。注重对样品保护，可有效避免在失效样品取样过程中或制样过程中的样品损伤。制样完成后探测点在同一平面上，便于加电测试。采用可清洗粘接剂，样品可取出，利于后续其他分析。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

请先补充其它内容。

因此，本发明具有如下优点：

1、本发明通过研磨的方式，去除热沉，避免直接对半导体激光器芯片进行操作，可以有效减少取样过程中，对半导体激光器芯片的损伤，提高取样成功率。

2、本发明通过在半导体激光器芯片周围增加垫片，选用不同的磨削方法，提高研磨制样的成功率。

3、本发明中的制样方法，可以保留半导体激光器芯片原有打线结构，研磨制样完成后，可直接进行电学、光学测试，进行缺陷定位，无需对芯片进行清洗、二次固定及打线，有效节约失效分析时间。

4、本发明中采用可清洗粘接剂对样品进行固定，在进行电学、光学等测试确定缺陷位置后，仍可将样品清洗出来，便于后续对样品进行内部缺陷分析。

附图说明

图1－本发明的半导体激光器芯片失效分析样品的制备方法的步骤流程示意图；

图2－本发明的半导体激光器芯片待制样部分截面图；

图3－本发明的半导体激光器芯片垫片粘接平面图；

图4－本发明的半导体激光器芯片研磨前封装截面图；

图5－本发明的半导体激光器芯片研磨完成后截面图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如图1～图5所示，本实施例提供一种芯片失效定位分析样品的制备方法，至少包括以下步骤：

如图1流程所示，首先进行步骤1，准备待制样样品to，通过砂轮磨削方式，去除to帽，留下待加热取热沉的开帽后的激光器to座，该to座上粘接有激光器芯片103和热沉102。

如图1流程所示，进行步骤2，加热从to座上取下带有激光器芯片103的热沉102。选用温度可达到320℃以上的加热台，设置温度为320℃或以上，保证金锡焊料101可以融化，将to座放置在加热台上，在显微镜下看到热沉102附近金锡焊料101开始融化时，用镊子将热沉102推开，使热沉102和to座分离，再用镊子夹持热沉102离开to座，备用。带有激光器芯片103的热沉102如图2所示。

如图1流程所示，进行步骤3，如图3和图4所示，在热沉102上使用快干胶粘上三块垫脚105，品字形包围保护激光器芯片103，并作为粘接到玻璃基板108的参考平面。选用的垫脚105高度需要超过激光器芯片102上的金线104，防止粘接及后续研磨过程中金线104损伤。优选的，垫脚可以为玻璃垫脚，高度可调整，比芯片高度+打线高度之和高出50um以上即可。快干胶可选取常温固化胶水或者高温固化胶水，只需固化后可承受150℃以上高温即可。

如图1流程所示，进行步骤4，设置加热台温度在80℃或稍高，在加热台上放置玻璃基板108，并在玻璃基板108上放置少许可清洗粘接剂106，可包裹住待组装的样品即可，待可清洗粘接剂106融化后，将步骤3中所制作的粘有垫脚105的热沉102放置在融化后的可清洗粘接剂106中，垫脚105形成的平面和玻璃基板108粘接。关闭加热台，将样品取出，外层涂覆紫外胶107进行加固，组装完成后的样品形貌如图4所示。可清洗粘接剂的融化温度需设在80～130℃之间，过高会使胶水失效，导致垫脚脱落。可清洗粘接剂可选用融化温度在150℃以下的，固化后具有一定的硬度的，可用有机溶剂清洗的粘接物。紫外胶也可以可采用其它常温固化胶水替代，对样品进行加固。加固后，可保证芯片样品在研磨过程中位置保持固定，受力均匀，防止样品损伤。

如图1流程所示，进行步骤5，对样品进行研磨抛光，直至露出激光器芯片103的背面衬底110，并抛光至镜面，露出金线焊点109，便于后续电气连接测试。需要采用快干胶或其他常温粘接胶水，将玻璃基板粘接到研磨夹具上，避免加热导致过程中使用的可清洗粘接剂融化。研磨时，压力需控制在3n以内。

具体研磨抛光分为以下4个步骤，研磨抛光后的样品如图5所示。

a、粗磨，采用14u研磨片，设置转速60，对样品进行粗磨去除大部分的热沉102和下方的金锡焊料101，直至热沉102对向电极图案可清晰识别，停止粗磨；

b、化学研磨，采用0.5u氧化铈悬浮液，设置转速60，去除残余热沉及102及用于粘接激光器芯片103和热沉102的金锡焊料101，当露出激光器芯片103轮廓时，停止化学研磨；

c、细磨，采用1u研磨片，设置转速60，去除剩余金锡焊料101及激光器芯片103背面衬底110上覆盖的金层，直至激光器芯片背面衬底110完全露出；

d、抛光，采用0.3u研磨片，设置转速45，将激光器芯片背面衬底110抛光至镜面。

如图1流程所示，样品制样完成后，探针台加电，使用红外显微镜进行el成像分析。研磨中保留了金线焊点109，露出了抛光至镜面的激光器芯片背面衬底110，金线焊点109连接的是激光器芯片103的正极，激光器芯片背面衬底110是激光器芯片103的负极，研磨制样完成后金线焊点109和激光器芯片背面衬底110保留在同一平面上，可以很方便地使用探针台对样品进行加电。通过外接驱动源，给样品施加微弱电流(阈值以下)，查看芯片的自发辐射形成的el(电致发光)图像是否有不发光的暗区，分析失效情况，判断缺陷位置，并为后续体内缺陷分析做准备。

采用上述方法和结构后：

通过采用垫脚，可在芯片周围增加支撑面，增大受力面积，保护芯片在研磨过程中不至破损。并可保护金线，在样品组装和研磨中不至于因受力发生变形、断裂及脱落，保证电气连接可靠。、通过采用基板，可提供可移动的样品装载平台，可适用多种研磨夹具，也可避免直接在研磨夹具上操作，导致昂贵的研磨夹具损坏。通过采用可清洗粘接剂，检测完成后，可将芯片取出，用于后续分析。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。