半导体行业用的氧化铈抛光剂大概的生产工艺

二氧化铈CeO₂纳米颗粒广泛用于工业领域，一旦被排放到环境中，土壤很可能成为储存颗粒的主要介质。尽管如此，由于环境中含铈矿物丰富导致天然本底较高，而CeO₂纳米颗粒的含量非常低，因此检测和表征环境样品中的CeO₂纳米颗粒仍然是一项挑战。单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）已被证明是一种检测和表征工程纳米颗粒的强大技术，特别是在极低浓度下（尤其是环境样品），因为该技术能够快速提供有关粒径、粒径分布和颗粒计数浓度的有关信息。

本文介绍了一种焦磷酸钠（TSPP）提取，并使用SP-ICP-MS技术检测土壤样品中CeO2纳米颗粒的有效方法。

样品

CeO₂纳米颗粒标准物质（30-50nm），US ResearchNanomaterials公司（美国德克萨斯州休斯顿市）。

溶解铈标准品，High-Purity Standards标液公司（美国南卡罗来纳州查尔斯顿市）。

土壤，密苏里科技大学校园内收集的5厘米表层土壤。使用前，将土壤在烘箱中100℃下干燥，随后用陶瓷研钵和研杵研磨成细粉。然后将粉末样品在室温下储存在塑料样品袋中，以备将来使用。

实验

所有样品分析均使用珀金埃尔默NexION^® ICP-MS（美国康涅狄格州谢尔顿）单颗粒模式进行。如表1所示，仪器操作条件经过优化，ZD灵敏度适于检测140Ce，这是储量最丰富的铈同位素，也不会受到干扰。

实验结果

为了确定CeO₂纳米颗粒的方法检出限（MDL），对由一系列0.5mg/L的CeO₂纳米颗粒用0.025mM焦磷酸钠溶液稀释得到的标准品中各种颗粒的浓度（范围在500至256000NPs/mL）进行了分析。如图1 所示，测得的颗粒浓度表明颗粒浓度范围在0.0078g/L至1g/L之间呈线性趋势。但当颗粒浓度进一步降低至小于0.0078g/L时，数据偏离了校准曲线。这表明目前确立的SP-ICP-MS方法能够精确检测ZD1700NPs/mL的CeO₂纳米颗粒，其灵敏度极高。

用2.5 mM焦磷酸钠对加标和未加标的土壤进行提取，然后通过SP-ICP-MS进行分析。图3显示了两个样品的结果原始数据。可以看出，在两种情况下都出现了连续和脉冲信号，表明在两种土壤样品中都存在溶解的和颗粒态的铈。

为了探究焦磷酸钠浓度对土壤中CeO₂纳米颗粒提取效率的影响，采用三种不同浓度的焦磷酸钠溶液（2.5mM，5 mM和10 mM）提取添加CeO₂纳米颗粒土壤样品，并比较提取率。表2显示2.5 mM和5 mM的焦磷酸钠可以有效地从土壤中提取颗粒和溶解的铈（包括小于粒径检测限的颗粒）。然而，10 mM的焦磷酸钠会导致回收率较高。因此，通过该SP-ICP-MS方法，用于分析土壤中CeO₂纳米颗粒的焦磷酸钠浓度应在2.5至5mM范围内。

结论

本文证明了通过使用珀金埃尔默公司的NexION ICP-MS和Syngistix纳米应用软件模块，SP-ICP-MS法可用于在土壤样品中准确检测CeO₂纳米颗粒。通过使用本文中所示的提取和检测方法，可以在不改变颗粒的理化性质的情况下，成功测定在天然土壤样品中添加CeO₂的颗粒计数浓度、粒径和粒径分布。

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半导体业务中的典型供应链， 显示了需要材料表征、材料选择、质量控制、工艺优化和失效分析的不同工艺步骤

热分析在半导体封装行业中有不同的应用。使用的封装材料通常是环氧基化合物（环氧树脂模塑化合物、底部填充环氧树脂、银芯片粘接环氧树脂、圆顶封装环氧树脂等）。具有优异的热稳定性、尺寸稳定性以及良好户外性能的环氧树脂非常适合此类应用。固化和流变特性对于确保所生产组件工艺和质量保持一致具有重要意义。

通常，工程师将面临以下问题：

特定化合物的工艺窗口是什么？

如何控制这个过程？

优化的固化条件是什么？

如何缩短循环时间？

珀金埃尔默热分析仪的广泛应用可以提供工程师正在寻找的答案。

差示扫描量热法(DSC)

此项技术Z适合分析环氧树脂的热性能，如图1所示。测量提供了关于玻璃化转变温度(Tg)、固化反应的起始温度、固化热量和工艺Z终温度的信息。

图 1. DSC曲线显示环氧化合物的固化特征

DSC可用于显示玻璃化转变温度，因为它在给定温度下随固化时间（图2）的变化而变化。

图 2. DSC 曲线显示玻璃化转变温度

随着固化时间的延长而逐渐增加

玻璃化转变温度(Tg)是衡量环氧化合物交联密度的良好指标。事实上，过程工程师可以通过绘制玻璃化转变温度与不同固化温度下固化时间的关系图来确定Z适合特定环氧化合物的工艺窗口（图3）。

图 3. 玻璃化转变温度与不同固化温度下的固化时间的关系

如果工艺工程师没有测试这些数据，则生产过程通常会导致产品质量低下，如图4所示。

图 4. 玻璃化转变温度与不同固化温度下的固化时间的关系

在本例中，制造银芯片粘接环氧树脂使用的固化条件处于玻璃化转变温度与时间的关系曲线的上升部分（初始固化过程）。在上述条件下，只要固化时间或固化温度略有改变，就有可能导致结果发生巨大变化。

结果就是组件在引脚框架和半导体芯片之间容易发生分层故障。通过使用功率补偿DSC（例如珀金埃尔默的双炉DSC），生成上述玻璃化转变温度与温度 / 时间关系曲线，可确定Z佳工艺条件。使用此法，即使是高度填充银芯片粘接环氧树脂的玻璃化转变也可以被检测出。这些数据为优化制造工艺提供了极有帮助的信息。

使用DSC技术，可以将固化温度和时间转换至160° C和2.5小时，以此达到优化该环氧树脂固化条件的目的。这一变化使过程稳定并获得一致的玻璃化转变温度值。在珀金埃尔默，DSC不仅被用于优化工艺，而且还通过监测固化产物的玻璃化转变温度值，发挥质量控制工具的作用。

DSC 8000 差示扫描量热仪

DSC 还可以用于确定焊料合金的熔点。用DSC分析含有3%（重量比）铜(Cu)、银(Ag)或铋(Bi)的锡合金。图5中显示的结果表明，不同成分的合金具有非常不同的熔点。含银合金在相同浓度（3%（重量比））下熔点Z低。

图 5. DSC：不同焊接合金在不同湿度环境下的熔点分析

热重分析(TGA)

珀金埃尔默热分析仪有助于设计工程师加深对材料选择的理解。例如，珀金埃尔默TGA 8000®（图6）可以检测出非常小的重量变化，并可用于测量重要的材料参数，如脱气性能和热稳定性。这将间接影响组件的可焊性。图7显示了在230°C 和260° C下具有不同脱气性能的两种环氧树脂封装材料。重量损失（脱气）程度越高，表明与引脚框架接触的环氧树脂密封剂的环氧—引脚框架分离概率越高。

图 6. 珀金埃尔默TGA 8000

图 7. TGA结果显示两种材料具有不同的脱气性能

热机械分析(TMA)

当材料经受温度变化时，TMA可精确测量材料的尺寸变化。对于固化环氧树脂体系，TMA可以输出热膨胀系数(CTE)和玻璃化转变温度。环氧树脂的热膨胀系数是非常重要的参数，因为细金线嵌入环氧化合物中，并且当电子元件经受反复的温度循环时，高热膨胀系数可能导致电线过早断裂。不同热膨胀系数之间的拐点可以定义为玻璃化转变温度（图8）。TMA还可以用于确定塑料部件的软化点和焊料的熔点。

图 8. 显 TMA 4000 测试的典型的 TMA 图

动态力学分析(DMA)

选择材料时，内部封装应力也是关键信息。将DMA与 TMA技术结合，可以获得关于散装材料内应力的定量信息。DMA测量材料的粘弹性，并提供不同温度下材料的模量，具体如图9所示。当材料经历热转变时，模量发生变化，使分析人员能够轻松指出热转变，如玻璃化转变温度、结晶或熔化。

图 9. DMA 8000 测试的典型的 DMA 图

热分析仪用于ASTM® 和IPC材料标准试验、质量控制和材料开发。图10显示了一个涉及热分析仪的IPC试验。珀金埃尔默DMA目前已在半导体行业得到广泛应用。

图 10. DMA：显示透明模塑化合物的内应力

热分析仪是半导体封装行业的重要工具。它们不仅在设计和开发阶段发挥了重要作用，而且还可用于进行故障分析和质量控制。许多标准方法都对热分析的使用进行了描述（图11）。使用珀金埃尔默热分析仪，用户可以优化加工条件并选择合适的材料以满足性能要求，从而确保半导体企业能够生产出高品质的产品。考虑到此类分析可以节省大量成本，热分析仪无疑是一项“必备”试验设备！

图 11. 用于标准方法的热分析仪

面对电子半导体行业研发、品质的各种观察、分析、测量要求。

比如打线结合，BGA高度，镀层的表面通常很难直观地观察及测量，但是基恩士VHX-7000N系列高清数码显微镜能够提供精 准的数据支持和高清结构观察。

金线高度检测

BGA高度检测

同时也能直接观察和测量镀层表面面积占比，为改善镀层工艺提供更精 准的数据参考。

连接器镀层检测

在“监控半导体芯片生产中离子污染的神器——ICS 6000离子色谱”一文中我们主要介绍了半导体行业中关于芯片生产需要严格关注空气与纯水的质量。然而除了环境空气与超纯水，还有一部分是需要关注的就是化学试剂。

在电子产品的生产过程中需要用到的试剂是电子级试剂，要求电性杂质含量极低，才可以控制产品ZZ的质量。而有些半导体材料中甚至会人为加入一些特定的成分，从而其电导性能才具有可控性，因此试剂中杂质离子的含量，就变得尤为重要。

那么涉及到半导体的试剂有哪些呢？

他们的作用分别是什么呢？

我们大致可以将其分为三类：酸（如氢氟酸、硝酸、硫酸等）、碱（氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵等）、溶剂（异丙醇、丙酮等），本篇主要给大家介绍酸。

半导体中常用的酸

国际半导体设备与材料产业协会（SEMI）对这有各种明确的标准规定（见下表，单位为ppm，以zui高级别算）。

那么对于这些高纯度的试剂中的杂质离子，我们怎么样去测试呢？测试过程中会遇到什么样的问题呢？今天我们首先针对不同种类的酸，且看赛默飞离子色谱为大家提出的一个个的解决方案！

高纯试剂——氢氟酸、磷酸中的杂质

利用这两种酸均为弱酸的特点，因此可采用同一方法——柱切换进行分析，相关标准分别为：

SEMI C28 氢氟酸中的阴离子、GBT 31369-2015；

SEMI C36 浓磷酸中的阴离子、GBT 28159-2011。

谱睿柱切换系统流路图

氢氟酸（HF）、磷酸（H₃PO₄）、乙酸（CH₃COOH）均为弱酸，利用排斥柱Donnan原理，弱酸及有机酸在排斥柱上有保留而无机阴离子没有保留的特点，我们采取柱切换的方式可以将以弱酸为基体的主成分切换掉，同时无机阴离子进入到浓缩柱中进行富集。再经过高容量色谱柱进行分离，可以准确测定氢氟酸与浓磷酸中无机阴离子含量，避免了高浓度基质的干扰，且检出限可达10ppb。

氢氟酸中常见阴离子谱图

浓磷酸的离子排斥色谱图

（1. 强酸离子；2. 磷酸根）

浓磷酸中常见阴离子谱图

高纯试剂——浓硝酸中阴离子

弱酸的方案我们得到了解决，那么无机强酸中的阴离子怎么去解决呢？这又面临着新的挑战，硝酸是无机强酸，柱切换的方式已然不可用，那么这次挑战得到解决有赖于我们赛默飞特有的高容量色谱柱，高容量色谱柱可以保证即使在出现高基体的情况下，也不会导致色谱柱饱和且不会影响痕量离子的分离度，稀释50倍后，浓度差可达十万倍，进样分析谱图如下，检出限可达1ppm。

75%硝酸稀释50倍进样

高纯试剂——浓硫酸中杂质阴离子

恭喜飞飞又完成了一项挑战，解决了浓硝酸中痕量阴离子的问题，可是挑战还有哦，浓硫酸的问题又该如何解决呢？浓硫酸是二元强酸，且保留很强，那么赛默飞有那么多款色谱柱，总有一款适合你（浓硫酸），选择合适的高容量色谱柱，使得硫酸根离子既不会饱和色谱柱，也可以与待测离子有较好的分离度，也可以做到直接稀释进样哦。

硫酸稀释后测试后谱图

硫酸稀释后加标谱图（分别加标20、30、50ppb）

高纯试剂——盐酸中杂质阴离子

强酸体系中，还有一员大将——浓盐酸，高容量色谱柱依然是解决该方案的首要因素，可以很好分离高基体中的痕量物质，浓盐酸稀释200倍后可直接进样进行分析，谱图如下：

0.5% HCl及其加标谱图（50ppb）

这么多年以来，赛默飞离子色谱与半导体行业一起成长，为各大半导体企业及其供应链上下游行业提供稳定的技术支持与可靠的数据保证。下面附上可实现上述功能的离子色谱全明星阵容。

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