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導(dǎo)語(yǔ)

高端芯片、新型顯示、智能制造等都屬于新質(zhì)生產(chǎn)力的范疇。芯片的技術(shù)壁壘極高，制造工藝流程也極為復(fù)雜，從一塊晶圓到制造出芯片需要經(jīng)過(guò)上千道工序。芯片封裝缺陷檢測(cè)是芯片生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，是投入市場(chǎng)前保證芯片質(zhì)量的最后一道關(guān)口。那么，芯片封裝缺陷如何檢測(cè)呢？一起來(lái)了解下吧。

{芯片科普}

芯片，是一種半導(dǎo)體晶圓集合多種電子元器件實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，是電子設(shè)備中最重要的部分，承擔(dān)著運(yùn)算和存儲(chǔ)的功能。廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、汽車、新能源、智能家電、生物基因檢測(cè)表達(dá)等眾多領(lǐng)域。芯片的存在，讓我們的生活變得更加智能和便捷。

■ ■ 芯片封裝工藝

芯片制作工藝分為前道和后道工序，晶圓制造和測(cè)試被稱為前道工序，芯片的封裝、測(cè)試及成品入庫(kù)被稱為后道工序。封裝最基本的功能是保護(hù)芯片免受周圍環(huán)境的影響，是電子元器件到系統(tǒng)的橋梁。晶圓劃片切割后會(huì)形成一個(gè)個(gè)晶片，先將晶片在框架襯墊上布局，膠水粘貼固定，再利用超細(xì)的金屬導(dǎo)線或者導(dǎo)電性樹(shù)脂將晶片焊接到框架襯墊的引腳上，使晶片與外部電路相連，最后對(duì)芯片整體用可塑性絕緣介質(zhì)灌封固定。這就是一般的芯片封裝工藝。

芯片封裝工藝

{芯片封裝缺陷檢測(cè)的痛點(diǎn)}

隨著芯片封裝體積越來(lái)越小，封裝過(guò)程中也更容易產(chǎn)生缺陷，如虛焊、氣泡、空隙、裂紋、夾渣等，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致芯片性能的喪失，在使用過(guò)程中易造成重大故障。芯片產(chǎn)品不同于其他工件，無(wú)法拆開(kāi)做破壞性檢測(cè)，所以封裝缺陷檢測(cè)的主要方式是無(wú)損檢測(cè)。

SMX-225CT FPD HR Plus微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)

如何高效、無(wú)損、快速的進(jìn)行封裝缺陷檢測(cè)？X射線CT給出了解決方案。工業(yè)CT，即工業(yè)電子計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)，被譽(yù)為“最佳無(wú)損檢測(cè)手段”，可以非接觸、非破壞地檢測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，得到?jīng)]有重疊的數(shù)據(jù)和高質(zhì)量圖像，使內(nèi)部微小缺陷清晰地顯現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而達(dá)到判別缺陷的目的。

{工業(yè)CT在芯片封裝失效分析中的優(yōu)勢(shì)}

■ ■ 不破壞樣品 就能獲取內(nèi)部微米級(jí)成像

X射線CT的成像原理使得不需要對(duì)樣品進(jìn)行破壞性處理，就能獲取內(nèi)部的高質(zhì)量三維成像。這不僅節(jié)省了檢測(cè)成本，更重要的是不會(huì)產(chǎn)生制樣損傷，污染樣品內(nèi)部情況，影響分析結(jié)果。

■ ■ 多種缺陷檢測(cè) 高效率分析

X射線CT可以有效檢測(cè)雜質(zhì)焊料凸點(diǎn)空洞、接縫、綁定線破損、RDL和布線短路、跡線斷裂和電遷移、襯底裂紋、焊料滲出、疲勞裂紋。

島津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus  守衛(wèi)芯片無(wú)“陷”可擊

■ ■ 車載R5F芯片CT觀察

圖1 車載R5F芯片CT圖像

使用島津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus的微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)對(duì)車載R5F芯片進(jìn)行透視拍攝及掃描。圖1是車載R5F芯片的CT掃描圖像，局部放大的三維圖像可從不同方向觀察綁定線的形態(tài)和魚(yú)尾焊接狀態(tài)，表面凹凸不平的地方就是氣泡，結(jié)合HADI-S軟件可量化分析氣泡率。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不需要對(duì)樣品進(jìn)行破壞性處理，就能得到芯片內(nèi)部大視野范圍、高分辨率、高對(duì)比度的斷面圖像，從而對(duì)芯片封裝缺陷進(jìn)行更精確的判斷。

■ ■ 電腦主板集成封裝芯片（BGA芯片）CT觀察

圖2 電腦主板BGA芯片CT圖像

BGA是一種高密度表面裝配的封裝技術(shù)，具有更小體積、更好的散熱性能和電性能等特點(diǎn)。更小的封裝體積使得芯片缺陷尺寸可能只有幾個(gè)微米甚至更小，常規(guī)的檢測(cè)設(shè)備無(wú)法滿足BGA質(zhì)量和可靠性的評(píng)判。本次分析的電腦主板BGA芯片尺寸為L(zhǎng)28mm X W28mm X H2mm，使用島津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus的微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)對(duì)整個(gè)樣品進(jìn)行掃描。CT成像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維顯示時(shí)，可以清晰地觀察出BGA芯片的內(nèi)部斷線。芯片層截面圖中可觀察到芯片和綁定線連接部分有破損。錫球部分截面圖中可觀察到BGA錫球中的錫球變形及破損。整個(gè)測(cè)試速度快且精度高，不僅可以節(jié)省檢測(cè)成本，更重要的是能夠直觀精確地展示芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)，協(xié)助芯片封裝失效的分析，輔助芯片研發(fā)設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)

島津無(wú)損檢測(cè)設(shè)備（NDI）在這個(gè)行業(yè)已有100多年的歷史，在行業(yè)內(nèi)的探究、鉆研和開(kāi)發(fā)積累了十分豐厚的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。島津的CT設(shè)備可以輕松應(yīng)對(duì)芯片封裝缺陷檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)芯片制造中的問(wèn)題，提高良品率，守衛(wèi)芯片無(wú)“陷”可擊。

撰稿人：趙晶、黃軍飛

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