很多缺陷都发生在制造业,但不是所有的人都被抓住了。
包设备传感器,新的检验技术和分析使质量和产量提高,但所有这些需要更大的投资组装的房子。
这是说起来容易做起来难。组装业务长期薄利经营的,因为他们的任务被认为是易于管理。然而在过去的几年中发生了很大的改变。组装房屋的作用已经明显随着设备扩展变得更加昂贵和权力/性能改进减少,先进的包装明显更有吸引力。此外,越来越多的强调更多的可靠性在许多市场,提高需要更多的测试,检查和分析这些multi-chip包。需要更复杂的和昂贵的设备,以及新的方法。所有这些因素的结合使挤压小装配房屋,没有资源的更大OSATs。
“他们预算的一小部分,他们在前端方面,“Subodh Kulkarni的总裁兼首席执行官CyberOptics。“检查和测量的心态是很多后端地区低于在前端方面。所有的系统的学科建立的前端和后端不一定存在。”
有广泛的协议,需要改进从丝焊到2.5和3 d包。越来越多的检查步骤,从分析设备,更多的数据和评估的过程变量将包装生产过程更接近的对细节的关注一直预示的工厂。但这只能发生在一个心态改变OSATs和IDM装配操作的管理。
而组装过程有非常高的收益率,并不是所有的缺陷都可以检测到电气测试和这些导致失败。这有几个原因。首先,更大的死亡和multi-chip产品导致更高的和密集的连通性,以及包装尺寸的多样性沿三个轴。
“组装过程有窄过程窗比30年前,”斯科特朱勒所指出的,在SVXR首席运营官。“球场已大大减少,降低互连的大小也会降低。较高的互连方面有更多的功能集成。”
导致其他挑战。“我们看到越来越多的复杂性在IC制造单位在过去的十年里,“说奥利维尔·杜邦产品营销经理心理契约的国际安全和发展理事会。“设备现在起床到120 x 120毫米对于人工智能应用程序,和这些大型包有具体的包装检验的挑战。对于这些,以及较小的先进的包,我们现在检查顶部、底部和侧在更高的分辨率。第二个趋势是注意包厚度。移动设备制造商需要薄包,这个驱动器需要过程控制的公差在移动系统是最小的。”
其他人也同意。“先进包装的变化和复杂性不断增加,规模减少,“CyberOptics”Kulkarni说。“这是确保可以检测到缺陷的关键和重要参数可以测量准确,和速度,使检查和100%计量。只需要一个坏的连接和整个计划失败。有一个健壮的、100%检验和计量过程是至关重要的,以确保长期的可靠性和收益率。”
有什么不同
质量和可靠性一直都是一个问题。但是随着芯片生命周期延长,advanced-node芯片被用于高安全性的应用程序时,注重可靠性增加供应链。
这比汽车更加突出。预期的大幅增加ICs在车辆——估计有6000到8000设备,根据最近的预测汽车制造商要求不超过10每十亿有缺陷的零件。甚至打金线单位需要满足这一质量目标。
现在爬到其他市场。在他最近的半导体西表示,朱勒提醒听众,2005 XBOX 360发射的失败率是至少10%。相反,当三星推迟了去年的版本银河系的褶皱,这是由于在预发布不到100的失败。原因是每个缺陷都可以花费数百万美元。
大部分的注意力是集中在实际的制造和生产过程中使用的材料,可以在装配过程中蠕变,但缺陷。甚至消费者IC装配工厂设备制造商增加了他们的期望。
“你有某人在供应链装配零件。他们绝对是整件事情的关键,”业务发展总监戴夫·亨特利说PDF的解决方案。“大专业客户希望他们的供应商能够快速提高并保持加大和应对问题很快。没有必要的过程控制,他们只是不能这么做。”
解决的预期需求组装工厂,检验设备供应商、组装设备供应商,和数据分析公司一直积极发展技术和与工厂讨论部署这些技术解决这些更高的期望。
焊料球和线债券
从根本上说,它归结为保证连接在整个产品的生命。连接之间的死和包底物取决于包装技术。有两个基本步骤-死附加/校准和成键。失效模式是众所周知的,电气测试不检测。
图1:打金线失效模式。来源:Semie新利体育下载注册ngineering /苏珊兰博
图2:倒装芯片焊球失效模式。来源:SVXR
连接在一个包在本质上是机电的,和某些互连可靠性缺陷表现为失败由于环境和使用条件。
“与倒装芯片很多客户想找联系non-wets(通常称为冷焊点),”朱勒说。“一个锡球与基质接触垫,但没有完全湿底物。这些缺陷发生在几百ppm (ppm)。然而,他们是最可怕的,因为他们通过电气测试。然后在经过一些热周期或弯曲,不能。”
并不是所有这些可以使用现有的方法。“我们与客户做了一些研究,我们通过各种差测量电阻形成焊点,真的很难关联,”他指出。“所以很难找到这些电试验。”
不过,更多的是骑在比过去得到这个权利。“倒装芯片包你希望能够检测可靠性问题与焊锡球连接,”克雷格·希尔曼说,新的和新兴技术产品管理主管有限元分析软件。“你可以电之前检查在时刻0最终测试,但测试是相当简单的——直流/不方便。如果你有一个弱连接,通过电气测试,你可能没有足够的机械/冶金连接,这使得它容易失败由于振动和温度循环。”
这是特别重要的在对安全性要求苛刻的应用程序。“汽车产品也经历了大范围的操作条件,特别是温度,”Tim Skunes说CyberOptics研发副总裁。“Bump-based连接在先进的包——芯片,基质,和外面的世界——的来源可靠性故障,尤其是反复受到热应力寿命延长。它将溢价碰撞检查和计量。”
电气测试是非常有用的信号。不过,并不是所有的针都是用于信号。大约30%到40%的债券。
chip-package界面“我们需要更多的测试,”Andy Heinig说,高效电子主管部门弗劳恩霍夫IIS的自适应系统的工程部门。“目前很多电力芯片和包之间的别针。老节点提供较高的电压,如果现在有问题的一些大头针失踪是由于装配问题。但随着电源电压下降,每针当前功能是必要的。”
设备传感器和流程变量
了解装配过程控制、样件工程师来检查质量。这限制了能够检测这些问题的原因,然而。大多数专家认为,创新是需要在检验方法和过程变量集合。
与晶圆制造、组装制造商通常不会看数据与实际设备执行关键过程的步骤。这部分是因为心态没有过程控制,需要投资在硬件、软件和工程分析。也一定程度上是由于这一事实并不是所有的数据都是跨供应链的共享。
这是开始改变。甚至打金线制造商有兴趣。虽然这是一个老的技术,今天约75%的包使用导线焊接,根据TechSearch国际。所有的客户都需要改善的质量。
PDF的亨特利从模具连接过程提供了一个例子。“死附加机器施加压力来实现一个特定的高度,”他说。“如果规范不同的压力,这表明是错误的。也许有一个粒子包下面,或环氧分发之前施加压力有一个问题,或者环氧树脂部分集。这可能是一个来源的产量损失最终测试失败,甚至更糟的是,现场故障。”
大OSATs已经开始由上安装传感器收集数据的工具。“我们处理一些最大的包装公司,”乔恩·霍尔特说,工厂应用高级总监PDF的解决方案。“变量数据收集包括变形,烤箱温度、大气压力和钢丝拉。他们发现这些数据之间的相关性和失败。”
这使得数据分析支持故障检测和分类(FDC)。但是它变得复杂,因为流程和设备变量数量的增加与更新的包装技术。考虑,例如,大多数倒装芯片结合使用大量回流的过程。通过回流炉后放置它运行。
“焊料的表面张力的self-centers死,”朱勒说。“虽然你可以失败从翘曲衬底和死亡之间由于温度系数差异,流程变量包括位置精度和温度曲线”。
然而,高级包过程用于支持高带宽内存和高端图形处理器正在热压缩成键,这是一个现场焊接过程。
“你将死去,然后施加热和力同时形成债券,”朱勒说。“你不再得到的好处表面张力自位死因为你是死在一个恒定的位置。这导致更多的流程变量——平面性死亡的衬底,倾斜和x - y定位。此外,该工具必须感觉当焊料融化,使力。这需要一个非常敏感的控制在Z轴的位置和力的应用形成了债券。这个过程确实有很多机会利用反馈控制使用地下SXVR提供检测技术。我们现在开发的工具检查和测量的能力转变x和y轴,旋转,倾斜。这个数据可以实时监控。制造商可以使用这些数据来收紧他们的过程,和持续监测变量输出的产品。”
尽管导线债券是一项成熟的技术,很难预测失败。PDF的亨特利指出,钢丝焊接设备供应商也正在开发设备监视功能的电压和电流波形电源为每个键。可以分析这些波形检测异常,不过通过最终测试(见相关的视频)。
如果有每条200包,每包有100线债券和每个线有2个债券,导致40000年波形只有200包。这是一个重大挑战来收集和分析这一数据以一种有意义的时间之前最后的测试和发货给客户。这需要实时数据收集加上大数据分析。
看到缺陷
装配过程提供反馈的关键步骤是找到缺陷接近它们的形成。电气测试校准和焊接后发生在几个步骤,如前所述,但并没有发现所有package-induced缺陷。
这就是图像检查。检查,这是用于模具、包,和处理过程,通常已经完成最后组装或最终测试。
“包检查通常发生两次。首先,装配后的最终方案,最终测试前,,第二次,一旦包测试完成之前,运输设备,“杜邦说。“检查模具也可以包组装之前执行。这个理事会的F160检查裸死切割发送之前检查裂缝死后后续的装配流程步骤。”
先进的包装检验是必不可少的,但显然并不是所有组装后可以检查。“中端/高级包装应用程序,可以进行检验和测量范围广泛的应用程序包括金疙瘩,焊料球和疙瘩,晶圆疙瘩、铜柱、以及其他关键的包装特性,包括凹凸高度,co-planarity,直径和形状、相对位置、和各种各样的其他测量,“说CyberOptics Skunes。
直到最近,光学检查或x射线检查被用来评估倒装芯片债券质量。使用技术发现通常在失效分析实验室,这些都是耗费时间,而不是总是在债券覆盖全面。最重要的是,客户现在要求更高的产量和产品质量。
“这让制造商需要100%检验wafer-level和先进的包装,而不是抽样策略,使得检验速度/吞吐量,“Skunes说。“慢过程导致了这些抽样策略。但100%的检验和计量,高分辨率和精度高,可以进行今天两到三倍的速度比替代解决方案。这多次反射抑制(夫人)传感器技术可以迅速和有效地测量光泽和镜面表面高度精确测量的关键。”
所有这些工具的速度提高。“SVXR工具使用一个自上而下的x射线图像,它每分钟约3000毫米²,”朱勒说。“这是快。但它也需要更高的动态范围精确检测小焊点的厚度的变化。今天的大型设备上我们讨论的是成千上万的焊点,和图片没有任何用处的。使技术部署在这一领域我们投资于计算机视觉算法和机器学习。我们开发的能力,捕捉图像和处理图像和焊料收集数据的某些特性。这使得异常值检测。”
的使用机器学习图像似乎是不可避免的。
“包装变得很复杂,和电气测试不会是答案,”道格长老说,总经理OptimalPlusNI公司。“机器视觉可以用来捕捉的图像assembly-related物品。这些图片,现在可以数字化运行一个ML算法在他们确定什么是良好的形象和一个坏形象,并使用这个在线和实时对各种机器vision-related步骤在您的后端流程。”
检验能力有更高的覆盖率为100%。然而检查整个组装工厂尚未部署过程的所有地方。
“这真的取决于临界过程的步骤,“心理契约的杜邦说。“最关键的需求可能是100%检查。但是对于其他步骤可能足以检查过程和设备的样本的质量。”
更快的成像能力使100%检验支持生产速度这允许更多的检验步骤放置前最后检查。杜邦表示,有动机最终测试前检查特别是对于更复杂的包装技术。传入的死/晶片检查已变得更加普遍。对倒装芯片检查焊接缺陷在哪里形成后可以提供很多有价值的。
结论
客户已经将他们的预期装配工厂的质量和可靠性。与包失败代表大约50%的失败,组装工厂需要接他们的游戏。这只能发生在一个投资生产过程监控和产品。
供应商的设备、传感器、检测能力,和分析都有一个角色要扮演。他们正在加紧努力增加设备数据收集和快速检测使100%产品监控、大数据分析以及数据分析,现在可以收集。
“我们看到,有很大的发展潜力和提高过程的质量通过添加更多的检查步骤,使更多的过程控制,但有一个平衡成本和使用的客户,“杜邦说。
不过,持续的监控代表大会的主要心态改变工厂总经理,让他决定工厂改进。现有的设备不能支持增加的监控。它需要升级。同样地,数据管理系统需要改进工厂从最小的数据收集转移到收集数据的所有部分连接,检查在多个插入点,从装配设备和收集数据。
“20年来价值或收入贡献从汇编一直呈现上升趋势,“PDF的亨特利说。“与异构设备需要多个die-lets,然后把它们组装在一起,它甚至成为一个更大的价值主张最终设备的一部分。它就可以花更多的钱在装配步骤。”
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