日益先进的包装缺陷挑战

目前包装的缺陷检测系统的蒸汽的最新先进的包,促使市场需要新的工具。

作为回应,一些厂商推出新缺陷检测系统用于各种高级包、等2.5 d/3 d技术和扇出。新的缺陷检测系统能够比之前的工具,但他们也更昂贵。和包装的房子可能需要购买不同类型的工具。

所有这一切之际,业界正试图减少的总体成本先进的包装。多年来,该行业已经使用各种检测设备定位IC缺陷包。现有的缺陷检测系统适用于商品包装以及当前市场高级包类型,如2.5 d / 3 d技术,扇出和其他人。

但最新高级包转向精细功能层和I / o。结果,缺陷也变得更小,使他们很难找到使用当前检验系统。无法检测到缺陷直接影响收益率对于一个给定的设备。

”在许多情况下,核心检测技术,为大尺寸,与第一代eWLB一样,现在的气体,和新的检验技术部署,”Stephen Hiebert说道,说高级营销主任KLA-Tencor。“你曾经有宏观检验(集成电路包装)。现在,这些工具,先进的包装必须找到微米和亚微米级的缺陷。”

例如,嵌入wafer-level球形阵列(eWLB)是各种扇出包的市场之一。一般来说,扇出测量线和空间特征的再分配层(rdl)包。RDL由铜金属连接线路的路由方案。线和空间指的宽度金属痕迹和它们之间的空间。

图1:再分配层(rdl)用于路由连接所需的位置。来源:林的研究

作为更复杂的芯片是集成到一个扇出包,它可能需要更多RDL层与细线条和空间。例如,今天的扇出包的范围从5µm线和空间(5-5µm)及以上2-2µm下面。

”作为公司进入下一个技术节点,撞球场变得更好和检验能力还需要改善,”Jan Vardaman表示TechSearch国际。”特性(行和空格)缩小到2µm下面,越来越难看到的缺陷。此外,发现碎片通过洞变成了关注在某些应用程序中。”

总之,这个行业需要新的缺陷检测系统的最新先进的包。这些功能是至关重要的在汽车等多个应用程序,可以顺利的政策。其他市场需要这些功能。

寻求解决的挑战,KLA-Tencor,鲁道夫等人最近推出了新optical-based缺陷检测设备先进的包装,这地址rdl 5µm下面。此外,供应商已经引入了新的红外检测工具,模具生产阶段。

包装的趋势
多年来,集成电路市场的重点围绕传统芯片扩展,将更多的功能在设备上,然后萎缩在每个流程节点。包是一个事后的想法,简单的设备。

然而最近,芯片扩展在每个节点已变得更加昂贵和复杂。今天只有少数高级节点可以设计芯片。例如,集成电路设计成本仅为28 nm平面设备跃升至5130万美元到2.978亿美元7纳米芯片,根据肠易激综合症。

这并不是说,芯片制造商已经停止扩展。但是先进的模拟节点不需要射频和其他芯片技术,增长速度快。“我们预期稳定增长在汽车和电源管理等专业技术,射频和嵌入非易失性内存史蒂文•刘表示:“市场营销的高级副总裁联华电子。

先进的包装是组合的一部分。开始就在千禧年之后,业界开始寻找替代芯片扩展,即先进的包装。而不是扩展功能单一的死,先进的包装背后的想法是将死在垂直方向。

先进的包装一直用于有限形式几十年来细分应用程序。成本问题是随着技术仍然太贵了对于许多应用程序。

不过,先进的包装继续取得进展,行业走向一个称为异构集成的概念。“关键领域我们需要贡献在异构集成组装和测试,”大卫·麦肯说包装研发和运营的副总裁GlobalFoundries。“这就是你包从一个节点或多个节点多个芯片,甚至在几个供应商进入一个集成包级别。”

在这一趋势的一个例子,该行业已经航运2.5 d技术。在2.5 d,死亡堆积在上面插入器,包含了在矽通过(tsv)。插入器充当芯片和董事会之间的桥梁,它提供了更多的I / o和带宽。

图2:FPGA + HBM 2.5 d包插入器。来源:赛灵思公司

“2.5 d使互连密度增加一个数量级。你试图解决的是内存带宽和延迟。这是插入器的目的很细线和空间,”麦凯恩说。

GlobalFoundries,已经航运2.5 d / 3 d技术与tsv 5µm(直径)x 55µm(深度)。这是在2µm x 20µm排位赛tsv。

其他包是朝着更好的特性,即扇出。在扇出,模具打包时仍在晶片上。

图3:巨头扇出源:林的研究

介绍了十多年前,扇出最初rdl大尺寸和一些I / o。相比之下,今天的高密度扇出500多个I / o和小于8μm线/空间。台积电的信息技术,扇出的最显著的例子,是在苹果最新的iphone。

“今天,我们看到一个数量级级别的扩展,“KLA-Tencor Hiebert说道说道。“我们看到2μm rdl在生产和有rdl 1μm或下面的发展。”

一些扇出包rdl的三或四层。“行业正在试图转移到更多RDL层,细间距RDL层和更大的包。如果你有扇出或multi-die扇出,足迹将是更大的。包范围,随着层数的增加和RDL收缩,所有这些创造了大量产生挑战。发现和控制缺陷是至关重要的,”Hiebert说道说道。

这就是缺陷检验符合。“我们去细线和空间,公平地说,挑战越来越很重要,”Eelco伯格曼说,销售和业务发展总监日月光半导体。

“当你搬到rdl越来越精致,尤其是多层rdl,你打算如何检查质量呢?你需要一些机制监视你的内联性能帮助推动流程优化和尽可能高的收益率。和其他情况下,您可能需要至少一些post-fabrication验证能力,”伯格曼说。

这只是对扇出。2.5 d / 3 d包还有其他挑战。还有正在开发其他类型的包装,如chiplets可能导致新的包装方法。

Chiplets lego block类型的方法,开发硬连接各种IP块一起使用一个互连结构。美国国防部高级研究计划局正在带头推动在这个方向来降低成本和上市时间,和许多公司正在探索类似的选项,包括英特尔、eSilicon和高通。

“我们的目标是把所有的芯片的功能在一个较小的死和增加灵活性,“阿明Shokrollahi说的首席执行官Kandou总线。“你可以分发chiplets神经网络的不同部分,但为灵活性而死的位置是非常重要的,必须非常短的空间。”

这些chiplet包最终将如何看不清楚,而且检查也不会挑战。然而,总的趋势是一样的与其他类型的packaging-shrinking距离和整体区域以提高性能和减少权力和区域。

检查的作用
发现缺陷,包装房屋使用缺陷检查、计量工具和失效分析系统。检查是发现缺陷产品的艺术,它是用于工厂和包装。这不是搞混了计量衡量和描述结构设备。

晶圆厂和包装公司使用不同的检测系统,虽然这两个实体是努力实现类似的目标想要找到并消除杀手设备缺陷,从而提高收益率的流。

工厂,芯片是在纳米尺度上测量和缺陷有时在埃级。这个芯片制造商使用昂贵的电子束和光学晶片检查系统。

在包装、缺陷尺寸大,测量在微米或亚微米级别。包装的房屋使用工具基于光学、红外和其他技术。

通常,在工厂和包装检验要求是不同的。“尽管先进的包装工艺的演变似乎是简单的前端技术的迁移到后端操作,包装过程创建的结构和使用的材料不是通常发现在前端,”Tim Kryman说,企业营销高级总监鲁道夫技术。”因此,他们有独特的检查和测量要求,无法满足现有的前端工具。”

在大多数情况下,检查已经相对廉价的包装,但在某些部分的改变。“这些供应商所面临的一个挑战是改变经济范式,“Kryman说。“包装一直被视为低技术和低成本。低价格和利润施加了巨大的压力继续运营和资本成本最低限度。现在先进的包装工艺要求的是设备的投资和技术,传统上是在前端晶圆厂发现的。”

发现的缺陷
在传统的内联包装流程,包装房屋使用高速,optical-based缺陷检测系统。Camtek KLA-Tencor,鲁道夫和其他人在这个市场销售系统。

年长的检验工具工作对于大多数包类型并将继续被使用多年,但这是一个不同的故事的最新2.5 d / 3 d和扇出技术。

通常,一个检查工具可以找到缺陷在临界尺寸的三分之一到一半。有一段时间,例如,一个包装房子是开发一个包有10μm rdl。为此,他们会使用一个检测系统可以检测缺陷在3μm以上。

但这不是足够好最新的包,下午5μm rdl下面。所以,供应商需要一个检查工具,可以找到缺陷尺寸2.5μm和小,甚至sub-µm缺陷。

“流程越来越复杂。因此,有更多的内联使用检验和计量数据监测。你用这个坡道收益率从研发到大批量生产水平,“KLA-Tencor Hiebert说道说道。“许多的检查技术,能够在10μm或20μm rdl真正挑战去1μm或低于水平。”

这包括最新的扇出包。在扇出,芯片是第一次处理晶片的工厂。然后芯片是丁和放置在一个wafer-like格式基于一种环氧模具化合物。

然后创建一个多层RDL堆栈顶部。rdl,铜种子层沉积在表面。RDL结构之后,所需的图案和发展。

此时,结构经历了一个缺陷检验步骤。如果有一个缺陷问题,包装房子可以解决这个问题通过对晶片。

一旦这一步完成后,剩余的RDL的步骤进行。这个过程重复每个RDL层。

包装后产生的,它经历了最后一个缺陷检查步骤。总的来说,扇出包和三个或四个RDL层可能需要10至15内联检验步骤。

但即使所有这些步骤,它仍然是具有挑战性的找到所有的缺陷。“有许多缺陷挑战先进的包装应用,“说含有杏仁的Pizzagalli,分析师Yole开发署。

Seung钟旭(S.W.)主任Yoon成组技术战略JCET集团指出,至少有三大缺陷挑战今天的先进的包。“首先,微小的或薄的外国材料/表面残留物可以通过底部的一个小的介电层。第二,薄金属桥梁金属线和空间(沟结构)表面时空间狭窄和金属线是高(高纵横比)。第三,多层RDL检验挑战细线宽度和间距与外国物质礼物,”他说。

反过来,这是开车需要更好的检验。“就像前端,缩小特征尺寸驱动的检验要求提高精度,精度、灵敏度和吞吐量,”鲁道夫的Kryman说。“RDL线几何图形已经低于10µm和继续收缩缺陷敏感性达到大约50%的印刷线和空间维度。肿块大小、间距和高度继续减少。制造商也受到包装过程的多样性和快速变化的需求。”

有些需求是包装本身的结果,这背后的推动力是各种各样的新方法正在发展限制问题,如弯曲,本身可以引起的缺陷。实际上,这是前几个步骤解决问题的实际包装。

“一个选择是使用一个薄膜pre-bond芯片,你躺在一个模板在模具化合物,“罗摩Puligadda说,执行主任先进技术研发布鲁尔科学。“其结果是,你没有弯曲,这是一个日益严重的问题与EMC(环氧模具化合物)。你也可以采取更模块化的方法减少翘曲。”

无论如何,检验需要辨别新的和复杂的模式。“应用程序,如扇出的金属模式往往是高度复杂的。前端应用程序相比,我们看到更多的不规则形状。我们看到对角线。我们看到其他结构在本质上没有电。我们看到结构原因热或结构中插入金属层,“KLA-Tencor Hiebert说道说道。

同时,应对这些挑战,KLA-Tencor,鲁道夫等人介绍了新的光学缺陷检测工具,这是面向rdlμm 5点。

来自供应商的最新系统使用brightfield和暗视野技术。brightfield成像、光分样本正上方。光照射到样本和系统收集散射光的对象。在暗视野成像,光照射到样本从一个角度。在这两种情况下,数据分析的缺陷。

在他们的系统上每个供应商也提供了不同的特性。KLA-Tencor新科隆诺斯1080系统的目的是检查先进wafer-level包装流程步骤。它提供了灵活的基质处理,支持保税、变薄、扭曲和丁基质。工具使用一个FlexPoint技术”,系统关注关键领域内死亡。这就是缺陷会影响最高。

与此同时,像它的前身,鲁道夫的新蜻蜓G2平台结合了2 d和3 d检验和计量功能在一个单一的平台。但它有更高的吞吐量和敏感。它可以检测到缺陷1µm一样小。此外,它增加了一个非视觉缺陷检测技术。

更多的检查
在这个过程之后,包移动到最终测试和组装,有时被称为死亡。丁包,然后在这个过程中检查。

几个问题可以在这里表面。今天的设备中使用的材料性能脆弱。在切割或其他措施,可以在侧壁表面裂缝的扇出包,以及内存包和裸模。

“这些材料是容易开裂和断裂在切割过程中,“说Pieter范德维尔KLA-Tencor这个理事会部总经理。“一些新的缺陷出现这样的切割裂缝,需要新类型的检查。”

对于这个应用程序,KLA-Tencor已进入模具检验市场系统基于红外技术。KLA-Tencor的新国际安全和发展理事会F160系统执行检查和死排序。工具还允许六面光学检验能力。

与此同时,Muhlbauer和其他厂商也在模具检验空间竞争。

前进的道路
新检验工具行业增加新一代包到达。这些系统希望解决产量/缺陷问题。

不过,该行业必须解决的成本。一般来说,先进的包装是许多oem厂商仍然过于昂贵。苹果和其他几个人是例外。

这必须改变。传统芯片扩展变得昂贵,许多oem厂商绞尽脑汁考虑先进的包装。问题在于包装房屋能满足成本和收益率为下一波的技术挑战。