发现缺陷IC包

一些设备制造商增加新的检测设备来解决日益增长的缺陷挑战集成电路包装。

有一段时间,发现缺陷在包装是相对简单的。但是,随着包装变得更复杂,因为它是用于市场可靠性至关重要,找到缺陷是更加困难也更加重要。这促使发展一套新的工具,但这些工具更昂贵,可能仍有一些差距。

新检查系统涉及不同的技术,如光学、x射线和其他人来说,找到缺陷和其他问题的遗留和先进的包。检查系统是用来发现缺陷产品。这是不同的计量工具,描述结构。

在包装,光学和x射线检测技术是无损,这意味着他们可以检查包没有损坏它们。这两种技术往往是互补的,但也有不同的权衡。快速光学工具,用于发现表面缺陷,但他们通常无法看到埋结构。相比之下,可以看到埋结构高分辨率x射线检查。x射线系统的问题是速度,但一些新的x射线工具更快。

最终包装的房子要无损检验工具可以帮助限制使用的机械破坏性浆纱切片方法。常用于流、机械浆纱切片是一个过程,是削减和检查工具在包找到埋藏缺陷等问题。浆纱切片工作,但这是一个破坏性的方法,不是实际的生产。

总之,没有一个检测系统,可以满足所有的要求。包装的房子需要几种检验技术,甚至机械浆纱切片。

尽管如此,IC包检查是至关重要的。整个行业,包装是扮演更重要的角色,成为一个更可行的选择开发新系统级芯片设计。”先进的包装方案通常包含许多半导体器件在异构集成,导致越来越多的高价值包,”斯蒂芬Hiebert说道,高级营销主任说心理契约。“先进检验硬件和软件解决方案是必要的准确处置好与坏板牙multi-chip包。所有这些因素结合增加检查加载,所以先进的检测技术是必要提供吞吐量和缺陷检测的结合。”

的挑战
在市场上有很多集成电路包装类型。细分市场的一个方法是通过互连类型,包括wirebond、倒装芯片,wafer-level包装巨头()和在矽通过(tsv)。

大约75%到80%的包线结合的基础上,根据TechSearch。一个芯片引线接合器针使用细小的电线连接到另一个芯片或衬底。

在倒装芯片,铜疙瘩或柱形成的芯片。设备翻转,安装在一个单独的模具或董事会。撞落在铜垫,形成电气连接。

扇出巨头,一个类型,死于一个包。与此同时,tsv像2.5 d技术在高端包。在2.5 d,死亡堆积或并排放在最高的插入器,它包含tsv。插入器充当芯片和董事会之间的桥梁。

每个互连类型允许不同的包。很明显,我们的目标是开发软件包没有缺陷。“你希望你的过程已经被设置了足够的鲁棒性。你不想检查质量的设计。你想构建它,”资深的工程总监约翰·亨特说日月光半导体。

不过,缺陷可以在包在生产流程中出现。年前,这是简单的包时发现缺陷不太大的复杂特性。现在,包与多个模具更复杂。另外,尺寸更小的特性。

“我们不是前端的尺寸,”亨特说。”,但我们的光学检查测量5µm线和空间。现在他们2µm下面。”

在这些方面,很难找到表面和埋藏缺陷。先进的包装检验符合。“先进包装继续发展小包和更多的功能,更多和更好的特性,“Subodh Kulkarni的总裁兼首席执行官CyberOptics。“这增加的复杂性是驾驶越来越需要专业,高精度测量和检验检测缺陷和提高过程控制能力。快速、准确的检验和测量是提高产量的关键,确保长期可靠性。”

与光学
根据蔡司,包装检验/测量过程包括三个不同的领域,失效分析,技术开发和生产。失效分析分析一个包来确定故障的原因。包装的房屋使用在线和离线检测系统用于生产。

没有一个工具可以做任何事,所以包装房子需要一些检查技术,包括光学、x射线等。这取决于应用程序。通常情况下,在生产、包装的房子使用光学检验工具。Camtek、心理契约和创新销售包装的光学系统。最近,Nanometrics和鲁道夫合并,创建一个新的公司叫到。

光学检验工具使用brightfield和暗视野技术。brightfield成像,光照射到样本,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。

这些系统被用在不同的地方。例如,在扇出光学系统检查每个分配层(RDL)。rdl的金属痕迹连接包的一部分到另一个地方。扇出包和三个或四个RDL层之间可能需要10到15内联检验步骤。一般来说,新的光学工具可以检查rdlμm下面5点。

图1:工艺流程进行包装来源:解放军

光学系统用于其他类型的包。“我们看到的一个广泛的在线应用先进光学检查对于复杂的过程,如扇出,2.5 d和3 d-ics,“心理契约的Hiebert说道说道。”等先进的包装方案2.5 d和扇出,需要先进的光学检验的主要原因是空间扩展,更复杂的流程,和更高的质量要求。作为RDL行功能维度、tsv或microbumps变小,批评或致命缺陷的大小也会变小。光学检测系统需要更复杂的以检测这些小缺陷。”

先进的软件包可能需要其他类型的光学技术。“垂直整合,例如,有肿块和柱子上面的表面芯片,减少在大小和数量增加。这些疙瘩和柱子也闪亮的镜面,镜面表面,其他基质创建检验和测量的挑战,“CyberOptics Kulkarni说。

为此,CyberOptics开发了一个基于移相轮廓测定法检验/计量单位。的技术,称为Multi-Reflection抑制(夫人),使2 d和3 d检查与数据处理速度超过每秒7500万3 d点。

“夫人传感器技术旨在抑制错误引起的假从闪亮和镜面表面多次反射。架构与多个摄像机和投影仪有一个额外的通道专门测量镜面表面,”Kulkarni说。

截面和x射线
一般来说,尽管,许多光学检验工具无法检测缺陷在每一个包的一部分。一些缺陷埋或隐藏和光学工具看不到它们。

在这种情况下,包装房子可能需要求助于其他技术,如机械浆纱切片、x射线等。

机械浆纱切片是一个破坏性的技术,广泛应用于工业。为此,包封装在环氧树脂,切,检查使用扫描电子显微镜(SEM)或其他工具。

浆纱切片用于查找缺陷等问题埋在包,位于焊点、互联和其它地区。浆纱切片是毁灭性的。

“这是一个缓慢的系统。有限的样本大小。有很多原因,它只是不能接受大容量和柔性制造“蔡司业务发展主管Thomas Gregorich说。

幸运的是,这并不是唯一的解决方案。包装的房子也可以使用x射线检查检查结构和其他地区包埋。x射线检查发现的故障分析、产品开发和生产。

x射线的作品,但它也慢。这可能限制其生产的插入点。然而,现在这个行业发展新系统可以帮助加快这一进程。

一般来说,x射线有几个优点。“原则上,光通常是更快,但它是有限的,你可以看到从表面上看,“说Evstatin选举程序主管诺信达歌,x射线检测系统和其他供应商的产品。“通过x光,你可以去光不能穿透。x射线穿过身体的样本,所以它可以看到里面的东西。任何optically-hidden关节,通过或互联是x射线发挥作用的地方。它什么光隐藏,包括BGA关节,QFN包,microbumps, tsv、债券电线和MEMS。”

可以肯定的是,x光检查不会取代光学。每种技术在包装中发挥着关键作用。“光学和x射线应考虑免费。所以我们需要他们,”他说。

x射线检查并不新鲜。市场20多年来,x光检查包装了2 d或3 d功能。诺信、SVXR Yxlon和蔡司出售x射线检测系统,尽管并不是所有的工具是一样的。

包装的x射线检测系统基本上是一个2 d x射线显微镜。最新的系统特性认识μm下降到0.1。

在操作中,样本被放置在系统中。然后,大约180°圆锥的x射线宽发出的x射线源。“所有材料吸收x射线辐射不同,取决于他们的密度,原子序数和厚度,“Krastev说。“厚和/或密集的材料将吸收更多的x射线。”

进行检验的样本被x光锥内移动,包括顶部和70°的角度视图。最新的6.7 x射线系统创建图像像素每秒30帧和65000年灰色的水平。

此外,诺信提供了一个电脑断层摄影术(CT)为其2 d x射线系统选项,提供3 d功能。x射线成像方法,CT生成一个对象的三维模型使用多个二维图像,使虚拟micro-sectioning。

最初,x射线是用于PCB检查和简单的包。随着时间的推移,这项技术获得了牵引包变得更加复杂。

”在许多情况下,2 d和3 d x射线检查一起手牵手,“Krastev说。“好裂缝和BGA hands-on-pillow缺陷或撞设备提供一个很好的例子。2 d / 2.5 d检查是有效的快速找到缺陷的签名。下一步是使用较慢,但更详细的3 d检验来验证这些缺陷是我们认为他们是什么。一旦这样做,快的2 d检查用于进一步的测试与高水平的准确性、可靠性和速度。”

传统上,x光检查处理扣带回的部分。最近,诺信了wafer-level x射线的工具。这些新的x射线检查平台提供一个自动化、高通量x射线计量和缺陷评估能力光隐藏和tsv的明显特征,2.5 d和3 d IC包、MEMS和圆片疙瘩。

一般来说,x射线检测系统是基于一个点投影源。一些用于生产,但这些系统缓慢。

作为回应,SVXR已经开发了一个自动化系统基于高分辨率x射线检查(HR-AXI)技术。该系统是针对快速在线检测/计量包装。它还利用机器学习的缺陷检测。

“我们有加速的过程大约100倍你能做什么在投影,失效分析类型的x光机,”Scott朱勒表示在SVXR首席运营官,启动x射线检测系统供应商。

SVXR比现有技术系统是不同的。在传统的系统中,你取一个样本并把它旁边的来源。探测器位于远离样本。

“在我们的例子中,直接对探测器的样品。我们使用大量的来源。这是太快了。你会得到一个宽动态范围。我们可以用一个图像检测缺陷,”朱勒说。“我们通过样本传输。我们正在寻找的是吸收、折射。我们测量x光被吸收,因为它经过多少样本。”

系统包括一个30像素传感器,用于图像12毫米x 18毫米视场。每个图像可以包含成千上万的焊点。

只是一个例子,该工具可以检查模具和2.5 d包和逻辑高带宽内存(HBM)。包有20000个焊点之间插入器和BGA层压板。

为此,系统需要9张图片在这个包的一部分。每个图像需要大约3或4秒。所以,需要大约30秒20000检查焊点。

这是一个关键应用在其他方面。HBM由DRAM堆栈。通常情况下,x射线曝光会损害后发展出。但SVXR证明它有能力检查DRAM (HBM)不会导致退化的刷新率。

此外,SVXR系统包含了机器学习算法,自动和加速缺陷检测过程。在系统中,图像是数字一致。每个焊点识别和创建数据库结构。

”检查,个别焊点比较正常的焊点和变异的模型在测试焊点从这个正常的结构特点是,”朱勒解释说在最近的一篇论文。“各种技术利用计算机视觉和机器学习是用于生成参考模型和确定测试联合不同于模型。焊点不同充分从正常模型进一步分类通过比较这些已知的缺陷类型和它们的属性。这样,细微的差别如正常的接触和联系non-wet可以确定在高速下连续检验操作。”

与此同时,蔡司最近推出了x射线检测系统针对产品开发、设计验证、流程优化和质量保证/控制。

使用3 d x射线显微镜,蔡司的系统提供了先进的包装体积和线性测量。这使得系统看到埋和截面特性,无法实现,2 d x射线和microCT。

它有一个500纳米空间分辨率小于40 nm的最小立体像素大小。自动化系统可以用于2.5 d插入器,高带宽内存堆栈tsv和microbumps wafer-level包与包上包互联,与多个芯片和超薄内存堆栈。“这是需要这些HBM 2.5 d和高级扇出类型包,“蔡司”Gregorich说。

“通常情况下,客户看金属结构。特别是,它的金属结构是在制造过程中形成的。例如,我们可以看看基质。我们可以看看疙瘩。那些之前进入总装一部分,”Gregorich说。“但当谈到bump回流到衬底或到另一个芯片,没有办法检查之前。”

x射线可以看到行动的过程。“大部分的往往是solder-based。所以我们看焊料,无论是C4,铜柱,或micro-pillars,”他说。

更多的技术
在包装,还有其他的检验/测量技术,如红外温度记录(红外热成像),当前磁成像(MCI),扫描声学显微镜(SAM)和表面声波(看到),根据韩科院的最近的一篇论文。

红外热成像用于材料评估,而磁场MCI措施。看到使用超声波来测量。山姆产生超声波信号样本。这将创建的图像样本的力学性能的变化,根据韩科院。

结论
包装供应商可能需要这些技术以及光学和x射线。浆纱切片是一种必要的邪恶。

随着时间的推移,这个行业可能需要发明新的检验技术。他们可能需要改进现有的。但这需要资金,通常包装房屋紧张的预算。这可能需要改变,尤其是在包装新设计正在成为一个更重要的选择。

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