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工業(yè)CT檢測：芯片封裝失效分析好幫手
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導(dǎo)語
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)過上千道工序。芯片封裝缺陷檢測是芯片生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié),，是投入市場前保證芯片質(zhì)量的最后一道關(guān)口,。那么，芯片封裝缺陷如何檢測呢,？一起來了解下吧,。
{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,，晶圓制造和測試被稱為前道工序,，芯片的封裝、測試及成品入庫被稱為后道工序,。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
{芯片封裝缺陷檢測的痛點(diǎn)}
隨著芯片封裝體積越來越小,，封裝過程中也更容易產(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，在使用過程中易造成重大故障,。芯片產(chǎn)品不同于其他工件,，無法拆開做破壞性檢測，所以封裝缺陷檢測的主要方式是無損檢測,。
SMX-225CT FPD HR Plus微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)
如何高效,、無損、快速的進(jìn)行封裝缺陷檢測,？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“最佳無損檢測手段”,，可以非接觸,、非破壞地檢測物體內(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,，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 高效率分析
X射線CT可以有效檢測雜質(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“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)的檢測設(shè)備無法滿足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L28mm 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)測試速度快且精度高，不僅可以節(jié)省檢測成本,，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
島津無損檢測設(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,，及時(shí)發(fā)現(xiàn)芯片制造中的問題，提高良品率,，守衛(wèi)芯片無“陷”可擊,。
撰稿人：趙晶、黃軍飛
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