用于復(fù)雜檢查和校準(zhǔn)的PCB微電子工具

隨著 PCB 混合制造在微電子制造方面取得更大進(jìn)展，新的檢測(cè)工具應(yīng)運(yùn)而生。

在我們的行業(yè)中，由于對(duì)印刷電路板 （PCB）、板上芯片 （CoB）、倒裝芯片和導(dǎo)線的更小尺寸的需求不斷增長(zhǎng)，微電子制造正日益成為傳統(tǒng)表面貼裝技術(shù) （SMT） 制造的伙伴粘合。如今，各種傳統(tǒng)的 SMT 制造測(cè)試和驗(yàn)證工具都經(jīng)過(guò)充分驗(yàn)證和有效使用。例如，這些設(shè)備包括 X 射線機(jī)、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè) （AOI） 以及 SMT 裝配線和制造車間中的其他設(shè)備。

然而，微電子制造需要一種不同的、更新的高功率、高倍率激光顯微鏡，如圖 1 所示。這些工具用于非常復(fù)雜和絕對(duì)詳細(xì)地檢查微電子。簡(jiǎn)而言之，它們確?；搴托酒趤?lái)料檢測(cè)期間完好無(wú)損。此外，在制造完成后，這些工具會(huì)計(jì)算測(cè)量值并獲取精確讀數(shù)，以確保微電子制造已按照原始規(guī)格和客戶要求進(jìn)行。

在確保高可靠性微電子制造方面，這些高功率激光顯微鏡可執(zhí)行各種有價(jià)值的檢查、校準(zhǔn)和驗(yàn)證任務(wù)。包括芯片、環(huán)氧樹脂、阻焊層滲漏和空氣橋檢查，以及計(jì)算長(zhǎng)度、寬度和高度（z 軸），并創(chuàng)建 3D 渲染。

至于模具檢查，顯微鏡檢查模具表面是否有缺陷。例如，這些可能是表面異常、任何類型的損壞，如細(xì)微裂紋或芯片角微小碎裂，或腐蝕、污染或氧化。在這種情況下，模具檢查預(yù)計(jì)符合 MIL STD 883 rev. G 或 E。

此外，在某些情況下，工藝工程師可能會(huì)錯(cuò)誤地計(jì)算出用于芯片貼裝工藝的芯片下方所需的環(huán)氧樹脂量。這種情況會(huì)導(dǎo)致所謂的環(huán)氧樹脂滲出。發(fā)生這種情況時(shí)，芯片并未完全附著在基板上。相反，它變成了“浮動(dòng)骰子”，因此骰子在最佳水平上是不穩(wěn)定的。

相反，芯片需要 100% 附著在基板或中介層的底部。這樣，可以以 100% 的準(zhǔn)確度執(zhí)行引線鍵合。在這種情況下，高功率激光顯微鏡會(huì)檢查是否有環(huán)氧樹脂滲出，以防止出現(xiàn)此問題。

對(duì)阻焊層滲出進(jìn)行另一次檢查。這是為了掩膜可能滲漏到要安裝引線鍵合的焊盤上。如果焊盤表面頂部的掩膜不足以正確執(zhí)行鍵合，就會(huì)出現(xiàn)問題。

類似的問題涉及焊盤尺寸和放置不一致。圖 2 顯示了從第一個(gè)到第二個(gè)和第三個(gè)的這種焊盤尺寸不一致。一個(gè)焊盤為 49.3 μm，或約 2 mil；第二個(gè)焊盤為 44.5 μm；第三個(gè)焊盤為 70.4 μm。這意味著 Pad #1 和 Pad #3 之間的焊盤尺寸差異約為 40%。這種差異不符合精確引線鍵合應(yīng)用所需的精度。

圖 2：從 #1 到 #2 到 #3 的焊盤不一致

焊盤尺寸必須準(zhǔn)確的原因是因?yàn)檫@些焊盤非常小。例如，它們分別為 2 或 3 mil，或 50 或 75 μm。它們不僅在尺寸方面必須準(zhǔn)確，而且焊盤到焊盤的距離必須在要組裝引線鍵合的整個(gè)焊盤圖案中保持一致。

為什么焊盤尺寸的一致性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要？這些可靠性因素很關(guān)鍵，因?yàn)槲㈦娮咏M裝中使用了極細(xì)的導(dǎo)線。我們談?wù)摰氖?1.5 和 2 密爾線。例如，當(dāng) 2 mil 寬的導(dǎo)線鍵合在小于 2 mil 的焊盤上時(shí)，可靠性會(huì)受到極大威脅。這不會(huì)產(chǎn)生堅(jiān)固可靠的引線鍵合接頭，因?yàn)楹副P尺寸小于要安裝在基板或 PCB 上的引線寬度。

高功率激光顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)這些不一致和不準(zhǔn)確之處。他們檢查焊盤尺寸，公差以微米為單位，精度為正負(fù)半微米。他們不僅計(jì)算到并發(fā)焊盤的距離，還計(jì)算一個(gè)焊盤到另一個(gè)焊盤的距離。通過(guò)這樣做，可以重新檢查基板或 PCB，使其組裝起來(lái)沒有任何問題。這稱為來(lái)料基板檢查，當(dāng)它經(jīng)過(guò)激光顯微鏡驗(yàn)證時(shí)，可以看到引線鍵合的 2D 印模，如圖 3 所示。

圖 3：三根金線的 2D 印模

剩余殘留物

其他時(shí)候，助焊劑或環(huán)氧樹脂殘留物可能會(huì)產(chǎn)生類似的問題。如果正在執(zhí)行 PCB 混合制造（即 SMT 和微電子制造的組合），則 SMT 制造可能會(huì)留下一些殘留物。這些殘留物可能會(huì)殘留在 PCB 的基板上或滲入要放置微電子元件的區(qū)域；因此，表面被污染。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，要在引線鍵合焊盤上形成的鍵合會(huì)變得很困難，如果不是不可能的話。

因此，清潔至關(guān)重要。焊線越薄，焊盤需要的精度越高。通常，用于焊盤的細(xì)線彼此非常接近。如果使用最細(xì)或最細(xì)的 7/10-of-a-mil 線，則需要在等離子清洗過(guò)程中使用異丙醇 （IPA） 或氬氣盡可能清潔表面。

高功率激光顯微鏡還可以確保氣橋處于活動(dòng)區(qū)域并且是適當(dāng)?shù)?。顧名思義，創(chuàng)建一個(gè)空氣橋或環(huán)路以繞過(guò)位于其他兩個(gè)組件之間的組件，以連接從 A 點(diǎn)到 C 點(diǎn)的引線鍵合并越過(guò) B 點(diǎn)。顯微鏡觀察空氣橋以確保它是正確的并且不要折疊或接觸中間被繞過(guò)的組件。如果是這樣，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短的或不穩(wěn)定的接頭，最終在現(xiàn)場(chǎng)的開始或后期導(dǎo)致問題。

除了這些類型的檢查之外，精確的計(jì)算和 3D 渲染也很重要，因?yàn)槲㈦娮又圃煨枰罡叩木?。這些高功率激光顯微鏡的作用是計(jì)算長(zhǎng)度、寬度和高度（z 軸）。

有時(shí)，執(zhí)行引線鍵合會(huì)產(chǎn)生高度限制。因此，這些示波器在這些情況下測(cè)量 z 軸，并計(jì)算兩個(gè)組件之間的最精確距離，例如芯片與基板或焊盤之間的距離。此外，他們還計(jì)算了 PCB 上阻焊層的焊盤尺寸和 X、Y 和 Z 厚度不一致。這確保了焊膏沒有被過(guò)度涂抹，從而阻礙了微電子引線鍵合工藝。

此外，有時(shí)需要將芯片連接到基于化學(xué)鍍鎳浸金 （ENIG） 或化學(xué)鍍鎳鈀浸金 （ENEPIG） 表面處理的腔體中。芯片需要非常精確地控制高度，以便在芯片連接后通過(guò)引線鍵合連接線之前完美地安裝在這些空腔中。高性能示波器是查看空腔深度以及在 z 軸上執(zhí)行高度測(cè)量的完美工具。

3D 渲染

最后，3D 渲染開始發(fā)揮作用。這些示波器創(chuàng)建了焊盤、基板高度和焊膏高度的 3D 渲染，從而提供視覺效果，使工藝工程師能夠計(jì)算基板和引線鍵合之間的距離，并檢查正在使用的環(huán)氧樹脂或焊膏的厚度。 圖 4 顯示了圖 3 中相同的三個(gè)金線鍵合的 3D 渲染，以提供更逼真的圖像。

圖 4：圖 3 中相同的三個(gè)金線鍵合的 3D 渲染

計(jì)算復(fù)雜精細(xì)的引線鍵合曲線是絕對(duì)必要的。例如，為引線鍵合環(huán)在高度測(cè)量中的 5 μm 精度創(chuàng)建 3D 輪廓。在這個(gè) 3D 輪廓中，可以查看各個(gè)方面。這些包括芯片和環(huán)氧樹脂的厚度以及基板或中介層與芯片之間的距離。創(chuàng)建此 3D 配置文件可提供非常清晰的圖片，可以輕松測(cè)量。它還提供了非常好的視覺效果，這是有效與差的微電子組裝的定量證明。

正如我們?cè)谶@里所說(shuō)，高效的傳統(tǒng)工具在當(dāng)今的 SMT 制造中證明是有價(jià)值的。然而，更新的、完全不同的高功率激光顯微鏡正在 PCB 微電子組裝和制造中廣為人知，以檢查和測(cè)試微觀級(jí)別的復(fù)雜細(xì)節(jié)。

審核編輯：郭婷