用于先進(jìn)封裝檢測(cè)的先進(jìn)X射線技術(shù)

來(lái)源：《半導(dǎo)體芯科技》雜志

VistaX Pro LayerScan是Comet Yxlon開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)層析技術(shù)，是先進(jìn)封裝領(lǐng)域最有效的檢測(cè)方法。

就在不久前，半導(dǎo)體行業(yè)還認(rèn)為X射線技術(shù)準(zhǔn)確度太差、速度過(guò)慢、成本太高，而現(xiàn)在，微型計(jì)算機(jī)斷層掃描（micro-CT）、精密軌跡和智能算法領(lǐng)域的新發(fā)展正在提供一種無(wú)損檢測(cè)方法，可以幫助制造商實(shí)現(xiàn)其零缺陷戰(zhàn)略，從而將他們的生產(chǎn)率和盈利能力提升到一個(gè)新的水平。

早在2005年，摩爾在一次紀(jì)念“摩爾定律”誕生40周年的訪談中就指出，這種集成電路微縮化很快就會(huì)達(dá)到其極限，很可能在21世紀(jì)20年代中期的某個(gè)時(shí)候變得根本不可行，或者實(shí)在是過(guò)于昂貴讓人望而卻步：“......材料是由原子構(gòu)成的這一事實(shí)是最根本的限制，而我們距離這個(gè)限制已經(jīng)不遠(yuǎn)了......我們正在觸及一些非?；镜臉O限，所以總有一天，我們將不得不停下集成電路微縮化的腳步?！倍硪环矫?，雖然時(shí)光已經(jīng)進(jìn)入了21世紀(jì)20年代，不過(guò)我們?nèi)晕醋叩侥柖傻谋M頭。

目前，先進(jìn)封裝技術(shù)在電子結(jié)構(gòu)方面早已進(jìn)入納米級(jí)范圍。人類(lèi)頭發(fā)的平均直徑為0.06毫米，即60,000納米，相比之下，微芯片的尺寸僅為幾平方毫米，其內(nèi)部晶體管的作用就像微型電氣開(kāi)關(guān)一樣，可以接通和關(guān)斷電源。如今，每顆芯片所內(nèi)含的晶體管數(shù)量都達(dá)到數(shù)十億之多！

各個(gè)封裝內(nèi)部數(shù)量越來(lái)越多的芯片通過(guò)龐大的金屬印制線網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。在經(jīng)過(guò)微調(diào)的電路里，更多的子組件通過(guò)數(shù)千個(gè)直徑為5～100μm的焊點(diǎn)進(jìn)行橋接。這些焊點(diǎn)（焊球、C4或微凸塊）以及TSV（硅通孔）對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，通常是由生產(chǎn)工藝變化引起的。

△圖1：60μm微凸塊的3D視圖（已焊接，未封）。

對(duì)當(dāng)今的集成電路來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)越緊湊、功能越強(qiáng)大、生產(chǎn)越復(fù)雜，其（從一個(gè)生產(chǎn)步驟到下一個(gè)生產(chǎn)步驟的）價(jià)值也就越高。對(duì)于制造廠家來(lái)說(shuō)，所有必需分類(lèi)清理的有缺陷的微芯片都意味著高額的經(jīng)濟(jì)損失。試想一下，由于在早期階段沒(méi)有發(fā)現(xiàn)工藝錯(cuò)誤，導(dǎo)致一系列封裝完畢的集成電路無(wú)法使用，將會(huì)造成多大的經(jīng)濟(jì)損失！半導(dǎo)體行業(yè)的制造商需要以嚴(yán)格控制公差的零缺陷生產(chǎn)為目標(biāo)。因此，可靠的質(zhì)量檢查在研發(fā)階段就已經(jīng)開(kāi)始了，并且伴隨著整個(gè)制造過(guò)程，以降低非質(zhì)量生產(chǎn)流程的成本。

破壞性測(cè)試方法，無(wú)論多么精確和詳細(xì)，都已不再是解決方案，因?yàn)檫@需要承受較長(zhǎng)的周轉(zhuǎn)時(shí)間和較高的成本。在可能的檢測(cè)技術(shù)中，光學(xué)檢測(cè)只能檢測(cè)出一小部分關(guān)鍵缺陷。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，X射線技術(shù)作為一種檢測(cè)方法極少受到關(guān)注。雖然它是唯一能夠觀察產(chǎn)品內(nèi)部的技術(shù)，但是簡(jiǎn)單的熒光透視無(wú)法分辨當(dāng)今復(fù)雜的三維封裝中的重疊層。三維計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography, CT）可以對(duì)物體的空間視圖進(jìn)行成像，但長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為速度太慢、成本太高。

三維計(jì)算機(jī)層析成像（computed laminography, CL）如今改變了游戲規(guī)則。與CT不同，CL不要求測(cè)試部件360°旋轉(zhuǎn)。通過(guò)一種特殊的方式，對(duì)組件進(jìn)行逐層掃描，以達(dá)到檢測(cè)關(guān)鍵互連所需的分辨率和圖像質(zhì)量?？梢詫?duì)各層實(shí)施單獨(dú)分析，也可將其重建為三維體。反過(guò)來(lái)，可以在任何感興趣的區(qū)域?qū)θS體進(jìn)行切割，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。在此過(guò)程中，計(jì)算機(jī)層析成像比FIB-SEM（聚焦離子束掃描電子顯微鏡）等技術(shù)的速度要快得多，而且足夠詳細(xì)，能夠檢測(cè)到所有關(guān)鍵缺陷。當(dāng)今的CT/CL檢測(cè)系統(tǒng)能夠確保一致的圖像質(zhì)量和穩(wěn)定、可重復(fù)的結(jié)果，即使在批量檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)的操作之后也是如此。

△圖2：焊點(diǎn)的典型缺陷。

此外，通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化檢測(cè)流程和自動(dòng)缺陷識(shí)別（ADR）技術(shù)，在半導(dǎo)體行業(yè)中，X射線檢測(cè)變得更加高效。Comet Yxlon的高分辨率微聚焦X射線系統(tǒng)具有同類(lèi)最佳的成像水平和最新的軟件功能，結(jié)合Dragonfly用于自動(dòng)分割和圖像評(píng)估的精細(xì)深度學(xué)習(xí)模型，可以根據(jù)用戶的個(gè)性化需求量身定制，并且不受人為偏倚的影響。加快了投產(chǎn)進(jìn)程，從而顯著縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

但是等等，X射線不會(huì)損壞、甚至毀壞敏感產(chǎn)品嗎？如果采用創(chuàng)新的Comet Yxlon檢測(cè)系統(tǒng)，上述情況就不復(fù)存在了。用于敏感組件的低劑量檢測(cè)器模式，具報(bào)警和停止功能的劑量監(jiān)測(cè)，以及額外的劑量減低套件，可以防止可能的輻射損傷，并保證X射線檢查的安全性。除了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的Cheetah EVO、Cougar EVO和FF20 CT微聚焦系統(tǒng)外，Comet Yxlon還提供了作為SEMI版本的FF35 CT，該X射線系統(tǒng)符合SEMI?的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)（包括SEMI?S2-0818和SEMI?S8-0218危險(xiǎn)和安全標(biāo)準(zhǔn)），并通過(guò)了相應(yīng)的認(rèn)證。而且，相關(guān)的開(kāi)發(fā)繼續(xù)全速推進(jìn)。

△圖3：焊接凸點(diǎn)中空洞的3D視圖。

審核編輯 黃宇