半導(dǎo)體制造的鍵合線檢測(cè)解決方案

引線鍵合廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、半導(dǎo)體行業(yè)和微電子領(lǐng)域。它實(shí)現(xiàn)了集成電路（IC）中芯片與其他電子元件（如晶體管和電阻）之間的互連。引線鍵合通過在芯片的焊盤與封裝基板或其他芯片上的對(duì)應(yīng)焊盤之間建立電氣連接。隨著需求的不斷增加，測(cè)試引線鍵合的重要性也在上升。這些連接在將半導(dǎo)體芯片與封裝引腳或基板連接中至關(guān)重要。任何在這些鍵合中出現(xiàn)的缺陷都可能導(dǎo)致開路或短路等問題，顯著影響設(shè)備功能。因此，測(cè)試引線鍵合不僅是為了確?？煽啃院徒档蜕a(chǎn)成本，還為了確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

以下是一些影響引線鍵合的常見缺陷：

引線下垂：當(dāng)引線在拉力下伸展或下垂時(shí)，導(dǎo)致接觸不良和電氣性能下降。

引線偏移：指引線在鍵合過程中橫向移動(dòng)，導(dǎo)致錯(cuò)位和不可靠的連接。

環(huán)形形成：多余的引線可能導(dǎo)致環(huán)形形成，影響鍵合質(zhì)量和設(shè)備功能。

引線短路：這是一個(gè)關(guān)鍵缺陷，兩個(gè)引線意外電接觸，可能導(dǎo)致電路故障或設(shè)備完全失效。

引線斷開：指本應(yīng)與焊盤電連接的引線斷開，造成開路，影響設(shè)備功能。

是德科技（Keysight Technologies,Inc.）推出電氣結(jié)構(gòu)測(cè)試儀(EST)，這是一款用于半導(dǎo)體制造的鍵合線 (Wire Bonding) 檢測(cè)解決方案，確保電子組件的完整性和可靠性。

Keysight的電氣結(jié)構(gòu)測(cè)試儀是一種基于電容的測(cè)試解決方案，旨在精確識(shí)別線鍵合缺陷。通過利用先進(jìn)的平均測(cè)試（PAT）分析，該測(cè)試儀從已知的良好單元建立基線，快速檢測(cè)出諸如近短路、雜散線、線掃和線下垂等偏差。此功能確保了強(qiáng)大的產(chǎn)品質(zhì)量管理，并顯著提升了制造效率。

電氣結(jié)構(gòu)測(cè)試儀利用金屬表面之間的耦合特性，如引線鍵合和金屬板（也稱為IC上方的傳感器板）。該測(cè)試有效地將IC的每個(gè)引腳和引線鍵合轉(zhuǎn)化為電容器的導(dǎo)電板。這可以檢測(cè)到以前傳統(tǒng)的方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)的缺陷，例如引線和內(nèi)部引腳之間的“近短路”，以及垂直下垂的引線。此外，電容測(cè)試還可以識(shí)別諸如錯(cuò)誤芯片和模具化合物等問題。

是德科技電氣結(jié)構(gòu)測(cè)試儀(EST)

EST的主要特點(diǎn)包括：

先進(jìn)的缺陷檢測(cè)：

通過分析電容耦合模式的變化，識(shí)別各種電氣和非電氣鍵合線 (Wire Bonding) 缺陷，確保電子組件的功能和可靠性。

大批量生產(chǎn)準(zhǔn)備：

通過同時(shí)測(cè)試多達(dá)20個(gè)集成電路，每小時(shí)產(chǎn)量高達(dá)72,000單位，在大批量生產(chǎn)環(huán)境中提升生產(chǎn)力和效率。

大數(shù)據(jù)分析集成：

通過臨界不良重測(cè) (Marginal Retry Test/MaRT)、動(dòng)態(tài)零件平均測(cè)試（Dynamic Part Averaging Test/ DPAT）和實(shí)時(shí)零件平均測(cè)試（Real-time Part Averaging Test/RPAT）等先進(jìn)算法捕捉缺陷并提高產(chǎn)量。

電容測(cè)試的原理

使用電容耦合方法進(jìn)行引線鍵合缺陷檢測(cè)的理論相對(duì)簡(jiǎn)單。該方法通過共享的電場(chǎng)在兩個(gè)導(dǎo)體之間轉(zhuǎn)移電能，而不是通過直接的電連接。這使得未通過電線物理連接的組件之間可以進(jìn)行通信或信號(hào)傳輸。

在引線鍵合測(cè)試中，可以通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)導(dǎo)電表面之間的電容來應(yīng)用這一概念：一是位于引線鍵合區(qū)域上方的電容結(jié)構(gòu)，另一是與引線鍵合相關(guān)的導(dǎo)電路徑。通過分析導(dǎo)電表面的電容響應(yīng)，可以評(píng)估封裝IC中引線鍵合的狀態(tài)和位置。

如圖1所示，Vectorless Test Enhanced Probe（VTEP）是可以進(jìn)行此類測(cè)試的一個(gè)例子。該探頭采用先進(jìn)的電容和電感傳感技術(shù)，檢測(cè)和測(cè)量印刷電路板（PCB）上組件和互連的電氣特性。與傳統(tǒng)測(cè)試方法需要詳細(xì)的輸入輸出向量不同，該技術(shù)可以不依賴這些向量，并提供出色的信噪比特性。

圖1：Keysight的無(wú)矢量測(cè)試增強(qiáng)探針（VTEP）

如下圖2所示，該解決方案利用先進(jìn)的電容和電感傳感技術(shù)來檢測(cè)和測(cè)量引線鍵合的電容值。該過程涉及通過保護(hù)針將刺激信號(hào)注入引線框架，然后傳遞到引線鍵合。當(dāng)放大器接觸到傳感器板（在這種情況下為電容結(jié)構(gòu)）時(shí)，電路完成并捕獲耦合響應(yīng)。

圖2：使用VTEP進(jìn)行的四方扁平封裝（QFP）引線鍵合測(cè)試設(shè)置的橫截面圖

通過這種方法，電氣結(jié)構(gòu)測(cè)試儀（EST）利用先進(jìn)的電容和電感傳感技術(shù)以及部件平均測(cè)試（PAT）統(tǒng)計(jì)算法，從一組已知良品中學(xué)習(xí)基線引線鍵合測(cè)試。這使得用戶能夠?qū)⑷魏我€鍵合的偏差捕捉為異常值，例如下圖3中測(cè)試儀捕獲的近短缺陷。

圖3：“近短路”缺陷，通過s8050 EST檢測(cè)到，并在X光下驗(yàn)證

電容測(cè)試方法特別適用于外圍引腳排列的封裝，因?yàn)檫@些引腳位于同一側(cè)或圍繞集成電路（IC）的位置。常見的例子包括雙列直插封裝（DIP）和四方扁平封裝（QFP）。在這些封裝中，所有引腳緊鄰排列，形成單層引線鍵合，便于測(cè)量電容耦合信號(hào)以確定引線鍵合的物理位置。

然而，隨著技術(shù)進(jìn)步和集成電路復(fù)雜性的增加，更先進(jìn)的封裝類型也隨之出現(xiàn)，例如球柵陣列（BGA），涉及多層引線鍵合堆疊。這種高級(jí)方法在測(cè)量電容耦合信號(hào)時(shí)面臨額外挑戰(zhàn)，因?yàn)橐€鍵合的排列更為復(fù)雜。

圖4：BGA封裝的俯視圖

電容耦合方法可能不適用于這些高級(jí)集成電路封裝類型。例如，BGA將其引線鍵合焊盤安排在芯片周圍和印刷電路板（PCB）上的同心環(huán)中，導(dǎo)致多個(gè)重疊的引線層。這種配置使得測(cè)量電容耦合信號(hào)變得更加困難，因?yàn)樗鼤?huì)影響信號(hào)的強(qiáng)度和信噪比，如圖5所示。

圖5：BGA封裝的橫截面視圖，其中多個(gè)引線重疊在一起

因此，在選擇電容耦合測(cè)試方法之前，考慮引線的排列非常重要。對(duì)于具有復(fù)雜引線鍵合排列的先進(jìn)封裝類型，可能需要采用替代測(cè)試方法，以確保準(zhǔn)確的測(cè)量和可靠的缺陷檢測(cè)。

轉(zhuǎn)變微電子領(lǐng)域的引線鍵合缺陷篩選

引線鍵合在微電子領(lǐng)域至關(guān)重要，隨著市場(chǎng)增長(zhǎng)預(yù)期飆升，對(duì)高效測(cè)試方法的需求比以往任何時(shí)候都更為迫切。傳統(tǒng)的AXI和ATE系統(tǒng)雖然提供了有價(jià)值的見解，但也存在重大局限性。ATE系統(tǒng)可以輕松檢測(cè)開路、短路和缺失引線等電氣缺陷，但無(wú)法發(fā)現(xiàn)額外或漂浮引線、近短路下垂或掃動(dòng)引線等問題。而AXI可以檢測(cè)所有引線鍵合缺陷，但需要人工視覺檢查，勞動(dòng)力密集且容易出錯(cuò)。

是德科技基于電容的測(cè)試解決了這兩個(gè)挑戰(zhàn)。這種先進(jìn)技術(shù)能夠檢測(cè)傳統(tǒng)ATE和X射線系統(tǒng)無(wú)法發(fā)現(xiàn)的缺陷，包括引線之間的“近短路”和垂直下垂的引線。此外，它還可以識(shí)別不正確的芯片和模具化合物，擴(kuò)展了其診斷能力。通過與PAT統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合，此測(cè)試方案可以輕松以高測(cè)試通量檢測(cè)電氣和非電氣缺陷，并適應(yīng)高生產(chǎn)節(jié)拍率。

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