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集成电路封装X射线检测
金线偏移指线路途径背离直线轨道，向弯线或扫描线的趋势发展，可导致线路和焊接断裂。
作者：加州奇诺市Sciencescope International公司X射线产品经理Glen Thomas
X射线成像为分析各种IC（集成电路）元件生产质量提供了一种安全的非破坏性方法。X射线成像可揭示封装内部结构特征，也是用来评估外部特征以探测IC封装缺陷的视觉微观检测技术的补充。

模型空洞、金线偏移、芯片焊接空洞和上盖密封空洞是四种最容易发生的缺陷。X射线成像是唯一一种能帮助制造商迅速检测产品缺陷，并完成向实时环境生产工艺过渡的非破坏性方法。诸如微研磨等破坏性检测方法无法为工艺工程师提供及时反馈；而x射线检测可提供即时非破坏性反馈，并无需延长安装时间。常见x射线检测程序从启动到完成大约需要三分钟，无需借助专用夹具。

手动X射线系统通常要求操作者手动调节x-y-z位置、mA-kV（泄露电流）和放大倍率，以满足零部件定位和密度要求。X射线可编程系统允许制造商迅速而有效地检测多个元件。全面可编程x射线系统的诞生，告别了其依赖操作者干预补偿零部件定位和元件密度的历史。安装检测程序仅需依靠点击操作，无需任何软件编程。检测程序的数量完全依据硬盘驱动器存储空间而定。

IC封装：随着传统封装技术不断扩展以迎接各种新挑战，生产工艺必须满足日益缩小的误差容限要求。如今，IC生产工艺对于即时工艺监控的需求空前强烈。使用x射线检测等实时非破坏性方法，监控在制IC封装的内部结构，具有至关重要的意义。

扩大晶圆尺寸：晶圆尺寸通常受到设备复杂度或设备I/O的影响，其中，前者要求晶圆具备足够的空间来容纳发挥设备功能需要的晶体管数量；后者要求晶圆为互连焊盘提供相应位置。以上两大影响因素推动行业不断向更大的晶圆尺寸发展，并对附晶工艺提出了生产无空洞固晶系统的挑战。

增加I/O数量：随着设备I/O的不断增加，出于多种原因，线焊已沦为一种不太受欢迎的互连工艺。首先，线焊是一种串联工艺，封装产量与I/O数量正反比。第二，线宽通常会伴随封装输出针脚的增加而增加，导致互连阻抗提高、性能受损。此外，焊线宽度的不断增加，导致系统在成型过程中更加容易受金线偏移的影响。金线偏移问题可能引发线路瘫痪、短路或压力诱发潜在缺陷等至关重要的问题。定期管理金线偏移现象，有助提供工艺反馈和控制。

回流装配：与采用DIP（双列直插式封装）封装和波峰焊方法完成的传统通孔设计相比，表面贴装封装可承受更大压力。模型空洞可降低封装在装配环境下的防透湿性能，从而威胁元件可靠性。

模压封装：模压封装用于具有高产量特征的产品；并面临价格与质量竞争压力。制造商只有在维持质量优势的同时，创造价格优势，方能在商业IC封装领域立于不败之地。

密封封装：密封封装用于要求具备超越模压封装能力的特殊元件特征的应用领域。密封元件之所以具有较高的材料和生产成本，与严峻的操作环境和质量规格以及较高的散热要求息息相关。工艺控制有助于维持产品质量和元件可靠性。

质量检测专为针对监控各工艺阶段产量提供工艺反馈机制而设计。检测方法包括X射线检测和视觉检测，其中需要使用放大倍率在40倍到60倍之间的显微镜。需要使用显微镜检测的领域包括：线焊阶段、成型阶段和最终检测。需要使用X射线检测的领域包括：附晶阶段、成型阶段、一、二次电力测试阶段和最终检测。这些质量控制检测的目的并非区分合格与不合格元件，而是帮助工艺工程师测量生产工艺的总体环境，并对工艺做出实时调整。X射线成像在帮助工艺工程师在实时环境中调节生产工艺方面发挥着至关重要的作用。

X射线与附晶工艺：晶圆具备刚性支持、导电和散热特征，对于各种半导体设备的正常运作具有至关重要的作用。半导体附晶工艺需要使用多种材料。所有附晶方法的共同点是先构建空洞，然后由应力空洞提供可靠性。附晶空洞往往以两种方式危害元件可靠性，一是晶圆应力断裂，二是加温失效。

应力断裂：附晶的目的之一是抵消晶圆表面的机械压力，这些压力往往由封装表面的物理力或变温过程中不同膨胀系数造成的热力产生。晶圆局部应力能够导致小裂纹迅速扩大，引发有源电路层开路并造成元件失效。
晶圆空洞可变现为细微的灰度差异，使用图像处理软件即可对该问题进行衡量。
断裂往往从晶圆边缘的小裂纹开始，这是由晶圆切割不当造成的。晶圆角和边缘发生的空洞现象可形成一种局部张力，从而使裂口不断蔓延开来。

热点：加温失效模式往往会引发热点问题，其中，空洞部位上方的晶体管接合处温度将提高，从而阻碍正常散热。由附晶空洞带来的更高工艺温度，可严重降低元件可靠性。功率晶体管与混合设备极其容易受到这种失效模式的干扰。

附晶X射线检测：使用微焦高性能、高分辨率X射线系统，可为附晶空洞提供非破坏性同步检测。检测低银环氧树脂化合物时，平板数字x射线探测仪能够提供更高的可见度和灰度，其中空洞问题可反映在细微的灰度差异上。图像处理软件可对附晶空洞进行测量，包括空洞面积相对晶圆面积的比例。这些数据结果将被保存下来，与之前搜集的数据形成对比，从而帮助工艺工程师确定生产工艺条件。

成型工艺：成型工艺伴随新封装技术、封装类型和可靠性问题的出现而不断发生变化。大大缩小误差容限的要求迫使制造商围绕这个关键工艺步骤展开研究。

成型潜在缺陷：生产过程中通常会发生金线偏移和模型空洞两种缺陷，它们与潜在设备缺陷息息相关。这些缺陷由封装内部引起，而x射线成像技术能够帮助工艺工程师迅速监控和调节工艺。

金线偏移往往发生在成型过程中，这时，封装材料的粘度极低或流动率极高，由此产生的各种力量容易导致焊线移位。金线偏移会反映在垂直x射线图像上，体现为线路途径背离直线轨道，向弯线或扫描线的趋势发展。重度金线偏移可导致线路和焊接断裂；中度金线偏移可导致短路和串线。电力测试无法检测到极度薄弱的线路，只有在总装过程中方可体现。
晶圆空洞灰度差异可体现在更高放大倍率图像中。


模型空洞是工艺缺陷的另一个指示器。X射线系统可揭示各种模型特征，包括空洞尺寸、形状和位置及晶圆在封装内的位置，从而为工艺工程师提供宝贵信息。模型空洞对元件可靠性造成严重威胁，主要表现为腐蚀晶圆和降低封装抵御湿气入侵的能力。模型空洞可导致环氧树脂从引线框架脱落，从而削弱IC封装抵挡湿气渗透的能力。来自回流工艺的热冲击将造成模型空洞内残留的湿气逐渐蒸发，以创造较高的内部应力。模型空洞问题可导致电路板装配后发生封装缺陷，并使装配清洗阶段发生湿气入侵，同时造成系统在使用中过早失效。x射线成像技术既可用于检测附晶空洞，又可用于检测模型空洞。

上盖密封空洞：密封元件封装可通过多种途径生产，以满足较模压封装类型更为苛刻的特殊环境要求。严峻的机械、热与环境规范要求使用借助特制材料与苛刻生产工艺实现的专用气密封装方法。

上盖密封潜在缺陷：上盖密封可通过多种途径产生，包括：玻璃至陶瓷、玻璃至金属、环氧树脂至金属，以及金属到金属。各种上盖密封缺陷都有可能对元件可靠性造成威胁。密封元件能依靠上密封盖确保晶圆被惰性气氛包围。若该区域环境遭到破坏，焊线、焊线接口和未钝化晶圆表面将开始腐蚀，从而加速突变失效。

上盖密封X射线检测：x射线成像技术添加了银粉，具备导电性，因此，可探测环氧树脂封装。玻璃封装尺寸通常较大，并使用铅添加剂，以改善回流与粘持特征。金属封装具有更高密度并可生成卓越的细小空洞。密封空洞通常尺寸较小，并需要使用高放大倍率、高分辨率x射线系统进行检测。

请与Scienscope International联系。联系地址：5751 Schaefer Ave., Chino CA 91710 909-590-7273 传真：909-494-5313 网址： http://www.scienscope.com  

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