應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的解決方案是組合使用專門的工藝、載體和其他定制夾具,用它們代替插座和子板(需要的話),然后是覆蓋認證過程各個方面的操作人員培訓(xùn)。
千萬小心,測試過程中纖薄器件損壞不得!
發(fā)布時間:2015-06-04 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】更薄的設(shè)備要求人們開發(fā)出更先進的封裝技術(shù)。CSP封裝可以解決,CSP封裝利用焊球直接附著到電路板上。遺憾的是,小尺寸的CSP封裝使得它們非常脆弱,在操作過程中很容易損壞。因此,半導(dǎo)體制造行業(yè)需要有新的方法來檢驗器件的質(zhì)量,以便工程師理解故障,并且篩選掉故障器件。
每個人都想有輕薄的移動設(shè)備,這也是新發(fā)布的iPhone 6比前幾代產(chǎn)品更薄的原因。更薄的設(shè)備要求人們開發(fā)出更先進的封裝技術(shù)。遺憾的是,傳統(tǒng)的環(huán)氧塑料封裝不足以構(gòu)建這些特別薄的設(shè)備,因為其封裝占位面積比其內(nèi)部容納的芯片要大近6倍。故半導(dǎo)體制造行業(yè)需要有新的方法來檢驗器件的質(zhì)量,以便工程師理解故障,并且篩選掉故障器件。
這個問題可采用芯片級封裝(CSP)解決,即封裝與芯片本身大小相同。CSP封裝利用焊球直接附著到電路板上。遺憾的是,小尺寸的CSP封裝使得它們非常脆弱,在操作過程中很容易損壞。因此,半導(dǎo)體制造行業(yè)需要有新的方法來檢驗器件的質(zhì)量,以便工程師理解故障,并且篩選掉故障器件。
薄在內(nèi)部
蘋果的iPhone 6厚度是6.9mm,小于iPhone 5的7.6mm和iPhone 4S的9.3mm。因為電池和屏幕無法做得更薄,所以必須降低封裝和基板的厚度。這也正是轉(zhuǎn)移到CSP的驅(qū)動力。
市場調(diào)查公司Prismark 的Brandon Prior 指出,iPhone 5S是第一款在0.4mm間距上使用50μm線寬/線間距(L/S)和CSP的移動設(shè)備。據(jù)Prismark預(yù)測,到2018年有超過28%的CSP和WLCSP(晶圓級CSP)將達到0.4mm或以下。
Qualcomm公司封裝工程高級總監(jiān)Steve Bezuk在2014年“IMAPS器件封裝大會”上對封裝挑戰(zhàn)進行了闡述。他認為,雖然21世紀初期很少有封裝采用WLP,但這類封裝如今在IC封裝市場已占近一半份額。
CSP 基板做得越來越薄。SEMI 全球行業(yè)協(xié)會表示, 目前最前沿的CSP 基板采用15 μm 的線寬和線間距,而且正在向更小的線寬與間距發(fā)展, 因此它們可以處理≤ 110 μm 的精細凸點間距。SEMI 在其題為《Global Semiconductor Pack aging MaterialsOutlook 2013~2014》的報告中指出,基板制造商的2015年目標(biāo)是5μm的線寬與線間距。他們還考慮在積層中使用40μm的過孔直徑。報告透露,所制造的核心層上的線寬與線間距為12μm,過孔最小為50μm,捕捉焊盤小至110μm。
上述情況和相關(guān)趨勢使得操作CSP的難度越來越大,在生產(chǎn)質(zhì)量認證之前和過程中它們也更加容易損壞。一般來說,任何CSP可靠性認證過程都必須解決操作、來料和出貨質(zhì)量控制(IQC/OQC)、插接和無偏置應(yīng)力測試4個關(guān)鍵問題。
CSP暴露的硅材料是未經(jīng)加工的,非常易碎,因此在操作期間很容易因應(yīng)力裂縫而損壞。這種裂縫可能會形成不合格的硅片矩陣,并在認證過程中由于額外應(yīng)力造成裂縫的擴大。這些因素加上其他不可知因素使得人們很難區(qū)分是認證有關(guān)的應(yīng)力測試引起的CSP故障還是操作引起的CSP故障。在大批量生產(chǎn)移動設(shè)備時這個問題變得更具挑戰(zhàn)性。
在來料和出貨質(zhì)量控制過程中定位裂縫的過程是很困難的,實現(xiàn)自動化的成本也很高。因此必須由經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的技術(shù)人員通過目視檢查來完成。如何度量也是個問題,通常要求定制的規(guī)范指標(biāo)來優(yōu)化篩選指定器件的效率。
無偏置應(yīng)力測試在室內(nèi)進行,包括預(yù)調(diào)節(jié)濕度敏感性、回流焊、高溫存儲(HTS)、溫度循環(huán)測試(TMCL)和高加速度應(yīng)力測試(HAST)(圖1)。這些測試對于非CSP來說相對簡單,因為它們體積比較大,重量比較重,不容易碎。然而,如果CSP用相同的工藝,很容易造成器件損壞。解決這個問題要求在這些無偏置應(yīng)力測試過程中選擇保護CSP的解決方案,包括使用載體和其他定制夾具,并提供有關(guān)如何使用它們的培訓(xùn)。
圖1:溫度循環(huán)和高度加速應(yīng)力測試需要在室內(nèi)創(chuàng)造測試條件。
器件不僅必須通過無偏置應(yīng)力測試,還必須通過有偏置測試,包括器件在加電和工作時的有偏置應(yīng)力測試和有偏置可靠性認證測試。有偏置測試包括高溫工作壽命(HTOL)、高溫循環(huán)、早期失效率(EFR)和老化。在有偏置測試期間,器件通過放入一個插座中與電路板建立電氣連接,而不是將器件直接焊接到電路板上。這時要求使用插座,或在某些情況下專門設(shè)計的子板。測試范圍從高溫工作壽命測試到有偏置的其他測試,十分廣泛。這種方法可以確保在測試完成后方便地移除器件。但是,器件出入插座時要求不損壞器件也極具挑戰(zhàn)性。
[page]
應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的解決方案是組合使用專門的工藝、載體和其他定制夾具,用它們代替插座和子板(需要的話),然后是覆蓋認證過程各個方面的操作人員培訓(xùn)。
在開發(fā)專門的工藝時,應(yīng)該實現(xiàn)100%的全方位目視檢查。這種檢查可以在開始應(yīng)力測試之前篩選出損壞的器件??梢蚤_發(fā)定制的全方位檢查規(guī)范,把重點放在如何測量尺寸以優(yōu)化篩選效率上。任何被忽略的器件都可能使整批產(chǎn)品失效,因此關(guān)鍵是在施加應(yīng)力之前對器件進行篩選,以便使用有效的樣本數(shù)量。
為了開展有偏置的應(yīng)力測試,應(yīng)該在插座和越來越多專門設(shè)計的子板之間作出正確選擇,這要求在用插座和子板方法設(shè)計老化和HTOL/HAST電路板方面擁有豐富的經(jīng)驗。對于器件不需要加電的無偏置應(yīng)力測試,通常需要使用被稱為載體的定制夾具。
EAG公司在應(yīng)力測試中使用了多種載體材料和結(jié)構(gòu)用于保護CSP,包括帶蓋子的小籃或覆蓋器件的“大禮帽”,以便CSP不會被碰到、吹翻而受到影響和損壞(圖2)。材料對于保護CSP來說非常重要,因為載體也暴露在極端的環(huán)境條件下。另外,載體必須足夠大,以便CSP在插入或拔出時不會受損,但也不能太大,否則在里面因容易到處移動而破裂。每塊載體可以容納多達240個器件,對器件來說是唯一的,并且是針對合適尺寸的CSP進行了定制設(shè)計。
圖2:這種載體包含了覆蓋器件的“大禮帽”,可優(yōu)化操作時的保護。
操作人員培訓(xùn)—包括如何正確地開展檢查需要尋找的缺陷類型,如何操作器件(如果需要的話)才能最大程度地減少損壞—非常重要。如果在有偏置的應(yīng)力測試中要使用插座,還要求培訓(xùn)操作人員和技術(shù)人員如何將CSP插入插座并安全地拔出來。如果有定制夾具,還需要培訓(xùn)夾具的使用方法。凡是涉及CSP認證過程的任何人都需要培訓(xùn),最有價值的培訓(xùn)通常是邊工作邊培訓(xùn)。EAG通過相當(dāng)多的反復(fù)試驗開發(fā)出了適合大多數(shù)情形的最佳操作方法,包括開發(fā)最有效率的篩選工藝、載體和其他部件。
最佳操作方法
EAG建立了許多很好的操作方法。雖然沒有完全一樣的兩個挑戰(zhàn),但有許多重現(xiàn)的問題必須解決。
舉例來說,有一家面向移動設(shè)備的大型芯片供應(yīng)商在應(yīng)力測試中存在損壞問題。認證批量將在多步過程中的一個未知點失效。導(dǎo)致的延遲才是真正的問題,因為面臨著滿足具有特別短開發(fā)周期的行業(yè)中的壓力。
分析表明,問題發(fā)生在器件被切割和可能產(chǎn)生碰撞的組裝車間。由于不正確的操作,器件將產(chǎn)生裂縫。解決方案是對組裝車間的出廠器件進行檢查,包括100%的全方位目視檢查,它能發(fā)現(xiàn)組裝車間發(fā)生的問題根源。EAG隨后還會在客戶現(xiàn)場培訓(xùn)操作人員,包括需要尋找的缺陷類型,并提供檢查指南。在完成這些步驟后,客戶就能在應(yīng)力測試開始之前篩選出所有損壞的器件。
在另外一個例子中,一位制造消費電子設(shè)備用IC的客戶存在無偏置應(yīng)力測試期間由于氣流設(shè)備效應(yīng)引起的CSP裂縫和碎裂問題。雖然氣流非常小,但由于它們到處吹拂,導(dǎo)致近20%的待測器件損壞,使得整批篩選器件失效。EAG設(shè)計了一個定制的專利夾具,能夠安全地保護器件,從源頭上避免問題的發(fā)生。
小結(jié)
解決CSP認證挑戰(zhàn)要求擁有在種類廣泛的客戶和情形下解決許多復(fù)雜問題的經(jīng)驗。最佳操作方法要求使用專門的工藝,正確地選擇插座、子板或定制夾具(包括用于帶偏置測試插座插入的專用載體)以及受過高級培訓(xùn)的設(shè)備操作人員和檢查技師。采用正確的實現(xiàn)方法后,一個好的批量里應(yīng)該有不到8%“落選”,確保在復(fù)雜的CSP認證過程中上游或下游的任何點都不會產(chǎn)生批量失效問題。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測試庫獲得德國萊茵TüV IEC 61508功能安全認證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號調(diào)節(jié)器, 以推動不斷增長的IO-Link市場
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍牙的無線局域網(wǎng)/藍牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 數(shù)字驅(qū)動工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會議全公開!
- 團體觀展招募!104CEF開啟組團觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動化雙脈沖測試
- 揭秘電動汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索