【導讀】鍵合線(xiàn)廣泛應用于電子設備、半導體產(chǎn)業(yè)和微電子領(lǐng)域。它能夠將集成電路(IC)中的裸片與其他電子元器件(如晶體管和電阻器)進(jìn)行連接。鍵合線(xiàn)可在芯片的鍵合焊盤(pán)與封裝基板或另一塊芯片的相應焊盤(pán)之間建立電氣連接。
鍵合線(xiàn)廣泛應用于電子設備、半導體產(chǎn)業(yè)和微電子領(lǐng)域。它能夠將集成電路(IC)中的裸片與其他電子元器件(如晶體管和電阻器)進(jìn)行連接。鍵合線(xiàn)可在芯片的鍵合焊盤(pán)與封裝基板或另一塊芯片的相應焊盤(pán)之間建立電氣連接。
半導體和電子設備制造市場(chǎng)正在持續擴展其版圖。據《財富商業(yè)洞察》最近發(fā)布的一份報告中預測,到 2032 年,半導體市場(chǎng)預計將突破 20625.9 億美元大關(guān)。隨著(zhù)市場(chǎng)需求的不斷攀升,鍵合線(xiàn)測試的重要性亦隨之日益凸顯。這些連接對于將半導體裸片與封裝引線(xiàn)或基板相連而言起著(zhù)至關(guān)重要的作用。一旦這些鍵合工藝中出現任何缺陷,都可能引發(fā)諸如開(kāi)路或短路等問(wèn)題,進(jìn)而對設備的整體性能造成嚴重影響。因此,進(jìn)行鍵合線(xiàn)測試,不僅是為了確保產(chǎn)品的可靠性和降低生產(chǎn)成本,更是為了確保產(chǎn)品能夠符合行業(yè)標準。
以下是影響鍵合線(xiàn)效果的一些常見(jiàn)缺陷:
導線(xiàn)下垂:當導線(xiàn)受到張力時(shí)發(fā)生拉伸或下垂,就會(huì )導致接觸不良,進(jìn)而影響電氣性能。
導線(xiàn)偏移:這是指在鍵合過(guò)程中導線(xiàn)發(fā)生橫向移動(dòng),從而導致錯位,進(jìn)而造成連接不可靠。
形成引線(xiàn)環(huán):若導線(xiàn)出現意外多余的部分,就可能會(huì )形成環(huán)狀,這不僅會(huì )損害鍵合的質(zhì)量,還會(huì )對設備的功能造成不利影響。
導線(xiàn)短路:這是一種極為嚴重的缺陷,具體表現為兩根導線(xiàn)之間發(fā)生了意外的電氣接觸,進(jìn)而可能引發(fā)電路故障,甚至導致整個(gè)設備的完全失效。
導線(xiàn)開(kāi)路:這是指本應與焊盤(pán)形成電氣連接的導線(xiàn)發(fā)生了斷開(kāi),從而使得電路無(wú)法形成閉合回路,進(jìn)而對設備的正常功能造成影響。
測試方法概述
測試鍵合線(xiàn)缺陷時(shí),最廣泛采用的方法包括使用自動(dòng) X 射線(xiàn)檢測技術(shù) (AXI) 進(jìn)行光學(xué)/X 射線(xiàn)檢測,以及借助自動(dòng)測試設備 (ATE) 進(jìn)行電氣測試。
AXI 技術(shù)通過(guò)使用 X 射線(xiàn)的穿透能力,能夠捕捉到鍵合線(xiàn)的精細圖像,從而有效檢測出如異物、空隙和密封不良等隱蔽缺陷。該方法屬于非破壞性檢測,非常適合檢測復雜的組件。不過(guò),其檢測過(guò)程相對緩慢、成本也較高,而且存在輻射安全隱患。
另一方面,ATE通過(guò)對鍵合線(xiàn)的電氣特性進(jìn)行測試,能夠準確識別出諸如開(kāi)路、短路以及性能衰退等問(wèn)題。該方法具有速度快、一致性強以及可編程等優(yōu)點(diǎn),是在大批量生產(chǎn)環(huán)境中應用的理想選擇,但其可能無(wú)法有效檢測出結構和機械方面的缺陷。
除了電氣測試和光學(xué)檢測手段外,還有其他多種技術(shù)可用于評估鍵合線(xiàn)的質(zhì)量。例如,引線(xiàn)和鍵合的拉力測試可以測量鍵合線(xiàn)或帶狀鍵合的抗拉強度,球剪切測試可用于分析球鍵合的強度,熱循環(huán)測試通過(guò)使鍵合線(xiàn)經(jīng)歷不同的溫度條件來(lái)評估其耐久性;而應力測試旨在評估鍵合線(xiàn)在長(cháng)時(shí)間內承受熱應力和機械應力的能力。
電容測試作為一種新興的檢測手段,巧妙地利用了金屬表面(例如鍵合線(xiàn)與金屬板,后者亦稱(chēng)IC上方的傳感板)的耦合特性。在此配置下,IC的每一個(gè)引腳和鍵合線(xiàn)都被有效地轉換為電容器的導電板。這一方法使得用戶(hù)可以檢測到以往采用傳統 ATE 和 X 射線(xiàn)方法難以發(fā)現的缺陷,比如鍵合線(xiàn)和內引線(xiàn)之間的 “近短路”現象,以及導線(xiàn)的垂直下垂問(wèn)題。此外,電容測試還能識別出錯誤的芯片和模塑化合物等潛在問(wèn)題。
電容測試原理
采用電容耦合法檢測鍵合線(xiàn)缺陷的原理相對簡(jiǎn)單。具體而言,這一方法是通過(guò)共享電場(chǎng),而非直接的電氣連接,來(lái)在兩個(gè)導體之間傳遞電能。如此,即便組件之間沒(méi)有通過(guò)導線(xiàn)實(shí)現物理連接,也能進(jìn)行信息通信或信號傳輸。
這一概念可應用于鍵合線(xiàn)的測試中,具體方法是測量?jì)蓚€(gè)導電物體表面之間的電容:一是鍵合線(xiàn)區域上方的電容結構,二是與鍵合線(xiàn)相關(guān)聯(lián)的導電路徑。通過(guò)對這兩個(gè)導電物體表面所產(chǎn)生的電容響應進(jìn)行分析,就可以評估封裝集成電路內部鍵合線(xiàn)的狀況及其位置情況。
如圖 1 所示,非矢量測試增強探頭 (VTEP) 就是實(shí)現此類(lèi)測試的一個(gè)實(shí)例。該探頭采用先進(jìn)的電容和電感傳感技術(shù),旨在檢測和測量印刷電路板(PCB)上各個(gè)元器件以及板內互連的電氣特性。與傳統測試方法相比,此項技術(shù)無(wú)需依賴(lài)詳細的輸入輸出矢量即可進(jìn)行操作,并具有出色的信噪比。
圖 1:是德科技非矢量測試增強探頭 (VTEP)
如下圖 2 所示,該解決方案采用了先進(jìn)的電容和電感傳感技術(shù),旨在檢測和測量鍵合線(xiàn)的電容值。具體操作流程為:通過(guò)保護引腳,將刺激信號注入到引線(xiàn)框架中,隨后該信號將會(huì )傳輸到鍵合線(xiàn)位置。當放大器觸及傳感器板(在本例中為電容結構)時(shí),電路即刻閉合,并開(kāi)始捕捉耦合響應。
圖 2:使用 VTEP 的四方扁平封裝 (QFP) 鍵合線(xiàn)測試裝置的橫截面圖
通過(guò)采用這種方法,電氣結構測試儀 (EST) 能夠結合先進(jìn)的電容和電感傳感技術(shù),以及零件平均測試 (PAT) 統計算法,從一系列已知完好的單元中學(xué)習并建立基線(xiàn)鍵合線(xiàn)測試。這樣,用戶(hù)就能準確的識別出任何偏離正常值的鍵合線(xiàn)變化,例如下圖 3 中測試儀所捕捉到的“近似短路”缺陷。
圖 3:使用 s8050 EST 檢測到的 '近似短路'缺陷,并在 X 射線(xiàn)下進(jìn)行驗證
基于電容測試的優(yōu)勢和局限性
電容測試方法在處理周邊引線(xiàn)排列的封裝時(shí)尤為高效,原因在于這些引線(xiàn)均位于集成電路的同一側或周?chē)?,彼此緊密相鄰。典型的例子包括雙列直插式封裝(DIP)和四方扁平封裝(QFP)。在這兩類(lèi)封裝中,所有引線(xiàn)要么彼此相鄰,要么環(huán)繞集成電路封裝的周邊。得益于此種設計,鍵合線(xiàn)得以通過(guò)單層結構圍繞芯片布局,而不是相互堆疊。這種配置使得測量電容耦合信號以確定鍵合線(xiàn)的物理位置變得相對容易和精確。
然而,隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及集成電路復雜性的日益提升,一系列更先進(jìn)的封裝類(lèi)型應運而生,其中包括球柵陣列 (BGA),此類(lèi)封裝涉及多層鍵合線(xiàn)的堆疊。如下圖 4 所示,由于鍵合線(xiàn)排列的復雜性顯著(zhù)增加,所以這種先進(jìn)的方法為測量電容耦合信號帶來(lái)了更多的挑戰。
圖 4:球柵陣列 (BGA) 封裝俯視圖
電容耦合方法可能并不適用于這些先進(jìn)的集成電路封裝類(lèi)型。以BGA為例,其鍵合線(xiàn)焊盤(pán)是按照同心環(huán)的方式,即圍繞芯片也圍繞印刷電路板進(jìn)行布局,由此產(chǎn)生了多層線(xiàn)路的堆疊。如圖 5 所示,這種配置會(huì )影響電容耦合信號的強度和信噪比,進(jìn)而使得測量電容耦合信號更具挑戰性。
圖 5:多條導線(xiàn)相互堆疊的 BGA 封裝橫截面圖
因此,在選擇電容耦合測試方法之前,對鍵合線(xiàn)排列方式的考量顯得尤為重要。對于具有復雜鍵合線(xiàn)排列的先進(jìn)封裝類(lèi)型,可能需要采用其他測試方法,進(jìn)而確保測量的準確性以及缺陷檢測的可靠性。
革新鍵合線(xiàn)缺陷檢測技術(shù),助推微電子行業(yè)前行
鍵合線(xiàn)技術(shù)在微電子領(lǐng)域中占據著(zhù)舉足輕重的地位,而隨著(zhù)市場(chǎng)增長(cháng)預測的急劇上升,對于高效測試方法的需求也愈發(fā)迫切。盡管傳統的 AXI 和 ATE 系統能提供有價(jià)值的分析見(jiàn)解,但它們也有很大的局限性。在集成電路中,會(huì )出現不同類(lèi)型的鍵合線(xiàn)變形缺陷,而針對這些缺陷,也有各種對應的系統去進(jìn)行處理。
ATE 系統可輕松檢測諸如開(kāi)路、短路和缺線(xiàn)等電氣缺陷。這使得它們成為在高產(chǎn)量生產(chǎn)環(huán)境中的理想選擇。然而,這些系統的局限性在于,它們只能檢測電氣缺陷,而對于其他類(lèi)型的問(wèn)題,比如多余或雜散的導線(xiàn)、近似短路的下垂導線(xiàn)或擺動(dòng)線(xiàn)等,卻無(wú)能為力。因此,有可能出現這樣的情況:在 ATE 測試中,集成電路看似完全正常工作,但實(shí)際上卻并非如此。
相比之下,AXI 可以檢測出所有鍵合線(xiàn)缺陷。然而,這種方法需要人工目視檢查,不僅費時(shí)耗力,而且容易受到人為因素的影響而導致誤差。特別是在高產(chǎn)量生產(chǎn)環(huán)境下,想要對每一批集成電路封裝進(jìn)行細致的篩查顯得尤為不切實(shí)際,因為這會(huì )大幅拖慢生產(chǎn)節奏,造成瓶頸。因此,在實(shí)際操作中往往只能隨機選取少量樣品進(jìn)行篩選,這無(wú)疑限制了 AXI 在全面缺陷檢測方面的效能。
基于電容的測試技術(shù)成功應對了這兩項挑戰。這一先進(jìn)技術(shù)能夠檢測到那些傳統 ATE 和 X 射線(xiàn)系統難以察覺(jué)的缺陷,例如鍵合線(xiàn)和內部引線(xiàn)之間的 “近似短路 ”以及垂直方向上的導線(xiàn)下垂問(wèn)題。此外,它還能識別出芯片錯誤和模塑化合物問(wèn)題等其他方面的異常,進(jìn)而顯著(zhù)提升了其診斷能力。
與 PAT 統計分析相結合時(shí),這種檢測方式可以高效且輕松地檢測出電氣和非電氣缺陷,并能適應快速的生產(chǎn)節奏。
(來(lái)源:是德科技,作者:是德科技產(chǎn)品經(jīng)理 Shawn Lee)
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