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導語

高端芯片、新型顯示、智能制造等都屬于新質生產(chǎn)力的范疇。芯片的技術壁壘極高，制造工藝流程也極為復雜，從一塊晶圓到制造出芯片需要經(jīng)過上千道工序。芯片封裝缺陷檢測是芯片生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，是投入市場前保證芯片質量的最后一道關口。那么，芯片封裝缺陷如何檢測呢？一起來了解下吧。

{芯片科普}

芯片，是一種半導體晶圓集合多種電子元器件實現(xiàn)某種特定功能的電路模塊，是電子設備中最重要的部分，承擔著運算和存儲的功能。廣泛應用于智能手機、汽車、新能源、智能家電、生物基因檢測表達等眾多領域。芯片的存在，讓我們的生活變得更加智能和便捷。

■ ■ 芯片封裝工藝

芯片制作工藝分為前道和后道工序，晶圓制造和測試被稱為前道工序，芯片的封裝、測試及成品入庫被稱為后道工序。封裝最基本的功能是保護芯片免受周圍環(huán)境的影響，是電子元器件到系統(tǒng)的橋梁。晶圓劃片切割后會形成一個個晶片，先將晶片在框架襯墊上布局，膠水粘貼固定，再利用超細的金屬導線或者導電性樹脂將晶片焊接到框架襯墊的引腳上，使晶片與外部電路相連，最后對芯片整體用可塑性絕緣介質灌封固定。這就是一般的芯片封裝工藝。

芯片封裝工藝

{芯片封裝缺陷檢測的痛點}

隨著芯片封裝體積越來越小，封裝過程中也更容易產(chǎn)生缺陷，如虛焊、氣泡、空隙、裂紋、夾渣等，這些缺陷會導致芯片性能的喪失，在使用過程中易造成重大故障。芯片產(chǎn)品不同于其他工件，無法拆開做破壞性檢測，所以封裝缺陷檢測的主要方式是無損檢測。

SMX-225CT FPD HR Plus微焦點X射線CT系統(tǒng)

如何高效、無損、快速的進行封裝缺陷檢測？X射線CT給出了解決方案。工業(yè)CT，即工業(yè)電子計算機斷層成像技術，被譽為“最佳無損檢測手段”，可以非接觸、非破壞地檢測物體內(nèi)部結構，得到?jīng)]有重疊的數(shù)據(jù)和高質量圖像，使內(nèi)部微小缺陷清晰地顯現(xiàn)出來，進而達到判別缺陷的目的。

{工業(yè)CT在芯片封裝失效分析中的優(yōu)勢}

■ ■ 不破壞樣品 就能獲取內(nèi)部微米級成像

X射線CT的成像原理使得不需要對樣品進行破壞性處理，就能獲取內(nèi)部的高質量三維成像。這不僅節(jié)省了檢測成本，更重要的是不會產(chǎn)生制樣損傷，污染樣品內(nèi)部情況，影響分析結果。

■ ■ 多種缺陷檢測 高效率分析

X射線CT可以有效檢測雜質焊料凸點空洞、接縫、綁定線破損、RDL和布線短路、跡線斷裂和電遷移、襯底裂紋、焊料滲出、疲勞裂紋。

島津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus  守衛(wèi)芯片無“陷”可擊

■ ■ 車載R5F芯片CT觀察

圖1 車載R5F芯片CT圖像

使用島津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus的微焦點X射線CT系統(tǒng)對車載R5F芯片進行透視拍攝及掃描。圖1是車載R5F芯片的CT掃描圖像，局部放大的三維圖像可從不同方向觀察綁定線的形態(tài)和魚尾焊接狀態(tài)，表面凹凸不平的地方就是氣泡，結合HADI-S軟件可量化分析氣泡率。整個實驗過程不需要對樣品進行破壞性處理，就能得到芯片內(nèi)部大視野范圍、高分辨率、高對比度的斷面圖像，從而對芯片封裝缺陷進行更精確的判斷。

■ ■ 電腦主板集成封裝芯片（BGA芯片）CT觀察

圖2 電腦主板BGA芯片CT圖像

BGA是一種高密度表面裝配的封裝技術，具有更小體積、更好的散熱性能和電性能等特點。更小的封裝體積使得芯片缺陷尺寸可能只有幾個微米甚至更小，常規(guī)的檢測設備無法滿足BGA質量和可靠性的評判。本次分析的電腦主板BGA芯片尺寸為L28mm X W28mm X H2mm，使用島津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus的微焦點X射線CT系統(tǒng)對整個樣品進行掃描。CT成像數(shù)據(jù)轉換為三維顯示時，可以清晰地觀察出BGA芯片的內(nèi)部斷線。芯片層截面圖中可觀察到芯片和綁定線連接部分有破損。錫球部分截面圖中可觀察到BGA錫球中的錫球變形及破損。整個測試速度快且精度高，不僅可以節(jié)省檢測成本，更重要的是能夠直觀精確地展示芯片內(nèi)部結構，協(xié)助芯片封裝失效的分析，輔助芯片研發(fā)設計。

結語

島津無損檢測設備（NDI）在這個行業(yè)已有100多年的歷史，在行業(yè)內(nèi)的探究、鉆研和開發(fā)積累了十分豐厚的技術與經(jīng)驗。島津的CT設備可以輕松應對芯片封裝缺陷檢測，及時發(fā)現(xiàn)芯片制造中的問題，提高良品率，守衛(wèi)芯片無“陷”可擊。

撰稿人：趙晶、黃軍飛

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