宜特推出 Warpage 翹曲量測服務,解決 IC 上板 SMT 空焊早夭現象

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 07 日 11:40 | 分類 市場動態 , 晶片 , 材料、設備 Telegram share ! follow us in feedly


隨著 MCM 多晶片模組、系統級封裝與 Fan-in / Fan-out 等先進封裝在市場上廣被開發,但是這樣的元件使用的材料相當複雜且多元,堆疊在一起時,卻時常因材質本身熱膨脹係數不同(CTE)產生翹曲(warpage)現象。為協助客戶可以進一步釐清產品翹曲狀況,避免失效,宜特推出翹曲量測服務,預計將可協助客戶獲得晶片與 PCB 的翹曲資訊,藉以改善與預防。

宜特指出,在宜特板階可靠度(BLR)實驗室遇到多起翹曲案例,例如在 IC 設計時,IC 晶片本身品質沒問題,但是當 IC 上板 SMT 後,卻過不了後續的驗證。原因來自於上板後的翹曲問題,導致後續可靠度發現早夭,嚴重甚至須將產品退回到最初的 IC 設計階段。

宜特進一步說明,除了晶片元件本身會發生翹曲外,晶片透過表面黏著技術(SMT)結合到電路板時,因晶片與電路板 CTE 不同,翹曲的狀況就會加劇。而當翹曲超過一定的幅度,就會造成 SMT 的焊接品質不良,也影響後續的可靠度測試結果。

「如何妥善安排這些溫度特性不同的材料依序堆疊,在加熱與散熱時不會互相影響,是相當嚴苛的技術挑戰。」宜特表示。

宜特進一步表示,PCB 也會有翹曲的狀況,原先以為 PCB 厚度只要超過 1.6mm,PCB 本身發生翹曲的機率會較小,實則不然。宜特板階可靠度實驗室曾經有個經典案例,IC 上板至 PCB 時,以為只是 IC 零件有翹曲問題(圖一、圖二),宜特做了一連串的 SMT 製程參數調整,依舊發現空焊與短路問題,最終發現原因,不只是 IC 有翹曲,PCB 也有翹曲,且翹曲變形量過大(圖三)造成 SMT 異常。

▲ 圖一:哭臉變形元件使用哭臉鋼板(frowning stencil)。

▲ 圖二:笑臉變形元件使用笑臉鋼板(smiling stencil)

▲ 圖三:原以為 PCB 變形量很低影響不明顯,但實測發現,PCB 變形量大於零件,此時就不能依循笑臉變形元件使用笑臉鋼板,而必須改成使用哭臉鋼板。這代表 PCB 的翹曲問題,也會影響造成 SMT 異常。

因此,若能在 SMT 前,取得晶片與 PCB 翹曲相關資訊,將可事半功倍。

宜特引進量測翹曲服務,可以針對元件與 PCB 來模擬翹曲的程度(圖四),再去調整 SMT 的參數設定,確保 SMT 過程中有良好的焊接品質,如此可避免因不良焊接品質導致影響可靠度驗證,同時也能模擬後續可靠度驗證的環境條件,從中觀察產品因溫度導致翹曲、變形、甚至是斷裂,並搭配軟體進行壽命分析與預估,將可協助客戶節省不必要的成本開銷。

▲ 圖四:SMT 上板前,可針對元件與 PCB 進行模擬分析,預先了解翹曲情形。(Source:Akrometrix)

在宜特板階可靠度實驗室觀察中,翹曲的問題勢必會持續存在,材料的特性雖然無法控制,但如果透過篩選的方式,找出翹曲方向相同的零件與 PCB,不僅不會降低可靠度的壽命,也能找到完美翹曲比例,達到 1+1>2 的價值。

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