從晶背找先進封裝錫球異常點

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 05 日 12:00 | 分類 PCB , 封裝測試 , 晶片 Telegram share ! follow us in feedly


先進封裝最大挑戰來自於異質整合晶片內含多種材質,堆疊複雜容易導致非常多可靠度的問題,包括晶片翹曲問題(深入閱讀:掐指算出 Warpage 翹曲變形量 速解 IC 上板後空焊早夭異常)、異質材料整合問題、錫球接合問題。

本期宜特小學堂,我們會將焦點放在如何找到錫球(solder ball)異常點。

在進行分析前,樣品需要經過製備,才能正式進入分析,一般傳統手法是先研磨 PCB 載板再搭配酸液取下晶片(Die)來進行異常點分析觀察,但若異常點是出現在錫球(solder ball),還能用傳統手法進行分析嗎?

答案是不行的! 若直接從 PCB 載板下手,錫球在樣品製備階段,就會經由研磨以及酸液取 Die 等手法被破壞掉了,若異常點就是錫球(solder ball)本身,等於是直接破壞了異常(defect)現場(圖一)。

 

▲圖一:以傳統手法取下 Die 後錫球裸露出,極可能破壞異常原貌。

如何解?答案是從晶背(Backside)來進行樣品製備。以下宜特分享經典先進封裝 – WLCSP(Wafer Level CSP)晶圓級晶片封裝技術案例(圖二),當 WLCSP 的錫球發生異常點,宜特如何運用三步驟,從晶背進行樣品製備,協助您快速找到產品異常點。

 

▲圖二:WLCSP 結構示意圖

▲圖三:宜特運用三步驟,從晶背找到錫球異常點。

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第一步驟:定位

若以傳統方式,樣品製備大多是第一步驟,不過若要從晶背施工,首先我們要做的是「定位」。

如何精準定位目標?一般電子顯微鏡例如 OM 等,在晶背施工前,是無法透視看到樣品內部狀況。因此使用可以透視樣品內部的超高解析度 3D X-Ray 顯微鏡,找到錫球異常位置(圖四)。

 

▲圖四:使用 3D X-ray,觀察到錫球(solder ball)已有裂痕(Crack)

第二步驟:去除晶背

接著,我們就要進行樣品製備了,但不是從 PCB 載板,而是從晶背(Backside),將矽基板(Silicon Substrate)利用乾式蝕刻方式,完全或局部移除(圖五)。

所謂「乾式蝕刻」,與傳統濕式蝕刻的差別在於,前者可以讓樣品在不碰觸任何酸液藥品的狀態下,進行樣品製備。

而後者「濕式蝕刻」,會因為酸的使用而發生滲酸的可能,進而破壞異常點的原貌。所以如果異常點發生在錫球,就必須採用乾式蝕刻方式來進行樣品製備。

 

▲圖五:宜特以晶背乾蝕刻手法,去除 Silicon Substrate 後,可以清楚看到 WLCSP 表面錫球分布位置。

第三步驟:切片顯像

最後,以雙束電漿離子束(Plasma FIB雙束聚焦離子束(Dual beam FIB)進行 Cross Section(圖六),就可以清楚看到錫球(solder ball)的異常情形(圖七)。 

 

▲圖六:Plasma(Dual beam)FIB 切片施作

▲圖七:顯像,清楚看到錫球的異常情形(defect)

除了先進封裝錫球的觀察,利用晶背移除矽基板(Silicon Substrate)的手法,也可運用在觀察電路是否斷路(圖八)、或是先進製程的 IC 要從晶背進行電路修改(深入閱讀: 先進製程的 IC,該如何從晶背進行 FIB)等。

▲圖八:藉由晶背方式,觀察電路有斷路現象

本文與各位長久以來支持宜特的您,分享經驗,若您想要更進一步了解細節,歡迎洽詢+886-3-5799909 分機1068 邱小姐│Email: marketing_tw@istgroup.com

(圖片來源:宜特科技 首途來源:Shutterstock)