從晶背找先進封裝錫球異常點

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）或雙束聚焦離子束（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。

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（圖片來源：宜特科技 首圖來源：Shutterstock）