Flip Chip QFN 晶片異常點如何找

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 02 日 10:00 | 分類 封裝測試 , 晶片 Telegram share ! follow us in feedly


“FCQFN(Flip chip QFN)電源 IC 發生異常,該如何妥善運用失效分析工具,速找異常點?”

Quad Flat No leads(以下簡稱 QFN)封裝型式,因不必從四側引出接腳(Leads),因此擁有體積小、成本低、散熱佳等優點,因此封測業近年爭相往 QFN 發展,來自於晶片設計逐步朝向高運算化、小型化邁進。從 IC 類別來看,包括高速傳輸 IC、電源管理晶片、Wi-Fi 晶片都是用於 QFN 技術,主要運用在穿戴式裝置、手持式裝置,甚至電動車,都可以見到 QFN 的蹤跡。

那什麼是 FCQFN?全稱為 Flip Chip QFN,也就是倒晶封裝的 QFN。FCQFN 的電氣路徑較一般 QFN 短,且可讓高頻衰減較小、信號快速上升,提供了更好的電氣性能,因此成為了當前更先進的封裝形式。

▲圖一:Flip chip QFN 結構示意圖

然而,QFN 封裝形式,因無 Leads 設計,較難從外觀的銲錫點來判斷銲錫狀況,將產生焊接品質的疑慮;甚且,FCQFN 是用銅柱與接錫,取代傳統 QFN 的封裝打線,結構也較傳統 QFN 複雜,進而更增加了焊接 Crack 等可靠度的風險。

那要如何正確找到 FCQFN 電源 IC 異常點呢?本期宜特小學堂將分享,宜特實驗室如何運用五步驟,抽絲剝繭,讓失效位置無所遁形,快速協助客戶找到產品異常點。

▲圖二:宜特實驗室運用五步驟,讓 FCQFN 失效位置無所遁形。

第一步驟 : I-V 電特性量測

藉由I-V 電特性量測(I-V Curve) 確認 IC 是否有電性異常(Open/Short/Leak/HR)

第二步驟 : 2D X-Ray 檢視

當確認有電性異常後,接著,藉由 2D X-Ray 檢視,確認封裝結構是否有異常。而此封裝結構圖,也將用於後續亮點疊圖確認位置。

第三步驟 : Thermal EMMI 定位亮點

在不破壞樣品的原貌下,可利用 Thermal EMMI (InSb)故障點熱輻射傳導的相位差,定位亮點位置,並與第二步驟所拍攝出 2D X-Ray 結構圖進行疊圖,即可確認異常位置(參見圖三)。

值得一提的是,Thermal EMMI 亦可偵測IC封裝的故障點深度,設備功能以 Phase 數值呈現。本案例的施作正常 die 端亮點 Phase 值為 77.1,而異常亮點條件 Phase 值為 78.5,因異常條件 Phase 值與正常 die 端亮點 Phase 值相當接近,故可假設,異常位置可能會是在銅柱接 die 端這一側有問題 而非銅柱接 lead 端。

▲圖三:另用 Thermal EMMI 定位亮點位置(左圖),並與 2D X-ray 進行疊圖(右圖),找出可能的異常點位置。

第四步驟 : 3D X-Ray 斷層分析

為了確認其假設是對的,宜特實驗室進一步藉由 3D X-ray(圖四)針對異常位置進行斷層分析,將內部結構逐一切割,顯現各層不同深度,先找出異常點在晶片的那一層。

▲圖四:藉由 3D X-ray 進行斷層分析,找出異常點是在哪一層。

第五步驟 : X-S 與 SEM 切片確認異常位置

第四步驟確認了晶片異常點位在哪一層,但確切位置到底在哪兒?於是,在第五步驟裡,宜特實驗室從側面研磨進異常位置,再使用 SEM 掃描式電子顯微鏡檢視異常,最終抽絲剝繭,果真在銅柱接 die端這一側找到裂縫(Crack)異常點(圖五)。

▲圖五:SEM檢視,找到銅柱接 die 端有裂縫(crack)。

本文與長久以來支持宜特的您,分享經驗,若您任何 IC 異常狀況不知如何分析,或是對相關知識想要更進一步了解細節,歡迎洽詢 +886-3-579-9909 分機 1068 邱小姐│Email: marketing_tw@istgroup.com

(圖片來源:宜特科技)

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