工业CT检测：芯片封装失效分析好帮手

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导语

高端芯片、新型显示、智能制造等都属于新质生产力的范畴。芯片的技术壁垒极高，制造工艺流程也极为复杂，从一块晶圆到制造出芯片需要经过上千道工序。芯片封装缺陷检测是芯片生产中的重要环节，是投入市场前保证芯片质量的最后一道关口。那么，芯片封装缺陷如何检测呢？一起来了解下吧。

{芯片科普}

芯片，是一种半导体晶圆集合多种电子元器件实现某种特定功能的电路模块，是电子设备中最重要的部分，承担着运算和存储的功能。广泛应用于智能手机、汽车、新能源、智能家电、生物基因检测表达等众多领域。芯片的存在，让我们的生活变得更加智能和便捷。

■ ■ 芯片封装工艺

芯片制作工艺分为前道和后道工序，晶圆制造和测试被称为前道工序，芯片的封装、测试及成品入库被称为后道工序。封装最基本的功能是保护芯片免受周围环境的影响，是电子元器件到系统的桥梁。晶圆划片切割后会形成一个个晶片，先将晶片在框架衬垫上布局，胶水粘贴固定，再利用超细的金属导线或者导电性树脂将晶片焊接到框架衬垫的引脚上，使晶片与外部电路相连，最后对芯片整体用可塑性绝缘介质灌封固定。这就是一般的芯片封装工艺。

芯片封装工艺

{芯片封装缺陷检测的痛点}

随着芯片封装体积越来越小，封装过程中也更容易产生缺陷，如虚焊、气泡、空隙、裂纹、夹渣等，这些缺陷会导致芯片性能的丧失，在使用过程中易造成重大故障。芯片产品不同于其他工件，无法拆开做破坏性检测，所以封装缺陷检测的主要方式是无损检测。

SMX-225CT FPD HR Plus微焦点X射线CT系统

如何高效、无损、快速的进行封装缺陷检测？X射线CT给出了解决方案。工业CT，即工业电子计算机断层成像技术，被誉为“最佳无损检测手段”，可以非接触、非破坏地检测物体内部结构，得到没有重叠的数据和高质量图像，使内部微小缺陷清晰地显现出来，进而达到判别缺陷的目的。

{工业CT在芯片封装失效分析中的优势}

■ ■ 不破坏样品 就能获取内部微米级成像

X射线CT的成像原理使得不需要对样品进行破坏性处理，就能获取内部的高质量三维成像。这不仅节省了检测成本，更重要的是不会产生制样损伤，污染样品内部情况，影响分析结果。

■ ■ 多种缺陷检测 高效率分析

X射线CT可以有效检测杂质焊料凸点空洞、接缝、绑定线破损、RDL和布线短路、迹线断裂和电迁移、衬底裂纹、焊料渗出、疲劳裂纹。

岛津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus  守卫芯片无“陷”可击

■ ■ 车载R5F芯片CT观察

图1 车载R5F芯片CT图像

使用岛津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus的微焦点X射线CT系统对车载R5F芯片进行透视拍摄及扫描。图1是车载R5F芯片的CT扫描图像，局部放大的三维图像可从不同方向观察绑定线的形态和鱼尾焊接状态，表面凹凸不平的地方就是气泡，结合HADI-S软件可量化分析气泡率。整个实验过程不需要对样品进行破坏性处理，就能得到芯片内部大视野范围、高分辨率、高对比度的断面图像，从而对芯片封装缺陷进行更精确的判断。

■ ■ 电脑主板集成封装芯片（BGA芯片）CT观察

图2 电脑主板BGA芯片CT图像

BGA是一种高密度表面装配的封装技术，具有更小体积、更好的散热性能和电性能等特点。更小的封装体积使得芯片缺陷尺寸可能只有几个微米甚至更小，常规的检测设备无法满足BGA质量和可靠性的评判。本次分析的电脑主板BGA芯片尺寸为L28mm X W28mm X H2mm，使用岛津inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus的微焦点X射线CT系统对整个样品进行扫描。CT成像数据转换为三维显示时，可以清晰地观察出BGA芯片的内部断线。芯片层截面图中可观察到芯片和绑定线连接部分有破损。锡球部分截面图中可观察到BGA锡球中的锡球变形及破损。整个测试速度快且精度高，不仅可以节省检测成本，更重要的是能够直观精确地展示芯片内部结构，协助芯片封装失效的分析，辅助芯片研发设计。

结语

岛津无损检测设备（NDI）在这个行业已有100多年的历史，在行业内的探究、钻研和开发积累了十分丰厚的技术与经验。岛津的CT设备可以轻松应对芯片封装缺陷检测，及时发现芯片制造中的问题，提高良品率，守卫芯片无“陷”可击。

撰稿人：赵晶、黄军飞

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