Inspection et métrologie avancées des emballages
Les techniques d’encapsulation avancées continuent de réduire l’espacement des micro-bump jusqu’à 20 µm et d’augmenter la hauteur d’empilement des puces. Les caractéristiques qui déterminent si un boîtier est prêt à être expédié sont désormais plus petites que celles pour lesquelles la plupart des bancs d’inspection ont été conçus, et un nombre croissant d’entre elles se trouvent sous la silicium, là où un microscope optique ne peut pas les observer.
La coupe transversale permet de révéler ces caractéristiques internes, mais uniquement pour la pièce qui a été sectionnée. L’inspection non destructive permet d’évaluer ces caractéristiques cachées tout en conservant les pièces intactes. Le choix du système d’inspection approprié dépend de la caractéristique à examiner, de son emplacement et de sa profondeur au sein du boîtier.
Evident propose une large gamme de systèmes avancés d’inspection et de métrologie des boîtiers pour l’imagerie précise et la mesure 3D des liaisons par fil, des puces retournées (flip chips), des couches de redistribution (RDL) et des vias traversant le silicium (TSV).
- Non destructif : utilise l’imagerie dans le proche infrarouge pour inspecter les caractéristiques à travers le silicium tout en conservant le boîtier intact.
- Quantitative : mesure de la hauteur 3D, de la coplanarité et de la hauteur de marche sans entrer en contact avec l’échantillon.
- Préventif : effectuez les mesures avant le refusion, le moulage ou le collage des couches suivantes, lorsque des ajustements du processus peuvent contribuer à réduire les rebuts et les retouches.
L’imagerie dans le proche infrarouge révèle les caractéristiques des semi-conducteurs sous le silicium sans avoir à sectionner le dispositif.
Ce que chaque technologie d’encapsulation exige de l’inspection
L’encapsulation avancée nécessite des méthodes d’inspection capables de distinguer les détails fins de la surface, de révéler certaines structures sous la couche de silicium et de mesurer la géométrie 3D de la surface.
Inspection par la technologie d’encapsulation
Inspection du soudage par fil
Centrage de la soudure à bille et du pad, imagé avec le microscope numérique DSX2000.
Le défi
Les soudures par billes doivent respecter des tolérances strictes en matière de taille, de forme et de centrage par rapport au plot. Une hauteur de boucle ou une courbure de fil incorrecte peut entraîner un court-circuit des fils contre le bord de la puce ou endommager les fils lors de l’encapsulation.
Notre solution
La qualité des liaisons par fil est évaluée directement sur le dispositif soudé en mesurant le diamètre de la bille, le centrage de la pastille, la hauteur de la boucle et la courbure du fil. Le microscope de mesure STM7 permet d’effectuer des mesures précises sur trois axes. Le microscope numérique DSX2000 ajoute des mesures en 2D et en 3D, avec une profondeur de champ qui permet de garder l’intégralité de la boucle de fil dans le champ de vision et une plage de grossissement de 21X à 7 300X couvrant l’inspection macro à micro sur un seul système.
Image 3D des bosses de soudure sur un circuit intégré, capturée à l'aide du profilomètre optique 3D LEXT OLS5500.
Le défi
Le collage des puces « flip chip » face vers le bas masque les bosses de soudure situées sous le silicium. La hauteur et la coplanarité des bosses doivent être vérifiées avant le collage, tandis que l’inspection post-collage nécessite une visualisation non destructive de certaines caractéristiques enfouies.
Notre solution
Avant le collage, le profilomètre optique 3D LEXT™ OLS5500 mesure la hauteur et la coplanarité des bosses sans entrer en contact avec l’échantillon. La définition d’un plan de référence en hauteur permet de mesurer simultanément toutes les bosses présentes dans le champ de vision ; ainsi, l’acquisition d’un champ complet de bosses de 20 µm s’effectue en environ 10 secondes.1 Après le collage, le microscope d’inspection de plaquettes MX63, configuré pour l’observation infrarouge, utilise l’imagerie dans le proche infrarouge à travers du silicium d’une épaisseur allant jusqu’à 1,2 mm pour observer certaines caractéristiques enfouies sans avoir à procéder à une coupe.
1D'après une mesure interne réalisée par Evident.
Marquage laser sur une plaquette de semi-conducteur nue, imagée en 3D à l’aide du profilomètre optique 3D LEXT OLS5500.
Le défi
La structuration RDL, la formation des bosses et la métallisation s'effectuent alors que les puces sont encore sous forme de plaquette. Des défauts de surface ou des variations de hauteur détectés tardivement peuvent compromettre tout un lot de plaquettes.
Notre solution
Le microscope numérique DSX2000 détecte les défauts de surface et les contaminations sur les plaquettes nues avant le début du traitement. La détection des particules dans le logiciel PRECiV™ s'effectue sur une image assemblée en fonction d'un seuil défini ; un clic sur une particule détectée déplace la platine vers cet emplacement pour confirmation. Le profilomètre optique 3D LEXT™ OLS5500 permet de mesurer sans contact la hauteur des marches RDL et les profils des bosses après la structuration.DL step height and bump profiles after patterning.
Structures de circuits et pastilles de soudure vues à travers le silicium, imagées à l’aide du microscope droit BX53M équipé d’objectifs IR.
Le défi
L'encapsulation « fan-out » au niveau de la plaquette consiste à placer les puces face vers le bas sur un support avant de les mouler pour former une nouvelle plaquette. Le chauffage et le refroidissement pendant le moulage provoquent une déformation du panneau et un décalage des puces, ce qui perturbe l'alignement de la couche de redistribution gravée sur la face supérieure.
Notre solution
L’imagerie dans le proche infrarouge permet de localiser chaque puce à travers le support et le silicium avant la structuration de la couche de redistribution (RDL), ce qui permet d’identifier une erreur de position tant qu’une correction est encore possible. Le microscope MX63 configuré pour l’observation infrarouge et le microscope droit BX53M équipé d’objectifs IR permettent l’inspection à travers le silicium de l’alignement et des motifs de circuits, avec des objectifs IR adaptés au silicium d’une épaisseur allant jusqu’à 1,2 mm.
Motifs de circuits et pastilles de soudure observés à travers le silicium, imagés à l’aide du microscope d’inspection de plaquettes MX63 en mode d’observation infrarouge par transmission.
Le défi
Plusieurs « chiplets » sont disposés côte à côte sur un interposeur en silicium et reliés par des TSV et un RDL haute densité. Une seule piste rompue ou une micro-bosse mal alignée peut perturber les connexions électriques et compromettre un module fini de grande valeur.
Notre solution
L'alignement des pistes de l'interposeur et des micro-bossages dans les boîtiers 2,5D peut être inspecté à différentes étapes de l'assemblage. Le microscope MX63, configuré pour l'inspection infrarouge, balaye le RDL de l'interposeur afin d'identifier les courts-circuits et les coupures. Après le soudage « chip-on-wafer », son mode d'imagerie IR permet une inspection à travers la puce pour vérifier l'alignement des micro-bossages avec un pas d'environ 20 à 40 µm.
Image en trois dimensions d’une structure de via traversant le silicium, capturée à l’aide du profilomètre optique 3D LEXT OLS5500.
Le défi
Les puces empilées s'appuient sur des vias traversants en silicium (TSV) pour relier plusieurs couches. La profondeur et le profil des vias sont vérifiés après la gravure. Après l'amincissement de la face arrière, la planéité de la surface et la saillie des TSV doivent être évaluées, tandis que les défauts de remplissage enfouis nécessitent une autre méthode d'inspection.
Notre solution
Le profilomètre optique 3D LEXT OLS5500 permet de mesurer sans contact la profondeur et le profil des TSV, ainsi que la topographie des TSV exposés. Le microscope MX63 utilise le contraste d’interférence différentiel (DIC) pour améliorer la visibilité des différences de hauteur de surface infimes. Les vides de remplissage des TSV sous la surface nécessitent une inspection par ultrasons ou par rayons X.
Choisir le système adapté à votre processus d’encapsulation
Le choix du système d’inspection approprié dépend de la visibilité de la cible : est-elle visible en surface, située sous le silicium ou définie par une géométrie tridimensionnelle ?
1 Microscopie à balayage laser 2 Interférométrie en lumière blanche 3 Microscopie à variation de mise au point 4 La précision et la répétabilité garanties ne s'appliquent que si l'appareil a été étalonné conformément aux spécifications du fabricant et s'il est en parfait état de fonctionnement. L'étalonnage doit être effectué par un technicien Evident ou un spécialiste agréé par Evident.
Vous ne savez pas quel système convient à votre processus ?
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FAQ sur l’inspection et la métrologie des conditionnements avancés
Parlons de votre processus
Chaque ligne d’encapsulation utilise une combinaison différente de technologies, de tolérances et d’objectifs de débit. Dites-nous ce que vous devez inspecter, et nous vous aiderons à identifier une configuration de microscope adaptée.
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