晶圓重構(gòu)是指將從晶圓上分割下來的晶粒重新貼裝在臨時載體上形成重構(gòu)晶圓, 如圖 3 所示。晶圓重構(gòu)技術(shù)要求較好的定位精度, 既需要良好的粘貼強度, 也需要易于剝離, 否則會導(dǎo)致芯片偏移 。

塑封工藝可以保護芯片并擴展芯片面積, 環(huán)氧塑 封料會在受熱后液化, 包裹住晶粒, 并在冷卻后固化。環(huán)氧塑封料的熱膨脹系數(shù)與其他材料之間存在較大的 不匹配, 注塑時產(chǎn)生的液體流動也可能會改變晶粒位 置, 造成晶圓翹曲和芯片偏移。 

重布線技術(shù)是實現(xiàn)扇出效果的關(guān)鍵技術(shù), 如圖 4 所示, 該技術(shù)首先在晶粒表面覆上鈍化層和 PI 層, 再 通過金屬濺射、 掩膜曝光的方法制造金屬層圖案, 并使用電鍍法填充金屬層, 反復(fù)多次, 在晶粒和塑封料 表面交替制作金屬層和聚酰亞胺層, 最終形成多層重 布線層, 實現(xiàn)對 I/ O 接口的重新排布。由于金屬和聚酰亞胺熱膨脹系數(shù)不同, 在溫度變化時若重布線層 強度不足會引發(fā)重布線層開裂。

菊花鏈(Daisy Chain)測試鏈路是表征先進封裝結(jié) 構(gòu)可靠性的常用方法, 它可以高效率地實時監(jiān)測封裝 結(jié)構(gòu)是否在環(huán)境測試中發(fā)生失效, 并鎖定發(fā)生失效的 大概位置。菊花鏈測試鏈路可以在 I/ O 接口中建立多 條鏈路, 一旦封裝結(jié)構(gòu)在某處發(fā)生失效, 就會改變該 處的橫截面積、 長度和電氣參數(shù), 失效位置所在鏈路 的電流也會因為電阻值的改變而變化, 從而實現(xiàn)對封 裝結(jié)構(gòu)失效狀態(tài)的監(jiān)控和失效位置的估計。 

在發(fā)現(xiàn)失效現(xiàn)象后可以使用超聲波掃描電子顯微 鏡 (SAM)、 掃描電子顯微鏡 ( SEM) 、 能量色散 X 射線光譜儀(EDX)、 X 射線能譜儀 (EDS)等工具和手 段對失效點位進行定位和失效分析。超聲波掃描電子 顯微鏡和能量色散 X 射線光譜儀可以精準(zhǔn)定位失效位 置。

掃描電子顯微鏡可以得到失效點位的清晰圖像, 有助于了解斷裂、 分層、 錯位等現(xiàn)象的具體原因。通 過能譜分析對失效點位附近材料的成分進行分析, 可 以追溯因工藝流程中原材料純度不足、 對上一工藝環(huán) 節(jié)殘余物清洗和剝離不夠充分或生產(chǎn)環(huán)境不夠純凈等 原因?qū)е碌氖А?nbsp;

溫度循環(huán)試驗和沖擊試驗可以使?jié)撛诘牟季€層分 層和焊球開裂失效充分暴露。重布線層中的金屬層和 聚酰亞胺層在溫度循環(huán)測試時反復(fù)膨脹收縮, 二者熱 膨脹系數(shù)不同, 若重布線層強度不足則會開裂。沖擊 和溫度循環(huán)導(dǎo)致焊球處發(fā)生熱應(yīng)力和機械應(yīng)力集中, 若產(chǎn)品設(shè)計不合理或封裝工藝不達標(biāo), 則會導(dǎo)致焊球開裂。

根據(jù)聯(lián)合電子器件工程委員會發(fā)布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) JESD22-A104, 封裝可靠性測試中溫度循環(huán)試驗的 熱范圍為-40~ 125 ℃, 循環(huán)測試的次數(shù)均為 1000 次, 沖擊測試的強度為 1500 g / ms。

在實際工作中, 可靠性環(huán)境試驗會根據(jù)集成電路產(chǎn)片生命周期中所經(jīng)歷的 環(huán)境進行調(diào)整, 比如航空航天電子產(chǎn)品會對沖擊強度 測試進行加嚴(yán), 汽車電子產(chǎn)品可能會擴大溫度循環(huán)范 圍或增加高溫存儲實驗(HTS)等項目。

有些集成電路 產(chǎn)品在生產(chǎn)流程中會使用一些特殊工藝, 產(chǎn)品可能會 經(jīng)歷極端環(huán)境變化, 這也需要調(diào)整測試環(huán)境。有針對 性的可靠性測試有助于精準(zhǔn)的評價封裝結(jié)構(gòu)的可靠性, 從而合理地對結(jié)構(gòu)和工藝或劃定適應(yīng)的產(chǎn)品貯存、 運 輸和工作環(huán)境范圍。