在封裝中添加更多層使得檢測不同層深處的引線鍵合變得困難，有時甚至不可能。

　　引線鍵合看似舊技術(shù)，但它仍然是廣泛應(yīng)用的首選鍵合方法。這在汽車、工業(yè)和許多消費類應(yīng)用中尤為明顯，在這些應(yīng)用中，大多數(shù)芯片都不是以最先進(jìn)的工藝技術(shù)開發(fā)的，也不適用于各種存儲器。

　　但引線鍵合也存在許多問題，而且這些問題正變得越來越明顯。它們?nèi)狈ψ銐虻腎/O來應(yīng)對日益異構(gòu)的設(shè)備，而且與倒裝芯片相比，它們顯得脆弱且過于復(fù)雜。這還只是個開始。此外，焊球可能會變形，即所謂的“高爾夫球”缺陷。電線可能是“凹陷的”，這意味著它們不符合正常形狀，或者它們甚至可能無法到達(dá)預(yù)期的焊盤。最糟糕的是，缺陷可能隱藏在數(shù)百根重疊電線的交織復(fù)雜性中，導(dǎo)致可能未被發(fā)現(xiàn)的開路或故障。

　　“一旦你在上面有層，幾乎不可能返工層，”Promex Industries 的高級工藝工程師 Jeff Schaefer 說。“我們已經(jīng)看到，基板上有六個環(huán)，模具上有兩個環(huán)。模具上的外圈通常通向基板上的前三個環(huán)，然后芯片上的內(nèi)環(huán)通向基板上的外環(huán)，所有這些東西都相互重疊。

　　圖1：引線鍵合缺陷示例。來源：布魯克

　　傳統(tǒng)上，有兩種方法可以發(fā)現(xiàn)缺陷。

　　“從這項技術(shù)開始的那一天起，他們就一直在做同樣的測試，”西門子EDA的IC封裝和射頻產(chǎn)品線總監(jiān)Per Viklund說。“這是破壞性測試，他們進(jìn)行測試設(shè)計，并試圖將電線拉下來，并測量它們抓握的牢固程度。雖然他們?nèi)匀贿@樣做，但有趣的問題是，‘我們能否檢查打算運送給客戶的東西并驗證它是否正常？

　　事實上，破壞性方法正受到更小、更復(fù)雜配置的挑戰(zhàn)，諾信半導(dǎo)體產(chǎn)品線經(jīng)理 Chris Davis 說。“測試可能比放下電線更難。需要有一個工具或工具適合電線的間距，以便對它們進(jìn)行機(jī)械測試。鍵合過程的發(fā)生方式發(fā)生了變化，因此鍵在這種形式下幾乎無法測試。

　　非破壞性方法是目視檢查，當(dāng)只有一層要檢查時，目視檢查相對簡單。只需要用肉眼觀察引線鍵合，或者當(dāng)它們變小時，用光學(xué)顯微鏡觀察它們。精度面臨的最大挑戰(zhàn)是吞吐量：單個芯片上可能有數(shù)千根電線，但操作員必須在幾秒鐘內(nèi)做出判斷才能跟上生產(chǎn)運行。

　　在許多情況下，現(xiàn)在的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人眼在任何速度下所能掌握的程度。在某些情況下，可能有十幾層或更多層的引線鍵合。布魯克應(yīng)用和產(chǎn)品管理總監(jiān) Frank Chen 說，一個具有挑戰(zhàn)性的例子是在記憶中。“每個NAND/DRAM層都需要引線鍵合，這導(dǎo)致許多導(dǎo)線相互飛越。以前，當(dāng)它只是單層引線鍵合時，相對容易判斷它是短路。現(xiàn)在，由于多根電線重疊，很難確定電線是否短路或連接到不同的層。

　　圖 2：具有三個角度的 X 射線引線鍵合檢測，以確定相鄰導(dǎo)線之間的獨特導(dǎo)線路徑和距離。來源：布魯克

　　在引線鍵合過程中，監(jiān)測導(dǎo)線之間的距離也很重要，因為如果它們靠得太近，它們最終會在機(jī)械或熱應(yīng)力下短路。挑戰(zhàn)在于從多個維度監(jiān)測導(dǎo)線之間的余量。

　　“在功能測試中，他們通過引線鍵合進(jìn)行測試，顯然會發(fā)現(xiàn)是否存在開路連接或短路，”Viklund說。“他們正在研究諸如電線掃描之類的東西。這些引線鍵合設(shè)計中有許多都覆蓋在環(huán)氧樹脂中。當(dāng)環(huán)氧樹脂流入時，它會拖動電線，然后電線會側(cè)向彎曲，達(dá)到它們彼此太近或接觸的水平。

　　這些問題的解決方案可以超越光學(xué)顯微鏡，進(jìn)入X射線顯微鏡。“光學(xué)檢測的一個麻煩是在3D分析過程中處理金屬線的反射，”Chen說。“X射線顯微鏡可以避免這個問題，只需幾個角度就可以確定獨特的導(dǎo)線路徑，以保持高通量。”

　　Viklund說，雖然有些芯片的組裝方式使得所有電線都可見，但有些芯片非常復(fù)雜，甚至連2D X射線都不夠用。“如果你有八層線環(huán)相互疊加，并且你不進(jìn)行3D X射線，那么很難分辨出事物在同一平面上重疊的位置。你的標(biāo)準(zhǔn)2D X射線只是你設(shè)計的2D投影，你無法真正判斷圖片的深度是否存在沖突。

　　X 射線檢測可以超出人類操作員的捕獲范圍，這導(dǎo)致了 X 射線檢測的自動化。“當(dāng)模具通過電線連接在一起時，使用手動 X 射線進(jìn)行檢測非常具有挑戰(zhàn)性，尤其是典型的缺陷，如掃描或下垂，”諾信自動 X 射線檢測系統(tǒng)產(chǎn)品線產(chǎn)品線經(jīng)理 Margareta Popovics 說。

　　對于X射線，還存在不同材料和厚度的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)通常取決于行業(yè)。“對于汽車來說，大多數(shù)控制器仍然用金線粘合，”波波維奇說。“雖然這種檢查的挑戰(zhàn)性較小，但復(fù)雜性正在上升。因此，由于材料的原因，它們的問題不大，而由于樣品的復(fù)雜性，問題更大。通常，我們必須將 2D 和 2.5D 的檢測方法結(jié)合起來，以滿足線材檢測過程中可能發(fā)生的所有情況。我們還必須檢查模具移位或潤濕性差以及類似方面。

　　相比之下，消費電子產(chǎn)品通常是銅鍵的領(lǐng)域，這給X射線檢測帶來了自己的問題。“這是一種不太明顯、對比度低的材料，這使得很難獲得這些電線的尺寸。它可以下降到0.6密耳，直徑約為20微米，“波波維奇說。“因此，與金線相比，它需要高分辨率和非常低的功耗，并且檢測類型要長一些。但復(fù)雜性再次出現(xiàn)。我想說的是，我們必須檢測的最具挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品通常是消費電子產(chǎn)品中具有高度復(fù)雜性的銅線產(chǎn)品。

　　Davis說，隨著尺寸越來越小，X射線計量也可能遇到物理極限。“對于分辨率大小，我們受到用于檢測產(chǎn)品的光子波長的限制。因此，雖然 X 射線很好，但它確實有效率限制，因為我們需要能夠?qū)?X 射線穿過產(chǎn)品并將其變成我們可以在另一側(cè)測量的東西，“諾信的戴維斯說。“我們正在努力提高量子效率，以越來越低的能量探測這些X射線，并從X射線源探測器中獲得更多，以便我們能夠以更高的分辨率進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查。

　　人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)

　　隨著 X 射線的自動化，AI 可以幫助提高準(zhǔn)確性。可以編寫 AI 算法來針對規(guī)范形狀進(jìn)行驗證，或者從不完美的形狀中學(xué)習(xí)要標(biāo)記的內(nèi)容。Popovics說，即使在2.5D堆棧中，帶有AI程序的自動化系統(tǒng)也可以檢測到大多數(shù)缺陷。

　　然而，人工智能也有其風(fēng)險和挫折，Viklund和Chen都警告說。

　　“你依靠測試設(shè)備的算法來正確檢測，”Viklund說。“但你不希望有任何誤報。如果你把一個完美的設(shè)計從腰帶上拉下來，卻不發(fā)貨，那就是要付出代價的。

　　據(jù)Chen說，一家公司創(chuàng)建了一種算法，有助于實現(xiàn)檢查的自動化。但最終，它變成了一場無望的追趕游戲。“一旦他們變得稍微復(fù)雜一點，算法就會崩潰，他們不得不花費更多的精力來再次開發(fā)它。它可以變得無休止。你解決了問題，然后零件變得更復(fù)雜，它又壞了。

　　光學(xué)

　　光學(xué)檢測，以共聚焦顯微鏡的形式，也正在發(fā)展到在這個新世界中具有競爭力的地步，Precitec半導(dǎo)體業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Oliver Schulz說。“一開始的廉價解決方案只是相機(jī)，但相機(jī)有問題。它只是二維的。您沒有圖像深度。你需要有一個深度的測量范圍。

　　例如，他的公司生產(chǎn)了一種高速共焦線傳感器，該傳感器可以集成到引線鍵合機(jī)本身中，也可以在引線鍵合后用作獨立系統(tǒng)。“共聚焦顯微鏡已經(jīng)存在了幾十年，”舒爾茨說。“因為引線鍵合有多個點，所以你需要獲得三維圖像，所以一個共聚焦傳感器是不夠的。如果您只有一個點，則需要沿著整根電線移動傳感器。因此，您需要單獨測量每根電線，這將花費太多時間，并且傳感器速度太慢。如果你有多個點，你只需將樣品移動到線下方，這樣它就真的像掃描儀一樣。

　　結(jié)論

　　歸根結(jié)底，引線鍵合檢測方法的選擇取決于用例和成本。“這取決于你的設(shè)備的最終價格是多少，”舒爾茨說。“這是一個簡單的例子。筆記本電腦上的 DVD 播放器內(nèi)部可能有一個激光器，帶有一根或兩根鍵合線來連接電源，激光器的成本可能約為一美元。購買先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢查永遠(yuǎn)不會有投資回報。這太貴了，尤其是使用機(jī)器學(xué)習(xí)軟件。

　　相比之下，他說，如果你的最終產(chǎn)品是海底電纜，而激光二極管可能要花費5美元。“你需要有更高的產(chǎn)量。而且更換它的成本要高得多，因為它在海底。這些人更愿意投資計量系統(tǒng)，“舒爾茨說。“在每個過程中，都是一樣的。研發(fā)人員對如何測量以及可能必要的內(nèi)容有很多很酷的想法。但歸根結(jié)底，有人在計算提高產(chǎn)量的成本，他會回來問，’有投資回報嗎？‘”

　　審核編輯：黃飛