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IC封装的声学检查技术
杨建生 陈建军
(天水华天微电子有限公司，甘肃 天水 741000)
摘要：本文简要叙述了依赖于封装构造，可在引线框架下也能发现诸如爆米花裂纹等缺陷的IC声学检测技术。
关键词： 声学成像；结果；利益
中图分类号：TN407 文献标识码：A
1引言
正在蓬勃发展的塑料割装集成电路应该是无缺陷之忧的，但是通常各类塑料封装隐藏的缺陷要么在封装本身，要么在粘片等领域。这种类型的缺陷常常通过制造商的各种电测试来解决。这些缺陷有时候隐藏于封装内部，预防这些缺陷为的是保护芯片。
长期以来，对塑封IC的这些缺陷的检测采用的是一种快速的、非破坏性的检测工艺技术。这些缺陷包括封装中的各种裂纹及空洞，塑封体与芯片之间的各种剥离，粘片或引线框架中的各种剥离或别的缺陷。已开发出一种新技术，即采用反射式缩微影像技术，能够在无发光感光速率状况下，合理地完成此检查。
2声学成像
检测超声图像是确定每个试验洋晶是否符合本试验的规定，以便剔除那些有缺陷的试验样品。超声检测是通过声学的连续性测量，用超声检测的方法对集成电路芯片的装片过程中，其粘接材料内可能出现的空洞和未能粘附的区域，实行非破坏性的检查。对于一定的芯片粘接材料，在粘接后很难得出良好或粘接欠佳这两种情况之间的明显差别，只能用先进的仪器提供灰度输出的高频超声显像。在芯片粘接材料和芯片之间的界面，芯片粘接材料和封装基板之间的界面以及芯片粘接材料本身等全部区域，进行成像显示。这样才能准确判断在芯片的装片过程中可能出现的具体缺陷，为以后的工艺改进提供可靠的依据。
声学理论长期使用于IC封装的成像技术和检查技术，但它们最初是应用于离线、失效分析设置，强调分析一个或小数量IC的内部缺陷问题。研究人员起初决定决不能把IC移开其JEDEC芯片盘，并做有效的检查。此选择规定使用反射式超声波，能够完成从心片盘上方进行单个发射--接受的振子扫描。
在此功用方面，超声波自身具有几个方面的优点。甚高频超声波可穿透用于各类IC封装的各种材料，而不能穿透有缺陷处。超声波是快速的，穿透各类封装材料的速度大约为3000m／s，并且提供高的分辨率。
JEDEC芯片盘几乎都是同样的尺寸(137．16mm×314．96mm)，最初，应用的软件程序将超声波扫描头引导到芯片盘中的每个格栅。在每个IC封装上，扫描头自身定位。扫描其内部特征，并移到下一个格栅，同时进行数据处理。虽然数据处理率是合适的，但对生产屏蔽是远远不够的。在这点上，失效分析和生产环境检查之间的差异变得很重要。失效分析必须看到封装内部结构的细节，并进行彻底研究。另一方面，生产工程师没有时间研究各种图像，他们想知道哪些IC封装是有缺陷的。有时候，虽然不知道单个封装，但是想知道发生缺陷的趋势状况。与IC封装生产工程师们的讨论提供了答案，负责数以千计的IC封装的完整性的工程师们一股隋况下不参与微不足道的缺陷问题的解决。但他们通常知道可能发生的各种各样的缺陷，例如，芯片面的剥离或以前发生的封装裂纹现象。
这改变了研发的重点，不需要逐个地扫描各种封装，而是认识到了扫描芯片盘将会更快一些。由于几乎所有的JEDEC芯片盘是相同的尺寸，这表明芯片盘中IC封装的数目变得不太重要，有不同栅格数量的芯片盘大约在同一时间被全部扫描。
3结果和效率
对拥有156个TSOP封装(薄型小外形封装)的芯片盘，总扫描时间为三分钟，或者大约每个IC封装1秒钟。较大的PQFP(塑料方形扁平封装)，一个芯片盘24个，大约以每个封装9秒的速率在相同的时间内扫描。
除芯片盘的初始负载之外，操作过程是手动断路的。每个有一给定IC封装类型的芯片盘构形，具有自身的软件程序，并存储于程序库中。每一程序控制扫描路径以及来自IC封装内部返回的各种信号的分析。
一个自动化芯片盘处理器把一组20个芯片盘送给扫描器，一次一组。20个TSOP封装芯片盘的检查，每个拥有156个元件(总共3120个元件)大约花费70分钟。速度足够的快，以致允许生产批抽样检查趋向于局部缺陷。
效率呈现两种形式：可视芯片盘图像；详细记录单概要。芯片盘图像示出了JEDEC芯片盘中的每个栅格。(如图1)有缺陷的封装为红色标识，而良好的封装为无色的。芯片盘能够同时检查多于一个缺陷类型，诸如粘片剥离和芯片面到模塑料的剥离，对发现的缺陷采用数字编码，识别有缺陷的封装。
详细记录概要能够从单个的芯片盘到几十个或数以百计的芯片盘(如图2)中概括出有用的东西。总结的缺陷趋势如表l所示，可容易地得到识别。接着采取正确的做法，所得到的进展状况如表1所示。
4利益
相对来说，使用具有固有的高成本的小数量的IC封装的装配厂家，能够采用此技术来完成未来各类封装的100％的检查。它们能够在高分辨率和较低的速率状况下工作(典型状况下每个封装20到30秒)，对每个器件类型而言，具有把多于一个的软件程序储存的优点。例如，选择采用极宽的电门控制程序实质上是检查汇封装的整个厚度。这种类型的门控制将查出粘片区域沿着引线框架的、顶部芯片表面的以及引线框架之上封装本身的各种缺陷问题。根据封装的构造，也可查出诸如引线框架下面的爆米花裂纹。
对那些装配价格较低、容积高的IC封装而言，100％的检查从经济上不是能行得通的，但这一技术也是有益的。装配厂家正在广泛地寻找缺陷发生的趋势，并且通过检查人厂的封装的百分比来完成。通过使用详细记录单数据，可造出统计过程控制表(SPC)，能够说明在额外的时间缺陷的增加状况。由于检测是在人厂的IC封装上进行的，相关的资料会
给装配厂家一个预先的警告，以及根据非破坏性检查提供正确的做法。
5结束语
集成电路封装的超声波图像检测是集成电路封装厂家装配过程中一个不可缺少的基本环节，是评价其质量和可靠性水平的一个重要手段。可及时显示在封装材料、封装结构等方面存在的问题，并及时予以改进，从而达到提高集成电路封装质量的目的。
本文摘自《电子与封装》 |
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