扇出型封装关键工艺和可靠性评价与芯片封装清洗剂介绍

晶圆重构是指将从晶圆上分割下来的晶粒重新贴装在临时载体上形成重构晶圆, 如图 3 所示。晶圆重构技术要求较好的定位精度, 既需要良好的粘贴强度, 也需要易于剥离, 否则会导致芯片偏移 。

塑封工艺可以保护芯片并扩展芯片面积, 环氧塑 封料会在受热后液化, 包裹住晶粒, 并在冷却后固化。环氧塑封料的热膨胀系数与其他材料之间存在较大的 不匹配, 注塑时产生的液体流动也可能会改变晶粒位 置, 造成晶圆翘曲和芯片偏移。 

重布线技术是实现扇出效果的关键技术, 如图 4 所示, 该技术首先在晶粒表面覆上钝化层和 PI 层, 再 通过金属溅射、 掩膜曝光的方法制造金属层图案, 并使用电镀法填充金属层, 反复多次, 在晶粒和塑封料 表面交替制作金属层和聚酰亚胺层, 最终形成多层重 布线层, 实现对 I/ O 接口的重新排布。由于金属和聚酰亚胺热膨胀系数不同, 在温度变化时若重布线层 强度不足会引发重布线层开裂。

菊花链(Daisy Chain)测试链路是表征先进封装结 构可靠性的常用方法, 它可以高效率地实时监测封装 结构是否在环境测试中发生失效, 并锁定发生失效的 大概位置。菊花链测试链路可以在 I/ O 接口中建立多 条链路, 一旦封装结构在某处发生失效, 就会改变该 处的横截面积、 长度和电气参数, 失效位置所在链路 的电流也会因为电阻值的改变而变化, 从而实现对封 装结构失效状态的监控和失效位置的估计。 

在发现失效现象后可以使用超声波扫描电子显微 镜 (SAM)、 扫描电子显微镜 ( SEM) 、 能量色散 X 射线光谱仪(EDX)、 X 射线能谱仪 (EDS)等工具和手 段对失效点位进行定位和失效分析。超声波扫描电子 显微镜和能量色散 X 射线光谱仪可以精准定位失效位 置。

扫描电子显微镜可以得到失效点位的清晰图像, 有助于了解断裂、 分层、 错位等现象的具体原因。通 过能谱分析对失效点位附近材料的成分进行分析, 可 以追溯因工艺流程中原材料纯度不足、 对上一工艺环 节残余物清洗和剥离不够充分或生产环境不够纯净等 原因导致的失效。 

温度循环试验和冲击试验可以使潜在的布线层分 层和焊球开裂失效充分暴露。重布线层中的金属层和 聚酰亚胺层在温度循环测试时反复膨胀收缩, 二者热 膨胀系数不同, 若重布线层强度不足则会开裂。冲击 和温度循环导致焊球处发生热应力和机械应力集中, 若产品设计不合理或封装工艺不达标, 则会导致焊球开裂。

根据联合电子器件工程委员会发布的有关标准 JESD22-A104, 封装可靠性测试中温度循环试验的 热范围为-40~ 125 ℃, 循环测试的次数均为 1000 次, 冲击测试的强度为 1500 g / ms。

在实际工作中, 可靠性环境试验会根据集成电路产片生命周期中所经历的 环境进行调整, 比如航空航天电子产品会对冲击强度 测试进行加严, 汽车电子产品可能会扩大温度循环范 围或增加高温存储实验(HTS)等项目。

有些集成电路 产品在生产流程中会使用一些特殊工艺, 产品可能会 经历极端环境变化, 这也需要调整测试环境。有针对 性的可靠性测试有助于精准的评价封装结构的可靠性, 从而合理地对结构和工艺或划定适应的产品贮存、 运 输和工作环境范围。