在封裝中添加更多層使得檢測(cè)不同層深處的引線鍵合變得困難，有時(shí)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(fèi)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(chǔ)器。

　　但引線鍵合也存在許多問(wèn)題，而且這些問(wèn)題正變得越來(lái)越明顯。它們?nèi)狈ψ銐虻腎/O來(lái)應(yīng)對(duì)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(guò)于復(fù)雜。這還只是個(gè)開始。此外，焊球可能會(huì)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(wú)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(jí)工藝工程師 Jeff Schaefer 說(shuō)?！拔覀円呀?jīng)看到，基板上有六個(gè)環(huán)，模具上有兩個(gè)環(huán)。模具上的外圈通常通向基板上的前三個(gè)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(lái)源：布魯克

　　傳統(tǒng)上，有兩種方法可以發(fā)現(xiàn)缺陷。

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

　　事實(shí)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(shuō)?！皽y(cè)試可能比放下電線更難。需要有一個(gè)工具或工具適合電線的間距，以便對(duì)它們進(jìn)行機(jī)械測(cè)試。鍵合過(guò)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(wú)法測(cè)試。

　　非破壞性方法是目視檢查，當(dāng)只有一層要檢查時(shí)，目視檢查相對(duì)簡(jiǎn)單。只需要用肉眼觀察引線鍵合，或者當(dāng)它們變小時(shí)，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：?jiǎn)蝹€(gè)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(yùn)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(shuō)，一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的例子是在記憶中?！懊總€(gè)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(shí)，相對(duì)容易判斷它是短路?，F(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(gè)角度的 X 射線引線鍵合檢測(cè)，以確定相鄰導(dǎo)線之間的獨(dú)特導(dǎo)線路徑和距離。來(lái)源：布魯克

　　在引線鍵合過(guò)程中，監(jiān)測(cè)導(dǎo)線之間的距離也很重要，因?yàn)槿绻鼈兛康锰?，它們最終會(huì)在機(jī)械或熱應(yīng)力下短路。挑戰(zhàn)在于從多個(gè)維度監(jiān)測(cè)導(dǎo)線之間的余量。

　　“在功能測(cè)試中，他們通過(guò)引線鍵合進(jìn)行測(cè)試，顯然會(huì)發(fā)現(xiàn)是否存在開路連接或短路，”Viklund說(shuō)?！八麄冋谘芯恐T如電線掃描之類的東西。這些引線鍵合設(shè)計(jì)中有許多都覆蓋在環(huán)氧樹脂中。當(dāng)環(huán)氧樹脂流入時(shí)，它會(huì)拖動(dòng)電線，然后電線會(huì)側(cè)向彎曲，達(dá)到它們彼此太近或接觸的水平。

　　這些問(wèn)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(cè)的一個(gè)麻煩是在3D分析過(guò)程中處理金屬線的反射，”Chen說(shuō)?！癤射線顯微鏡可以避免這個(gè)問(wèn)題，只需幾個(gè)角度就可以確定獨(dú)特的導(dǎo)線路徑，以保持高通量?！?/p>

　　Viklund說(shuō)，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(jì)的2D投影，你無(wú)法真正判斷圖片的深度是否存在沖突。

　　X 射線檢測(cè)可以超出人類操作員的捕獲范圍，這導(dǎo)致了 X 射線檢測(cè)的自動(dòng)化?！爱?dāng)模具通過(guò)電線連接在一起時(shí)，使用手動(dòng) X 射線進(jìn)行檢測(cè)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(dòng) X 射線檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品線產(chǎn)品線經(jīng)理 Margareta Popovics 說(shuō)。

　　對(duì)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)?！皩?duì)于汽車來(lái)說(shuō)，大多數(shù)控制器仍然用金線粘合，”波波維奇說(shuō)。“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(wèn)題不大，而由于樣品的復(fù)雜性，問(wèn)題更大。通常，我們必須將 2D 和 2.5D 的檢測(cè)方法結(jié)合起來(lái)，以滿足線材檢測(cè)過(guò)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(rùn)濕性差以及類似方面。

　　相比之下，消費(fèi)電子產(chǎn)品通常是銅鍵的領(lǐng)域，這給X射線檢測(cè)帶來(lái)了自己的問(wèn)題?！斑@是一種不太明顯、對(duì)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(shuō)。“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(cè)類型要長(zhǎng)一些。但復(fù)雜性再次出現(xiàn)。我想說(shuō)的是，我們必須檢測(cè)的最具挑戰(zhàn)性的產(chǎn)品通常是消費(fèi)電子產(chǎn)品中具有高度復(fù)雜性的銅線產(chǎn)品。

　　Davis說(shuō)，隨著尺寸越來(lái)越小，X射線計(jì)量也可能遇到物理極限?！皩?duì)于分辨率大小，我們受到用于檢測(cè)產(chǎn)品的光子波長(zhǎng)的限制。因此，雖然 X 射線很好，但它確實(shí)有效率限制，因?yàn)槲覀冃枰軌驅(qū)?X 射線穿過(guò)產(chǎn)品并將其變成我們可以在另一側(cè)測(cè)量的東西，“諾信的戴維斯說(shuō)?！拔覀冋谂μ岣吡孔有?，以越來(lái)越低的能量探測(cè)這些X射線，并從X射線源探測(cè)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(dòng)化，AI 可以幫助提高準(zhǔn)確性?？梢跃帉?AI 算法來(lái)針對(duì)規(guī)范形狀進(jìn)行驗(yàn)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(shuō)，即使在2.5D堆棧中，帶有AI程序的自動(dòng)化系統(tǒng)也可以檢測(cè)到大多數(shù)缺陷。

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

　　“你依靠測(cè)試設(shè)備的算法來(lái)正確檢測(cè)，”Viklund說(shuō)。“但你不希望有任何誤報(bào)。如果你把一個(gè)完美的設(shè)計(jì)從腰帶上拉下來(lái)，卻不發(fā)貨，那就是要付出代價(jià)的。

　　據(jù)Chen說(shuō)，一家公司創(chuàng)建了一種算法，有助于實(shí)現(xiàn)檢查的自動(dòng)化。但最終，它變成了一場(chǎng)無(wú)望的追趕游戲?！耙坏┧麄冏兊蒙晕?fù)雜一點(diǎn)，算法就會(huì)崩潰，他們不得不花費(fèi)更多的精力來(lái)再次開發(fā)它。它可以變得無(wú)休止。你解決了問(wèn)題，然后零件變得更復(fù)雜，它又壞了。

　　光學(xué)

　　光學(xué)檢測(cè)，以共聚焦顯微鏡的形式，也正在發(fā)展到在這個(gè)新世界中具有競(jìng)爭(zhēng)力的地步，Precitec半導(dǎo)體業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理Oliver Schulz說(shuō)?！耙婚_始的廉價(jià)解決方案只是相機(jī)，但相機(jī)有問(wèn)題。它只是二維的。您沒有圖像深度。你需要有一個(gè)深度的測(cè)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(dú)立系統(tǒng)?！肮簿劢癸@微鏡已經(jīng)存在了幾十年，”舒爾茨說(shuō)?！耙?yàn)橐€鍵合有多個(gè)點(diǎn)，所以你需要獲得三維圖像，所以一個(gè)共聚焦傳感器是不夠的。如果您只有一個(gè)點(diǎn)，則需要沿著整根電線移動(dòng)傳感器。因此，您需要單獨(dú)測(cè)量每根電線，這將花費(fèi)太多時(shí)間，并且傳感器速度太慢。如果你有多個(gè)點(diǎn)，你只需將樣品移動(dòng)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(cè)方法的選擇取決于用例和成本?！斑@取決于你的設(shè)備的最終價(jià)格是多少，”舒爾茨說(shuō)?！斑@是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。筆記本電腦上的 DVD 播放器內(nèi)部可能有一個(gè)激光器，帶有一根或兩根鍵合線來(lái)連接電源，激光器的成本可能約為一美元。購(gòu)買先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行檢查永遠(yuǎn)不會(huì)有投資回報(bào)。這太貴了，尤其是使用機(jī)器學(xué)習(xí)軟件。

　　相比之下，他說(shuō)，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(fèi)5美元?！澳阈枰懈叩漠a(chǎn)量。而且更換它的成本要高得多，因?yàn)樗诤５?。這些人更愿意投資計(jì)量系統(tǒng)，“舒爾茨說(shuō)?！霸诿總€(gè)過(guò)程中，都是一樣的。研發(fā)人員對(duì)如何測(cè)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(jì)算提高產(chǎn)量的成本，他會(huì)回來(lái)問(wèn)，’有投資回報(bào)嗎？‘”

　　審核編輯：黃飛