KSI超聲波掃描顯微鏡在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用第1頁(yè)/共74頁(yè)Applicationexamplesforsemiconductors

在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用舉例檢測(cè)半導(dǎo)體材料內(nèi)部多種缺陷Defects缺陷—Cracks裂紋—Delaminations分層—Inclusion夾雜物—DieAttach附著物—Voids空隙Contrastcausingproperties

通過(guò)圖象對(duì)比度可以判別—Differencesintheacousticimpedances(reflectionoftheultrasonicbeam)材料內(nèi)部聲阻抗差異（通過(guò)反射波幅度）—Defectshapeandsize確定缺陷形狀和尺寸—Defectorientation確定缺陷方位科視達(dá)第2頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域常見的應(yīng)用范圍FlipChipsChipScalePackages(CSP)PlasticBallGridArraysMetalBallGridArraysPlasticEncapsulatedIntegratedCircuitsHybrids,PowerDevicesandMulti-ChipModulesAutomotiveApplicationsBondedandBumpedWafersCeramicChipCapacitorsCeramicsPrintedCircuitBoardsMiscellaneousApplications

第3頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域常見檢測(cè)項(xiàng)目使用的換能器頻率范圍樣品應(yīng)用 換能器

T/XReceiver 10MHz PLCC,QFP,PQFP 15-50MHz Hybrids,PowerPak 15-50MHz BGA 50-100MHz Capacitors 75-100

MHz TSOP 75-100MHz FlipChipUnderfill 100-230MHz FlipChipInterconnect 230-400MHz BondedWafer 100-230MHz BondedWafer 230-400MHz

第4頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域檢測(cè)器件的檢查項(xiàng)目圖例(一)第5頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域檢測(cè)器件的檢查項(xiàng)目圖例(二)第6頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域檢測(cè)器件的檢查項(xiàng)目圖例(三)第7頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域檢測(cè)器件的檢查項(xiàng)目圖例(四)第8頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)半導(dǎo)體領(lǐng)域檢測(cè)器件的檢查項(xiàng)目圖例(五)第9頁(yè)/共74頁(yè)DefectsinWafer

晶片的缺陷科視達(dá)PackageType：SOI,SiliconNitride,SiliconCarbide,coatedwafers,BaresiliconorGaAswafers,Printedwafers檢查的失效類型：Non-BondedwafersMicro-cracksBumpintegrityContamination(excessflux)Delaminations

第10頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)數(shù)據(jù)門限設(shè)置在不同深度的三層。在每層中用箭頭標(biāo)示的白色亮的區(qū)域是分層缺陷。右下角的圖片是第三層的局域部分放大的精細(xì)圖像。掃描尺寸：123mm×105mm第一層(110ns深度)第二層(330ns深度)第三層(550ns深度)Wafer涂層上的分層缺陷（一）第11頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)Wafer涂層上的分層缺陷（二）Sample2a_50ksi.bmp由于分層位置聲阻抗的差別，超聲波將會(huì)在分層界面處反射，因此超聲波掃描圖象中白色區(qū)域表示分層缺陷的存在C-Scan圖象Sample2a_50ksi.bmp樣品分層缺陷的位置第12頁(yè)/共74頁(yè)著色功能可增加對(duì)比度科視達(dá)Wafer涂層上的分層缺陷（二）分層缺陷分層缺陷樣品一樣品二第13頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)印制后Wafer上的分層缺陷（一）所選區(qū)域的放大圖象在Wafer邊緣上有大面積的分層缺陷(用綠色箭頭表示)在晶片中間單個(gè)晶圓的分層缺陷（用藍(lán)色箭頭表示）

單個(gè)晶圓的分層

在無(wú)分層晶圓上可以清晰地看到接觸點(diǎn)第14頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)印制后Wafer上的分層缺陷（二）分層缺陷無(wú)缺陷結(jié)構(gòu)

分層缺陷分層缺陷檢測(cè)到的細(xì)小分層主要是位于Die下面的分層掃描面積:123mm×105mm分層缺陷分層缺陷第15頁(yè)/共74頁(yè)MoldCompound

封裝塑封材料的檢測(cè)科視達(dá)第16頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝材料中的裂紋（一）裂紋

封裝器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以被清晰地看到

使用超聲波顯微鏡可以檢測(cè)到用普通光學(xué)顯微鏡所檢測(cè)不到的封裝材料內(nèi)部裂紋第17頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝材料中的裂紋（二）裂紋分層填充物(moldcompound)中的裂紋和分層能用超聲波掃描顯微鏡檢測(cè)出來(lái)第18頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝材料中的孔洞（一）Moldcompound中的孔洞填充物(moldcompound)呈現(xiàn)粒狀結(jié)構(gòu)。左圖中亮的區(qū)域是填充物(moldcompound)中的孔洞，在右上角呈現(xiàn)出比較有規(guī)律的線性分布。在右圖中，孔洞可以用特殊的運(yùn)算標(biāo)識(shí)成彩色(如右圖中的紅色)。著色后的孔洞第19頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝材料中的孔洞（二）掃描尺寸：16.4mm×12.7mm箭頭指向的亮的區(qū)域是孔洞，孔洞是清晰可見的。Moldcompound孔洞導(dǎo)致一個(gè)更強(qiáng)的超聲波反射信號(hào)，在上面的C-Scan中明亮的區(qū)域(某些樣品中用紅色的圓圈來(lái)表示)第20頁(yè)/共74頁(yè)Dietop

粘晶層表面檢測(cè)科視達(dá)第21頁(yè)/共74頁(yè)分層缺陷位置被紅色標(biāo)識(shí)出來(lái)科視達(dá)樣品一樣品二封裝Dietop分層示例（一）Die上表面，在圖中明亮的區(qū)域表示分層缺陷（圖中的紅色箭頭所指）第22頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝Dietop分層示例（二）樣品三Dietop局部區(qū)域放大圖像明亮的區(qū)域指示出分層缺陷（有很強(qiáng)的超聲波反射信號(hào)），暗的區(qū)域是比較好的結(jié)合區(qū)域。第23頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝Dietop分層示例（二）相位圖像A-Scan窗口明亮的和暗的區(qū)域在中間的A-scan窗口中可見清晰的看到反射波形有一個(gè)180°的相位反轉(zhuǎn)。這主要是由于材料的聲阻抗不同引起的（高的聲阻抗材料到低的聲阻抗材料會(huì)引起相位反轉(zhuǎn)，如由MoldCompuond材料到一個(gè)空氣層就會(huì)發(fā)生相位反轉(zhuǎn)）。使用相位檢測(cè)功能，可以使用特殊的邏輯計(jì)算法則來(lái)自動(dòng)的標(biāo)識(shí)出分層缺陷。如上圖中，分層缺陷用紅色標(biāo)識(shí)。第24頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝Dietop分層示例（三）分層導(dǎo)致了非常強(qiáng)的超聲波反射，在上面的C-Scan圖像中明亮的區(qū)域表示分層缺陷（用紅色箭頭指出）。分層五個(gè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)同的樣品三個(gè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)同的IC三個(gè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)同的IC第25頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝Dietop分層示例（四）無(wú)分層缺陷樣品在分層位置將會(huì)有反射波，因此對(duì)應(yīng)在圖象上會(huì)顯示出比較亮的區(qū)域在邊界上的分層缺陷在頂部的分層缺陷第26頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝Dietop分層示例（五）在Dietop界面上，分層缺陷是上圖中顯示的比較亮的區(qū)域（紅色圓圈指出的部分）在Dietop界面下，分層缺陷（箭頭標(biāo)出）在上圖中顯示的比較暗的區(qū)域，是由于超聲波在分層缺陷界面上所留下的底紋（陰影）第27頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)封裝Dietop分層示例（六）用偽著色和偽3D處理得到的圖像，使得有缺陷的結(jié)構(gòu)得到更強(qiáng)的對(duì)比效果第28頁(yè)/共74頁(yè)LeadFrame

引線框的檢測(cè)科視達(dá)第29頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)引線框的檢測(cè)示例（一）引線框明亮的區(qū)域有很強(qiáng)的超聲波反射，指示出分層缺陷。在旁邊的孔式結(jié)構(gòu)是清晰可見的。右上角的一處裂紋被檢測(cè)到。在右側(cè)的兩幅偽3D圖像中，分層缺陷有更加清晰的對(duì)比，在右下的偽著色的3D圖像中，分層缺陷用紅色標(biāo)識(shí)出。裂紋

分層孔式結(jié)構(gòu)第30頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)引線框的檢測(cè)示例（二）分層導(dǎo)致了很強(qiáng)的超聲波反射，在上面的C-Scan圖像中明亮的區(qū)域表示分層缺陷（用紅色箭頭標(biāo)識(shí)）分層分層分層第31頁(yè)/共74頁(yè)P(yáng)lasticEncapsulated

IntegratedCircuits

塑封集成電路科視達(dá)PackageType：PLCC,PQFP,SOIC,TQFP,TSOP,PAKs檢查的失效類型：Non-bondedinterfacesDietiltorcuppingorcarcksPorousdieattachDelaminationsLackorinsufficientdieattachMoldingcompoundvoidsPackagecracks(Popcorning)LeadframedelaminationEncapsulantmaterialcharacterization第32頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)IC研究分層使用相位檢測(cè)功能，上圖中的紅色區(qū)域表示有分層缺陷第33頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)連接線的分層Bonding線相位檢測(cè)圖像圖像尺寸：20.3mm×15.7mm在左圖中，明亮區(qū)域指示出分層缺陷。在右側(cè)的使用相位檢測(cè)功能得到的圖像中，這些分層缺陷自動(dòng)用紅色標(biāo)識(shí)出。A-Scan窗口第34頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)X-Scan掃描方式對(duì)樣品不同層面的觀察3com_3b.bmp3com_g2.bmpX-Scan掃描模式可以一次同時(shí)掃描樣品的不同層面，從而可以完整地觀測(cè)到樣品內(nèi)部缺陷，如分層缺陷在不同層面上的分布情況第35頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)器件內(nèi)部不同層面的超聲波圖象Connectingwires連接線第36頁(yè)/共74頁(yè)FlipChip

倒裝焊芯片的檢測(cè)科視達(dá)PackageType：Flipchips,Flip-on-board,Flip-on-flex檢查的失效類型：UnderfilldelaminationUnderfillvoidingUnderfillmaterialcharacterizationSolderjointvoidingSolderjointdelaminationSolderjointcrackingDiecrackingFillerparticledensitydistribution第37頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)Hkgut1.bmp放大的圖象壓焊點(diǎn)的情況可以通過(guò)超聲波反射波來(lái)檢測(cè)?！蜃髨D中有缺陷的壓焊點(diǎn)用綠色圓圈標(biāo)識(shí)出來(lái)?！蛴覀?cè)的圖像局部放大并著色后，可以看到壓焊點(diǎn)的更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。壓焊點(diǎn)的壓焊質(zhì)量分析（一）第38頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)壓焊點(diǎn)的壓焊質(zhì)量分析（二）分層缺陷區(qū)域可以被自動(dòng)標(biāo)識(shí)出來(lái)（圖中藍(lán)色所標(biāo)識(shí)的區(qū)域）第39頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)壓焊點(diǎn)的壓焊質(zhì)量分析（三）使用偽著色和3D圖像處理，可以更加清晰的看到Bond界面的分層缺陷，圖中用紅色表示分層缺陷第40頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)濾波功能增強(qiáng)圖像對(duì)比度（一）明亮區(qū)域?yàn)榉謱尤毕莶捎貌煌臑V波功能可以提高判別分層缺陷或其他結(jié)構(gòu)的圖象的對(duì)比度第41頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)濾波功能增強(qiáng)圖像對(duì)比度（二）采用不同的濾波功能可以提高判別分層缺陷或其他結(jié)構(gòu)的圖象的對(duì)比度明亮區(qū)域?yàn)榉謱尤毕莸?2頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（一）分層使用偽著色功能，甚至能很好的顯示出更深層的結(jié)構(gòu)信息放大圖像第43頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（一）分層裂紋使用專用的圖像濾波方法，可以使裂紋更加清晰的顯示出第44頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（二）分層放大圖像放大圖像第45頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（三）MoldcompoundBondingwires,leadframe尺寸：29.7mm×16.3mm孔洞和不均勻性用紅色圓圈及箭頭標(biāo)識(shí)出來(lái)尺寸：29.7mm×16.3mm明亮的區(qū)域指示出分層缺陷（詳細(xì)分析見下頁(yè)）孔洞不均勻A-Scan波形第46頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（三）下圖是使用相位檢測(cè)圖像在使用相位檢測(cè)得到的圖像中，分層是用紅色標(biāo)識(shí)的。一些裂紋也能被觀察到（圖中用紅色箭頭標(biāo)識(shí)）。在上面的高通濾波圖像中，一些更精細(xì)的結(jié)構(gòu)能被觀察到（如裂紋是清晰可見的）。裂紋裂紋高通濾波圖像sampleB_x2_pt80_back_mag_hpf.bmp圖像尺寸：10.9mm×10.6mm第47頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（四）明亮的區(qū)域表示Bond間的分層缺陷。分層缺陷導(dǎo)致了很強(qiáng)的超聲波反射，對(duì)應(yīng)到左面的C-Scan圖像中的明亮的區(qū)域（用紅色箭頭標(biāo)識(shí)）第48頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)FlipChip的分層缺陷（五）分層缺陷導(dǎo)致了很強(qiáng)的超聲波反射，對(duì)應(yīng)到上面的C-Scan圖像中明亮的區(qū)域（用紅色箭頭標(biāo)識(shí)）第49頁(yè)/共74頁(yè)BallGridArrays

BGA檢測(cè)科視達(dá)PackageType：PBGA,BGA,SuperBGATM,TEBGATM,TBGATM,MBGATM,TapeBGATM,FPBGATM檢查的失效類型：Non-bondedinterfacesDietileorcuppingorcracksPorousdieattachDelaminationsLackorinsufficientdieattachExcessivefilletheightordieattachmaterialMoldingcompoundvoidsPackagecracksSoldermaskor“l(fā)eadfinger”disbondingDelaminationwithinthesubstrateEncapsulantmaterialcharacterization第50頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)無(wú)分層缺陷的樣品有分層缺陷的樣品(紅色箭頭所標(biāo)識(shí))分層BGA分層缺陷（一）第51頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)BGA分層缺陷（二）左面四幅圖是使用X-Scan掃描生成的，表示BGA樣品內(nèi)部的不同層面。在左上圖中用紅色箭頭標(biāo)識(shí)的是填充物與Die之間的分層缺陷，發(fā)生在Die的上表面；在左下圖中，紅色箭頭標(biāo)識(shí)的是Die與附著材料之間的分層缺陷，發(fā)生在Die的下表面；第52頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)BGA分層缺陷（三）分層缺陷導(dǎo)致了很強(qiáng)的超聲波反射。左面中Die的上表面與填充物有分層缺陷（用紅色箭頭標(biāo)識(shí)）第53頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)采用偽著色方法，可以使圖象細(xì)部結(jié)構(gòu)的對(duì)比度增強(qiáng)能清晰展現(xiàn)細(xì)部結(jié)構(gòu)的著色方式第54頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)無(wú)缺陷的BGA樣品第55頁(yè)/共74頁(yè)SMDExample

其他方面的檢測(cè)科視達(dá)PackageType：Ceramicmonolithicmulti-layeredchipcapacitorsDiscoidialceramiccapacitors0201sizedcapacitororlarger檢查的失效類型：DelaminationsMicro-delaminationsTerminationdelaminationsKnit-linedelaminationsVoidsElongatedvoidsCracksChipoutsMicro-porosity第56頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)SMD電容（一）原始的C-Scan圖像反轉(zhuǎn)的C-Scan圖像粘和不充分的區(qū)域?qū)е铝朔浅?qiáng)的超聲波反射。在原始的C-Scan圖像中明亮的區(qū)域或在反轉(zhuǎn)的C-Scan圖像中灰暗的區(qū)域。使用特殊的圖像處理處理方法（如濾波、著色）能計(jì)算出不好的粘和區(qū)域的比率和面積。粘和不充分使用不同的濾波功能附著物/雜質(zhì)第57頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)SMD電容（二）分層缺陷孔洞分層缺陷導(dǎo)致了非常強(qiáng)的超聲波反射。在上圖中明亮的區(qū)域表示分層缺陷（紅色箭頭所標(biāo)識(shí)）；在第一個(gè)和第四個(gè)樣品中存在著孔洞缺陷（濾色箭頭所標(biāo)識(shí)）第58頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)SMD電容（三）分層缺陷用紅色橢圓表示，空洞用綠色矩形表示，裂紋用蘭色箭頭表示第59頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)SMD電容（四）左邊灰色區(qū)域反映了結(jié)合層粘合不是非常緊密圖中黑點(diǎn)（紅色箭頭僅表示出部分黑點(diǎn)）是被檢測(cè)樣品中的氣泡、空洞或分層缺陷第60頁(yè)/共74頁(yè)Hybrids,PowerDevicesandMulti-ChipModulesExample

混合封裝的檢測(cè)科視達(dá)PackageType：MCMs,PowerPAK,Hybrids檢查的失效類型：HeatsinksolderbondintegritySubstratebondintegrityDiebondintegrityLidsealbondqualityDiecracksInsufficientsoldermaterialExcessivesolderreflowSealintegrity第61頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)Hybrid樣品左圖中混合封裝的器件種類比較多，尺寸高低也存在差異，該樣品無(wú)明顯缺陷；右圖中紅色圓圈表示分層缺陷，綠色矩形框表示粘和的不緊密第62頁(yè)/共74頁(yè)科視達(dá)電子設(shè)備分層上的空洞空洞導(dǎo)致非常強(qiáng)的超聲波反射，對(duì)應(yīng)到上圖中明亮的區(qū)域（用紅色圓圈標(biāo)識(shí)）第63頁(yè)/共74頁(yè)Ceramics

陶瓷檢測(cè)科視達(dá)PackageType：AluminumOxide,BerylliumOxide,LTCC,PZT檢查的失效類型：BubblingCrackingNon-bondedlayers第64頁(yè)/共74頁(yè)