Effectuer des tests de qualification de fiabilité sur CSP sans endommager les périphériques

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La miniaturisation des systèmes, en particulier sur le marché des combinés, entraîne le développement de technologies d'emballage avancées pour accueillir des produits aussi minces que 6 millimètres (mm) ou moins. Malheureusement, les emballages en plastique époxy traditionnels sont tout simplement inadéquats pour la construction de smartphones et autres appareils mobiles extrêmement minces, car leur empreinte au sol est jusqu'à 6 fois supérieure à celle des puces qu'ils hébergent.

La solution de choix pour les téléphones cellulaires et autres produits électroniques portables et portables est les paquets de type puce (CSP), qui ont la même taille que les puces elles-mêmes.

La solution de choix pour les téléphones portables et autres ordinateurs de poche et produits électroniques portables Ce sont des paquets d'échelle de puce (CSP), qui ont la même taille que les puces elles-mêmes. Les CSP sont attachés directement aux circuits imprimés à l'aide de billes de soudure. Malheureusement, les avantages de taille qui rendent les CSP si attrayants les rendent également fragiles et susceptibles d’être endommagés lors de la manipulation. Cela a créé un besoin de nouvelles manières de qualifier les périphériques afin que les pannes soient comprises, analysées avant d'invalider la qualification de fiabilité, et non introduites pendant le processus même destiné à les détecter.

THIN IS "IN", DE L'INDUSTRIE VERS UN EMBALLAGE PLUS FRAGILE

Aujourd'hui, l'état d'avancement des smartphones est l'épaisseur 7.6mm de l'iPhone 5, à comparer aux précédents iPhone 4S et iPhone 4 de 8.8mm et 9.5 mm d'épaisseur, respectivement. Étant donné que les batteries et les écrans ne rétrécissent pas, il est nécessaire de réduire la taille des panneaux d’emballage et de substrat afin de réaliser ces profils de produits minces, ce qui a conduit à l’adoption des CSP.

Les colis sont de plus en plus petits, le défi de qualification s'agrandit.

Les packages sont de plus en plus petits, donc le défi de la qualification est de plus en plus grand. Selon Brandon Prior de la société de recherche Prismark, le 5S a été le premier appareil mobile à utiliser une ligne/espace (L/S) de 50 µm et des CSP sur un pas de 0.4 mm. Prismark prévoit que plus de 28 % des CSP et des CSP au niveau des plaquettes (WLCSP) seront à 0.4 mm ou moins d'ici 2018. Le directeur principal de l'ingénierie des packages de Qualcomm, Steve Bezuk, a discuté des défis liés à l'emballage lors de la conférence IMAPs Device Packaging en mars 2014, disant que, alors que très peu de packages à la fin des années 2000 étaient WLP, cette catégorie représente désormais près de la moitié des packages IC.

Pendant ce temps, les substrats CSP deviennent encore plus minces. L'association sectorielle mondiale SEMI au service de la chaîne d'approvisionnement de fabrication indique que les substrats CSP à la pointe de la technologie actuels possèdent des lignes et des espaces 15 micron (µm) et s'orientent vers des lignes et des espaces encore plus fins, leur permettant de gérer un pas de bosse fin de ≤110 µm. Dans son rapport intitulé «Perspectives mondiales des matériaux d’emballage pour semi-conducteurs - 2013-2014», SEMI a déclaré que les fournisseurs de substrats ciblent les lignes et les espaces 5µm, ainsi que 40µm via les diamètres des couches de montage dans 2015. Le rapport indique que les couches centrales sont fabriquées avec des lignes et des espaces 12µm, avec des vias aussi petits que 50µm et des tampons de capture aussi petits que 110µm.

Ces tendances et les tendances connexes continuent de rendre les DSP de plus en plus difficiles à manipuler et encore plus susceptibles d’être endommagés avant et pendant le processus de qualification. En général, le CSP qualification de fiabilité processus doit aborder quatre questions clés: la manipulation; contrôle de qualité entrant et sortant (IQC / OQC); mise en gaine; et des tests de résistance impartiaux.

Maniabilité - Le matériau de silicium brut et très fragile exposé dans un CSP peut facilement subir une fissuration sous contrainte lors de la manipulation. Cela peut créer des imperfections dans la matrice de silicium, ce qui peut entraîner la propagation des fissures sous la contrainte supplémentaire de divers processus de qualification. Ces dynamiques, entre autres, rendent extrêmement difficile, par exemple, la distinction entre les défaillances CSP induites par les tests de résistance liés à la qualification et celles induites plus tôt au cours de la manipulation. Le problème devient encore plus difficile avec les volumes élevés de smartphones grand public et d’autres appareils mobiles et avec la prime croissante accordée aux profils de produits fins.

IQC / OQC - Ce processus est difficile et coûteux à automatiser et doit donc être effectué par inspection visuelle par des techniciens ayant reçu une formation appropriée. Les métriques sont souvent un problème, nécessitant des spécifications personnalisées afin d'optimiser l'efficacité du filtrage pour le périphérique donné.

Tests de stress non biaisés - Les tests de contrainte non biaisés comprennent la sensibilité à l'humidité, le reflux, le stockage à haute température (HTS), les tests de cycle de température (TMCL) et le test de contrainte hautement accéléré (uHAST) avant le conditionnement. Ces tests sont relativement simples pour les non-DSP, car ils sont plus volumineux, plus massifs et moins fragiles. Si les mêmes procédures sont utilisées avec les CSP, cela entraînera généralement des dommages au périphérique. Résoudre le problème nécessite de choisir des solutions pour protéger le CSP lors de ces tests de contrainte non biaisés, notamment d'utiliser des supports et d'autres montages personnalisés, et de dispenser une formation sur la façon de les utiliser.

Socketing Pendant le test de stress - Les pièces doivent non seulement passer des tests de résistance non biaisés, mais également des tests biaisés, notamment des tests de contrainte biaisés et des tests de qualification de la fiabilité des biais, dans lesquels la pièce est sous tension et exercée. Les tests biaisés peuvent inclure la durée de vie opérationnelle à haute température (HTOL), le cycle à haute température, le taux d'échec précoce (EFR) et le rodage. Lors des tests avec polarisation, une partie passe généralement dans une prise et cette dernière établit la connexion électrique avec la carte, au lieu de souder des pièces à une carte pour ces tests. Cela nécessite l'utilisation de sockets ou, dans certains cas, de cartes filles spécialement conçues. Les tests peuvent aller des tests de durée de vie en fonctionnement à haute température aux versions biaisées d’autres tests. Cela garantit que les pièces peuvent être retirées plus facilement après les tests; Cependant, il peut toujours être difficile d'obtenir les pièces dans et hors de leurs douilles sans les endommager.

Résoudre le problème

La solution à ces problèmes consiste à appliquer une combinaison de: a) processus spécialisés, b) des supports et d’autres montages personnalisés comme alternative aux sockets et aux cartes filles, le cas échéant, et c) une formation des opérateurs couvrant tous les aspects du processus de qualification.

Procédés spécialisés - Le plus important est de mettre en œuvre une inspection visuelle 100% en haut et en bas, afin de filtrer les pièces endommagées avant le début du test de contrainte. EAG a collaboré avec plusieurs clients sur des spécifications d'inspection personnalisées haut et bas, axées sur la manière de mesurer les dimensions afin d'optimiser l'efficacité du dépistage. Tout appareil manquant invalidera le lot entier. Il est donc essentiel de filtrer les pièces avant de les soumettre à un stress, de manière à utiliser une quantité d'échantillon valide.

Sélection de sockets, cartes filles et accessoires personnalisés - Pour les tests de contrainte biaisés, il est important de faire le bon choix entre les sockets et, de plus en plus, avec une carte fille spécialement conçue, ce qui nécessite de l'expérience dans la conception de cartes burn-in et HTOL / HAST avec des approches de socket et de carte fille. Pour les tests de contrainte non biaisés lorsque la pièce n'a pas besoin d'être alimentée, des montages personnalisés appelés supports sont souvent nécessaires.

Les transporteurs personnalisés protègent le CSP des dommages lors de la manutention.

Les transporteurs personnalisés protègent le CSP des dommages lors de la manutention.

EAG a expérimenté une variété de matériaux et de structures de support pour protéger les CSP lors des tests de résistance, notamment des petits paniers avec couvercles ou un «haut-de-forme» recouvrant le dispositif afin qu'il ne soit ni heurté, ni soufflé ni endommagé. Le matériau est important pour protéger le CSP car le transporteur est également exposé à des conditions environnementales extrêmes. Un autre défi consiste à créer un support suffisamment grand pour que le CSP ne soit pas endommagé lors de son insertion et de son retrait, mais pas si grand qu'il puisse se déplacer à l'intérieur et se fissurer. Chaque transporteur peut contenir un maximum de pièces 240 et est unique en son genre et conçu sur mesure pour la taille correcte du CSP.

Les transporteurs personnalisés protègent le CSP des dommages lors de la manutention.

EAG a conçu un support breveté qui comprend un «chapeau haut de forme» qui recouvre le dispositif pour optimiser la protection lors de la manipulation.

Formation des opérateurs - Une formation est nécessaire sur des sujets tels que la manière d'effectuer correctement l'inspection, les types de défauts à rechercher et la manipulation des pièces (si nécessaire) afin de minimiser les dommages. Si des prises sont utilisées lors de tests de tension biaisés, une formation est également nécessaire sur la manière d'insérer des CSP dans les prises et de les retirer en toute sécurité. Une formation sera également nécessaire sur l'utilisation des installations personnalisées si elles sont mises en œuvre. Tout le personnel impliqué dans le processus de qualification CSP devra être formé, et la formation la plus précieuse est généralement au travail. EAG a procédé à de nombreux essais et erreurs afin de dégager les meilleures pratiques applicables à la plupart des scénarios, notamment en développant les processus de filtrage, les transporteurs et les autres éléments les plus efficaces.

MEILLEURES PRATIQUES EN QUALIFICATION CSP

EAG aide les clients à qualifier CSP depuis un certain temps et a par conséquent mis en place un certain nombre de meilleures pratiques. Bien qu'il n'existe pas deux défis identiques, il y a des problèmes récurrents à résoudre.

Par exemple, un important fournisseur de puces pour appareils mobiles avait un problème avec un niveau élevé de dommages lors de tests de contrainte. Les lots de qualification ont été invalidés à un moment inconnu du processus en plusieurs étapes, ce qui a obligé le client à tout recommencer. Les retards qui en ont résulté ont été particulièrement problématiques en raison de la pression exercée pour franchir des étapes importantes dans un secteur caractérisé par des cycles de lancement extrêmement sensibles.

L’analyse a montré que le problème avait son origine en amont dans une maison de montage où les appareils étaient découpés en morceaux et endommagés. Les appareils présentaient des fissures dues à une mauvaise manipulation des pièces. La solution consistait à mettre en place un processus d’inspection des appareils sortants dans l’atelier d’assemblage, y compris une inspection visuelle du haut et du bas 100%. EAG a lancé ce processus d'inspection visuelle, qui a révélé la source du problème à la salle de montage. EAG a ensuite formé les opérateurs sur le site client aux types de choses à rechercher et leur a fourni des directives pour une inspection continue. Après avoir mis en place ces étapes, le client est maintenant en mesure de filtrer le pourcentage de pièces endommagées 100 avant le début des tests de résistance. La résolution de ce type de problème est de plus en plus importante en raison de la dynamique de la chaîne d'approvisionnement multiniveaux en semi-conducteurs.

Dans un autre exemple, un client qui fabrique des circuits intégrés pour des dispositifs électroniques grand public rencontrait des problèmes de fissuration et de déchiquetage de CSP dus aux effets des équipements à flux d’air au cours de tests de contrainte non biaisés. Bien que le débit d'air soit très mineur, il causait environ X pour cent des pièces testées à être endommagées lors du déplacement, annulant ainsi la totalité du lot de filtrage. EAG a conçu un dispositif personnalisé breveté permettant de sécuriser correctement les périphériques, éliminant ainsi le problème à la source.

CONCLUSION

Résoudre les problèmes de qualification CSP nécessite de l'expérience dans la résolution de nombreux problèmes complexes concernant une grande variété de clients et de situations. Les meilleures pratiques nécessitent l’utilisation de processus spécialisés, le choix approprié de sockets, de cartes filles ou d’appareils personnalisés (y compris des supports spécialisés pour l’insertion biaisée de sockets d’essai), ainsi que des opérateurs et des techniciens d’inspection hautement qualifiés. Avec la bonne implémentation, il devrait y avoir moins de 8% de «retombées» sur un bon lot, garantissant qu'aucun lot ne sera invalidé à aucun moment en amont ou en aval du processus de qualification complexe du CSP.

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