機器を損傷することなくCSPの信頼性認定試験を実施

白書

特に携帯電話市場におけるシステムの小型化は、 高度な包装技術 6ミリメートル(mm)以下の薄さの製品に対応するため。 残念なことに、従来のエポキシプラスチックパッケージは、フットプリント領域が収容するチップの最大6倍であるため、これらの非常に薄いスマートフォンや他のモバイルデバイスを構築するには不十分です。

携帯電話やその他の携帯型ウェアラブル電子製品に最適なソリューションは、チップ自体と同じサイズのチップスケールパッケージ(CSP)です。

携帯電話やその他のハンドヘルド機器に最適なソリューション ウェアラブル電子製品 CSP(Chip Scale Package)は、チップ自体と同じサイズです。 CSPは、はんだボールを使用して回路基板に直接取り付けられています。 残念ながら、CSPを非常に魅力的なものにするサイズ上の利点はまた、それらを脆弱にし、取り扱い中の損傷を受けやすくする。 これは、故障が理解され、信頼性認定を無効にする前にスクリーニングされ、それらをスクリーニングすることを意図したプロセスの間に導入されないように、機器を認定する新しい方法の必要性を生み出した。

これは、壊れやすい包装をもっとするために、業界を動かしている「中」です

今日のスマートフォンの最先端技術は、iPhone 7.6の厚さが5mmです。これは、以前のiPhone 4SとiPhone 4の厚さがそれぞれ8.8mmと9.5 mmであることと比較しています。 電池とスクリーンは縮小されていないので、これらの薄い製品プロファイルを達成するためにはパッケージングと基板ボードのサイズを小さくしなければならず、それがCSPへの移行を促進しました。

パッケージは小型化しているため、認定の課題は大きくなっています。

パッケージは小型化しているため、認定の課題は大きくなっています。 調査会社PrismarkのBrandon Priorによると、Apple 5Sは50 mmライン/スペース(L / S)とCSPを0.4 mmピッチで使用した最初のモバイルデバイスでした。 Prismarkは、CSPおよびウェーハレベルCSP(WLCSP)の28パーセント以上が0.4によって2018mm以下になると予測しています。 クアルコムのパッケージエンジニアリング担当シニアディレクター、Steve Bezuk氏は、2014の3月に開催されたIMAPs Device Packaging Conferenceでパッケージングの課題について議論しました。

一方、CSP基板はさらに薄くなっています。 製造サプライチェーンを担当するSEMIの世界的な業界団体は、今日の最先端のCSP基板は15ミクロン(μm)のラインとスペースを持ち、さらに微細なラインとスペースに向かって移動している。 SEMIは、「Global Semiconductor Packaging Materials Outlook - 110-2013」というタイトルのレポートで、基板メーカーは2014のラインとスペース、および5のビルドアップ層の直径を介した40μmをターゲットにしていると述べました。 レポートによると、コア層は2015µmのラインとスペース、12µmのビアと50µmのキャプチャパッドを使用して製造されています。

これらおよび関連する傾向により、CSPは取り扱いがますます難しくなり、認定プロセスの前および最中にさらに損傷を受けやすくなります。 一般に、CSP 信頼性認定 プロセスは4つの重要な問題に対処しなければならない: 着信および発信品質管理(IQC / OQC) ソケット 公平なストレステスト。

ハンドリング - CSP内の未加工の非常に脆いシリコン材料は、取り扱い中に応力割れを起こしやすくなります。 これは、シリコンマトリックスに不完全性を生じさせる可能性があり、それは、結果として生じる亀裂を様々な認定プロセスの追加の応力と共に伝播させる可能性がある。 これらおよび他の力学は、例えば、資格関連のストレステストによって引き起こされるCSPの失敗と、取り扱い中に早期に引き起こされるものとを区別することを非常に困難にします。 この問題は、大容量のコンシューマ向けスマートフォンやその他のモバイル機器で、また薄型の製品プロファイルに対するプレミアムが高まるにつれて、さらに困難になります。

IQC / OQC - このプロセスは自動化するのが難しく費用がかかるため、適切なトレーニングを受けた技術者による目視検査によって実行する必要があります。 測定基準はしばしば問題となり、与えられた装置のスクリーニング効果を最適化するためにカスタマイズされた仕様を必要とします。

公平なストレステスト - 偏りのないストレステストには、湿気感受性の事前調整、リフロー、高温保存(HTS)、温度サイクルテスト(TMCL)、および高加速ストレステスト(uHAST)が含まれます。 これらのテストは非CSPにとって比較的簡単です。なぜなら、それらはより大きく、より重く、そしてより脆弱ではないからです。 ただし、CSPで同じ手順を使用すると、通常、これがデバイスの損傷につながります。 問題を解決するには、キャリアやその他のカスタム器具を使用し、それらを使用する方法をトレーニングするなど、これらの偏りのないストレステスト中にCSPを保護するためのソリューションを選択する必要があります。

ストレステスト中のソケット - 部品は、偏りのないストレステストだけでなく、バ​​イアスがかかったストレステストやバイアス信頼性認定テストを含むバイアステストもパスしなければなりません。 バイアステストには、高温動作寿命(HTOL)、高温サイクル、早期故障率(EFR)、およびバーンインが含まれます。 バイアス試験の間、部品は一般にソケットに入り、これらの試験のために部品を基板にはんだ付けする代わりに、ソケットが基板に電気的に接続する。 これには、ソケットの使用、または場合によっては特別に設計されたドーターカードの使用が必要です。 テストは高温動作寿命テストから他のテストの偏りのあるバージョンまでの範囲であるかもしれません。 これにより、テスト後に部品をより簡単に取り外せるようになります。 ただし、部品に損傷を与えずに部品をソケットに出し入れするのは、やはり困難です。

問題を解決する

これらの課題を解決するには、a)特殊なプロセス、b)必要に応じてソケットやドーターカードの代わりにキャリアやその他のカスタムフィクスチャ、およびc)認定プロセスのあらゆる側面をカバーするオペレータトレーニングを組み合わせて適用します。

専門プロセス - 最も重要なのは、ストレステストを開始する前に損傷した部品をふるい落とすために、100%上下の外観検査を実装することです。 EAGは、スクリーニングの有効性を最適化するために寸法を測定する方法に焦点を絞った、カスタマイズされた上下の検査仕様について、複数の顧客と協力してきました。 見逃した機器はロット全体を無効にするので、重要なのは部品をストレスにさらす前にスクリーニングして、有効なサンプル量を使用することです。

ソケット、ドーターカード、カスタムフィクスチャの選択 - バイアスストレステストでは、ソケットとドーターカードアプローチの両方を使用したバーンインボードとHTOL / HASTボードの設計経験が必要な、特別に設計されたドーターカードを使用することが重要です。 部品に電力を供給する必要がない偏りのないストレステストでは、キャリアと呼ばれるカスタムフィクスチャがしばしば必要になります。

カスタマイズされたキャリアは、取り扱い中の損傷からCSPを保護します。

カスタマイズされたキャリアは、取り扱い中の損傷からCSPを保護します。

EAGは、ストレステスト中にCSPを保護するためのさまざまなキャリア材料および構造を実験しました。カバー付きの小さなバスケットや、ぶつけたり、吹き飛ばされたり、その他の影響を受けたり損傷したりしないようにデバイスを覆う「トップハット」。 キャリアは極端な環境条件にもさらされるため、材料はCSPを保護するために重要です。 もう1つの課題は、CSPを出し入れするときに破損せず、内側に動き回ってひびが入るほど大きくはないほど十分に大きいキャリアを作成することです。 各キャリアは最大240個の部品を収容でき、デバイスに固有で、正しいサイズのCSP用にカスタム設計されています。

カスタマイズされたキャリアは、取り扱い中の損傷からCSPを保護します。

EAGは、取り扱い中の保護を最適化するためにデバイスをカバーする「シルクハット」を含む特許取得済みのキャリアを設計しました。

オペレータートレーニング - 検査の適切な実施方法、探す欠陥の種類、損傷を最小限に抑えるための部品の取り扱い方法(必要な場合)などの問題についてのトレーニングが必要です。 バイアスストレステスト中にソケットを使用する場合は、CSPをソケットに挿入して安全に取り外す方法についてのトレーニングも必要です。 カスタムフィクスチャが実装されている場合は、その使用方法に関するトレーニングも必要になります。 CSP認定プロセスに関わるスタッフは訓練を受ける必要があります。最も価値のある訓練は一般的に仕事です。 EAGは、最も効果的なスクリーニングプロセス、キャリア、その他の要素の開発など、ほとんどのシナリオに当てはまるベストプラクティスを導き出すために、かなりの試行錯誤を重ねてきました。

CSP認定のベストプラクティス

EAGはかなり前からCSP資格の取得を顧客に支援してきました。その結果、数多くのベストプラクティスを確立しました。 2つの課題はまったく同じではありませんが、解決しなければならない問題が繰り返し発生します。

たとえば、モバイルデバイスの大手チップサプライヤは、ストレステスト中に高レベルの損傷が発生するという問題を抱えていました。 マルチステッププロセスの未知の時点で認定ロットが無効化されていたため、顧客は最初からやり直す必要がありました。 結果として生じる遅れは、極めて敏感な打上げサイクルを持つ業界でマイルストーンを打つというプレッシャーのために、特に問題がありました。

分析によると、この問題はデバイスがダイシングされ衝突していた集会所の上流で発生したことがわかりました。 装置は、部品の不適切な取り扱いから亀裂を示していた。 解決策は、100%の上部および下部の目視検査を含む、組立工場での発信機器の検査プロセスを開始することでした。 EAGはこの目視検査プロセスを開始しました。これにより、組立工場で問題の原因が明らかになりました。 次に、EAGは顧客のサイトで探しているものの種類についてオペレータをトレーニングし、継続的な検査のためのガイドラインを提供しました。 これらのステップを実行した後、顧客はストレステストが始まる前に損傷した部品の100パーセントを除外することができます。 今日の多層半導体サプライチェーンのダイナミクスのため、この種の問題を解決することはますます重要になっています。

別の例では、家庭用電化製品用のICを製造する顧客は、偏りのない応力試験中にCSPのひび割れおよび気流装置の影響によるチッピングの問題を抱えていた。 気流はごくわずかでしたが、テストされた部品のおよそ20パーセントが動かされるにつれて損傷し、スクリーニングロット全体が無効になりました。 EAGは、特許取得済みのカスタムフィクスチャを設計し、デバイスを適切に固定し、問題の原因を排除しました。

結論

CSP資格取得の課題を解決するには、さまざまな顧客や状況にまたがる多数の複雑な問題に関する経験が必要です。 ベストプラクティスでは、特殊なプロセスの使用、ソケットの適切な選択、ドーターカード、またはカスタマイズされた器具(バイアステストソケット挿入用の特殊なキャリアを含む)、および高度な訓練を受けた機器オペレータおよび検査技術者が必要です。 適切な実装では、複雑なCSP認定プロセスのアップストリームまたはダウンストリームのどの時点でもロットが無効化されないように、良好なロットに対して8パーセントの「フォールアウト」未満にする必要があります。

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