在不破坏设备的情况下在CSP上执行可靠性认证测试

白皮书

系统小型化,特别是在手机市场,正在推动其发展 先进的包装技术 适用于6毫米(mm)或更薄的产品。 遗憾的是,传统的环氧树脂塑料封装不足以构建这些极薄的智能手机和其他移动设备,因为它们的占地面积比它们所容纳的芯片高出6倍。

手机和其他手持和可穿戴电子产品的首选解决方案是芯片级封装(CSP),它们与芯片尺寸相同,本身

手机和其他手持设备的首选解决方案 可穿戴电子产品 是芯片级封装(CSP),它们本身与芯片尺寸相同。 CSP使用焊球直接连接到电路板。 不幸的是,使CSP如此吸引人的尺寸优势也使它们易碎并且在处理过程中易受损坏。 这就需要新的方法来鉴定设备,以便在失效可靠性鉴定之前理解,筛选故障,而不是在用于筛选它们的过程中引入。

这是“进入”,将工业转移到更加脆弱的包装上

今天,iPhone 7.6的智能手机技术发展水平为5mm,与之前分别为4mm和4 mm厚的iPhone 8.8S和iPhone 9.5相比。 由于电池和屏幕不会缩小,因此必须减小封装和基板的尺寸,以实现这些薄型产品型材,从而推动了CSP的发展。

套餐越来越小,因此资格挑战越来越大。

套餐越来越小,因此资格挑战越来越大。 研究公司Prismark的Brandon Prior表示,Apple 5S是第一款在50mm间距上使用0.4μm线/间距(L / S)和CSP的移动设备。 Prismark预测,28将超过0.4百分比的CSP和晶圆级CSP(WLCSP)将达到2018mm或更低。 高通公司封装工程高级总监Steve Bezuk在3月2014的IMAP设备封装大会上讨论了封装挑战,他说,虽然2000后期的封装很少是WLP,但现在这一类别占IC封装的近一半。

同时,CSP基板变得更薄。 服务于制造供应链的SEMI全球行业协会表示,当今领先的CSP基板具有15微米(μm)线和空间,并且正朝着更精细的线和空间发展,因此它们可以处理≤110μm的精细凸点间距。 在题为“全球半导体封装材料展望 - 2013-2014”的报告中,SEMI表示,基板供应商的目标是5μm线和空间,以及40中构建层直径的2015μm。 该报告称,核心层采用12μm线和空间制造,通孔小至50μm,捕获焊盘小至110μm。

这些及相关趋势继续使CSP越来越难以处理,甚至在资格认证过程之前和期间更容易受到损害。 一般来说,CSP 可靠性资格 过程必须解决四个关键问题:处理; 进出质量控制(IQC / OQC); 套接; 和无偏压力测试。

处理 - CSP中原始且非常脆的暴露硅材料在处理过程中容易受到应力开裂。 这会在硅基质中产生缺陷,这会导致所产生的裂缝随着各种鉴定过程的额外应力而传播。 例如,这些和其他动力学使得难以区分由资格相关的压力测试引起的CSP故障和在处理期间早先引起的故障。 对于大量消费者智能手机和其他移动设备而言,问题变得更加具有挑战性,而且薄型产品配置文件的价格也越来越高。

IQC / OQC - 该过程难以实现并且成本高昂,因此必须通过技术人员的适当培训进行目视检查。 度量通常是一个问题,需要定制规范才能优化给定设备的筛选效率。

无偏压力测试 - 无偏压力测试包括预处理湿度敏感性,回流焊,高温储存(HTS),温度循环测试(TMCL)和高加速应力测试(uHAST)。 这些测试对于非CSP来说相对简单,因为它们更大,质量更大,更不易碎。 但是,如果与CSP使用相同的步骤,则通常会导致设备损坏。 解决这个问题需要在这些无偏压力测试期间选择保护CSP的解决方案,包括使用载体和其他定制夹具,并提供如何使用它们的培训。

压力测试期间的套接字 - 零件不仅必须通过无偏压力测试,还必须通过偏置测试,包括偏置压力测试和偏置可靠性鉴定测试,其中部件通电和运行。 偏差测试可包括高温工作寿命(HTOL),高温循环,早期故障率(EFR)和老化。 在偏置测试期间,一部分通常进入插座,插座与电路板进行电气连接,作为将部件焊接到电路板上以进行这些测试的替代方案。 这需要使用插座或在某些情况下使用专门设计的子卡。 测试可能包括高温工作寿命测试,以及其他测试的偏差版本。 这确保了在测试后可以更容易地移除部件; 然而,在不损坏插座的情况下将部件放入和插出插座仍然具有挑战性。

解决问题

解决这些挑战的方法是在需要时应用a)专业流程,b)载体和其他定制夹具作为插座和子卡的替代方案,以及c)涵盖资格认证过程所有方面的操作员培训。

专业流程 - 最重要的是实施100%顶部和底部目视检查,以便在开始压力测试之前筛选出损坏的部件。 EAG与多个客户就定制的顶部和底部检测规范进行了合作,这些规范侧重于如何测量尺寸以优化筛选效果。 任何遗漏的设备都会使整个批次无效,因此关键是在对部件施加压力之前对其进行筛选,以便使用有效的样本数量。

选择插座,子卡和自定义灯具 - 对于偏置的压力测试,重要的是在插座之间做出正确的选择,并且越来越多地选择专门设计的子卡,这需要在设计老化和HTOL / HAST板时使用插座和子卡方法的经验。 对于不需要为部件供电的无偏压力测试,通常需要定制的固定装置称为载体。

定制的载体可保护CSP在处理过程中免受损坏。

定制的载体可保护CSP在处理过程中免受损坏。

EAG已经在压力测试中试验了各种载体材料和结构,以保护CSP,包括带有盖子的小篮子或覆盖设备的“大礼帽”,使其不会碰撞,吹拂或以其他方式受到冲击和损坏。 材料对于保护CSP很重要,因为载体也暴露在极端环境条件下。 另一个挑战是创建一个足够大的载体,以便CSP在插入和移除时不会受到损坏但又不会大到可以在内部移动并变得破裂。 每个运营商都可以容纳240部件,并且是设备独有的,并且是根据CSP的正确尺寸定制设计的。

定制的载体可保护CSP在处理过程中免受损坏。

EAG设计了一种专利载体,其中包括一个“顶帽”,覆盖设备以优化处理过程中的保护。

操作员培训 - 需要对包括如何正确执行检查,要查找的缺陷类型以及如何处理零件(如果需要)以尽量减少损坏等问题进行培训。 如果在偏置压力测试期间使用套接字,则还需要对如何将CSP插入插槽并安全移除它们进行培训。 如果实施定制装置,还需要对其进行培训。 任何参与CSP资格认证过程的员工都需要接受培训,最有价值的培训通常在工作中。 EAG经历了大量的反复试验,以获得适用于大多数情景的最佳实践,包括开发最有效的筛选流程,载体和其他元素。

CSP资格认证的最佳实践

EAG在相当长的一段时间内帮助客户获得CSP资格认证,因此,已经建立了许多最佳实践。 虽然没有两个挑战是完全相同的,但是必须解决一再出现的问题。

例如,移动设备的主要芯片供应商在压力测试期间遇到了高水平的损坏问题。 资格批次在多步骤过程中的未知点无效,要求客户重新开始。 由此产生的延迟特别成问题,因为在具有极其敏感的发射周期的行业中达到里程碑的压力。

分析表明,问题起源于装配厂的上游,装配厂正在切割和撞击装置。 这些装置由于零件处理不当而出现裂缝。 解决方案是对装配厂的输出设备进行检查,包括100%顶部和底部目视检查。 EAG启动了这一视觉检查过程,揭示了装配厂问题的根源。 然后,EAG在客户现场对操作员的类型进行培训,并为持续检查提供指导。 在完成这些步骤后,客户现在能够在压力测试开始之前筛选出100百分比的损坏部件。 由于当今多层半导体供应链的动态,解决这类问题变得越来越重要。

在另一个示例中,制造用于消费电子设备的IC的客户在无偏压力测试期间遇到CSP破裂和气流设备的影响的问题。 尽管气流非常小,但是当它们被移动时,导致大约20百分比的被测部件被损坏,使整个筛选批次无效。 EAG设计了一种获得专利的定制夹具,可以正确固定设备,从源头上消除问题。

结论

解决CSP资格挑战需要在各种客户和情况下遇到许多复杂问题的经验。 最佳实践需要使用专门的工艺,正确选择插座,子卡或定制夹具(包括用于插入偏置测试插座的专用载体),以及训练有素的设备操作员和检测技术人员。 通过正确的实施,在很多方面应该有少于8百分比的“后果”,确保在复杂的CSP资格认证过程中,在上游或下游的任何点都不会使批次无效。

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