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明锐SiP系统级封装产品视觉检查方案
点击:1587来源: 明锐理想科技 作者:明锐理想科技
时间:2023-07-21 16:10:33

随着市场需求的增加和技术的发展,微电子封装逐渐走 向小型化、集成化、低成本,封装形式不断从二维封装向三维 堆叠封装推进。同时,传统摩尔定律的特征尺寸不断接近集 成电路技术的物理极限。简单缩小芯片特征尺寸已不能满足 半导体技术和电子产品开发的需要。系统级封装技术(SiP)已成为从封装技术角度延续摩尔定律的另一条技术路线,越来越受到关注和应用。 


SiP到底是什么?又该如何通过视觉检测保证SiP产品的质量?我们接下来逐步揭晓明锐的SiP视觉检查方案。


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什么是SiP?

SiP模组是一个功能齐全的子系统,它将一个或多个IC 芯片及被动元件整合在一个封装中。此IC芯片(采用不同的 技术:CMOS、BiCMOS、GaAs等)是Wire bonding芯片或Flip chip芯片,贴装在Leadframe、Substrate或LTCC基板上。被 动元器件如RLC及滤波器(SAW/BAW/Balun等)以分离式被 动元件、整合性被动元件或嵌入式被动元件的方式整合在一 个模组中。


当产品功能越来越多,同时电路板空间布局受限,无法再设计更多元件和电路时,设计者会将此PCB板功能连带各 种有源或无源元件集成在一种IC芯片上,以完成对整个产品 的设计,即SiP应用。


SiP带来了什么新的挑战?

与单片集成电路相比,SiP内部复杂的封装结构和各种芯片,元件的组合结构对热应力、机械应力和电磁干扰更加 敏感,容易失效。在循环弯曲、坠落等机械应力的作用下,SiP 的主要失效点集中在焊点位置,特别是当包裹的硬度较大时。SiP产品具有复杂的互连系统。焊点的可靠性与异质材料 之间电气和机械连接的可靠性有关,这在很大程度上决定了 产品的质量。


SiP封装制程按照芯片与基板的连接方式可分为引线键合封装和倒装焊两种。


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如何保证SiP的焊接可靠性?

想要保证SiP产品焊接的可靠性,需要对从基板印刷到 最终键合完成整个过程的每道工序进行检测。

SP(I 型号:明锐Icon):锡膏印刷质量与助焊剂检测

炉前/炉后 AO(I 型号:明锐SD5000):元件贴装质量与键 合区域基板检测

Die Bond & Wire Bond AO(I 型号:明锐SW2000):芯片 贴装与键合质量检测


对于SiP制程中的印刷工艺检测,锡膏厚度最低仅有 20-50μm,焊盘尺寸仅70-200μm,明锐SPI提供了5μm分辨 率的检测方案,以满足高精度检测需求,并可支持数量超20 万焊盘的检测,程序无卡顿。


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另外,焊盘间距越来越小,比较容易产生短路不良,特别是锡丝短路的不良,由于这类不良,锡膏本身的高度偏低,如 果采用全3D检测的方式,基板上的助焊剂或者丝印白线的高 度干扰,很容易造成短路误判,明锐的解决方案是采用3D结 合颜色的方式,将锡膏和丝印线通过颜色和高度多个维度进 行判定,可有效拦截超小间距焊盘间的连锡不良。


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为了管控元件的平整性,不但要把控单一焊盘锡膏的高度,还需要整体把控一个元件的所有焊盘的锡膏高度,明锐开发了共面性检测算法,通过计算锡膏整体平面度,防止虚 焊不良。


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在倒装工艺里,由于焊盘间距越来越小、锡膏厚度越来越薄,锡膏印刷工艺已无法满足SiP工艺要求,部分芯片采用刷助焊剂的方式来直接连接芯片。明锐SPI已研制出一套特 殊光学方案可应对助焊剂检测。


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对于SiP制程中的元件贴装工艺检测,元件尺寸越来越 小,最小可达008004,明锐AO(I 型号:SD5000)提供6μm分 辨率的检测方案,以满足高精度检测需求。对于无焊盘的元件,明锐可以使用元件Mark功能,通过周边特征点进行辅助 定位,定位精度可达10μm以内。


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为了应对SiP封装中多种材质的元件,明锐AO(I 型 号:SD5000)采用六通道程控环形光源,支持多次打光、参数 程序保存,可根据检测需要,灵活搭配光学方案,针对不同不 良采用不同颜色、不同角度的光源,使不良特征更突出,进一 步保证测试效果。


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芯片浮高也是焊接不良的一大来源,但由于芯片表面的 一层氧化硅的透光效果,导致镜面芯片的3D还原是一大难 题,明锐通过激光模块完成镜面元件3D还原与浮高检测,可有效检出20μm的芯片浮高不良。


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无论是倒装焊或者引线键合,都是需要将芯片与基板做连接,因此基板尤其是金手指上的不良会很大程度上影响键算法,可智能识别金手指区域,简化编程;可有效 检出金手指、基板上的划伤、氧化发黄、锡膏污染、破损等不良。


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对于SiP制程中DB & WB段的检测,金线最小可达到 0.6mil,同时布线复杂。明锐WB AOI提供3μm的检测方案, 确保金线检测的高精度要求。通过AI深度学习,完成焊点与 绑线的轮廓切割,从而进行球径、线径测试。并允许自动生成 绑线,仅需要设置第一根线的颜色、大小,以及线数量,便可 自动识别并生成全部一排金线检测窗。


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对于不良品的处理,明锐可以提供打标笔打标或者电子 坐标标定两种方案。


打标笔可以在不良品的特定位置进行打标标定,以指示 员工更快定位到不良点的位置,便于快速进行复判或者其他 处理操作。



子板子坐标标定,是指明锐可以对接Secs/GEM系统,进 行数据上传、前后站位信号对接等工作。即在软件中生成一张坐标图,可读取前站判定的不良信息(如图蓝色格),将不良子板跳过测试;也可将本站判定的不良标定在该坐标图中(如图红色格),实现不良的Mapping标定。


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为推动我国半导体封装测试等领域全面发展,国家相关部门出台了多项具体的政策。我国大型集成电路封测厂商也 在逐渐摸索中,不断提升自身的技术。目前我国集成电路封 测领先的厂商在集成电路封测技术水平方面逐渐与国际看齐。明锐期望在其中能贡献自己一份力量,通过完善光学方案,提升不良检测算法,优化软件计算速度 ,简化编程等方法,为半导体封测提供最优的工业视觉检查方案。

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