結合獨特X光檢測架構與AI演算法的先進封裝元件線上檢測設備

作者 : Brennan Peterson, Director of Strategic Marketing, SVXR Inc.

2013年成立於美國矽谷的半導體檢測設備領域新秀SVXR,以X光原理為基礎、應用人工智慧及機器學習的技術,開發了「高解析度──全自動化X光檢測」(HR-AXI)的全新解決方案,可帶來與現有傳統X光檢測設備完全不同的特性與優勢,除了100%支援線上檢測,速度也大幅提升100倍。

為了延續摩爾定律(Moore’s Law)的壽命,晶片業者除了繼續在半導體晶圓製程技術上尋求突破,也藉由採用2.5D與3D架構的先進封裝以實現在單一元件上整合更多功能;新一代封裝形式不僅結構複雜,製程本身就是在技術的一大挑戰,同時也為檢測流程帶來了新考驗──如何滿足緊湊的產品上市時程,且快速而精確地完成元件缺陷偵測,以提升良率並降低整體生產成本?這應該是所有先進半導體元件設計/製造廠商都想知道的答案。

有鑑於先進封裝元件對於專屬檢測技術越來越高的需求,2013年成立於美國矽谷的半導體檢測設備領域新秀SVXR (Silicon Valley X-ray, 美商矽睿科技),以X光原理為基礎、應用人工智慧及機器學習的技術,開發了「高解析度──全自動化X光檢測」(High resolution – Automated X-ray Inspection,HR-AXI)的全新解決方案,可帶來與現有傳統X光檢測設備完全不同的特性與優勢,除了100%支援線上檢測(in-line inspection),速度也大幅提升100倍。

SVXR的檢測方案不僅採用了獨特的設備硬體架構與探測器設計,並應用獨有X光濾波技術,低劑量使用下但仍提供高解析影像,實質上可減少在高敏感度半導體元件的不良影響。此外更重要的是,SVXR在軟體方面導入了人工智慧(AI)機器學習(ML)演算法,能提供快速、可重複的大數據分析以即時偵測缺陷,並將結果數據視覺化以提供半導體工程師研判製程問題所在。

一般支援非破壞性檢測的傳統X光檢測儀器為依據人眼辨識來判讀影像,並需透過拍攝多張圖片才得以呈現元件的完整性,業界普遍透過線上操作員來判定缺陷位置,由於人為誤差或是個人經驗不同,常產生誤判結果;再者,因為使用點光源 (point source),視野小、X光源距離的限制下使得待測物尺寸也受限。HR-AXI技術則是具備大功率X光源、能實現16位元高解析度(65,536灰階)的獨家成像技術,只需要單張圖片就可產生供機器視覺判別的灰階影像,由於人眼對於灰階的辨別率,約莫只有一百多個色階的能力,因此在灰階影像處理的能力上,電腦效能優異於人眼,而且視野大(12×18mm),待測樣品的尺寸最大可達到380×400mm。

「採用HR-AXI技術的X200™可說是業界少數成功將AI技術導入後段製程的檢測設備;」 SVXR營運長Scott Jewler表示,AI演算法在前段製程晶圓檢測設備上已經很常見,但在後段封測製程線上檢測設備中的運用,SVXR可說是封測業界成功先驅之一。

SVXR的X200™結合電腦視覺與機器學習,先以機器判讀高速生成的高解析度先進封裝元件樣本結構之X光影像,快速收集如焊點等特徵值,再透過AI訓練來對這些特徵進行量化、詮釋與分類,其中的離群值就代表不同缺陷的可能性。這些數據並能立即轉換為可視化的訊息,包括製程控制所需的各種缺陷圖、量測統計等等,讓半導體業者能藉由AI的判別提升資訊讀取速度,提升先進封裝元件的良率,也因而降低產品報廢或出廠瑕疵可能帶來的高昂成本。

無論是硬體或軟體,該公司的菁英研發團隊是實現這一切獨家技術優勢的關鍵。「SVXR總部設置於美國矽谷,七年來市場拓展至台灣、韓國、及日本等半導體之主要重鎮;我們成員組成有物理學博士、AI演算法專家、具備豐富半導體設備領域經驗的資深業界人士…;」Jewler表示:「聚集這些頂尖人才、將人工智慧落實於先進封裝檢測技術是非常令人興奮的事。接下來我們除了針對使用者需求優化軟體、介面、使用功能之外,也計劃針對不同的應用市場擴大產品陣容,讓封裝製程的檢測技術及偵測缺陷能力更達高峰。」

而隨著AI與5G領域越來越蓬勃發展,包括高階處理器(CPU/GPU)、高密度3D堆疊記憶體,以及如手機、汽車電子等要求零缺陷的高階模組類產品檢測,這些都會是適用SVXR檢測方案的應用市場。Jewler強調,公司產品優勢著重於快速偵測缺陷,透過機器學習可不斷優化檢測能力,目的在於透過提升後端先進封裝元件測試效率及效能,與業界夥伴共同再把半導體技術的往前推進,一起延續摩爾定律 (more than Moore’s law)。

在區域市場的經營上,作為全球先進半導體元件製造、封測重鎮的台灣當然是SVXR的重要據點之一。曾在前端半導體製程檢測大廠服務25年,現任SVXR台灣區總經理Sam Chao (趙樹勇)表示,目前在台灣的主力客戶包括晶圓代工大廠、封裝測試業者(OSAT),還有記憶體廠商;辦公室設置於竹北科學園區,編制技術工程師提供即時支援與服務,掌握客戶製程需求並密切合作。他並透露SVXR計劃於今年底在台灣成立示範實驗室(demo lab),好讓更多對先進封裝檢測方案有需求的客戶,了解如何充分運用該公司的技術優勢,打造成功的產品。

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