半導體浪潮再起──先進IC封裝製程需要更全方位的檢驗技術

作者 : Jojo Chang & Shinji Li,SVXR Marketing

IC尺寸不斷縮小之下,靠著傳統的人工抽樣檢測以及統計過程控制(SPC)偵測缺陷的方式,早已無法滿足偵測高階晶片缺陷的需求。

2020年全球爆發COVID-19疫情之下,虛擬、線上的商業經營需求也隨著後疫情時代不斷上升;接連帶動資料中心、雲端運算、及伺服器等5G、AI晶片銷售的成長。再加上台灣疫情控制得當,國際市場轉向至台灣半導體業者合作,帶動了整體半導體產業的持續發展。除了晶圓製程的日漸成熟之外,當晶片出產後,封裝測試則成為確定晶片可靠度和良率的後端製程保衛戰。

其中,異質整合晶片技術將扮演著舉足輕重的地位,將多種不同的電子元件透過2.5D或是3D等空間設計,堆疊並整合在單一晶片中以解決現在裝置對於輕薄上的需求,但這也考驗著先進封裝業者在偵測缺陷上面的速度及能力。

IC尺寸不斷縮小之下,靠著傳統的人工抽樣檢測以及統計過程控制(SPC)偵測缺陷的方式,早已無法滿足偵測高階晶片缺陷的需求。美商矽睿科技(Silicon Valley X-ray‵,SVXR)面對這樣的市場需求,推出了全世界第一款全在線X光線檢測系統 – X200™,可達到100%的檢測功能。結合了獨家S3硬體架構、以機器學習為架構的Hawk-I™ 數據分析引擎、加上電腦視覺技術,能自動且快速檢測先進IC封裝中錫球的缺陷,包含橋接、冷焊、空洞以及偏移或缺失的焊料。透過使用最新的機器學習技術,來排除線上作業員審查的主觀性,測試樣式包含了晶圓級封裝、200mm和300mm晶圓、面板(Panel)、帶狀(strips)和獨立單元(Unit),可大幅提高良率以及效能表現。

獨家S3架構,增加100倍的檢測速度

X光源使用於半導體檢測系統上並非新創。但有別於一般點光源檢測設備的硬體設計,SVXR 的S3架構專利設計結合了獨家開發的高功率X光源調整檢測樣品放置位置與光源及檢測器的距離,來達到高速、高靈敏度的成像技術。這樣的硬體架構設計,可協助效能表現達到16位元、> 2千萬像素、視野範圍 (Field of View) 可大於200mm2 。在解析度為5微米時,每小時可運作大於100,000 mm2 ,比起一般X光檢測系統的速度高達100倍。

 

 

S3架構設計,有以下五大功能特點:

  • 高速
  • 高靈敏度
  • 單一影像缺陷偵測
  • 高解析度之寬視野範圍
  • 低劑量可避免對動態隨存記憶體 (DRAM)/高頻寬記憶體(HBM)的損害

X光檢測技術最佳化,滿足成像速度及解析度兩大要件

當X光使用於先進的影像處理時時,必須考慮在解析度、劑量、速度上面作取捨。劑量是現行市面上X光檢測設備的技術瓶頸,歸因於X光之物理屬性,高劑量容易造成高感度IC的損害,所以目前市場有的X光檢測系統皆採用低劑量來避免損害,但檢測速度慢、解析度也不佳,也就是說,使用者必須在解析度和速度兩個功能上做取捨。  但美商矽睿的S3架構針對X光的先天物理屬性設計出獨家設備架構及濾波片,可大幅減少高感度IC的損害。

 

 

 

人工智慧的Hawk-I™ 數據分析引擎,大幅減少人為判斷上的錯誤

以往傳統的缺陷偵測方式,為透過線上操作者藉由人眼判別及個人經驗來判斷是否有缺陷,這樣的方式在長達八小時的工作之下,將無法避免因眼睛疲勞而衍伸之相關問題,同時也因人員替換、接手的過程失去客觀性的判斷。X200™具備獨家的擷取影像的S3架構之外,並具備Hawk-I™ 數據引擎搭載著人工智慧以及機器學習的多重演算法,藉由不斷擷取及採集的資料集,機器將自動學習並轉換為分析、偵測功能的比對數據並做缺陷分類,進而透過持續不斷的檢測過程及數據累積,可大幅提升偵測缺陷的正確性跟可靠度,提供最佳化的結果。

在計量學的方法使用上,可做到毫米級的識別力跟精確度,舉凡基本的高度、周長、象限、到複雜的X/Y斜率,外部均值/方差都可精準的辨識。

 

 

電腦視覺檢閱判圖工具,可清楚呈現缺陷類別及位置

有著先進的成像技術以及機器學習的資料收集,更需要透過電腦視覺來協助線上工作人員判讀缺陷。Hawk-I™ 的另一個獨家功能為透過多種不同的數據採集,可呈現不同的讀取報告,包含多重圖現、接點級(Bump Level)數據報告,可靈活應用並處理任何種類的樣品。

 

透過Hawk-I™上色的圖像,可直接表示缺少或多餘的材料,可直接判別空隙、橋接及冷焊的缺陷。

 

缺陷報告可為晶圓級或帶狀級的晶圓圖,並包括故障和警告標準,可將晶圓級統計控制提高到新水準。

 

近期因半導體IC上的大量需求,已有不少封裝業者表示,先進封裝技術在下一個十年將在整體半導體產業上將扮演舉足輕重的地位,業者除了產線的擴增之外,在封裝技術上必須在效能、價格、以及多維度應用及密度上不斷的突破。在追求高速度、高效能的半導體產業,X200™ 檢測系統可100%檢測樣品、偵測瑕疵,並可協助改善封裝製程,以及良率的提升。

 

 

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