3D-meettoepassingen voor geïntegreerde schakelingen (IC's)

De populariteit van 5G als standaard voor mobiele netwerken heeft geleid tot de miniaturisatie van halfgeleiderapparaten, wat op zijn beurt de behoefte aan nauwkeurige inspectie en analyse heeft vergroot. De nieuwste functies van de VK-X-serie van KEYENCE maken het mogelijk om herhaalde metingen, op locatie gebaseerde programma's en geslaagde/afgekeurde inspecties door middel van sjablonen uit te voeren. Dit gedeelte introduceert technische informatie en voorbeelden van inspectietoepassingen voor BGA, wirebonding, contactsondes en vergelijkbare gevallen waarin veel inspecties worden uitgevoerd met lasermicroscopen.

Typische IC-pakketten
Typische hechting voor IC-chipmontage
Methoden om bumps te maken voor flip-chip hechting
Wirebondingsstroom
Voorbeelden van inspectie van wirebonding
Voorbeelden van IC-inspecties
Methoden voor elektrische inspectie
Voorbeelden van contactsonde-inspecties

Typische IC-pakketten

Naarmate de integratie van IC's is toegenomen, is Surface Mount Technology (SMT) mainstream geworden. Pakketten van het matrixtype (BGA-type) worden ook gebruikt voor sterk geïntegreerde IC's. LSI is een acroniem voor Large Scale Integration, maar wordt vaak gebruikt als synoniem voor Integrated Circuits (IC).

Type invoegpakket

SIP (Single Inline Package): Deze pakketten worden in printplaten verwerkt. Leads worden vanaf de lange zijde van het pakket in een lijn verlengd.
DIP (Dual Inline Package): Deze pakketten worden in printplaten verwerkt. Leads strekken zich vanaf weerszijden van het pakket naar beneden uit.

Surface Mount Technology (SMT) leadtype pakket

SOP (Small Outline Package): In deze SMT-pakketten strekken de leads zich uit aan weerszijden van het pakket en spreiden de uiteinden van de leads zich uit als vleugels.
SOJ (Small Outline J-leaded Package): In deze SMT-pakketten strekken de leads zich uit aan weerszijden van het pakket en zijn de uiteinden van de leads naar binnen gebogen, alsof ze het pakket bedekken. Van opzij gezien lijkt elke lead op de letter J.
QFP (Quad Flat Package): In deze SMT-pakketten strekken de leads zich uit vanaf alle 4 de zijden van het pakket en zijn de uiteinden van de leads als vleugels gespreid.
QFJ (Quad Flat J-leaded Package): In deze SMT-pakketten strekken de leads zich uit vanaf alle 4 de zijden van het pakket en zijn de uiteinden van de leads naar binnen gebogen, alsof ze het pakket bedekken.
Van opzij gezien lijkt elke lead op de letter J.

Surface Mount Technology (SMT) non-lead type pakket

SON (Small Outline Non-leaded Package): Deze SMT-pakketten hebben geen leads. Elektrodekussens worden als aansluitklemmen gebruikt. SON worden gebruikt voor tweewegtypen en voor kleine aantallen pinnen.
QFN (Quad Flat Non-leaded Package): Deze SMT-pakketten hebben geen leads. Elektrodekussens worden als aansluitklemmen gebruikt. QFN is een pakket van het vierwegtype.

Surface Mount Technology (SMT) matrixtype pakket

BGA (Ball Grid Array): Soldeerballen (bolvormig) zijn gerangschikt op de onderkant van het pakket om als terminals gebruikt te worden.
PGA (Pin Grid Array): Pinnen zijn gerangschikt op de onderkant van het pakket om als terminals gebruikt te worden.
LGA (Land Grid Array): Elektrodekussens (inclusief koperen kussens) zijn gerangschikt op de onderkant van het pakket om als terminals gebruikt te worden.

Typische hechting voor IC-chipmontage

Wirebonding

Wirebonding verbindt elektroden van halfgeleiderchips en elektrische geleiders van leadframes of platen met dunne draden van goud, aluminium of koper.

Flip-chip hechting

IC-chips worden rechtstreeks op printplaten bevestigd. Deze methode wordt FC-BGA (Flip Chip-BGA) genoemd. Bumps worden gemaakt op de elektroden van een IC-chip en verbonden met de elektroden van een printplaat. Het gebruik van deze methode kan ruimte besparen in vergelijking met wirebonding.

A

Halfgeleiderchip

B

Flip (bovenkant naar onder)

Methoden om bumps te maken voor flip-chip hechting

Soldeerbalmontage: Soldeerballen (vooraf gemaakt) worden op elektroden geplaatst en opnieuw uitgevloeid (reflowed) om bumps te maken. Hogere bumps kunnen worden gemaakt door pasta te printen. Ook voorkomt het standaardiseren van de grootte van de soldeerbol de uiteindelijke verschillen in de hoogte van de bumps.
Pasta printen: Soldeerpasta wordt op elektroden geprint en opnieuw uitgevloeid (reflowed) om bumps te maken. De doorvoer is hoog, maar het is moeilijk om de bumphoogte gelijk te houden.
Plateren: Soldeerbumps worden door elektrodepositie gevormd. Er kunnen fijne bumps worden gemaakt, maar de doorvoer is laag.

Wirebondingsstroom

Er worden buisvormige capillairen (zoals een injectienaald) gebruikt waar metalen draden doorheen lopen. De draadpunt wordt door hoogspanning ontstoken om hem rond te maken. Het ronde deel wordt dan aan de elektrode bevestigd om het te hechten. Dit wordt Ball Bonding of First Bonding genoemd. Een lading van capillaire, ultrasone golven en hitte van de hechtingsfase zorgen ervoor dat de hechting plaatsvindt.
Het capillair wordt naar het tweede hechtingspunt verplaatst door de hechtingsdraad in een continue lus te trekken.
Bij aansluiting op een lead elektrode wordt er geen bolletje gemaakt en wordt de draad geplet door het capillair. Dit wordt Stitch Bonding of Second Bonding genoemd.
De draadklem wordt gesloten om de metaaldraad af te knippen, vervolgens wordt het capillair opgetild en de draad doorgesneden.

Capillaire tipcomponenten

A

Kegelhoek

B

Fronthoek

C

Afschuiningshoek

D

Afschuiningsdiameter

E

Diameter van de opening

F

Diameter van de tip

Voorbeelden van inspectie van wirebonding

Wirebonding aanleren voor automatische meting

Ruwheidsmeting capillaire tip (meerdere metingen)

Voorbeelden van IC-inspecties

Meting van hoogte en buitendiameter van bumps

Ruwheidsmeting voor meerdere lijnen van een IC-pakket

Methoden voor elektrische inspectie

Dit gedeelte introduceert typische elektrische inspectiemethoden voor elektronische componenten. Naast het simpelweg openen of kortsluiten van een component is het ook mogelijk om stroom door een component te laten lopen.

Sondekaart: Dit is een mal die wordt gebruikt tijdens elektrische inspectie van LSI-chips (grootschalige integratie) die bovenop siliciumwafers zijn gevormd in het waferinspectieproces (voorbewerking) als onderdeel van de productie van LSI-circuits.
Contactsonde: Dit is een mal die wordt gebruikt tijdens de inspectie van verschillende elektronische componenten. Deze inspectie richt zich op een breed scala van componenten, waaronder halfgeleiders, LCD-panelen, ruwe printplaten, gemonteerde printplaten, connectoren, condensatoren en sensoren.

Soorten sondekaarten

Verticale sondekaart

Met deze sondekaart wordt een blok met een verticaal bevestigde sonde aan de printplaat bevestigd.

[Voordelen]: Door de gebruiker gedefinieerde sonde-opstelling (vierkant bloktype, geschikt voor het meten van meerdere componenten); Eenvoudig onderhoud (vervanging van een enkele sonde is mogelijk.); Kleine krasjes; Geen beschadigingen aan soldeer
[Nadelen]: Hoge prijs; Moeilijk te gebruiken met aluminium kussens

Cantilever-sondekaart

Met deze sondekaart worden naalden van wolfraam of een soortgelijk materiaal direct op de printplaat bevestigd.

[Voordelen]: Lage prijs; Maakt smallere plaatsen mogelijk dan verticale sondekaarten; Eenvoudig in gebruik met aluminium kussens
[Nadelen]: Beperkte pin-indeling; Onderhoud is moeilijk (hoogteverstelling en andere reparaties zijn vereist.); Grote krassen

Contactsondestructuur en tipvormen

Een contactsonde is opgebouwd uit een zuiger, cilinder en veer en wordt gebruikt terwijl deze is ingebed in een mal van hars.

A

Contactsonde

a

Cilinder

b

Veer

c

Zuiger

B

Inspectie voorwerp

Kromme: Gebruikt met flexibele printplaten en in andere situaties waar schade aan elektroden moet worden vermeden.
Naald: Voornamelijk gebruikt met printplaat-kussens en soortgelijke voorwerpen.
Platte en omgekeerde kegel: Platte tips worden gebruikt om contact te maken met het oppervlak zonder de elektroden te beschadigen. Omgekeerde kegelpunten worden gebruikt om terminals en soortgelijke voorwerpen te ontvangen.
Viervlak: Gebruikt met printplaat-doorgaande gaten en soortgelijke voorwerpen.
Kroon: Gebruikt in situaties zoals contact maken met meerdere punten of het ontvangen van de leads van gemonteerde componenten.

Voorbeelden van contactsonde-inspecties

INHOUDSOPGAVE