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Nouvelles

November 13, 2020

Les défis de défaut se développent pour l'emballage d'IC

HOREXS est un fabricant ultra mince de carte PCB, qui produit la carte PCB de substrat d'IC pour le paquet/l'essai d'IC, assemblée d'IC.

Plusieurs vendeurs construisent le nouvel équipement d'inspection basé sur les technologies infrarouges, optiques, et de rayon X dans un effort de réduire des défauts en paquets actuels et futurs d'IC.

Tandis que toutes ces technologies sont nécessaires, elles sont également complémentaires. Aucun outil ne peut répondre à toutes les spécifications du contrôle de défaut. En conséquence, les vendeurs de empaquetage peuvent devoir acheter plus et différents outils.

Pendant des années, les paquets étaient relativement simples. Quand les défauts ont survenu en paquets à de diverses étapes pendant la fabrication, l'équipement d'inspection a eu peu de problème en trouvant les défauts parce qu'étaient plus relativement grands.

C'est une histoire différente aujourd'hui. Les dernières puces sont plus rapides et plus complexes. Pour optimiser la représentation de ces puces, l'industrie exige de nouveaux et meilleurs paquets avec de bonnes caractéristiques électriques, plus petits facteurs de forme, et plus d'I/Os. Dans la réponse, les vendeurs de empaquetage ont développé un assortiment de nouveaux et complexes types avancés de paquet.

Car l'emballage devient plus complexe, et est employé sur les marchés où la fiabilité est critique, la conclusion des défauts devient plus importante. Mais elle devient également tout plus provocants que les défauts sont plus petits et trouver plus dur. « Il y a de plus petites caractéristiques et nouveaux des matériaux entrant dans l'emballage de haute valeur. Ceci conduit le besoin d'inspection avec des conditions plus de haute qualité, » a dit Pieter Vandewalle, directeur général pour la division d'ICOS à KLA.

D'autres conviennent. « Plus de matrices conduisent une intégration de empaquetage plus à haute densité. Plus relie ensemble conduit des traces plus fines et des lancements plus serrés de bosse. Et cette complexité conduit le besoin vers plus d'inspection, » a dit Eelco Bergman, directeur supérieur des ventes et du développement des affaires à ASE. « Hormis les défis croissants de processus liés à la fabrication de ces paquets complexes, il y a également un besoin accru d'à régulation de processus intégré et d'inspection dus au coût élevé de perte de rendement lié aux dispositifs de processus multiples et avancés de noeud étant intégrés dans ces paquets. »

Pour répondre à ces exigences, les vendeurs de empaquetage auront besoin vraisemblablement de l'équipement optique traditionnel d'inspection aussi bien que d'autres types d'outil. « Car les augmentations de complexité et de densité de paquet, seule inspection optique n'est pas assez, » Bergman a dit. « Depuis de nombreuses années, l'industrie des emballages a eu une gamme des options disponibles, y compris le rayon X et le C-SAM (microscopie acoustique de balayage confocal). Mais souvent, ces outils mieux sont adaptés pour la surveillance de processus d'échantillon et l'analyse d'échec qu'en ligne à régulation de processus. Le coût potentiellement élevé lié aux échecs de perte de rendement d'assemblée ou d'essai ou de sérieux de courrier-assemblée, il y a un besoin croissant d'outils ultra-rapides et intégrés de métrologie — idéalement avec les capacités analytiques d'apprentissage automatique avancé qui peuvent surveiller un processus et détecter la dérive de processus sur une base en temps réel. De cette façon, modalité de reprise peut être prise avant ce processus sort du contrôle et les défauts se produisent. Cela vaut particulièrement pour des applications de haut-fiabilité, telles que les dispositifs des véhicules à moteur, où vous devez détecter des défauts potentiellement latents. Ceci prendra vraisemblablement une gamme des solutions. »

Heureusement, plusieurs nouveaux systèmes d'inspection sont dans les travaux. Parmi eux :

Sur l'innovation et le KLA construisent de nouveaux systèmes d'inspection basés sur optique pour l'empaquetage. Ces systèmes incorporent les algorithmes d'apprentissage automatique, qui emploient rapidement des techniques de configuration avec un modèle pour aider à trouver des défauts.
Les sociétés embarquent de nouveaux outils de rayon X.
D'autres technologies également embarquent.

Le paysage de empaquetage

On projette que le marché de empaquetage niveau de la gaufrette d'inspection élève de $208 millions en 2019 à environ $223 millions en 2020, selon Bob Johnson, un analyste avec Gartner. Les chiffres n'incluent pas des systèmes d'inspection au niveau de matrice. « Optique est toujours la plus grande technologie, » Johnson a dit. « Qui est également vrai pour l'inspection de matrice ou niveau du paquet. »

En attendant, il y a une explosion de nouvelles applications sur le marché, tel que 5G et AI. En outre, les applications traditionnelles, telles que des véhicules à moteur, calcul, et mobile, continuent à se développer.

Tous les systèmes incorporent les diverses puces, qui sont encapsulées ou logées en paquets d'IC. Les clients ont beaucoup de types de paquet à choisir de. « Le choix dépend de l'application, qui dicte à ce que ressembler l'architecture de empaquetage va, » a dit Kim Yess, directeur exécutif des matériaux de WLP au brasseur Science.

Une manière de segmenter le paysage de empaquetage est par le type d'interconnexion, qui inclut le wirebond, la secousse-puce, l'emballage niveau de la gaufrette (WLP), et les vias d'à travers-silicium (TSVs).

Quelques 75% à 80% de paquets sont basés sur la liaison de fil, selon TechSearch. Un bonder de fil pique une puce à une autre puce ou substrat utilisant les fils minuscules. La liaison de fil est employée pour des paquets des produits et de mi-portée, aussi bien que des piles de mémoire.

la Secousse-puce est employée pour BGAs et d'autres paquets. Dans la secousse-puce, des bosses ou les piliers de cuivre sont formés sur une puce. Le dispositif est renversé et monté sur un distinct mourez ou embarquez. Les bosses débarquent sur les protections de cuivre, formant les connexions électriques.

WLP est employé pour la sortance et d'autres paquets. Dans un exemple de sortance, une mémoire meurent est empilée sur une puce de logique dans un paquet. En attendant, TSVs sont trouvés en paquets à extrémité élevé comme 2.5D/3D. Dans 2.5D/3D, des matrices sont empilées ou placées côte à côte sur une interposition, qui incorpore TSVs. L'interposition agit en tant que pont entre les puces et un conseil.

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Fig. 1 : Tendances principales dans la source de empaquetage : KLA

2.5D/3D et sortance sont classifiés en tant que types avancés de paquet. Une autre approche comporte l'utilisation des chiplets, par lequel un fabricant de circuits intégrés puisse avoir un menu des matrices modulaires, ou des chiplets, dans une bibliothèque. Les clients peuvent mélange-et-match les chiplets et les intégrer dans un type avancé existant de paquet, tel que 2.5D/3D, sortance, ou une nouvelle architecture.

« Nous entretenons beaucoup de différents secteurs, » a dit Ken Molitor, Directeur des Opérations chez Quik-PAK. « Chiplets sont un secteur que nous voyons l'élevage à l'avenir. le Puce-sur-panneau, les modules de multi-puce, et les chiplets sont tous sur notre feuille de route. Nous voyons ceci en tant que quelque chose qui bénéficiera l'industrie de semi-conducteur. »

Chiplets et emballage avancé ont pu secouer le paysage. Typiquement, pour avancer une conception, l'industrie développe ASIC employant la graduation de puce pour adapter différentes fonctions sur un monolithique simple meurent. Mais la graduation devient plus difficile et chère à chaque noeud, et pas tout tire bénéfice de la graduation.

La graduation demeure une option pour de nouvelles conceptions. Mais au lieu d'ASIC traditionnel utilisant la graduation de puce, l'emballage et les chiplets avancés sont des approches alternatives devenantes pour élaborer une conception au niveau système complexe.

Les « clients réalisent qu'il y a plus d'une manière d'élaborer des conceptions, » a dit Walter Ng, vice-président de développement des affaires à UMC. « Tandis qu'il peut y avoir des fonctions d'une conception qui exige le de plus haut niveau des technologies de représentation et de saignement-bord, plusieurs des autres fonctions n'exigent pas ceci. La mise en oeuvre de ces autres fonctions comme partie d'un seul morceau homogène de silicium de saignement-bord peut porter préjudice en termes de puissance et coût. La considération de coût est vue de différentes manières d'un couple. Si la fonction ne tire pas bénéfice de la graduation de technologie, alors le coût par ² de millimètre est sensiblement plus haut sans bénéficier de n'importe quelle prestation compensatrice de secteur. L'autre considération coûtée est au niveau de puce, où plusieurs de ces conceptions poussent sur les préoccupations profondes de taille de réticule et actuelles maximum de rendement. Ceci conduit une Renaissance au re-regard aux noeuds planaires marginaux comme 28nm/22nm. Pour ces clients qui ont besoin de la représentation de saignement-bord, ils regardent comment diviser la fonctionnalité de représentation, et dans de nombreux cas, mettant en application une solution de multi-matrice. »

Dans ce cas, une solution de multi-matrice est une autre manière de décrire un paquet avancé avec les matrices complexes. L'idée ici est d'empiler des dispositifs dans la direction verticale, permettant de nouvelles architectures.

« Chaque fabricant de fonderie et de dispositif a un effort sérieux dans l'intégration hétérogène. Il y a un certain nombre de différentes technologies ici, » a dit Robert Clark, membre expérimenté du personnel technique au téléphone, dans une présentation récente. « Pour l'intégration 3D dimensionnelle, nous avons besoin d'intégration hétérogène aussi bien que de processus 3D monolithiques qui nous permettront d'empiler la logique sur la logique et la mémoire sur la logique pour de futures technologies. »

Néanmoins, il y a un thème commun parmi tout le paquet. « Il suit la taille de matrice pour la plupart. Vous avez plus de composants à l'intérieur d'un paquet. Vous avez également de plus petites matrices avec les plus petites géométries à l'intérieur du paquet. Il est plus difficile d'inspecter, » Molitor de Quik-PAK a dit.

Puce/écoulement de empaquetage
La fabrication des puces est un processus complexe. D'abord, des puces sont traitées sur une gaufrette dans un ouvrier utilisant le divers équipement. Pour faire un dispositif logique avancé, il prend de 600 à 1 000 mesures de processus ou plus dans l'ouvrier.

Pendant l'écoulement ouvrier, un fabricant de circuits intégrés doit inspecter les puces pour déceler les défauts. Les défauts minuscules ont pu effectuer des rendements de puce ou faire échouer un produit.

Pour trouver des défauts dans les puces dans l'ouvrier, les fabricants de circuits intégrés utilisent l'équipement basé sur optique d'inspection dans la chaîne de production. Les fabricants de circuits intégrés emploient également l'inspection d'e-poutre. Les deux outils détectent des défauts de nanomètre-taille.

Pour l'inspection de gaufrette, un système d'inspection optique emploie une source lumineuse optique pour illuminer une gaufrette. La source lumineuse tombe dans la gamme profonde de l'ultraviolet (DUV) aux longueurs d'onde 193nm. Puis, la lumière est rassemblée et une image est digitalisée, qui aide des défauts de découverte sur la gaufrette.

Une fois que les puces sont fabriquées dans l'ouvrier, la gaufrette est alors prête pour l'emballage d'IC à une fonderie ou à un OSAT.

Chaque type de paquet a un écoulement de processus différent. Prenez la sortance, par exemple. « Dans ce plan de empaquetage, les bonnes matrices connues sont face dessous placé sur une gaufrette de transporteur, alors incorporée dans un moule époxyde, » ont expliqué Sandy Wen, un ingénieur de processus d'intégration chez Coventor, Lam Research Company, dans un blog. « La combinaison de matrice-moule forme une gaufrette reconstituée, qui est alors traitée pour former des couches de redistribution (RDLs) avec des bosses sur exposé meurt des visages pour “redistribution de sortance la”. La gaufrette reconstituée est plus tard découpée avant l'utilisation finale. »

RDLs sont le métal de cuivre relie ensemble cela électriquement pour relier une part du paquet à l'autre. RDLs sont mesurés par la ligne et l'espace, qui se rapportent à la largeur et au lancement d'une trace en métal.

Il y a différents types de paquets de sortance. Par exemple, embrayé pour des applications à extrémité élevé, la sortance à haute densité a plus de 500 I/Os avec la ligne et l'espace de RDLs moins de 8μm. À l'à extrémité élevé, les vendeurs développent la sortance avec RDLs à la ligne/à espace et à l'au-delà de 2μm.

C'est où il obtient compliqué. « La sortance niveau de la gaufrette traditionnelle relève plusieurs défis, » a dit Curtis Zwenger, vice-président de développement de produit avancé chez Amkor. « Sur le côté de traitement, des questions telles que le décalage de matrice et le halage moulé de gaufrette ont été commandés en appliquant des techniques d'optimisation de processus. Cependant, pour des structures plus avancées qui exigent il devient critique quant à pas défavorablement effectuer les couches multiples de RDL et la ligne/espace plus fin, la quantité de halage moulé de gaufrette et la topologie de surface les processus de représentation de photo. Du côté commercial, un défi a toujours été coût de sortance contre la taille de paquet. Pendant que des niveaux plus élevés de l'intégration sont exigés, les augmentations de taille de paquet, et le coût de processus de RDL augmente exponentiellement en raison du format reconstitué circulaire de gaufrette. »

Pendant l'écoulement de production, les défauts peuvent survenir dans le paquet. Pendant que la sortance et d'autres types avancés de paquet deviennent plus complexes, les défauts tendent à être plus petits et plus difficiles de trouver. C'est où l'équipement d'inspection adapte le dans-service informatique est conçu pour trouver des défauts et pour les enraciner.

Dans l'écoulement de production de sortance, les maisons de empaquetage peuvent insérer l'équipement d'inspection au début du processus. Puis, il y a un certain nombre d'étapes d'inspection pendant l'écoulement et même après le processus.

D'autres types de paquet peuvent avoir les écoulements semblables ou différents. Dans tous les cas, l'inspection est une condition. « Au cours des 10 dernières années, l'emballage avancé a présenté plusieurs processus et matériaux pour créer les paquets et les technologies innovateurs d'assemblée. Les exemples incluent le pilier fin d'en cuivre de lancement, par les vias de moule, l'underfill moulé, l'armature isogone, le bâti double face et le RDL multicouche traitant, » Zwenger a dit que « des paquets qui incorporent de telles technologies ne peuvent pas être assemblés de manière rentable à moins que des processus très robustes et les contrôles intégrés de pointe et les méthodes d'inspection soient employés. La représentation à haute résolution de rayon X et l'inspection optique automatique ont fait de grands avancements pour aider à détecter des articles, tels que des vides de moule et d'underfill, RDL et défauts et matières étrangères de bosse. Les nombreuses interfaces matérielles dans l'emballage avancé d'aujourd'hui rendre la détection intégrée de défaut essentielle pour les dispositifs de semi-conducteur rentables, de haute qualité et fiables. »

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Fig. 2 : Écoulement de empaquetage de puce. Source : KLA

Optique contre l'inspection de rayon X
Les maisons d'emballage emploient les types multiples d'équipement d'inspection, mais la décision pour employer un type ou des autres dépend du paquet.

L'inspection optique a été employée dans l'emballage pendant des années. Aujourd'hui, Camtek, KLA et sur l'innovation vendre les systèmes d'inspection optiques pour l'empaquetage. « L'inspection optique est employée pour trouver tous les défauts clairs ou les défauts latents potentiels qui pourraient potentiellement effectuer le rendement, » a dit Stephen Hiebert, directeur marketing supérieur à KLA.

En fonction, des paquets sont insérés dans ces systèmes d'inspection optiques pendant l'écoulement de production. Une source lumineuse est illuminée dans le système, qui prend alors à des images d'un paquet de différents angles en tant que des moyens de trouver des défauts.

Il y a quelques différences majeures entre l'inspection optique pour des puces dans l'ouvrier et l'empaquetage. Dans l'ouvrier, les outils d'inspection sont plus chers et utilisés de trouver des défauts au nanoscale.

En revanche, les défauts sont plus grands en paquets, ainsi l'inspection optique est employée pour trouver des défauts au niveau de micron. Ces outils emploient des sources lumineuses à la gamme évidente, sources non à extrémité élevé de DUV.

Néanmoins, la prochaine vague des paquets présentent quelques défis pour les outils existants. « Vous avez ces processus de empaquetage niveau de la gaufrette de 3D-IC ou de sortance. Ils deviennent plus compliqués. Ces processus compliqués exigent le développement complexe, » Hiebert a dit. « Il y a d'autres tendances. Évident est plus mesurant. Vous avez plus petites dimensions critiques. C'a pu être une ligne/espace de RDL. C'a pu être un lancement pour une pile 3D comme un lancement de microbump ou une liaison hybride et un lancement de cuivre de protection. Car le mesurage continue, la nécessité de trouver de plus petits types de défaut est critique. »

Il y a d'autres défis de défaut principal. Par exemple, si vous avez l'un mauvais meurent dans un paquet, le paquet entier est perdu.

Pour relever ces défis, les vendeurs ont développé les outils de la deuxième génération d'inspection pour l'empaquetage. Par exemple, utilisant une source lumineuse dans la gamme évidente, le dernier outil d'inspection du défaut de KLA emploie des techniques de brightfield et de darkfield. Dans la représentation de brightfield, la lumière frappe l'échantillon et le système rassemble la lumière dispersée de l'objet. Dans la représentation de darkfield, la lumière frappe l'échantillon provenant d'un angle.

L'outil de KLA est capable de trouver des dimensions de défauts au plus tard. « Pour l'emballage avancé, nous parlons des dimensions critiques qui sont sur l'ordre d'un micron, » Hiebert avons dit. « Un RDL pourrait être une ligne et un espace de 2μm. Les clients avancés travaillent à la ligne et à l'espace de 1μm. La détection pour des défauts sous-critiques de dimension sont encore possible avec optique. »

Le nouvel outil de KLA fournit deux fois la résolution et la sensibilité comme système précédent. Il peut également viser des secteurs choisis d'inspection pour capturer des défauts de dur-à-découverte, et il incorpore des algorithmes d'apprentissage automatique pour la détection de défaut.

D'autres également développent de nouveaux systèmes basés sur optique. « Nous lancerons un produit nouveau bientôt pour l'inspection submicronique ultra-rapide et une nouvelle technologie pour la suppression de bruit pour les structures multicouche, » a dit Damon Tsai, directeur de gestion du produit d'inspection à sur.

Ces nouveaux outils également adresseront les technologies de la deuxième génération comme la liaison hybride de cuivre. Plusieurs fonderies développent ceci pour l'emballage avancé. Dans toujours la R&D, les piles et les liens de collage hybrides meurt en employant le cuivre-à-cuivre relie ensemble. Il fournit à plus de largeur de bande la puissance faible que les méthodes existantes d'empilement et de collage.

« Nous voyons le développement de la liaison hybride, y compris la puce-à-gaufrette et la gaufrette-à-gaufrette avec des lancements d'entrée-sortie vers le bas à 3μm et ci-dessous. Ceci exige la sensibilité submicronique de défaut, <10>

La complexité des paquets avancés d'aujourd'hui exige d'autres types d'outil de technologie d'inspection. Par exemple, les outils optiques sont rapides et utilisés pour trouver les défauts extérieurs, mais ils ne peuvent pas généralement voir les structures enterrées.

C'est où des ajustements d'inspection de rayon X dedans. Cette technologie peut voir les structures enterrées avec des hautes résolutions. Sur ce marché, plusieurs vendeurs construisent de nouveaux outils d'inspection de rayon X pour l'empaquetage.

L'inconvénient avec le rayon X est vitesse. Néanmoins, le rayon X et optiques sont complémentaires et chacun des deux sont employés en empaquetant des maisons.

La recherche pour accélérer le processus de rayon X, SVXR a développé un système basé sur la technologie automatisée de haute résolution de l'inspection de rayon X (HR-AXI). Le système est visé pour l'inspection intégrée rapide pour l'empaquetage. Il se sert également de l'apprentissage automatique pour la détection de défaut.

Le « rayon X peut voir le métal. Un outil optique peut seulement voir des diélectriques ou des substrats non-conducteurs. Si vous voulez voir un vide entre deux morceaux de métal, ou un léger décollement à une interface, un outil optique est limité, » a dit Brennan Peterson, directeur de stratégie à SVXR. « Fondamentalement, nous pouvons voir des métaux où les défauts vrais se produisent. Choses en esclavage aux interfaces. Elles ne collent pas à l'état de diélectriques. C'est vraiment le principe fondamental d'où un rayon X a un avantage. Vous pouvez voir quels sujets dans la connexion. Et alors vous pouvez employer que les données pour la rendre meilleure. »

Il y a d'autres questions. Par exemple, les paquets avancés ont une multitude de bosses avec dur-à-voient les joints enterrés de soudure. Pour cette application, un outil rapide d'inspection de rayon X est idéal ici.

En attendant, certains développent l'équipement différent d'inspection pour relever de divers autres défis. « L'emballage avancé inclut de diverses configurations de simple ou les puces multiples, des interpositions, des puces à protubérance et des substrats, » a dit Tim Skunes, vice-président de R&D chez CyberOptics. « Ils se fondent généralement sur une certaine forme de bosse pour établir les rapports verticaux entre ces composants. Les bosses peuvent être des boules de soudure, des piliers de cuivre ou des microbumps, alors que les rapports horizontaux dans des paquets sont établis par des lignes de redistribution. Celles-ci impliquent des tailles de caractéristique s'étendant de 10µm à 100µm. Comme processus de empaquetage avancés et caractéristiques qu'elles créent sont devenus plus petits et plus complexe, le besoin d'à régulation de processus efficace a augmenté. Ce besoin est amplifié par le fait que ces processus emploient connaître-bon cher meurent, rendant le coût de l'échec extrêmement haut. »

Pour ceci, CyberOptics a développé une unité d'inspection/métrologie basée sur la profilométrie de déphasage. La technologie de CyberOptics, appelée Multi-Réflexion Suppression (MME), fournit le 2D et les inspections 3D pour des tailles, le coplanarity, le diamètre et la forme de bosse. MME technologie est conçue pour supprimer des erreurs provoquées par de fausses réflexions multiples des surfaces brillantes et spéculaires en paquets.

Sur le ce, la topographie, la taille d'étape, la rugosité, l'épaisseur de couche et d'autres paramètres peuvent être exigés pour les paquets avancés. « Les processus de fabrication de empaquetage avancés ont créé un choix de nouvelles mesures. Par exemple, l'arc de gaufrette et la mesure de halage après avoir empilé, coplanarity de bosse et mesure de TSVs sont juste quelques exemples. Pour aider à réduire tout le coût de fabrication d'emballage avancé, la métrologie hybride devient essentielle en effectuant des mesures multiples et des inspections simultanément pour augmenter la productivité, » a dit Thomas Fries, directeur général de l'unité du FRT de FormFactor, un fournisseur des outils de mesure de la surface 3D.

Conclusion
Si ce n'est pas assez, les paquets peuvent exiger bien plus d'inspection pendant l'écoulement, tel que nouveau meurent équipement de tri. Utilisant les deux inspection optique et infrarouge avancée, ces systèmes effectuent l'inspection et meurent en assortissant après que les paquets niveau de la gaufrette soient examinés et découpés.

Néanmoins, l'emballage avancé est ici de rester et devenir plus important. Chiplets sont également une technologie à observer. Chacun des deux peuvent changer le paysage.

« Il y a une adoption accélérée de toutes ces technologies, réellement plus rapide que nous avions anticipé. Nous nous attendons à ce que ceci continue l'année prochaine aussi bien, » Vandewalle de KLA a dit. (Article d'Internet)

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