无损检测与电子光学太赫兹脉冲反射计故障

在接下来的文章中,电子光学太赫兹脉冲反射计如何快速无损(EOTPR)可以用来隔离故障将讨论在2.5 d包。案例研究演示EOTPR如何明确区分断层位于C4撞,TSV RDL, micro-bump 2.5 d包也提出了。

介绍

许多复杂的集成电路包与高密度的关键组件失效分析社区提出了新挑战。复杂性出现因为萎缩互连尺寸和包装的足迹,由于越来越多的功能需求的异构集成电子设备通过3 d system-in-package (SiP)变得更加普遍。2.5 d包就是这样一个SiP,半导体行业最近获得牵引力。准确定位缺陷在2.5 d包迅速使用传统电气故障隔离(EFI)方法正变得越来越困难。

电子光学太赫兹脉冲反射计(EOTPR)是一种新型太赫兹时域反射计的方法,提供了快速无损故障隔离能力先进集成电路包的精度小于10μm (1 - 8)。EOTPR系统有两个照片导电开关(pc),一个功能作为一个电脉冲源和其他立即检流器由锁模近红外激光器。发射脉冲耦合到DUT通过同轴电缆和高频探头,在反映脉冲定向光电导探测器。

光学探测器光路扫描延迟阶段之间的相对延迟发射和检测时间(图1),产生一个连续的电压时间波形。图1 b显示了一个示例波形的开口端高频探头。

这个宽带的方法有一个非常低时基抖动和高时间分辨率[1]。在这里,故障隔离方法应用于2.5 d包来说明它可以很容易地定位和区分故障在C4疙瘩,rdl, tsv micro-bumps。

图1所示。EOTPR系统的原理图。(b)的典型原始EOTPR波形从开口端高频电路调查。

结果与讨论

2.5 d方案细节

图2显示了一个示意图2.5 d包用于这项研究。它由一个专用集成电路(ASIC)模和高带宽的记忆(hbm)组装到中间,然后安装在有机基质。在装配过程中,各个组件进行几个焊料回流和填充不足固化周期。由于差异材料的热膨胀系数(CTE)在2.5 d堆栈,形变场强欧洲杯足球竞彩调建立在包。因此,失败可能出现裂缝的形式(C4疙瘩,μbump介质)和弱界面分层。

能够准确识别故障位置无损时将有利的决定如何继续物理失效分析(PFA)。本文将描述EOTPR的应用程序在两个2.5 d包打开失败。

图2。示意图的2.5 d单元用于这项研究。

案例研究1

在案例1中,一个开放的失败被发现当偏压HBM信号地面销与销曲线跟踪。从时域反射计获得的波形(TDR)很大程度上表明,打开失败躺在衬底和插入器终端如图3所示。

图3。示意图显示缺陷的位置被热带病研究和培训特别规划。

2 d实时x射线(RTX)没有暴露任何异常相关信号针连接如图4所示。此外,声学成像没有暴露任何异常μbump和C4接口,因为高信号损失通过HBM堆栈。

图4。2 d RTX图像缺陷位置。

因此,EOTPR是用来实现更准确的缺陷定位。图5举例说明了EOTPR波形记录失败的单元(红色曲线)。也说明了从一个已知波形良好的单元(绿色曲线),光秃秃的PCB基板,终止C4撞垫(黑色曲线),PCB基板与插入器,终止在μbump台上(蓝色曲线)。失败的单元波形明显显示了一个开放的错,表示积极的波形的峰值。

这发生在相同的位置插入器参考示例终止,揭露的断层单元位于μbump失败。随后PFA暴露了开放的故障是由于裂纹的μbump插图(见图5),确认无损EOTPR结果。

图5。从案例研究1 EOTPR结果。EOTPR波形从失败的单元(红线)清楚地表明一个开放的错表示的正峰波形。这发生在相同的位置插入器参考样品终止(蓝色曲线),显示失败的故障单元位于μbump。顶部和插图:横截面的扫描电镜图像通过销μbumps失败,显示裂纹通过疙瘩。

案例研究2

在案例研究2中,一个开放的失败偏压时注意到一个特定的信号针关于地面销曲线跟踪。同样,再从TDR波形达到广泛表示插入器和衬底之间的开放躺(参见图3),而扫描声学显微镜(SAM)和RTX并未透露任何异常相关的失败销连接如图6所示。

图6。(一)放大CSAM成像信号销C4凹凸和(b) 2 d RTXμbump和TSV位置有关。

EOTPR被用来获得一个更精确的缺陷定位。比较波形达到在图7中,衬底之间的缺陷被发现中路终止和终止插入器,将其放置在底部附近的TSV。随后PFA使用Ga FIB暴露之间的一层薄薄的钝化材料TSV和RDL开放的原因(请参见图7的插图)。

图7。从案例研究2 EOTPR结果。EOTPR波形从失败的单元(红线)清楚地显示了积极的开放的故障显示波形的峰值。衬底之间发生中路(黑色曲线)和插入器(蓝色曲线)终端,显示失败的故障单元的底部附近的TSV。顶部和插图:横截面的扫描电镜图像通过失败的单元TSV显示之间的一层薄薄的钝化TSV RDL铜。

结论

最后,本文处理如何应用于无损EOTPR隔离故障在2.5 d包。EOTPR可以明确区分故障的关键设备功能——即tsv、C4疙瘩,和μbumps——成为一个健壮的工具快速、非破坏性故障隔离在先进的包。

确认

作者要感谢高级微设备公司(新加坡)在这个项目中合作。AMD, AMD箭头标志,和组合是高级微设备公司的商标,公司本出版物中使用其他产品名称仅供识别目的,可能各自公司的商标。©2017高级微设备公司保留所有权利。

引用

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