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蔡司針對先進半導體封裝失效分析 推出全新高解析3D X-ray成像解決方案 ...

2019-3-12 10:56 AM| 發佈者: SophieWeng@G| 查看: 86| 評論: 0|來自: 蔡司集團

摘要: 蔡司(ZEISS)發表高解析度3D X光(X-ray)成像解決方案新品,支援2.5/ 3D及扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer Level Package,FOWLP)等各種先進半導體封裝的失效分析(FA)。蔡司新推出的系統包含分別支援次微米與 ...
蔡司(ZEISS)今日發表高解析度3D X光(X-ray)成像解決方案新品,支援2.5/ 3D及扇出型晶圓級封裝(Fan-Out Wafer Level Package,FOWLP)等各種先進半導體封裝的失效分析(FA)。蔡司新推出的系統包含分別支援次微米與奈米級封裝失效分析的「Xradia 600 Versa系列」、「Xradia 800 Ultra X-ray顯微鏡(XRM)」及新款「Xradia Context microCT」。隨著新產品的推出,蔡司既有的產品系列也更加完整,能為半導體產業提供陣容最完備的3D X-ray成像技術。

蔡司製程控制解決方案(PCS)暨蔡司半導體(Carl Zeiss SMT)總裁Raj Jammy表示:「170年來,蔡司持續拓展科學研究並開發先進的成像技術,以促成嶄新的工業應用與技術創新。現今半導體產業的封裝與元件體積持續縮小,因此新的成像解決方案必須迅速辨識出失效的元件區域以達到更高的封裝良率。我們非常高興能針對先進半導體封裝推出三款全新的3D X-ray成像解決方案,為客戶提供強大的高解析度工具,並提高其失效分析的成功率。」

先進封裝需要全新的缺陷偵測與失效分析方法
隨著半導體產業逐漸逼近CMOS微小化的極限,半導體封裝必須協助彌補效能上的落差。為持續生產體積不斷縮小且速度更快的元件,並滿足更低功耗的需求,半導體業界透過3D晶片堆疊及其他新穎的封裝規格,發展出創新的封裝方法。然而,這也衍生出日趨複雜的封裝架構、新的製程挑戰以及日漸升高的封裝失效風險。此外,由於失效的位置通常深藏在複雜的3D結構內部,傳統的視覺化失效定位方法已逐漸失去效益,因此新的檢測方式必須能有效辨識並判定這些先進封裝失效的原因。

為因應這些需求,蔡司開發出全新的3D X-ray成像解決方案,能針對埋藏在完整的先進封裝3D架構中的電路板與其缺陷,呈現次微米與奈米級的3D影像。此解決方案是透過旋轉樣本,以不同的角度拍攝一連串2D X-ray平面影像,再運用精密的數學模型與演算法建構出3D立體圖像。3D立體圖可從任何角度切分成數量無上限的虛擬橫切面視圖,在進行物理失效分析(PFA)之前提供失效位置的寶貴資訊。蔡司所提供的次微米與奈米級結合的XRM解決方案能提供獨特的FA工作流程並大幅提高其成功率。此外,蔡司新推出的Xradia Context microCT運用投影式幾何放大倍率(Geometric magnification),在大視野下提供高對比與高解析度的顯像能力,而且能升級至Xradia Versa。

全新成像解決方案詳細介紹
Xradia 600 Versa系列是新一代3D XRM方案,能以非破壞性的方式對半導體完整先進封裝內的局部缺陷提供成像。它擅長於製程研發、提升良率及結構分析等結構性與FA應用。在屢獲殊榮的Versa平台基礎上運用遠距高解析(Resolution at a Distance,RaaD)技術,讓Xradia 600 Versa系列能在較遠的工作距離外,輕鬆判斷封裝、電路板及12吋晶圓上的缺陷與其發生根本原因。不僅如此,此新產品還能輕鬆將這些導致封裝層級失效的缺陷圖像化,像是凸塊或微凸塊(Microbumps)的裂痕、銲料潤濕(solder wetting)或穿矽導孔(TSV)形成的孔洞等。在進行PFA之前繪製出各種缺陷的3D圖像,能減少人為瑕疵並透過剖面圖確定方向,提升失效分析的成功率。產品的特色包括: 
    • 0.5微米空間解析度,40奈米最小立體像素(voxel)
    • 比Xradia 500 Versa系列多出高達2倍的傳輸率,同時維持高解析度以及絕佳的聚光穩定度,並在各種千伏(kV)與功率範圍內有效控管熱能
    • 提升易用性,包括快速啟動的光源(source)控制
    • 能檢測封裝內部的次微米架構變化,針對多個可靠性測試讀取點進行連續成像


圖一:Xradia 600 Versa系列是新一代3D XRM方案,能以非破壞性的方式對半導體完整先進封裝內的局部缺陷提供成像,擅長於製程研發、提升良率及結構分析等結構性與FA應用

Xradia 800 Ultra將3D XRM帶入奈米領域,不僅可在奈米級空間解析度下呈現埋藏在結構內的電路板圖像,同時維持檢視區的立體結構完整性(volume integrity)。其支援的應用包含超小間距(UFP)覆晶與凸塊接線(bump connections)的製程分析、結構分析及缺陷分析,藉以改善超小間距封裝與後段製程(BEOL)的互連過程。Xradia 800 Ultra能視覺化銲錫紋路(texture)和在小間距銅柱微凸塊內的金屬間化合物(intermetallic compounds)所消耗的焊料量。檢測區的成像會被保存下來,未來能透過各種技術進一步分析。像是晶圓對晶圓的接合互連及直接式混合接合等這類盲封結構品質能以3D的方式被分類。產品功能特色包括:

    • 150奈米與50 奈米空間解析度(需備有樣本)

    • 可選購皮秒雷射樣本製備工具,協助在一小時內擷取完整的立體樣本(通常直徑為100微米)

    • 相容各種後續分析選項,包括穿透式電子顯微鏡(TEM)、能量色散X-ray光譜儀(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)、二次離子質譜分析儀(SIMS)及奈米探針量測(nanoprobing)等


圖二:Xradia 800 Ultra將3D XRM帶入奈米領域,不僅可在奈米級空間解析度下呈現埋藏在結構內的電路板圖像,同時維持檢視區的立體結構完整性

Xradia Context microCT是一款以Versa平台為基礎的全新次微米解析度3D X-ray microCT系統,其設計專為較短工作距離及高傳輸率的情況下呈現高解析度封裝結構成像而打造。產品特色包括:

    • 針對大量樣本進行大視野全域式成像(數量是Xradia Versa XRM系統的10倍)

    • 高速600萬像素偵測器能在相對更大的視野下維持細膩的解析度

    • X-ray microCT 擁有0.95 微米的空間解析度,以及0.5 微米的最小立體像素(voxel)

    • 絕佳的影像品質與對比度

    • 可轉換成Xradia Versa視野並支援RaaD功能,並對更大的樣本數提供高解析度成像


圖三:Xradia Context microCT設計專為較短工作距離及高傳輸率的情況下呈現高解析度封裝結構成像而打造


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