发布日期：2022/6/28先进封装焊点异常
发布单位：iST宜特
板阶可靠性试验结果Fail了，长官要你Debug，
如何使用简单三步骤，快速找到异常位置呢?
板阶可靠性(Board Level Reliability，简称BLR )是国际上常用来验证焊点强度的实验手法，透过将仿真组件组装于PCB，重现出可能会发生的锡球焊接问题
BLR的第一步，需要先进行菊花炼(Daisy Chain)设计，将您的待测样品组件与电路板链接的各个焊点形成网络，藉此实时监控每个焊点良率，可成功得知各个锡球焊点是否失效，更能准确撷取失效的时间点，及早进行改善。
先进封装焊点异常
Daisy Chain线路设计可分成两部分，一半的线路是设计在IC组件上，另一半则设计在PCB测试板上，当IC组件透过表面黏着(SMT)到PCB测试板时，即可形成一个完整的Daisy Chain。
图一:Daisy Chain设计示意图
但是，当进行完一系列的板阶可靠性验证后，结果居然Fail？！该透过哪些步骤进行故障分析，才能找到阻值变化的原因?
本期宜特小学堂，将带来两种案例：分别为一般封装组件与先进封装组件，我们将与您分享宜特验证分析实验室，如何藉由简单三步骤，定位、显像、切片(图二)，协助您Debug，厘清真因，快速改版重新验证，让产品可以如期上市。
图二: 使用定位、显像、切片三步骤即可找到异常点。
一、一般封装样品，利用二分法进行走线电性测试
在完成板阶可靠度试验后，若实验后仍保有电性(Leakage/Short)，第一步骤，宜特实验室会先使用如Thermal EMMI(InSb)电性热点(Hot Spot)测试机台，定位故障点XY坐标位置。第二步骤，利用非破坏式的X-Ray/3D X-Ray显像。第三步骤，可选择使用较低应力的Plasma-FIB，或是使用研磨(Cross-section polish)搭配SEM的方式，将失效断面切出并分析真因。
若异常现象为「开路(Open)现象」，因Open已无电流流过，无法使用热点分析定位异常位置。必须在第一步骤「定位」前，先将样品进行破坏性的水平研磨制备，从PCB测试板端水平研磨至Daisy Chain走线裸露后(图三)，接着，透过「二分法」(图四)，进行走线的电性测试，找到异常的相对位置(定位)。
图三:从PCB板端研磨至Daisy Chain走线裸露。
图四:透过二分法，进行走线电性测试，一步步找到异常相对位置:图四(1)，先在IN与OUT点通电，发现Open(异常)。接着，图四(2)在IN与A点通电，电性正常。接着，图四(3)，在IN与B点通电，显示Open(异常)。图四(4)，在OUT与B点通电，电性正常。最后图四(5)，在B与A点通电，显示Open(异常)；藉由二分法，找到异常相对位置。
第二步骤，透过X-Ray收敛异常点，从图五(左)中，我们可以清楚看见锡球与焊垫(Pad)连接的地方，出现异常(显像)。第三步骤，切片进一步观察，从图五(右)中，则发现锡球裂开了，就此找到发生阻值异常的原因(切片)。
图五(左)：锡球与焊垫(Pad)连接地方出现异常；图五(右)：切片观察到锡球裂开。
二、先进封装样品，透过EBAC，找到异常断点
若是像2.5D或3D IC等先进封装样品，封装形式属多芯片， Daisy Chain的设计，将跳脱以往单一芯片搭配一个测试板，而是多芯片搭配在一个测试板的形式(图六)，那么板阶可靠度试验后出现故障后，该如何找异常点呢?
图六：先进封装Daisy Chain走线形式。
若异常型态为仍有电性(Short/Leakage)，可用同一般封装样品故障分析形式，先使用Thermal EMMI(InSb)进行热点分析，定位异常位置，并透过X-Ray/3D X-ray显像，最后使用Plasma FIB物性研磨，将失效断面切出进行分析。
若异常型态为「Open」，一样同一般封装形式，必须在「定位」前，先进行样品制备。不过，这边要特别留意，一般封装形式Daisy Chain走线是位在IC与PCB板间(参见图七(左))，但先进封装形式，Daisy Chain走线路径则介于两颗Die之间(参见图七(右))，因此无法使用从PCB测试板端研磨的传统方式(走线不在PCB端)，就必须从晶背端，利用干式蚀刻方式，让位于Die 1与Die 2间的Daisy Chain走线裸露。
图七(左)：一般封装形式，Daisy Chain走线位于PCB与IC间；图七(右)：先进封装形式，Daisy Chain走线位于Die 1与Die2间，透过干式蚀刻，使Die 1的 Daisy Chain走线裸露。
Daisy Chain裸露后(图八(左))，我们即可进行第一步骤「定位」，因此时异常情况为Open，无法通电，就无法使用Thermal EMMI(InSb)定位Hot Spot，必须透过EBAC，将电子束导入样品内部，电荷会累积于正常走线处，而异常处电荷无法累积，画面就会全暗，即可判别异常位置，找到异常断点(图八(右))。
图八(左):透过OM，观察到样品制备后Daisy Chain裸露样貌。图八(右)：透过EBAC，观察到A1-A2之后的影像全暗，藉此判别其就是异常断点。
第二步骤「显像」，安排X-ray/3D X-ray复检，发现锡球接合异常(图九(左))。第三步骤「切片」，安排Plasma FIB/物性研磨进行切片，找到异常现象为锡球断裂(图九(右))。
图九(左):X-Ray显像，找到异常点为锡球接合异常。图九(右):切片后，更加确认异常现象为锡球断裂。
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