封裝行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

隨著現(xiàn)代印刷電路板(PCB)、多芯片模塊(MCM)、堆疊式祼片以及硅通孔(TSV)器件上封裝器件越來(lái)越密集、越來(lái)越復(fù)雜，遭遇封裝器件失效的可能性也越來(lái)越明顯、越來(lái)越成問(wèn)題。

失效分析工程師一直在不斷地設(shè)法優(yōu)化工具、算法和電路編輯的效率以提高良率。SystemNav™是微捷碼設(shè)計(jì)自動(dòng)化有限公司專為設(shè)計(jì)師和失效分析工程師提供的一款新工具，它可徹底隔離造成封裝器件失效或性能降低的源頭。其中部分是通過(guò)讓用戶從祼片到系統(tǒng)層并從系統(tǒng)層到祼片地快速追蹤信號(hào)，實(shí)施故障隔離和修復(fù)；追蹤到信號(hào)后再讓工程師從物理上將失效分析工具導(dǎo)航到X、Y位置，確認(rèn)失效的根源從而實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)上，封裝器件是由金屬引線框架和通過(guò)綁定線與金屬引線框架固定的裸片所組成。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已非常成熟且失效機(jī)制也廣泛被接受。隨著一個(gè)器件中包含100多個(gè)連接以及一個(gè)系統(tǒng)包含多個(gè)器件這些狀情況的接連出現(xiàn)，封裝器件需要進(jìn)行重大改變才可滿足目前封裝技術(shù)需求。半導(dǎo)體器件可直接貼裝在PCB上，完全替代引線架構(gòu)封裝。許多的PCB也可貼裝到傳統(tǒng)引線框架封裝中，此項(xiàng)技術(shù)即是眾所周知“介入物（interposition）”。

由于這類封裝密度大、復(fù)雜性高，因此制造商主要負(fù)責(zé)最后封裝產(chǎn)品的質(zhì)量和良率；這就需要質(zhì)量保障(QA)團(tuán)隊(duì)與失效分析(FA)團(tuán)隊(duì)緊密協(xié)作，對(duì)封裝產(chǎn)品上多個(gè)器件加以分析。

封裝器件隨著尺寸發(fā)展， IC失效分析算法和工具變得尤為重要。除了多個(gè)堆疊式祼片和硅通孔(TSV)器件以外，多PCB層中的嵌入式被動(dòng)元件又將QAFA復(fù)雜性和挑戰(zhàn)提到了一個(gè)新的高度。目前，標(biāo)準(zhǔn)的封裝一般都超過(guò)1,000個(gè)連接。所有上述提及的技術(shù)變化給FA工藝帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

微捷碼進(jìn)一步擴(kuò)展了Camelot™基于IC的CAD導(dǎo)航工具的功能，加入了IC失效分析功能以進(jìn)行封裝器件失效分析，加入了電路編輯功能以實(shí)現(xiàn)與芯片和PC板的系統(tǒng)級(jí)無(wú)縫導(dǎo)航和CAD支持的故障定位。它可從電路板到芯片或從芯片到芯片地追蹤電信號(hào)；追蹤各類連接，比如：倒裝芯片貼裝、線焊(wire bond)和TSV；它可將內(nèi)嵌缺陷圖和熱像圖疊加到版圖數(shù)據(jù)上；通過(guò)3D橫截面分析和電路圖交叉映射等附加功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)小區(qū)域內(nèi)多個(gè)層面可視化。此外，它還可通過(guò)疊加內(nèi)嵌圖像到電氣痕跡上、交叉映射電路原理圖到版圖上以隔離并研究故障機(jī)制，再傳達(dá)給故障分析(FA)工具以實(shí)現(xiàn)精確的CAD導(dǎo)航。

就職于半導(dǎo)體公司的失效分析團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)最終封裝工作，即在PCB上貼裝一個(gè)或多個(gè)硅芯片。分析裝置上CAD支持的導(dǎo)航是CAD數(shù)據(jù)查看和基于CAD分析的“實(shí)際”標(biāo)準(zhǔn)。CAD導(dǎo)航技術(shù)范圍現(xiàn)已得到了進(jìn)一步擴(kuò)展，不僅分析芯片，而且芯片貼裝所在的PCB也在其分析范圍內(nèi)。 

STMicroelectronics 公司的Quentin Saulnier強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“隨著芯片功能越來(lái)越多、芯片空間越來(lái)越窄，封裝方面多芯片模塊和系統(tǒng)的引入讓我們一直不斷地面臨新的挑戰(zhàn)。這些新挑戰(zhàn)來(lái)源自封裝內(nèi)的祼片與專屬堆疊式祼片之間的互連。盡管如此，我們?nèi)圆坏貌灰敫噙@類技術(shù)以完善封裝，微捷碼的SystemNav正是一款能夠解決上述所有問(wèn)題的工具。這也就是為何我們已著手評(píng)估SystemNav是否可行的原因所在。”

多芯片模塊/PCB可按以下配置進(jìn)行設(shè)計(jì)：
(1) 板上多個(gè)祼片(BGA)
(2) 板上多個(gè)祼 片(線焊)
(3) 祼片與祼片連接
(4, 5) 堆疊式祼片(線焊/BGA)
(6)系統(tǒng)化封裝

下圖描述了PCB內(nèi)層的一個(gè)并行面，圖中顯示一個(gè)裂縫已貫穿了所有這些銅痕跡。采用SystemNav，用戶在此圖上隔離、調(diào)整并疊加此層面；接著再通過(guò)與客戶配置接口（聚焦離子速）溝通，實(shí)施必要的電路重新編輯以修復(fù)故障。 

 
顯示有裂縫的 PCB內(nèi)層并行面。
來(lái)源：Sem Lab公司

PC板的CAD視圖 

上圖顯示了一個(gè)PCB版圖的圖型用戶界面(GUI)。白色節(jié)點(diǎn)代表了位于電路板上祼片的PAD層連接。紅色、黃色、粉紅色和藍(lán)色信號(hào)代表的則是所選定的網(wǎng)路痕跡。需注意的是，粉紅和藍(lán)色痕跡代表的是位于相同電路板上兩個(gè)祼片間連接。

正如本文所強(qiáng)調(diào)的，封裝器件上失效情況正日益普及，失效分析 工程師正尋找一種可優(yōu)化其工具效率以提高良率的方法。微捷碼的SystemNav可徹底隔離造成封裝器件失效或性能降低的源頭。