晶圓重構是指將從晶圓上分割下來的晶粒重新貼裝在臨時載體上形成重構晶圓, 如圖 3 所示。晶圓重構技術要求較好的定位精度, 既需要良好的粘貼強度, 也需要易于剝離, 否則會導致芯片偏移 。

塑封工藝可以保護芯片并擴展芯片面積, 環氧塑 封料會在受熱后液化, 包裹住晶粒, 并在冷卻后固化。環氧塑封料的熱膨脹系數與其他材料之間存在較大的 不匹配, 注塑時產生的液體流動也可能會改變晶粒位 置, 造成晶圓翹曲和芯片偏移。 

重布線技術是實現扇出效果的關鍵技術, 如圖 4 所示, 該技術首先在晶粒表面覆上鈍化層和 PI 層, 再 通過金屬濺射、 掩膜曝光的方法制造金屬層圖案, 并使用電鍍法填充金屬層, 反復多次, 在晶粒和塑封料 表面交替制作金屬層和聚酰亞胺層, 最終形成多層重 布線層, 實現對 I/ O 接口的重新排布。由于金屬和聚酰亞胺熱膨脹系數不同, 在溫度變化時若重布線層 強度不足會引發重布線層開裂。

菊花鏈(Daisy Chain)測試鏈路是表征先進封裝結 構可靠性的常用方法, 它可以高效率地實時監測封裝 結構是否在環境測試中發生失效, 并鎖定發生失效的 大概位置。菊花鏈測試鏈路可以在 I/ O 接口中建立多 條鏈路, 一旦封裝結構在某處發生失效, 就會改變該 處的橫截面積、 長度和電氣參數, 失效位置所在鏈路 的電流也會因為電阻值的改變而變化, 從而實現對封 裝結構失效狀態的監控和失效位置的估計。 

在發現失效現象后可以使用超聲波掃描電子顯微 鏡 (SAM)、 掃描電子顯微鏡 ( SEM) 、 能量色散 X 射線光譜儀(EDX)、 X 射線能譜儀 (EDS)等工具和手 段對失效點位進行定位和失效分析。超聲波掃描電子 顯微鏡和能量色散 X 射線光譜儀可以精準定位失效位 置。

掃描電子顯微鏡可以得到失效點位的清晰圖像, 有助于了解斷裂、 分層、 錯位等現象的具體原因。通 過能譜分析對失效點位附近材料的成分進行分析, 可 以追溯因工藝流程中原材料純度不足、 對上一工藝環 節殘余物清洗和剝離不夠充分或生產環境不夠純凈等 原因導致的失效。 

溫度循環試驗和沖擊試驗可以使潛在的布線層分 層和焊球開裂失效充分暴露。重布線層中的金屬層和 聚酰亞胺層在溫度循環測試時反復膨脹收縮, 二者熱 膨脹系數不同, 若重布線層強度不足則會開裂。沖擊 和溫度循環導致焊球處發生熱應力和機械應力集中, 若產品設計不合理或封裝工藝不達標, 則會導致焊球開裂。

根據聯合電子器件工程委員會發布的有關標準 JESD22-A104, 封裝可靠性測試中溫度循環試驗的 熱范圍為-40~ 125 ℃, 循環測試的次數均為 1000 次, 沖擊測試的強度為 1500 g / ms。

在實際工作中, 可靠性環境試驗會根據集成電路產片生命周期中所經歷的 環境進行調整, 比如航空航天電子產品會對沖擊強度 測試進行加嚴, 汽車電子產品可能會擴大溫度循環范 圍或增加高溫存儲實驗(HTS)等項目。

有些集成電路 產品在生產流程中會使用一些特殊工藝, 產品可能會 經歷極端環境變化, 這也需要調整測試環境。有針對 性的可靠性測試有助于精準的評價封裝結構的可靠性, 從而合理地對結構和工藝或劃定適應的產品貯存、 運 輸和工作環境范圍。