隨著 PCB 混合制造在微電子制造方面取得更大進展，新的檢測工具應運而生。

在我們的行業中，由于對印刷電路板 （PCB）、板上芯片 （CoB）、倒裝芯片和導線的更小尺寸的需求不斷增長，微電子制造正日益成為傳統表面貼裝技術 （SMT） 制造的伙伴粘合。如今，各種傳統的 SMT 制造測試和驗證工具都經過充分驗證和有效使用。例如，這些設備包括 X 射線機、自動光學檢測 （AOI） 以及 SMT 裝配線和制造車間中的其他設備。

然而，微電子制造需要一種不同的、更新的高功率、高倍率激光顯微鏡，如圖 1 所示。這些工具用于非常復雜和絕對詳細地檢查微電子。簡而言之，它們確保基板和芯片在來料檢測期間完好無損。此外，在制造完成后，這些工具會計算測量值并獲取精確讀數，以確保微電子制造已按照原始規格和客戶要求進行。

在確保高可靠性微電子制造方面，這些高功率激光顯微鏡可執行各種有價值的檢查、校準和驗證任務。包括芯片、環氧樹脂、阻焊層滲漏和空氣橋檢查，以及計算長度、寬度和高度（z 軸），并創建 3D 渲染。

至于模具檢查，顯微鏡檢查模具表面是否有缺陷。例如，這些可能是表面異常、任何類型的損壞，如細微裂紋或芯片角微小碎裂，或腐蝕、污染或氧化。在這種情況下，模具檢查預計符合 MIL STD 883 rev. G 或 E。

此外，在某些情況下，工藝工程師可能會錯誤地計算出用于芯片貼裝工藝的芯片下方所需的環氧樹脂量。這種情況會導致所謂的環氧樹脂滲出。發生這種情況時，芯片并未完全附著在基板上。相反，它變成了“浮動骰子”，因此骰子在最佳水平上是不穩定的。

相反，芯片需要 100% 附著在基板或中介層的底部。這樣，可以以 100% 的準確度執行引線鍵合。在這種情況下，高功率激光顯微鏡會檢查是否有環氧樹脂滲出，以防止出現此問題。

對阻焊層滲出進行另一次檢查。這是為了掩膜可能滲漏到要安裝引線鍵合的焊盤上。如果焊盤表面頂部的掩膜不足以正確執行鍵合，就會出現問題。

類似的問題涉及焊盤尺寸和放置不一致。圖 2 顯示了從第一個到第二個和第三個的這種焊盤尺寸不一致。一個焊盤為 49.3 μm，或約 2 mil；第二個焊盤為 44.5 μm；第三個焊盤為 70.4 μm。這意味著 Pad #1 和 Pad #3 之間的焊盤尺寸差異約為 40%。這種差異不符合精確引線鍵合應用所需的精度。

圖 2：從 #1 到 #2 到 #3 的焊盤不一致

焊盤尺寸必須準確的原因是因為這些焊盤非常小。例如，它們分別為 2 或 3 mil，或 50 或 75 μm。它們不僅在尺寸方面必須準確，而且焊盤到焊盤的距離必須在要組裝引線鍵合的整個焊盤圖案中保持一致。

為什么焊盤尺寸的一致性和準確性至關重要？這些可靠性因素很關鍵，因為微電子組裝中使用了極細的導線。我們談論的是 1.5 和 2 密爾線。例如，當 2 mil 寬的導線鍵合在小于 2 mil 的焊盤上時，可靠性會受到極大威脅。這不會產生堅固可靠的引線鍵合接頭，因為焊盤尺寸小于要安裝在基板或 PCB 上的引線寬度。

高功率激光顯微鏡可以發現這些不一致和不準確之處。他們檢查焊盤尺寸，公差以微米為單位，精度為正負半微米。他們不僅計算到并發焊盤的距離，還計算一個焊盤到另一個焊盤的距離。通過這樣做，可以重新檢查基板或 PCB，使其組裝起來沒有任何問題。這稱為來料基板檢查，當它經過激光顯微鏡驗證時，可以看到引線鍵合的 2D 印模，如圖 3 所示。

圖 3：三根金線的 2D 印模

剩余殘留物

其他時候，助焊劑或環氧樹脂殘留物可能會產生類似的問題。如果正在執行 PCB 混合制造（即 SMT 和微電子制造的組合），則 SMT 制造可能會留下一些殘留物。這些殘留物可能會殘留在 PCB 的基板上或滲入要放置微電子元件的區域；因此，表面被污染。當這種情況發生時，要在引線鍵合焊盤上形成的鍵合會變得很困難，如果不是不可能的話。

因此，清潔至關重要。焊線越薄，焊盤需要的精度越高。通常，用于焊盤的細線彼此非常接近。如果使用最細或最細的 7/10-of-a-mil 線，則需要在等離子清洗過程中使用異丙醇 （IPA） 或氬氣盡可能清潔表面。

高功率激光顯微鏡還可以確保氣橋處于活動區域并且是適當的。顧名思義，創建一個空氣橋或環路以繞過位于其他兩個組件之間的組件，以連接從 A 點到 C 點的引線鍵合并越過 B 點。顯微鏡觀察空氣橋以確保它是正確的并且不要折疊或接觸中間被繞過的組件。如果是這樣，它會產生一個短的或不穩定的接頭，最終在現場的開始或后期導致問題。

除了這些類型的檢查之外，精確的計算和 3D 渲染也很重要，因為微電子制造需要最高的精度。這些高功率激光顯微鏡的作用是計算長度、寬度和高度（z 軸）。

有時，執行引線鍵合會產生高度限制。因此，這些示波器在這些情況下測量 z 軸，并計算兩個組件之間的最精確距離，例如芯片與基板或焊盤之間的距離。此外，他們還計算了 PCB 上阻焊層的焊盤尺寸和 X、Y 和 Z 厚度不一致。這確保了焊膏沒有被過度涂抹，從而阻礙了微電子引線鍵合工藝。

此外，有時需要將芯片連接到基于化學鍍鎳浸金 （ENIG） 或化學鍍鎳鈀浸金 （ENEPIG） 表面處理的腔體中。芯片需要非常精確地控制高度，以便在芯片連接后通過引線鍵合連接線之前完美地安裝在這些空腔中。高性能示波器是查看空腔深度以及在 z 軸上執行高度測量的完美工具。

3D 渲染

最后，3D 渲染開始發揮作用。這些示波器創建了焊盤、基板高度和焊膏高度的 3D 渲染，從而提供視覺效果，使工藝工程師能夠計算基板和引線鍵合之間的距離，并檢查正在使用的環氧樹脂或焊膏的厚度。 圖 4 顯示了圖 3 中相同的三個金線鍵合的 3D 渲染，以提供更逼真的圖像。

圖 4：圖 3 中相同的三個金線鍵合的 3D 渲染

計算復雜精細的引線鍵合曲線是絕對必要的。例如，為引線鍵合環在高度測量中的 5 μm 精度創建 3D 輪廓。在這個 3D 輪廓中，可以查看各個方面。這些包括芯片和環氧樹脂的厚度以及基板或中介層與芯片之間的距離。創建此 3D 配置文件可提供非常清晰的圖片，可以輕松測量。它還提供了非常好的視覺效果，這是有效與差的微電子組裝的定量證明。

正如我們在這里所說，高效的傳統工具在當今的 SMT 制造中證明是有價值的。然而，更新的、完全不同的高功率激光顯微鏡正在 PCB 微電子組裝和制造中廣為人知，以檢查和測試微觀級別的復雜細節。

審核編輯：郭婷