發佈日期：2020/4/16SMT DOE試驗設計
發佈單位：iST宜特
研發開案時期，想要進行少量多樣 SMT DOE試驗設計，卻找不到配合廠商可以協助?
想確認先進封裝、IC晶片壽命與效能，卻因SMT品質不佳，導致可靠度壽命預估失準?
欲測試上板後的IC品質，卻因IC尺寸太微小，連SMT樣品製備都有困難?
因應物聯網(IoT)、AI、自動駕駛的發展，如何快速傳輸以及處理大量的數據已是現在發展的趨勢，當高效能運算(High Performance Computing；HPC)成為製程技術研發的重中之重，在設計以及封裝複雜度只增不減的情況下，先進封裝技術將成為輔助摩爾定律延壽的最大助力。
先進封裝最大挑戰來自於異質整合晶片內含多種材質，堆疊複雜容易導致翹曲(Warpage)；此外隨著線寬/線距的縮小，翹曲的程度易導致表面黏著(SMT)過程異常甚至影響後續板階可靠度(Board Level Reliability)結果。
因此在半導體驗證領域服務超過25年的宜特，近年來接到非常多客戶不管在NRE(non-recurring engineering)一次性工程時期、試驗設計(DOE, Design of Experiment)階段，有SMT需求，希望可以在產品量產前，進行一些材料選擇、製程參數調整等少量多樣的需求。
相信身為半導體產業工程師的您，一定遇到過自家SMT產線產能都已被預約額滿，無法支援如在NRE一次性工程時期，DOE試驗時期等少量多樣的研發需求；而身為IC設計工程師的您，也一定遇過大型封裝廠無法進行研發品少量多樣的協助。
您的聲音，宜特聽到了，我們的SMT服務，除了可以協助您量身訂作測試樣品進行品質與可靠度驗證外，更可協助您執行各式工程 SMT-DOE試驗設計及尋找最佳組合參數，協助您克服在研發階段所遇到的SMT黏著問題。
表面黏著 (SMT)製程在產品研發階段扮演什麼角色呢? IC黏著在模擬PCB上的品質好壞，將直接影響到產品壽命判斷精準度。品質好壞的關鍵因素包括，錫膏特性、印刷條件設定 (如脫模間距、脫模時間、印刷速度)、置件精準度、鋼板選擇(圖一)。
本次宜特小學堂，與您分享三項多數客戶委案SMT案例。
案例一: 針對Substrate進行手動植球、除球
錫球成分是決定產品品質好壞重要因素之一，若等到產品量產才發現錫球有問題，可能為時已晚。
因此宜特可靠度驗證實驗室遇及許多客戶在產品設計階段初期，嘗試不同錫球成分與package的匹配來選擇最佳的錫球材料，植球主要分為兩種應用:- 錫球焊錫可靠度驗證:使用特殊設計的治工具，將所需驗證錫球植在基板(substrate)上。
- 錫球支撐性驗證: 因零件尺寸隨著封裝技術日益變大，大尺寸零件容易因翹曲(warpage)及零件本體重量造成焊接異常如短路。宜特可靠度驗證實驗室，可將銅核球結構的錫球植上基板(substrate)以增加支撐性，避免焊接短路問題發生(圖二)。錫球總類包括各類錫銀銅合金錫球、不同核心錫球(如銅核球)等，藉由錫球植上substrate的DOE結果，導入合適錫球，將可提高產品驗證成功率。
圖二:宜特植錫球製程
而在除球作業上，因應封裝樣式的多樣性，除了植錫球外，宜特可靠度驗證實驗室也遇到需進行除球作業的案例，例如樣品晶背(Backside)有Silicon時，就須進行樣品前處理，將錫球去除，以利後續的翹曲量測模擬(Shadow Moiré)能夠順利執行。
圖三:宜特除錫球製程
案例二: 提出SMT Solder Joint參數建議
異質整合材料堆疊複雜，容易導致翹曲(warpage)失控，因此宜特可靠度驗證實驗室也接到非常多包括IC設計、晶圓代工，及封裝測試廠的需求，希望可以先模擬確認翹曲(warpage)數據，調整錫膏印刷鋼板設計及回流焊溫度，藉此減少因翹曲(warpage) 造成空焊及短路問題的機率(圖四)。依據此方式，宜特已成功替多家廠商克服PCB或IC翹曲(warpage)的焊接問題。
圖四: SMT上板前，可針對元件與PCB進行模擬分析，預先了解翹曲(warpage)情形(圖出處: Akrometrix)
案例三: POP(Package on Package)案例，上板治具對位製作
此一案例為上下兩層PCB、中間印錫膏放置墊極零件(圖五)。然而此方式，容易導致墊極材料黏著時在上下兩層PCB時，有不平整、或板彎的狀況。因此必須靠治具對位來解決。
治具的製作，最難的地方在於必須考量錫膏厚度及開孔來符合焊接條件，且上下兩層必須精準對位。
宜特可以協助您進行治具的製作、上板、以及後續還可串接故障分析實驗室，透過X-ray確認焊接品質。
圖五:宜特可客製化治具，進行治具對位
本文與各位長久以來支持宜特的您，分享經驗，同時，我們也準備好更大的SMT產能，不僅可以協助您進行可靠度測試所需的樣品製備，更提供小量多樣的服務。若您有相關需求，或者對相關知識想要更進一步了解細節，不要猶豫，歡迎洽+886-3-579-9909 分機 6429 張先生│ Email: WEB_SMT@istgroup.com。