發佈日期：2020/11/03錫球檢測
發佈單位：iST宜特
先進封裝最大挑戰來自於異質整合晶片內含多種材質，堆疊複雜容易導致非常多可靠度的問題，包括晶片翹曲問題(深入閱讀:掐指算出Warpage翹曲變形量 速解IC上板後空焊早夭異常)、異質材料整合問題、錫球接合問題。
本期宜特小學堂，我們會將焦點放在如何找到錫球(solder ball)異常點。
在進行分析前，樣品需要經過製備，才能正式進入分析，一般傳統手法是先研磨PCB載板再搭配酸液取下晶片(Die)來進行異常點分析觀察，但若異常點是出現在錫球(solder ball)，還能用傳統手法進行分析嗎?
答案是不行的! 若直接從PCB載板下手，錫球在樣品製備階段，就會經由研磨以及酸液取Die等手法被破壞掉了，若異常點就是錫球(solder ball)本身，等於是直接破壞了異常(defect)現場(圖一)。
圖一:以傳統手法取下Die後錫球裸露出，極可能破壞異常原貌。
圖二:WLCSP結構示意圖
如何解？答案是從晶背(Backside)來進行樣品製備。以下宜特分享經典先進封裝-WLCSP(Wafer Level CSP)晶圓級晶片封裝技術案例(圖二)，當WLCSP的錫球發生異常點，宜特如何運用三步驟，從晶背進行樣品製備，協助您快速找到產品異常點。
圖三:宜特運用三步驟，從晶背找到錫球異常點。
第一步驟:定位
若以傳統方式，樣品製備大多是第一步驟，不過若要從晶背施工，首先我們要做的是「定位」。
如何精準定位目標?一般電子顯微鏡例如OM等，在晶背施工前，是無法透視看到樣品內部狀況。因此使用可以透視樣品內部的超高解析度 3D X-Ray 顯微鏡，找到錫球異常位置(圖四)。
圖四：使用3D X-ray，觀察到錫球(solder ball) 已有裂痕(Crack)
第二步驟:去除晶背
接著，我們就要進行樣品製備了，但不是從PCB載板，而是從晶背(Backside)，，將矽基板(Silicon Substrate)利用乾式蝕刻方式，完全或局部移除(圖五)。
所謂「乾式蝕刻」，與傳統濕式蝕刻的差別在於，前者可以讓樣品在不碰觸任何酸液藥品的狀態下，進行樣品製備。
而後者「濕式蝕刻」，會因為酸的使用而發生滲酸的可能，進而破壞異常點的原貌。所以如果異常點發生在錫球，就必須採用乾式蝕刻方式來進行樣品製備。
圖五:宜特以晶背乾蝕刻手法，去除Silicon Substrate後，可以清楚看到WLCSP表面錫球分布位置。
第三步驟:切片顯像
最後，以雙束電漿離子束 (Plasma FIB)或雙束聚焦離子束(Dual beam FIB)進行Cross Section(圖六)，就可以清楚看到錫球(solder ball)的異常情形(圖七)。
圖六:Plasma (Dual Beam) FIB 切片施作
圖七:顯像，清楚看到錫球的異常情形(defect)
除了先進封裝錫球的觀察，利用晶背移除矽基板(Silicon Substrate)的手法，也可運用在觀察電路是否斷路(圖八)、或是先進製程的IC要從晶背進行電路修改(深入閱讀: 先進製程的IC，該如何從晶背進行FIB)等。
圖八:藉由晶背方式，觀察電路有斷路現象
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