系統級封裝出現故障——兇手會是誰？
作者 : 歐學仁、吳羿鋒，宜特科技故障分析工程
當IC故障而必須分析元件或Die的異常狀況時，如果礙於SiP、MCM內部打線或基板線路互連的複雜關係，將導致電性測試易受晶片或元件影響而難以判定…
隨著多媒體影音/高速通訊元件等科技產品朝向多功能化與IC體積微小化邁進，元件間的系統化整合也被視為未來的重點發展技術。目前業界的封裝技術大多朝系統級封裝(System in Package；SiP)、多晶片模組(Multi Chip Module；MCM)實現最佳化。
然而，當IC出現故障時，想分析其中一顆元件或晶粒(Die)的異常狀況，又礙於SiP、MCM內部打線或基板線路互相聯結的複雜關係，將導致進行電性測試時，容易受到其他晶片或元件影響，造成判定困難，甚至無法判定。
該如何解決此狀況呢？筆者任職於驗證分析實驗室——宜特科技(Integrated Service Technology；iST)，累積多年厚實的半導體驗證分析技術，研發出IC Repackage移植技術，可從SiP、MCM等多晶片或模組封裝體中，將欲受測之裸晶粒，無損傷的移植至獨立的封裝測試體，避開其他元件的干擾，進行後續各項電性測試，快速找到IC故障的元兇是誰。
如何製作測試治具
晶片出廠的最後環節，即是進行裸晶針測(Chip Probing，CP)，在晶圓(Wafer)完成後、封裝前利用點針手法，盡可能先將壞的晶片篩檢出來，PASS的裸晶經過封裝後，再進行最終測試(Final Test，FT)，即可完成製造並出貨。
不過，通常屬於新產品研發的晶片、或是經由客退的晶片，當須重新進行FT，數量皆不多，業界大型封裝廠對於此類的少量晶片植入封裝體需求，排程交期都較長，甚至不接受少量客製化的封裝體晶片植入作業。
有些客戶會直接使用陶瓷封裝材料植入晶片，然而，陶瓷封裝材料或許可以解決部份FT的問題，但市面上單一規格的陶瓷封裝材料可能會遇到接腳(pin)長度及寬度與測試治具/載具無法匹配，或是陶瓷材料材質與塑膠封裝體材質不同，因而影響FT結果。
宜特科技使用客戶手邊現有的IC成品，進行開蓋(Decap)，做成符合需求的測試治具/載具，後續能便利且有效進行FT。進行IC Repackage移植，在宜特實驗室中需要經過五道步驟(圖1)：
圖1：宜特科技實驗室的IC Repackage移植五步驟。
步驟一：收到待測樣品後，先進行「樣品進料品質控制」(Incoming Quality Control，IQC)，並確認客戶提供的相關資訊，包括利用超高解析度數位顯微鏡(3D OM)檢查外觀有無受損、確認封裝體內Die的數量、目標異常晶片位置與厚度等，這個階段主要目的是確認樣品現況是否吻合客戶反應情形。
步驟二：將利用X射線檢測(X–ray)或超音波掃瞄(SAT)，進一步確認目前樣品有無封裝異常，並定位確認需要取出的目標異常晶片位置。接著，藉由IV電特性量測，來確認封裝體內客戶指定pin的狀況；同時，視情況利用Thermal EMMI (InSb)以確認亮點與目標異常晶片的關係。
步驟三：則是利用酸蝕及研磨方式，取出目標異常晶片，並藉由OM確認晶片有無裂痕(Crack)、燒毀(Burnout)、缺口(Chipping)等問題。
步驟四：將取出的裸晶重新打線封裝成客戶要求的封裝。這一步驟實際操作情形分成兩部份：
- 透過現有IC成品做成測試治具/載具
首先，選擇符合客戶測試治具/載具的IC成品，接著，利用特殊開蓋方式，將部分打線及晶片露出(圖2)，以利後續移除晶片及打線。
圖2：封裝體經過特殊開蓋方式露出晶片及部份打線。
接著，以手動方式移除晶片及打線/引線(圖3)，露出底板及導線架(二焊點)，並保留鍍銀層。
圖3：使用人工物理手法，移除晶片及打線(引線)。
最後，清除封裝體內殘餘的膠體及打線(引線)，確認內部無殘留物質，為後續成為測試治具/載具進行檢查與確認(圖4)。
圖4：完成可以封裝打線的封裝體。
2. 結合待測晶片樣品與測試治具成為新樣品
利用封裝黏晶，將待測晶片樣品放置於測試治具；接著，施打對應的打線/引線；最後，使用封膠將打線/引線及晶片保護隔絕，完成成品(圖5)。
圖5：透過黏晶、引線、封膠，結合待測晶片樣品與測試治具。
步驟五：先針對樣品進行IV電特性量測，或是，客戶也可以攜回該顆重新封裝過後的IC，至自家廠內進行功能性電特性量測。
IC Repackage移植經典案例
- 取出SiP中的目標異常Die，製備成wBGA
圖2為SiP樣品，宜特科技透過Repackage移植技術，將其中的目標異常裸晶取出，進行樣品製備，移植成窗型球閘陣列(window Ball Grid Array；wBGA)封裝形式。藉此，客戶即可避開其他元件的干擾，針對該顆wBGA進行後續自動測試設備(Automatic Test Equipment；ATE)，確認異常位置。
圖6：移植SIP內的目標裸晶，樣品製備為wBGA封裝形式，順利進行後續各項測試。
- 從模組中取出元件，進行植球
當模組中有多顆IC或元件時，宜特科技透過研磨或切割，將目標元件從模抯中取出，接著進行植球服務，讓客戶可以取回至自家廠內進行各項測試，釐清相關故障原因。
圖7為從Module中取出目標BGA IC，經過尺寸量測及植球後，便於客戶後續測試。
圖7：取出Module內的目標元件，經植球後，即可回到客戶廠內測試。
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