NS3500在芯片键合方面的应用

摘要

随着先进封装、异质集成、晶圆键合技术快速发展，芯片键合朝着微尺度、高密度、多层堆叠方向演进，键合界面的微空洞、对位偏差、表面粗糙度、键合轮廓与微裂纹等微观缺陷，直接决定器件力学可靠性与电学性能。

引言

芯片3D集成、Chiplet 异质集成技术推动芯片封装不断微型化，晶圆键合、引线键合、倒装焊、混合键合等工艺是实现芯片与衬底、芯片与芯片之间机械互连与电互连的核心技术。键合质量的影响因素繁多：键合前晶圆表面粗糙度、颗粒污染；键合过程中的压力、温度、对位精度；键合后界面产生的微空洞、间隙、微裂纹、金属间化合物形貌不均等微小缺陷，都会造成器件接触电阻升高、机械强度下降，在热循环环境下发生分层、脱粘失效。

常规光学显微镜受景深限制，对起伏较大的微结构成像模糊；NS3500激光共聚焦显微镜凭借非接触测量、三维重构、高纵向分辨率的特点，无需复杂处理，可快速获取键合结构表面三维轮廓、粗糙度、台阶高度、键合球尺寸等量化数据，兼顾图像观测与计量分析，广泛应用于芯片键合全流程表征，弥补传统检测手段的短板。

激光共聚焦显微镜在芯片键合方面的应用

芯片键合对键合表面形貌、粗糙度、表面划痕、颗粒缺陷要求高，表面凸起、凹坑会导致键合界面贴合不良，产生界面空洞，降低键合强度。在键合工艺前，需要对焊球的直径，球高、颈缩形貌、引线弧高、引线轮廓、键合脚贴合状态直接影响互连可靠性。激光共聚焦显微镜可对金线、铜线键合点进行三维扫描，快速测量键合球直径、弧高、引线偏移量、键合区域台阶高度，评估键合球压扁形态是否均匀，识别键合球裂纹、引线塌丝、虚焊等外观缺陷。

案例一. 焊球3D尺寸分析

案例二. 引线弧高

案例三. 失效分析

结论

芯片键合质量是先进封装器件可靠性的核心保障，激光共聚焦显微镜凭借非接触、高景深、三维形貌定量表征的独特优势，覆盖键合前基底评估、键合结构几何测量、界面缺陷表征、可靠性失效分析等全流程应用，是芯片键合工艺研发与质量表征的关键光学手段。