Page 32 - 无损检测2025年第二期
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李登科，等：
基于声学显微 C 扫描检测技术的倒装集成电路失效分析
声学扫描技术是一种方便快捷的表征手段，在 相差较大，器件受到热应力时，芯片与基板的连接处
微电子器件的失效分析中具有广泛的应用。文章基 可能会出现断裂，引发器件功能失效。为了解决热
于倒装集成电路，研究了声学扫描显微镜C扫描检 膨胀系数不匹配的问题，通常会在芯片和基板之间
测技术的换能器频率、放大器增益和芯片厚度三者 注入一层底充胶作为缓冲层。研究表明，底充胶可
间的关系以及倒装集成电路常见的失效模式，并为 以有效提升焊点热疲劳寿命，保证器件的可靠性 。
[6]
倒装集成电路的选用标准提出了合理化建议。 底充胶的填充过程主要利用了液体的毛细现
象，在完成焊接的芯片一侧滴注适量含有SiO 2 颗粒
1 倒装集成电路与声学扫描技术
的环氧树脂，流动液体在表面张力的作用下，沿着
1.1 倒装集成电路 芯片和基板的表面逐渐对二者间的空隙进行充分填
倒装集成电路典型结构如图 1（a）所示，从上 充，待环氧树脂完全固化后在芯片和基板之间形成
到下依次为散热金属、热沉、芯片、底充胶和基板； 了底充胶。随着芯片尺寸的增大，底充胶填充过程
图1（b）为声学扫描显微镜结构示意。正面植有凸 中不可避免地会出现空洞和分层，进而引起焊点失
点焊球的芯片倒扣在基板上，通过焊接工艺将芯片 效，影响倒装器件的性能，因此，目前对于大规模倒
与基板相连 。由于芯片与基板的热膨胀系数（CTE） 装集成电路的失效分析主要围绕底充胶相关的缺陷
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展开。
1.2 声学扫描技术
声学扫描技术属于无损检测技术的一种，可以
实现器件内部微小缺陷的快速无损检测 。声学
[7]
扫描技术与常用无损检测技术的特性对比如表 1所
示，可见声学扫描技术具有非接触性、非破坏性、穿
透力强以及对微小缺陷的检测灵敏度高等特点，因
此文章主要采用声学扫描技术对倒装集成电路开
图 1 倒装集成电路和声学扫描显微镜结构示意 展失效分析。
表1 声学扫描技术与常用无损检测技术的特性对比
技术类型
项目
声学扫描技术 X射线检测 涡流检测 渗透检测
非接触性 是 是 否（需接触导电材料） 否（需接触材料表面）
中等（限于导电材料表面和
穿透力 强（适用于多层结构） 强（适用于较厚材料） 弱（限于表面开口缺陷）
近表面）
高灵敏度（受材料密度 较低灵敏度（对内部缺陷无
微小缺陷检测 高灵敏度 中等灵敏度
差异影响） 法判定）
实时成像 是 是 否 否
安全性 对人体无害 对人体有电离辐射危害 对人体无害 部分材料可能对人体有害
检测速度 快（可自动化扫描） 快（受成像速度影响） 快（需专业人员分析） 快（需人工操作和观察）
声学扫描技术主要利用不同介质的声阻差异来 的反射差异，检测某一声学剖面内样品的声阻变化，
鉴别材料中可能存在的缺陷，是一种常用的元器件无 进而得到样品内部结构的衬度图。此外，由于相比于
损检测手段。其使用声学扫描显微镜[见图1（b）进 其他材料，空气的声阻近似为0， 故声学显微C扫描
]
行检测，检测时将去除了散热铜片的器件浸没到耦合 检测技术对于孔隙类缺陷十分敏感，可以快速检测出
介质中（通常为去离子水），换能器周期性地发射和接 器件中的细小空洞和裂纹等缺陷，在孔隙类缺陷样品
收超声波对样品进行扫描。C扫描是声学显微技术 的检测和失效分析过程中具有广泛的应用前景 。
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的一种工作模式，该模式需要选择某段超声信号作为 不同换能器可以产生不同频率的超声波，通
时间窗口，探测时间窗口内的声波信号并对整个样品 常超声波的频率越高，波长越短，最终得到的图像
进行x-y方向的平面扫描，最后通过信号处理系统形 分辨率越高。常用的换能器超声频率包括 30，50，
成该平面的二维灰度图像。声学显微C扫描检测技 100 MHz，其中30 MHz换能器的焦距为13 mm，轴
术的成像原理是利用超声波在不同声阻材料界面处 向分辨率为50 μm，横向分辨率为16. 5 μm；50 MHz
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2025 年 第 47 卷 第 2 期
无损检测
