I. گرههای حیاتی در ساختارهای اتصال با چگالی بالا
برآمدگی (Bump) به ساختار کوچک برجسته روی سطح تراشه اشاره دارد. این ساختار که بین پدهای I/O تراشه و ساختارهای اتصال خارجی قرار گرفته است، اتصال الکتریکی بین تراشه و زیرلایهها، واسطهها یا تراشههای دیگر را برقرار میکند. در کاربردهایی مانند بستهبندی تراشه وارونه (flip chip packaging)، بستهبندی در سطح ویفر (wafer-level packaging) و همچنین بستهبندیهای 2.5 بعدی و 3 بعدی، برآمدگیها نه تنها رسانایی الکتریکی، بلکه پشتیبانی مکانیکی، دفع حرارت و قابلیت اطمینان عملیاتی طولانیمدت دستگاههای بستهبندی شده را نیز بر عهده دارند.
میکرو-برآمدگی (Micro-bump) نوعی برآمدگی استاندارد در مقیاس کوچکتر و با چگالی بالاتر است. این نوع برآمدگی به طور گسترده برای چیدمان تراشهها (chip stacking)، اتصال تراشه به تراشه (die-to-die bonding) و اتصال بین تراشهها و واسطهها استفاده میشود. در مقایسه با برآمدگیهای استاندارد، میکرو-برآمدگیها نیازمندیهای سختگیرانهتری را برای دقت ساخت، دقت همترازی و عملکرد بازرسی غیرمخرب اعمال میکنند.
شماتیک ساختاری: برآمدگی در مقابل میکرو-برآمدگی برای بستهبندی نیمههادیها
از منظر بازرسی، وظیفه اصلی فراتر از صرفاً تأیید وجود یا عدم وجود برآمدگیها است. حیاتیتر است که تأیید شود آیا هر نقطه اتصال به درستی موقعیتدهی شده و دارای مورفولوژی هندسی پایدار است، و همچنین عیوب پنهانی که ممکن است فرآیندهای اتصال بعدی و قابلیت اطمینان طولانیمدت دستگاه را به خطر بیندازند، شناسایی شوند.
در کارهای بازرسی روتین، عیوب رایج به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند. ناهنجاریهای موقعیتی شامل انحراف برآمدگی، عدم همترازی و برآمدگیهای گمشده است؛ عیوب مورفولوژیکی شامل فروریزش، تغییر شکل و ارتفاع نامنظم برآمدگی است؛ شکستهای مرتبط با اتصال شامل پل زدن (bridging)، اتصال ناکافی و خطرات تماس ضعیف است؛ عیوب داخلی عمدتاً به حفرهها (voids)، ترکها و ناخالصیها (inclusions) اشاره دارد. به طور خاص، حفرهها، ناخالصیها و عیوب واقع در نواحی مسدود شده را میتوان تنها از طریق قابلیت تصویربرداری نفوذی غیرمخرب فناوری اشعه ایکس به طور مؤثر شناسایی کرد.
از نظر دستهبندی عیوب، بازرسی برآمدگیها شباهتهایی با بازرسی BGA معمولی دارد، اما دشواری واقعی تشخیص به طور قابل توجهی بالاتر است. از نظر ابعاد معمول، توپهای لحیم BGA سنتی صدها میکرومتر قطر دارند، در حالی که برآمدگیهای معمولی به 80 تا 150 میکرومتر کاهش مییابند و میکرو-برآمدگیها بیشتر به 10 تا 40 میکرومتر کوچک میشوند. کوچک شدن مداوم اندازه ویژگیها و فاصله بین آنها، حفرههای ریز، ناهمواریهای لبه و تغییرات مورفولوژیکی موضعی را به شدت مستعد پنهان شدن توسط نویز تصویر، نوسانات مقیاس خاکستری و اثرات همپوشانی ساختاری میکند.
مقایسه ابعادی در میان سه حالت اتصال بینسطحی
II. بازرسی هماهنگ سختافزار و نرمافزار: نگاهی به دنیای میکروسکوپی
در این مقیاسهای کوچک، سیستمهای بازرسی باید بیش از صرفاً تأیید وجود عیوب عمل کنند؛ آنها باید به طور قابل اعتماد ناهنجاریها را در مقیاس میکرومتر برای شناسایی مؤثر نمایش دهند. به عنوان مثال، یک عیب 10 میکرومتری را در نظر بگیرید: برای ایجاد پوششی حدود 5 پیکسل در تصویر گرفته شده برای تشخیص پایدار، سیستم به دقت تک پیکسل 2 میکرومتر در هر پیکسل نیاز دارد. این امر مستلزم تجهیزات بازرسی با بزرگنمایی افزایش یافته و وضوح فضایی برتر است.
این نیازمندیهای سختگیرانه بار سنگینتری را بر عملکرد تصویربرداری سختافزار وارد میکند. بزرگنمایی هندسی درجه وضوح جزئیات را تعیین میکند. با این حال، بزرگنمایی بالاتر میدان دید تکی را محدود میکند، که تمایل به کاهش توان عملیاتی کلی بازرسی دارد و در عین حال استانداردها را برای دقت موقعیتیابی و کیفیت دوخت تصویر بالا میبرد. علاوه بر این، تحت بزرگنمایی فوقالعاده بالا، اندازه نقطه کانونی منبع اشعه ایکس مستقیماً به تاری هندسی کمک میکند. نقاط کانونی بیش از حد بزرگ، حفرههای ریز و ناهمواریهای لبه را در طول فرآیند تصویربرداری پنهان میکنند. علاوه بر منبع اشعه ایکس، اندازه پیکسل آشکارساز، وضوح ذاتی سیستم، پایداری مرحله و دقت تکرار موقعیتیابی به طور جمعی وضوح و سازگاری تصاویر نهایی گرفته شده را تعیین میکنند. بر این اساس، خوشههای الگوریتمی تنها زمانی میتوانند عملکرد کامل خود را ارائه دهند که دادههای تصویر خام با کیفیت بالا توسط سیستم سختافزار جلویی تأمین شود.
منبع اشعه ایکس باز 160 کیلوولت خود توسعه یافته توسط Unicomp
برای رفع این تقاضاهای فنی، Unicomp به پیشبرد تحقیق و توسعه مشترک سختافزار اصلی و الگوریتمهای هوشمند ادامه داده است. منبع اشعه ایکس باز 160 کیلوولت خود توسعه یافته این شرکت به حداقل اندازه نقطه کانونی 0.8 میکرومتر دست مییابد و پایهای سختافزاری محکم برای تصویربرداری ریزساختارهای در طول بازرسی اشعه ایکس در سطح ویفر فراهم میکند. با پشتیبانی این منبع اشعه ایکس و سایر اجزای اصلی، Unicomp مجموعه محصول جامعی را پوششدهنده سناریوهای کاربردی متنوع برای برآورده کردن نیازمندیهای پیچیده بازرسی اشعه ایکس با دقت بالا در سطح ویفر ایجاد کرده است.
به طور موازی، Unicomp سرمایهگذاری مداومی در توسعه فناوریهای پردازش تصویر هوش مصنوعی، مانند الگوریتم کاهش نویز فوقالعاده با وضوح UEX و الگوریتم افزایش کنتراست iHDR داشته است. الگوریتم UEX نویز تصویر را سرکوب کرده و تمایز ساختارهای ریز را بهبود میبخشد. الگوریتم iHDR نواحی با کنتراست ضعیف و جزئیات لبه را تقویت میکند و شناسایی و ارزیابی آسانتر عیوب مختلف از جمله حفرهها، ناهنجاریهای لبه و تغییرات مورفولوژیکی موضعی را امکانپذیر میسازد.
همافزایی سختافزار تقویت شده توسط ماتریس الگوریتم
برای بازرسی اشعه ایکس در سطح ویفر با هدف ساختارهای فوقالعاده ظریف و پیچیده مانند برآمدگیها در سناریوهای بستهبندی پیشرفته، عملکرد بازرسی قابل اعتماد از همافزایی سیستماتیک بین ماژولهای تصویربرداری جلویی، پایداری مکانیکی، الگوریتمهای پردازش تصویر و موتورهای قضاوت عیب هوشمند ناشی میشود.
III. چشمانداز آینده
بازرسی برآمدگی صرفاً به عنوان یک نقطه ورود عمل میکند که نشاندهنده پالایش مداوم فناوری بازرسی اشعه ایکس در سطح ویفر است. در بستهبندی پیشرفته، نیازمندیهای بازرسی مشابه به ساختارهای متعدد متصل و لایهلایه از جمله لایههای باز توزیع (RDL)، واسطهای اتصال و واسطهای بستهبندی گسترش مییابد. چنین تحولاتی توسط گسترش مداوم بازار بستهبندی پیشرفته هدایت میشود. گزارشهای تحقیقاتی مرتبط صنعت نشان میدهند که بازار جهانی بستهبندی پیشرفته در سال 2024 به حدود 46 میلیارد دلار آمریکا رسیده و پیشبینی میشود تا سال 2030 از 79.4 میلیارد دلار آمریکا فراتر رود. انتظار میرود بازار فناوری تراشه وارونه از 38.14 میلیارد دلار آمریکا در سال 2026 به 54.48 میلیارد دلار آمریکا در سال 2031 رشد کند، در حالی که پیشبینی میشود بازار تجهیزات بازرسی اشعه ایکس الکترونیکی و نیمههادی تا سال 2029 به 772.8 میلیون دلار آمریکا برسد.
از اتصالات عمودی تا اتصالات بینسطحی، تغییرات نه تنها شامل کوچک شدن ابعاد اهداف بازرسی است، بلکه شامل تغییر در تمرکز اصلی کنترل کیفیت برای بستهبندی پیشرفته نیز میشود. در آینده، بازرسی اشعه ایکس در سطح ویفر با عیوب ریزتر، ساختارهای پیچیدهتر و مشخصات سازگاری سختگیرانهتر مواجه خواهد شد. همافزایی سختافزار و نرمافزار به یک قابلیت اصلی اساسی تبدیل خواهد شد که از انتقال رو به جلوی رویههای بازرسی در فرآیندهای بستهبندی پیشرفته پشتیبانی میکند.
