專利名稱：一種基于菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體封裝和通信技術領域，具體涉及一種定位失效凸點的方法，可用于WLP (Wafer Level package，圓片級封裝)等凸點間距小的器件類型或其他具有焊點陣列結構的器件。
背景技術：
在電子封裝器件焊點可靠性測試中，現(xiàn)有的技術是通過PCB (印刷電路板)電路設計使測試器件焊點形成單一菊花鏈回路。在可靠性試驗中(如熱沖擊等)，測試系統(tǒng)接通菊花鏈兩端，監(jiān)控菊花鏈回路的電阻變化，以此來判斷器件焊點是否發(fā)生失效。這種測試方法不能準確獲得器件發(fā)生失效的凸點位置，一個測試樣本只能得到一個數(shù)據(jù)。如果要得到更多的失效信息，則需要進一步的失效分析手段，因此該方法試驗成本高、周期長。現(xiàn)有的另一種技術是將試驗器件和試驗板分成幾個對稱的測試區(qū)域，在各個測試區(qū)域分別構成菊花鏈回路，引出測試點。將測試系統(tǒng)與引出的測試點相連并完成測試，從而得到測試數(shù)據(jù)。這種技術相比之前的技術提高了測試效率，可以將失效焊點定位到區(qū)域，但仍存在許多不足，具體包括
1.對于關鍵凸點，即最外圈凸點的定位能力有限，無法精確定位到單個失效凸點，也不能實時測量封裝器件特定失效凸點的動態(tài)變化過程，獲取關鍵凸點的失效信息有限。2.上述技術的部分測試點需從內層凸點陣列引出，這對BGA (球柵陣列)等凸點間距大的封裝類型適用。但對于芯片尺寸在2 5mm的WLP或其他凸點間距較小的封裝類型， 測試點難以從內層凸點陣列引出，上述技術的應用受到限制。3.缺乏能應用于不同凸點數(shù)量的、統(tǒng)一的菊花鏈設計準則，方法不夠靈活。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種實時測量與定位失效凸點的方法，以克服現(xiàn)有技術中失效凸點定位精確度差、測試效率低、測試成本高、難于實時監(jiān)控封裝器件特定凸點的動態(tài)失效變化過程等問題。本發(fā)明提出的實時測量與定位失效凸點的方法，具體步驟如下
步驟1 為了精確定位失效凸點的位置，并使失效焊點判定算法具有通用性，對于N X N的凸點陣列，根據(jù)是否測試內部凸點的可靠性，引入α、β、Υ三種菊花鏈回路單元，并在各個回路中引出測試點。步驟2 通過編程控制數(shù)據(jù)采集器動態(tài)監(jiān)控各個菊花鏈單元內部的電阻值的變化，用接通特定菊花鏈的不同回路形成的阻值判據(jù)來定位失效凸點。定位算法采用基于α、 β、Y三種菊花鏈回路單元的判定算法。步驟3 在封裝器件可靠性測試的過程中實時輸出各特定回路單元測試信息，獲得失效凸點的位置和失效時刻。下面對各個步驟作進一步具體說明在步驟1中，關于α、β、Y三種菊花鏈回路單元的介紹如下 (1) α類型菊花鏈回路單元，包括A、B、C三個凸點，三個凸點之間的電連接通過凸點與測試芯片之間的焊盤的連接實現(xiàn)，A、B、C三個凸點分別引出測試端X1、X2、X3，這三個測試引出端分別從凸點與PCB之間的焊盤引出。al，bl，cl分別是A、B、C三個凸點位于測試芯片上的鏈接點，al、bl、cl依次相連。a 2，b2, c2分別是A、B、C三個凸點在PCB上的鏈接點。連接側視圖如圖1所示，其中，單線箭頭表示連線，雙線箭頭表示引出端。(2) β類型菊花鏈回路單元，包括A、B、C、D四個凸點，四個凸點之間的電連接通過凸點與測試芯片之間的焊盤的連接實現(xiàn)，A、B、C、D四個凸點分別引出測試端X1、X2、X3、 X4，這四個測試引出端分別從凸點與PCB之間的焊盤引出。al,bl,cl,dl分別是A、B、C、D 四個凸點位于測試芯片上的鏈接點，al、bl、cl、dl依次相連，a2、b2、c2、d2分別是A、B、 C、D四個凸點在PCB上的鏈接點。連接側視圖如圖2所示，其中，單線箭頭表示連線，雙線箭頭表示引出端。(3)y類型菊花鏈回路單元，包括A、B、C、D、E五個凸點，五個凸點之間的電連接通過凸點與測試芯片之間的焊盤的連接實現(xiàn)，A、B、C、D、E五個凸點分別引出測試端XI、X2、 X3、X4、X5，這五個測試引出端從凸點與PCB之間的焊盤引出。al,bl,cl,dl,el分別是A、 B、C、D、E五個凸點位于測試芯片上的鏈接點，al、bl、cl、dl、el依次相連，a2, b2, c2，d2， e2分別是A、B、C、D、E五個凸點在PCB上的鏈接點。連接側視圖如圖3所示，其中，單線箭頭表示連線，雙線箭頭表示引出端。圖1 3中的al el表示芯片上的鏈接點，a2 e2表示PCB上的鏈接點。從 a2 e2接出引出端& &。al bl、bl cl、cl dl、dl el之間進行菊花鏈的鏈接。在熱可靠性測試中，由于外圈凸點熱應力大，器件凸點的失效位置通常先出現(xiàn)在外圈，因此外圈凸點的定位比較關鍵。針對不同數(shù)量的凸點陣列，為了定位特定的外圈失效凸點，菊花鏈的設計僅包括α、β、Y三種類型。該設計的最大的優(yōu)點是可以利用前述三種簡單通用算法的組合適應于不同數(shù)量的凸點陣列，一方面減小了判定實現(xiàn)的難度，另一方面增強了菊花鏈的設計的靈活性。若要對內部凸點的可靠性進行測試，為引出測試連接點，可將外圈的菊花鏈的設計加以修改，如β退化為α，Y退化為β，即可引出內部凸點的測試點。以4 Χ 4變化到1」12之間的8種凸點陣列為例，其凸點布置形式如表1所示。對于Nx N的凸點陣列(Ν>6)，如果僅測試外部凸點，共有4 (N_l)個測試點，如果要增加內部凸點的測試，共有4Ν-6個測試點。對于前者，4(N-I)是4的倍數(shù)，可以由N-I個 β單元組成；對于后者，當Ν>6時，4Ν-6=4(Ν-3)+6，可以由Ν_3個β單元和2個α單元組成。從測試的凸點數(shù)來看，α、β、Υ三種類型分別測試3、4、5個凸點，所以2β = α + γ， 即2個β單元可轉換為一個α單元和一個Y單元的集合。綜上所述，對于N Χ N的凸點陣列(Ν>6)，無論是否增加內部凸點的測試，外圈凸點的菊花鏈的設計都可以由α、β、γ 三種單元組合而成，連接形式為Χ α +Y β +Z γ (X、Y、Z為0或正整數(shù))。在步驟2中，關于α、β、Y三種菊花鏈單元的判定算法如下
在器件進行可靠性試驗前，分別測量各個測試模塊的電流值i；, J2, J3......In ,以凸點
電阻值增加7%為失效判據(jù)，對應的WO/JCIOO+T) , IOOi2/￠100+7^……100/,/(100+乃為各模塊的電流閾值。T 一般取20，根據(jù)具體測試器件類型而定。對于模塊內部凸點間的電流閾值的確定方法與上述相同。菊花鏈回路電流高于閾值標記為1，表示沒有失效，低于閾值標記為0，表示失效發(fā)生。XnXffl表示接通Xn和Xm回路，其中Xn，Xffl分別表示第n，m個連線引出點。通過其電流閾值判定法形成標記值。例如，XnXm=O表示回路有凸點發(fā)生失效；XnXm=I表示回路凸點不發(fā)生失效。(1) α類型菊花鏈單元
回路內部按數(shù)據(jù)采集的頻率進行α類型回路算法(算法結構如圖4所示)的掃描。具體過程如下
掃描XJ2，若&)(2=1，表明A和B完好；若X1X2=O^lJ A和B中至少有一個失效。對于X1X2=I的情況，進一步掃描若)(2)(3=1，表明C完好；若)(2)(3=0，則可判定C 失效。對于X1X2=O的情況，再掃描W和W若X1X^ X2X3中任意一組為1，則該組的兩個焊點均完好；若X1X3^X2X3都為0，可判定最多僅有一個焊點不失效。(2) β類型菊花鏈單元
回路內部按數(shù)據(jù)采集的頻率進行β類型回路算法(算法結構如圖5所示)的掃描。具體過程如下
掃描X1X2，若XJ2=I，表明A和B均完好；若XJ2=O，可判定A和B中至少有一個失效。對于的情況，進一步掃描W和W 若)(2)(3=1，表明C完好；若)(2)(3=0，則判定C失效。若XA=I，表明D完好；若ΧΛ=0，可判定D失效。對于X1X2=O的情況，進一步掃描X3X4 ①若)(3)(4=1，表明C和D完好；據(jù)此再進一步掃描)( * ，若AX3=I，可判定A完好，B失效；若^C1X3=O,則判定A失效。若)(2X3=1，表明B完好，A失效；若)(2X3=0，可判定B失效。②若X3X4=O,可推斷C和D中至少有一個失效。 分別測量AX4，X1X3，X2X3,1 ，如果有任何一組結果為1，說明該組的兩個焊點均完好，其余兩個焊點失效；如果所有結果都為0，可推斷最多僅有一個焊點不失效。(3) Y類型菊花鏈單元
回路內部按數(shù)據(jù)采集的頻率進行Y類型回路算法(如圖6所示)的掃描。具體過程如
下
首先使用β類型的算法判定焊點的失效情況，如果能定位完好的焊點，則測量完好焊點與E焊點形成的回路。若回路值為1，可判定E不失效；若回路值為0，則斷定E失效。如果采用β類型的算法不能定位完好焊點，則分別測量XJ5，X2X5, X3X5，W。如果有任意一組值為1，可斷定E完好，該組對應的另一個焊點不失效；若&)(5、)(2)(5、Χ3Χ5、Χ4Χ5中有任意一組測試值為0，可推斷最多只有一個焊點未失效。從上述算法可知α類型單元能精確定位單個失效焊點；β類型單元能精確定位單個或兩個失效焊點；Y類型單元能夠精確定位1 3個失效焊點。定位焊點的能力 Υ>β>α,但算法復雜度Y > β > α。在步驟3中，如果發(fā)現(xiàn)菊花鏈的內部存在失效凸點，則立即輸出失效凸點的位置和失效時刻，這可以通過編程實現(xiàn)。由于凸點可靠性的試驗的時間有些很長，如熱循環(huán)試驗的周期一般為一個月以上，通過程序實時采集數(shù)據(jù)并輸出失效凸點的位置和失效時刻，無疑提高了測試效率。


圖1為α類型菊花鏈單元結構圖示。圖2為β類型菊花鏈單元結構圖示。圖3為Y類型菊花鏈單元結構圖示。圖4為α類型回路算法圖示。圖5為β類型回路算法圖示。圖6為Y類型回路算法(m為已知的未失效焊點)圖示。圖7為10 χ 10 WLP器件外圈凸點的菊花鏈設計組合圖示。圖8為10 χ 10 WLP器件外圈凸點的菊花鏈設計組合圖示(考慮內圈凸點)。圖9. 10 χ 10 WLP器件芯片上的菊花鏈設計圖示。圖10為10 v 10 WLP器件PCB上的菊花鏈設計圖示。
具體實施例方式本發(fā)明以10 χ 10 WLCSP 器件(Wafer Level Chip Size Package)為例說明 步驟1 如果只測試外圈凸點的可靠性，外圈凸點的菊花鏈的設計組合為4 γ+4β，如
圖7所示。在芯片上進行封裝器件的全部菊花鏈連接。由于Y單元定位失效凸點的能力比β單元更強，所以在封裝器件的四個邊角位置(熱可靠性測試中凸點最可能失效的位置) 使用Y單元菊花鏈連接。如果要增加內部凸點可靠性的測試，外圈凸點的菊花鏈的設計為4 Y +2 β +2 α。內部凸點形成一個大的菊花鏈回路，并通過外圈2個凸點的PCB鏈接端引出測試點。由此， IOx 10 WLP器件可由9個菊花鏈單元組成，包括2個α菊花鏈單元、2個β菊花鏈單元、 4個Y菊花鏈單元、1個內部凸點菊花鏈單元(包括66個凸點)。100個凸點可通過位置分別標記為An，A12，A13……Aicutlt5外圈凸點與PCB的連接處引出輸出端口。如圖8所示。芯片上的菊花鏈的連接不僅包括外圈α、β、Y三種單元，還包括內部菊花鏈的連接，具體形式為間隔選取內部菊花鏈的連接，比如內部菊花鏈的連接為=A14 — A24 — A23— 42—A32+A42—A52，則芯片上的連接形式為A14 — A24，A23 — A22，H PCB上的菊花鏈的連接包括A24_A23，Am-A32，A42—A52的連接。外圈凸點的菊花鏈連接包括2個α菊花鏈單元、2個β菊花鏈單元、4個γ菊花鏈單元。芯片上和PCB上的菊花鏈的連接設計分別如圖9和圖10所示。步驟2 通過編程控制數(shù)據(jù)采集器動態(tài)監(jiān)控各個菊花鏈單元內部的電阻值。數(shù)據(jù)采集的頻率可以根據(jù)用戶需要自由控制。以熱沖擊測試為例，可在每個周期的升溫結束時刻、高溫保溫的結束時刻、降溫結束時刻、低溫保溫的結束時刻各采集一次數(shù)據(jù)。步驟3 假設在Tl時刻，α、β、Y菊花鏈單元按照上述算法未發(fā)生失效，內部凸
點形成的菊花鏈的引出回路為1，說明所有回路內的凸點未發(fā)生失效。假設在Τ2時刻，巧單元掃描結果為“)(8Χ9=1與YJ3=1與X9X1Q=0”，輸出Amq凸點失效。假設在T3時亥ij，h單元掃描結果為“AXici=I與LY3=I與Χ8Χ9=0”，輸出A19凸點失效。在測試結束時，可以得到匯總的失效信息T2時刻Amci凸點失效，Τ3時刻A19凸點失效。
表1.不同凸點陣列對應的菊花鏈的設計組合(供參考)
權利要求
1.一種基于菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法，其特征在于具體步驟如下步驟1 對于NX N的凸點陣列，根據(jù)是否測試內部凸點的可靠性，引入α、β、Y三種菊花鏈回路單元，并在各個回路中引出測試點；步驟2 通過編程控制數(shù)據(jù)采集器動態(tài)監(jiān)控各個菊花鏈單元內部的電阻值的變化，用接通特定菊花鏈的不同回路形成的阻值判據(jù)來定位失效凸點，定位算法采用基于α、β、Υ 三種菊花鏈回路單元的判定算法；步驟3 在封裝器件可靠性測試的過程中實時輸出各特定回路單元測試信息，獲得失效凸點的位置和失效時刻。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法，其特征在于在步驟1中，所述α、β、Υ三種菊花鏈回路單元具體如下(1)α類型菊花鏈回路單元，包括Α、B、C三個凸點，三個凸點之間的電連接通過凸點與測試芯片之間的焊盤的連接實現(xiàn)；三個凸點分別引出測試端XI、Χ2、Χ3，這三個測試引出端分別從凸點與PCB之間的焊盤引出；設al，bl，cl分別是三個凸點位于測試芯片上的鏈接點，aUbUcl依次相連；a 2，b2, c2分別是三個凸點在PCB上的鏈接點；(2)β類型菊花鏈回路單元，包括A、B、C、D四個凸點，四個凸點之間的電連接通過凸點與測試芯片之間的焊盤的連接實現(xiàn)；四個凸點分別引出測試端X1、X2、X3、X4，這四個測試引出端分別從凸點與PCB之間的焊盤引出；設&1，131，(31，(11分別是4、8、(、0四個凸點位于測試芯片上的鏈接點，al、bl、cl、dl依次相連，a2、b2、c2、d2分別是四個凸點在PCB上的鏈接點；(3)γ類型菊花鏈回路單元，包括A、B、C、D、E五個凸點，五個凸點之間的電連接通過凸點與測試芯片之間的焊盤的連接實現(xiàn)；五個凸點分別引出測試端X1、X2、X3、X4J5，這五個測試引出端從凸點與PCB之間的焊盤引出；al，bl, cl, dl, el分別是五個凸點位于測試芯片上的鏈接點，al、bl、cl、dl、el依次相連，a2, b2, c2，d2，e2分別是五個凸點在PCB上的鏈接點；對于\ N的凸點陣列，外圈凸點的菊花鏈的設計都由α、β、Y三種單元組合而成， 連接形式為Χ α +Y β +Z γ，X、Y、Z為0或正整數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法，其特征在于在步驟2中，所述α、β、γ三種菊花鏈單元的判定算法如下在器件進行可靠性試驗前，分別測量各個測試模塊的電流值J3……A ,以凸點電阻值增加7%為失效判據(jù)，對應的WOi1ZiiOO+乃,IOOi2/(100+D……ioo/s/(ioo+rj為各模塊的電流閾值，對于模塊內部凸點間的電流閾值的確定方法與上述相同；菊花鏈回路電流高于閾值標記為1，表示沒有失效，低于閾值標記為0，表示失效發(fā)生；XnXm表示接通Xn和Xm回路，其中xn，Xm分別表示第n，m個連線引出點；通過其電流閾值判定法形成標記值=XnXm=O表示回路有凸點發(fā)生失效，XnXm=I表示回路凸點不發(fā)生失效；(1) α類型菊花鏈回路單元回路內部按數(shù)據(jù)采集的頻率進行α類型回路算法的掃描，具體過程如下掃描XJ2，若&)(2=1，表明A和B完好；若X1X2=O^lJ A和B中至少有一個失效；對于X1X2=I的情況，進一步掃描W若)(2)(3=1，表明C完好；若)(2)(3=0，則可判定C失效；對于X1X2=O的情況，再掃描w和w若\\、X2X3中任意一組為1，則該組的兩個焊點均完好；若Xi)(3、)y(3都為0，可判定最多僅有一個焊點不失效；(2)β類型菊花鏈回路單元回路內部按數(shù)據(jù)采集的頻率進行β類型回路算法的掃描，具體過程如下掃描X1X2，若XA=I，表明A和B均完好；若XA=O，可判定A和B中至少有一個失效；對于X1X2=I的情況，進一步掃描X2X3和X2X4 若ΧΑ=1，表明C完好；若X2X3=O,則判定 C失效；若XA=I，表明D完好；若ΧΛ=0，可判定D失效；對于X1X2=O的情況，進一步掃描w ①若)(3)(4=1，表明C和D完好；據(jù)此再進一步掃描 X1X3和X2X3'若XiX3=I，可判定A完好，B失效；若X1X3=O,則判定A失效；若X2X3=I，表明B完好，A失效；若X2X3=O,可判定B失效；②若X3X4=O,可推斷C和D中至少有一個失效；分別測量X1X4，X1X3，X2X3, ，如果有任何一組結果為1，說明該組的兩個焊點均完好，其余兩個焊點失效；如果所有結果都為0，可推斷最多僅有一個焊點不失效；(3)γ類型菊花鏈回路單元回路內部按數(shù)據(jù)采集的頻率進行Y類型回路算法的掃描，具體過程如下首先使用β類型的算法判定焊點的失效情況，如果能定位完好的焊點，則測量完好焊點與E焊點形成的回路；若回路值為1，可判定E不失效；若回路值為0，則斷定E失效；如果采用β類型的算法不能定位完好焊點，則分別測量1 , ，XJ5，X4X5 ；如果有任意一組值為1，可斷定E完好，該組對應的另一個焊點不失效；若X1Xpiy^X3XpX4X5中有任意一組測試值為0，可推斷最多只有一個焊點未失效。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法，其特征在于在步驟3中，如果發(fā)現(xiàn)菊花鏈的內部存在失效凸點，則立即輸出失效凸點的位置和失效時刻。
5.根據(jù)權利要求2所述的基于菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法，其特征在于不同凸點陣列對應的菊花鏈的設計組合如下
全文摘要
本發(fā)明屬于半導體封裝和通信技術領域，具體基于菊花鏈菊花鏈回路設計的定位失效凸點的方法。本發(fā)明主要針對圓片級封裝等小間距凸點的封裝類型，提出一種菊花鏈的設計及測試策略，包括如下步驟在N×N凸點陣列中引入α、β、γ三種菊花鏈回路單元，并分別引出測試點；動態(tài)監(jiān)控各個菊花鏈單元內部的電阻值的變化，以菊花鏈的不同回路形成的阻值判據(jù)來定位失效凸點；定位算法基于α、β、γ三種單元的判定算法；在器件可靠性測試過程中實時輸出失效凸點的位置和失效時刻。本發(fā)明提高了凸點可靠性測試的智能化和精確定位能力，提升了測試分析效率；可獲得豐富的測試信息，有效地降低了成本。
文檔編號G01N27/00GK102183548SQ201110063368
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者洪榮華, 王珺 申請人:復旦大學