半導(dǎo)體內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)：CT掃描檢測(cè)裂紋、氣孔與孔洞

半導(dǎo)體器件在制造與封裝過(guò)程中可能產(chǎn)生內(nèi)部裂紋、氣孔、孔洞等微觀(guān)缺陷，這些缺陷會(huì)顯著影響器件的電性能與可靠性。工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）技術(shù)通過(guò)X射線(xiàn)穿透與三維重建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)與定量分析。

 檢測(cè)分析的根本原因

半導(dǎo)體內(nèi)部缺陷的形成貫穿封裝工藝流程多個(gè)環(huán)節(jié)。在回流焊工序中，溫度曲線(xiàn)設(shè)置不當(dāng)可能導(dǎo)致焊料內(nèi)部氣泡未能及時(shí)逸出，冷卻后形成氣孔；焊膏印刷不均或基板翹曲則可能造成焊點(diǎn)連接界面潤(rùn)濕不良，產(chǎn)生孔洞缺陷。對(duì)于BGA、CSP等先進(jìn)封裝，焊球內(nèi)部的微孔洞尺寸若超過(guò)焊球直徑的25%（依據(jù)IPC-7095標(biāo)準(zhǔn)），將顯著降低焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度與導(dǎo)電能力。

裂紋缺陷的產(chǎn)生原因更為復(fù)雜。倒裝芯片封裝中，焊料溢流形成的金屬絲可能在熱循環(huán)應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂；塑封材料與芯片界面的熱膨脹系數(shù)失配，可導(dǎo)致界面分層與微裂紋擴(kuò)展。在芯片與基板封裝過(guò)程中，焊點(diǎn)間的焊料溢流形成的金屬絲連接會(huì)導(dǎo)致微短路，而因金屬絲凸起阻礙底部填充膠流動(dòng)，還會(huì)形成未填充空隙。封裝體內(nèi)部的引線(xiàn)鍵合若存在虛焊或斷線(xiàn)，同樣表現(xiàn)為微裂紋形態(tài)。

傳統(tǒng)檢測(cè)手段的局限性使CT技術(shù)成為必要選擇。外觀(guān)檢查無(wú)法封裝體內(nèi)部；2DX射線(xiàn)成像將三維結(jié)構(gòu)投影為二維圖像，不同深度方向的信息重疊在一起，當(dāng)同一位置的不同深度存在多個(gè)缺陷時(shí)，投影影像相互混淆，難以準(zhǔn)確定位缺陷的空間分布。CT掃描通過(guò)連續(xù)采集多角度投影數(shù)據(jù)并重建三維體素模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)缺陷位置、尺寸、形態(tài)的全方位量化分析。

CT掃描的技術(shù)原理與檢出能力

CT檢測(cè)基于X射線(xiàn)在不同密度材料中的衰減差異進(jìn)行成像。射線(xiàn)源發(fā)射X射線(xiàn)穿透樣品，探測(cè)器記錄透射強(qiáng)度變化，通過(guò)旋轉(zhuǎn)樣品或射線(xiàn)源獲得多個(gè)角度的投影數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)算法重建出樣品內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)圖像。

針對(duì)半導(dǎo)體封裝檢測(cè)，設(shè)備分辨率是關(guān)鍵性能指標(biāo)。高分辨率CT可實(shí)現(xiàn)體素分辨率≤300nm、空間分辨率≤700nm的清晰掃描三維成像，可識(shí)別0.8μm級(jí)的微觀(guān)缺陷。微焦點(diǎn)CT系統(tǒng)分辨率達(dá)5μm，可識(shí)別直徑0.1mm的微小氣孔。雙源CT設(shè)備空間分辨率可達(dá)0.5μm，密度分辨率優(yōu)于0.5%，能夠區(qū)分芯片中的硅（原子序14）、銅（原子序29）、金（原子序79）等不同材料。

## 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求

半導(dǎo)體CT檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)體系涵蓋通用方法與行業(yè)特定規(guī)范。GB/T37122-2018《微電子器件試驗(yàn)方法和程序 無(wú)損檢測(cè) 工業(yè)CT檢測(cè)方法》規(guī)定了微電子器件CT檢測(cè)的程序與判定準(zhǔn)則。GB/T29070-2012《無(wú)損檢測(cè) 工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像(CT)檢測(cè) 通用要求》適用于各類(lèi)工業(yè)CT檢測(cè)。

對(duì)于BGA類(lèi)封裝，IPC-7095標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊點(diǎn)空洞率的分級(jí)接受限值：焊球內(nèi)部空洞面積不得超過(guò)焊球面積的25%，空洞不可連續(xù)分布形成貫穿通道。IPC-A-610與IPC-J-STD-001標(biāo)準(zhǔn)適用于電子組件的可接受性判定。航空航天領(lǐng)域可參考HB/Z61-2023《航空鑄件CT檢測(cè)規(guī)范》。

報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包含三維模型重建圖、缺陷定位坐標(biāo)、缺陷體積統(tǒng)計(jì)、空洞率分析數(shù)據(jù)，并與設(shè)計(jì)CAD模型進(jìn)行偏差比對(duì)。

## 測(cè)試材料尺寸要求

半導(dǎo)體封裝樣品的尺寸范圍差異較大，從單顆芯片到整塊面板均可進(jìn)行CT掃描。典型微焦點(diǎn)CT設(shè)備Zui大可測(cè)樣品直徑為300mm，Zui大重量為15kg。中國(guó)科學(xué)院寧波材料所的X射線(xiàn)顯微鏡可容納Φ300mm×450mm的樣品。雙源微納CT設(shè)備支持直徑≤500mm、高度≤800mm的樣品檢測(cè)。

對(duì)于小尺寸封裝器件（單顆芯片或模塊），樣品直接放置于樣品臺(tái)即可完成掃描；對(duì)于300mm晶圓，高分辨率CT可對(duì)晶圓任意位置實(shí)現(xiàn)體素分辨率≤1.5μm的清晰三維成像。PCB組件檢測(cè)中，常規(guī)設(shè)備支持300mm×400mm尺寸，大型檢測(cè)平臺(tái)可容納510mm×510mm以上樣品。

樣品在測(cè)試前無(wú)需特殊制備，CT掃描屬于低劑量檢測(cè)（單次劑量＜0.1Gy），遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體器件的損傷閾值（＞10Gy），檢測(cè)后樣品功能完好，可繼續(xù)用于后續(xù)分析或返修。

深圳華瑞測(cè)科技有限公司配備高分辨率微納CT系統(tǒng)，可依據(jù)GB/T、IPC及ISO標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展半導(dǎo)體封裝內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)，支持裂紋、氣孔、孔洞的識(shí)別與量化分析。通過(guò)三維重建與缺陷統(tǒng)計(jì)，封裝企業(yè)可精準(zhǔn)定位工藝缺陷，優(yōu)化制程參數(shù)，提升產(chǎn)品良率與長(zhǎng)期可靠性。