在封裝中添加更多層使得檢測不同層深處的引線鍵合變得困難，有時甚至不可能。

　　引線鍵合看似舊技術，但它仍然是廣泛應用的首選鍵合方法。這在汽車、工業和許多消費類應用中尤為明顯，在這些應用中，大多數芯片都不是以最先進的工藝技術開發的，也不適用于各種存儲器。

　　但引線鍵合也存在許多問題，而且這些問題正變得越來越明顯。它們缺乏足夠的I/O來應對日益異構的設備，而且與倒裝芯片相比，它們顯得脆弱且過于復雜。這還只是個開始。此外，焊球可能會變形，即所謂的“高爾夫球”缺陷。電線可能是“凹陷的”，這意味著它們不符合正常形狀，或者它們甚至可能無法到達預期的焊盤。最糟糕的是，缺陷可能隱藏在數百根重疊電線的交織復雜性中，導致可能未被發現的開路或故障。

　　“一旦你在上面有層，幾乎不可能返工層，”Promex Industries 的高級工藝工程師 Jeff Schaefer 說?！拔覀円呀浛吹剑迳嫌辛鶄€環，模具上有兩個環。模具上的外圈通常通向基板上的前三個環，然后芯片上的內環通向基板上的外環，所有這些東西都相互重疊。

　　圖1：引線鍵合缺陷示例。來源：布魯克

　　傳統上，有兩種方法可以發現缺陷。

　　“從這項技術開始的那一天起，他們就一直在做同樣的測試，”西門子EDA的IC封裝和射頻產品線總監Per Viklund說?！斑@是破壞性測試，他們進行測試設計，并試圖將電線拉下來，并測量它們抓握的牢固程度。雖然他們仍然這樣做，但有趣的問題是，‘我們能否檢查打算運送給客戶的東西并驗證它是否正常？

　　事實上，破壞性方法正受到更小、更復雜配置的挑戰，諾信半導體產品線經理 Chris Davis 說?！皽y試可能比放下電線更難。需要有一個工具或工具適合電線的間距，以便對它們進行機械測試。鍵合過程的發生方式發生了變化，因此鍵在這種形式下幾乎無法測試。

　　非破壞性方法是目視檢查，當只有一層要檢查時，目視檢查相對簡單。只需要用肉眼觀察引線鍵合，或者當它們變小時，用光學顯微鏡觀察它們。精度面臨的最大挑戰是吞吐量：單個芯片上可能有數千根電線，但操作員必須在幾秒鐘內做出判斷才能跟上生產運行。

　　在許多情況下，現在的復雜性遠遠超出了人眼在任何速度下所能掌握的程度。在某些情況下，可能有十幾層或更多層的引線鍵合。布魯克應用和產品管理總監 Frank Chen 說，一個具有挑戰性的例子是在記憶中。“每個NAND/DRAM層都需要引線鍵合，這導致許多導線相互飛越。以前，當它只是單層引線鍵合時，相對容易判斷它是短路?，F在，由于多根電線重疊，很難確定電線是否短路或連接到不同的層。

　　圖 2：具有三個角度的 X 射線引線鍵合檢測，以確定相鄰導線之間的獨特導線路徑和距離。來源：布魯克

　　在引線鍵合過程中，監測導線之間的距離也很重要，因為如果它們靠得太近，它們最終會在機械或熱應力下短路。挑戰在于從多個維度監測導線之間的余量。

　　“在功能測試中，他們通過引線鍵合進行測試，顯然會發現是否存在開路連接或短路，”Viklund說?！八麄冋谘芯恐T如電線掃描之類的東西。這些引線鍵合設計中有許多都覆蓋在環氧樹脂中。當環氧樹脂流入時，它會拖動電線，然后電線會側向彎曲，達到它們彼此太近或接觸的水平。

　　這些問題的解決方案可以超越光學顯微鏡，進入X射線顯微鏡?！肮鈱W檢測的一個麻煩是在3D分析過程中處理金屬線的反射，”Chen說?！癤射線顯微鏡可以避免這個問題，只需幾個角度就可以確定獨特的導線路徑，以保持高通量。”

　　Viklund說，雖然有些芯片的組裝方式使得所有電線都可見，但有些芯片非常復雜，甚至連2D X射線都不夠用。“如果你有八層線環相互疊加，并且你不進行3D X射線，那么很難分辨出事物在同一平面上重疊的位置。你的標準2D X射線只是你設計的2D投影，你無法真正判斷圖片的深度是否存在沖突。

　　X 射線檢測可以超出人類操作員的捕獲范圍，這導致了 X 射線檢測的自動化。“當模具通過電線連接在一起時，使用手動 X 射線進行檢測非常具有挑戰性，尤其是典型的缺陷，如掃描或下垂，”諾信自動 X 射線檢測系統產品線產品線經理 Margareta Popovics 說。

　　對于X射線，還存在不同材料和厚度的挑戰，這些挑戰通常取決于行業?！皩τ谄噥碚f，大多數控制器仍然用金線粘合，”波波維奇說。“雖然這種檢查的挑戰性較小，但復雜性正在上升。因此，由于材料的原因，它們的問題不大，而由于樣品的復雜性，問題更大。通常，我們必須將 2D 和 2.5D 的檢測方法結合起來，以滿足線材檢測過程中可能發生的所有情況。我們還必須檢查模具移位或潤濕性差以及類似方面。

　　相比之下，消費電子產品通常是銅鍵的領域，這給X射線檢測帶來了自己的問題?！斑@是一種不太明顯、對比度低的材料，這使得很難獲得這些電線的尺寸。它可以下降到0.6密耳，直徑約為20微米，“波波維奇說?！耙虼?，與金線相比，它需要高分辨率和非常低的功耗，并且檢測類型要長一些。但復雜性再次出現。我想說的是，我們必須檢測的最具挑戰性的產品通常是消費電子產品中具有高度復雜性的銅線產品。

　　Davis說，隨著尺寸越來越小，X射線計量也可能遇到物理極限?！皩τ诜直媛蚀笮?，我們受到用于檢測產品的光子波長的限制。因此，雖然 X 射線很好，但它確實有效率限制，因為我們需要能夠將 X 射線穿過產品并將其變成我們可以在另一側測量的東西，“諾信的戴維斯說。“我們正在努力提高量子效率，以越來越低的能量探測這些X射線，并從X射線源探測器中獲得更多，以便我們能夠以更高的分辨率進行適當的檢查。

　　人工智能/機器學習

　　隨著 X 射線的自動化，AI 可以幫助提高準確性。可以編寫 AI 算法來針對規范形狀進行驗證，或者從不完美的形狀中學習要標記的內容。Popovics說，即使在2.5D堆棧中，帶有AI程序的自動化系統也可以檢測到大多數缺陷。

　　然而，人工智能也有其風險和挫折，Viklund和Chen都警告說。

　　“你依靠測試設備的算法來正確檢測，”Viklund說。“但你不希望有任何誤報。如果你把一個完美的設計從腰帶上拉下來，卻不發貨，那就是要付出代價的。

　　據Chen說，一家公司創建了一種算法，有助于實現檢查的自動化。但最終，它變成了一場無望的追趕游戲?！耙坏┧麄冏兊蒙晕碗s一點，算法就會崩潰，他們不得不花費更多的精力來再次開發它。它可以變得無休止。你解決了問題，然后零件變得更復雜，它又壞了。

　　光學

　　光學檢測，以共聚焦顯微鏡的形式，也正在發展到在這個新世界中具有競爭力的地步，Precitec半導體業務發展經理Oliver Schulz說?！耙婚_始的廉價解決方案只是相機，但相機有問題。它只是二維的。您沒有圖像深度。你需要有一個深度的測量范圍。

　　例如，他的公司生產了一種高速共焦線傳感器，該傳感器可以集成到引線鍵合機本身中，也可以在引線鍵合后用作獨立系統。“共聚焦顯微鏡已經存在了幾十年，”舒爾茨說。“因為引線鍵合有多個點，所以你需要獲得三維圖像，所以一個共聚焦傳感器是不夠的。如果您只有一個點，則需要沿著整根電線移動傳感器。因此，您需要單獨測量每根電線，這將花費太多時間，并且傳感器速度太慢。如果你有多個點，你只需將樣品移動到線下方，這樣它就真的像掃描儀一樣。

　　結論

　　歸根結底，引線鍵合檢測方法的選擇取決于用例和成本?！斑@取決于你的設備的最終價格是多少，”舒爾茨說。“這是一個簡單的例子。筆記本電腦上的 DVD 播放器內部可能有一個激光器，帶有一根或兩根鍵合線來連接電源，激光器的成本可能約為一美元。購買先進的光學系統進行檢查永遠不會有投資回報。這太貴了，尤其是使用機器學習軟件。

　　相比之下，他說，如果你的最終產品是海底電纜，而激光二極管可能要花費5美元。“你需要有更高的產量。而且更換它的成本要高得多，因為它在海底。這些人更愿意投資計量系統，“舒爾茨說?！霸诿總€過程中，都是一樣的。研發人員對如何測量以及可能必要的內容有很多很酷的想法。但歸根結底，有人在計算提高產量的成本，他會回來問，’有投資回報嗎？‘”

　　審核編輯：黃飛