Copper pillar 銅凸塊測試


Friction grip
Friction grip

介紹

Copper Pillar 被快速應用在晶圓凸塊製程. 基本結構是50µm直徑和高度的同柱體, 頂端有圓頂狀的錫.

Reformed solder ball
重塑錫球

在bonding製程,有關兩個不同物件的任何內部連結的品質對於最終產品的可靠性是非常重要的. 在銅和它的pad在wafer上的連結處,所產生的失效模式更是我們特別關心. 因此測試銅柱和wafer間的連結,是我們有興趣知道的失效模式.

Pull test copper pillar gripped with two tapered cavities
使用兩個錐形夾爪對銅柱進行拉力測試

在銅和它的ipad在wafer上的連結

拉力測試

失效模式可以透過拉力或推力測試來產生, 而測量值可以被使用當成製程管控. 在很多其它的應用,拉力測試是很典型被多數人採用, 因為連結處主要跟分佈在連結處的張力負載有關. 當連結處被分開的很乾淨,可以很容易的在表面作失效模式的分析. 不同於錫凸塊, 銅柱是相對的比較硬,因此也比較容易夾住測試.

Example of typical pull test results for Copper pillar
範例:典型的Copper pillar銅柱拉力測試結果

錫凸塊為了在測試中,需要非常精準的重塑動作,為了是提供連結處有意義的測試負載. 銅也是需要做重塑動作,為了是可以夾住它,但是我們都知道夾持在光滑,無摩差力的表面, 我們需要一些鋸齒狀來重塑銅柱, 來得到機械式的夾持.

Failure mode P1
失效模式P1

推力測試

另外一個取代拉力測試的方式是推力測試. 假如他可以設定非常低的推力高度來執行測試時, 連結處會承受大部分的推力. 假如推力高度設定的比較高,該連結處會同時承受推力和彎折情況. 雖然有彎曲的負載,特別在彎曲張力側, 會典型的造成連結處失效. 銅柱會以最遠端當支點被推刀轉動, 這造成了失效模式非常相似與拉力測試.

Copper pillar low shear height and bond fails in shear
Copper pillar 銅柱低的推力高度, 連結處失效在推力

設定高的推力高度的優點是推刀和測試會簡單很多. 使用50µm的夾爪做夾拉測試是困難和高成本的. 在工具與銅柱的對位上是比較花時間和需要技巧的. 使用推力測試上與現有的金線連接端推力測試是一樣的. 為一不同的是推力高度比較高. 工具成本低很多而且在執行對位上也比較容易, 不需太多技巧並且快速.

Copper pillar high shear height and bond fails in tension
Copper pillar銅柱高的推力高度,連結處失效在張力

推力高度的變異量將會影響測試結果的變異量,但是因為 Condor Sigma 精度在 ±1µm ,所以這些影響很可能少於在拉力測試中, 執行夾持時的重塑動作或是操作員對位不準的錯誤. 雖然這是有幫助的,當測試高度越高越好,可以減少任何來自推力高度變異的影響,並確保彎曲現象掌控失效模式.

Example of typical shear test results for Copper pillar
範例: 典型的Copper pillar推力測試結果

針對錫球, 做CBP夾拔錫球測試 是已知比推力還好的測試. 針對金線的第一銲點的測試, 它的推力高度是盡可能的設低一些. 這兩者的原因主要是來自我們的 “銲點測試的黃金守則” ©, 他們都可以產生最大量我們有興趣的失效模式或是測試結果的最大值.

Failure mode S1
失效模式 S1

在Copper pillars 銅柱的這個案例, 我們應該使用相同的守則. 推力是最簡單的測試並且可以產生我們有興趣的失效模式. 最佳的推力高度將會是其最大值或著是可以產生最大測試值的高度.

 


 
 

This shape of solder is possible to test similar to regular Cold Bump Pull (CBP)
This shape of solder is possible to test similar to regular Cold Bump Pull (CBP)
The solder interconnect is very difficult to test. Shear is the best test
The solder interconnect is very difficult to test. Shear is the best test

Solder to copper interconnect

拉力測試

If you are interested in the interconnect between the solder and the copper, it depends on the shape of the construction whether a Cold Bump Pull (CBP) type test is feasible. If not, a shear may be the only effective test to qualify your process.

More on CBP can be found in our how-to.

The test sequence for the CBP-approach is as follows:

Copper pillar test sequence for solder interconnect using CBP
Copper pillar test sequence for solder interconnect using CBP

推力測試

As with any shear test, testing the solder to copper interconnect requires accurate alignment of the shear tool to the bond line. When the height of the bond line from the substrate varies due to tolerance build up conventional shear height methods can be a problem.

Tolerance build up can cause problems when shear testing the copper bump using conventional methods
Tolerance build up can cause problems when shear testing the copper bump using conventional methods

A solution is XYZTEC’s unique top landing shear method. The tool lands on the top of the solder, then moves back and down programmable amounts to guarantee a shear height relative to the top of the pillar rather than its base.

The test sequence using XYZTEC’s unique top landing shear method
The test sequence using XYZTEC’s unique top landing shear method

The video below shows a test. The programmed landing force is 5gf. As the landing contact is initially a point, even with a low landing force, a small amount deformation occurs on the top of the solder. The loads on the pillar bond though are small and compressive and have no detrimental effect on the measurement. The Condor Sigma is the only bond tester in the world with a programmable landing force and is capable of lower landing forces than any other tester.


選擇拉力或是推力測試

要選擇拉力或是推力測試, 主要是根據應用和測試主題. 如果你需要更多的資訊, 請聯絡我們 , 來做機台展示或是報價.


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