【JEP170A】Guidelines for Visual Inspection and Control of Flip Chip Type Packages (FCxGA)

目录

1 范围

2 术语和定义

3 资料性参考文件

4 组装工艺流程

4.1 晶圆切割

4.2 芯片 / 元件贴装

4.3 环氧树脂底部填充

4.4 散热片贴装 / 固化

4.5 电学 / 功能测试

4.6 目视检查

5 缺陷类型

6 目视检查方法

6.1 基本设备 / 器具

6.2 检查流程

6.3 潜在局限性

6.4 目视检查的预防或纠正措施

7 抽样方案

8 处置步骤

1 范围

本文件描述了 FCxGA 封装中观察到的、可能对终端用户产品和 / 或应用产生不利影响的缺陷。同时，本文件还将说明其他可能被视为外观不符合项的缺陷，此类缺陷对客户产品质量或可靠性的干扰程度通常较低。最后，本文件将阐述一种可用于识别这些缺陷或外观不符合项的目视检查方法，并提供处置指导。产品验收的正式标准应参照实际产品图纸及规范。

2 术语和定义

• 球栅阵列（BGA）封装：一种封装形式，其与外部的连接通过矩形阵列排布的球形连接点实现，所有连接点均位于同一平面。
• 倒装芯片裸片：一种未封装的裸片，其与基板的电连接通过焊点形成（参考 JESD22-B109A 标准）。
• 倒装芯片封装（FCxGA）：由倒装芯片裸片面朝下焊接在有机基板上构成的封装。
  • 注 1：根据客户需求，倒装芯片封装可设计为球栅阵列（BGA）、焊盘栅阵列（LGA）或针栅阵列（PGA）形式。
  • 注 2：缩写中的小写字母 “x” 应替换为代表相应结构的大写字母，例如：B 代表球形（ball）、L 代表焊盘（land）、P 代表针脚（pin）。
  • 注 3：FCBGA 封装通常在裸片与基板之间填充环氧树脂。
• 基准标记（fiducial marker；fiducial）：放置在成像系统视场内的物体，其会显示在生成的图像中，用作参考点或测量基准。
• （计量学中的）视场（field of view）：计量检测过程中被测样品的检测区域。
• 焊盘栅阵列（LGA）封装：一种封装形式，其与外部的连接通过矩形阵列排布的焊盘式连接点实现，所有连接点均位于同一平面。
• 有机基板（organic substrate）：采用玻璃纤维与碳基环氧树脂复合制成的层压材料构成的基板。
• 针栅阵列（PGA）封装：一种封装形式，其与外部的连接通过矩形阵列排布的针脚式连接点实现，所有连接点均位于同一平面。

3 资料性参考文件

• JESD16-A《百万分率（PPM）级平均出厂质量水平评估》
• JESD47《基于应力测试的集成电路鉴定规范》
• JESD22-B109A《倒装芯片拉伸测试》
• JESD22-B101B《外部目视检查》
• JESD22-B118《半导体晶圆及裸片背面外部目视检查》

4 组装工艺流程

FCxGA（包括 FCBGA、FCLGA 和 FCPGA）倒装芯片封装的典型组装流程如图 4.1 所示。

注：灰色步骤是否属于工艺流程，取决于封装类型；黄色标记部分为本文件的重点关注内容。

图 4.1—— 组装工艺流程

晶圆切割 → 芯片贴装 → 环氧树脂底部填充 → 散热片贴装 → 电学测试 → 目视检查 → xGA 焊球 / 针脚贴装

4.1 晶圆切割

通过机械方式将功能性裸片从晶圆上分离，得到单个裸片（晶圆→单个裸片）。

4.2 芯片 / 元件贴装

将裸片放置在封装基板上，并通过高温回流焊使焊料熔化，形成高质量焊点，从而实现裸片与封装基板之间的电连接和机械连接。【裸片侧电容器也可在此工序中进行贴装并形成连接点】。通常SMT和FC站点单独贴装后统一完成reflow。

4.3 环氧树脂底部填充

用环氧树脂填充裸片下方的空隙及裸片周边区域。此举可密封该区域，并为裸片与封装基板之间的互连结构提供机械支撑。

4.4 散热片贴装 / 固化

在裸片顶部涂抹热界面材料，然后用密封剂将散热片贴装在裸片上并进行固化。该工序旨在控制封装的热性能，尤其适用于发热量较高或对温度高度敏感的产品。

4.5 电学 / 功能测试

通过电学测试排查制造过程中产生的缺陷，确保产品符合性能规范，并根据器件性能对元件进行分类。

4.6 目视检查

依据外观标准进行检查，重点关注那些可能不表现为电学故障或功能故障的项目。检查可通过自动化检查系统、人工检查或两者结合的方式进行。

5 缺陷类型

可能对终端用户产品产生不利影响的缺陷如表 5.1 所示，此类缺陷被定义为 1 级缺陷（Tier 1）。相反，表 5.2 列出的缺陷可能被视为外观不符合项，因为此类缺陷对客户产品质量或可靠性的干扰程度预计较低。

注：除缺陷实物图像外，表 5.1 和表 5.2 中还包含通用示意图，以进一步明确缺陷特征。

表 5.1——1 级缺陷（Tier 1 Defects）

表 5.2——2 级缺陷（Tier 2 Defects）

注：本文件列出的缺陷并非全部，仅供参考。

6 目视检查方法

注：本节重点介绍人工检查方法。然而，行业内存在多种适用于不同产品类型的自动化目视检查方案。与人工检查相比，自动化检查在缺陷检测一致性和处置一致性方面具有显著优势（人工检查存在人员间差异，且需持续培训），但自动化检查系统也面临关键挑战，包括：需具备高分辨能力以区分有效信号与干扰信号；需针对具体检查需求制定检查程序；需根据期望的质量水平进行更高程度的校准。强烈建议：若采用自动化系统，应制定并完成鉴定计划，以确保检查系统能稳定、重复地检测出目标缺陷模式。

6.1 基本设备 / 器具

表 6.1 列出了工作区域设置及检查所需的部分基本设备示例。各公司应根据自身需求定义必要设备的具体要求。

表 6.1—— 目视检查设备 / 用途

6.2 检查流程

• 6.2.1 托盘内检查

1. 确保佩戴适当的个人防护装备。
2. 确保遵循所有正确的防静电（ESD）操作流程。
3. 将待检查器件留在托盘内。
4. 建议检查人员将手臂支撑在工作站台面上，将托盘与台面呈 45 度角放置，且托盘与眼睛的距离保持在 30 毫米至 53 毫米（1.2 英寸至 2.1 英寸）之间，同时确保器件表面与视线垂直，然后进行检查。
   • 如适用，可使用空气 / 氮气枪吹除松散的干性异物。确保使用无湿气、无污染的气体。
   • 器件检查应采用公司规定的 1 倍裸眼视力或低倍放大方式。
5. 完成器件一侧的检查后，需准备对器件另一侧进行检查。
   • 为便于检查器件另一侧，可采用托盘翻转等安全操作方法，但需先验证该方法不会对器件造成损伤（例如，托盘翻转时，需放置空托盘或定制盖板固定器件）。
6. 重复步骤 1 至步骤 4。

注：若在托盘内检查时无法观察到器件的一个或多个侧面，则可能需要进行托盘外检查（参见 6.2.2），尤其是当这些侧面完全不可见时。

• 6.2.2 托盘外检查

• 确保佩戴适当的个人防护装备。
• 确保遵循所有正确的防静电（ESD）操作流程。
• 使用指定的适当物料操作设备（如真空拾取工具）拾取器件。
• 根据公司规定的物料操作流程，检查元件的所有侧面。

6.3 潜在局限性

目视检查流程的大部分工作（工具设置、校准、样品制备、检查操作）需人工干预，因此存在以下局限性：检查人员固有的主观性和个体差异；外部环境因素（如照明、噪音、环境氛围）的潜在影响；此外，在长时间检查过程中，检查人员疲劳及不符合人体工学的工作区域可能导致检查准确性逐渐下降。

6.4 目视检查的预防或纠正措施

虽然难以完全消除目视检查中的人为主观性，但公司可采取以下措施缓解相关问题，提高操作一致性：

• 培训

• 每位检查人员均需完成培训要求并获得认证。
• 受训人员需在培训人员指导下工作一段时间，且能够正确分类各类缺陷模式。
• 受训人员需证明已掌握所有检查用设备的使用方法（例如，人体工学工作站、显微镜及其他设备）。

• 检查标准制定

• 制定检查标准时，除考虑产品保护外，还需确保其便于在大批量生产环境中由人工稳定执行。
• 标准表述应清晰明确，尽可能减少歧义解读。在当前全球化商业环境下，标准还需适应多语言和多元文化体系，这通常需要来自不同国家的工程师共同参与，明确标准的意图和目的。
• 案例研究 1：
  • 异物（FM）尺寸超过 100 密耳（2.54 毫米）时会对产品 A 造成不利影响，超过 120 密耳（3.04 毫米）时会对产品 B 造成不利影响。若同一检查人员需同时检查这两种产品，公司可考虑将两种产品的异物判定标准统一为 “尺寸超过 100 密耳（2.54 毫米）即拒收”，以避免人员混淆，降低操作失误风险。
• 案例研究 2：
  • 许多器件均带有已知尺寸的基准标记。检查标准优先参考基准标记的尺寸或其倍数，可提高人工操作的一致性。
  • 示例：若判定尺寸超过 60 密耳（1.524 毫米）的裂纹或崩边会对产品 A 造成不利影响，且器件上有一个 45 密耳（1.143 毫米）的基准标记，在未设置其他辅助检查人员参考已知尺寸的情况下，公司可考虑将裂纹或崩边的拒收标准设定为超过 45 密耳（1.143 毫米），而非 60 密耳（1.524 毫米）。

注：若存在特定尺寸的异物可能干扰组装或加工流程，或导致缺陷（如电桥、裸片开裂、裸片崩边等），应记录此类异物的特征，并推荐用于检测或缓解的检查技术。

如前所述，检查人员需接受全面培训并获得认证后，方可进行目视检查 —— 尤其考虑到检查工作的敏感性及固有的主观性。表 6.1（原文此处应为表 6.2，疑笔误）提供了多种认证方案，不同方案对应不同的置信水平和允许缺陷率，以满足不同的预期要求。该表采用零缺陷抽样（ZDS）方法：检查人员需连续完成若干次检查且无任何分类错误（按本文件规定正确识别和分类缺陷），方可证明其检查能力。显然，成功完成的连续检查次数越多，表明检查人员的技能水平越高。

例如，若公司选择按照表 6.2 中高亮单元格（灰色）的要求进行操作员认证，则检查人员需连续完成 300 次检查且无任何分类错误，方可获得认证。完成该认证后，检查人员的操作水平可达到：在 95% 置信水平下，使出厂产品的缺陷率低于 1%。

表 6.2—— 检查人员认证要求

• 其他降低人为主观性或个体差异的技术

• 制定清晰、详尽的检查标准：
  • 标准中提及的尺寸应与封装上的物理参照物（如圆形或三角形基准标记）相关联。
  • 若检查标准包含多个要点，建议采用项目符号形式列出，便于阅读和理解。
  • 尽量减少或避免基于颜色判定的标准 —— 检查人员可能存在色觉障碍，且颜色感知易受外部照明环境影响。
• 建立缺陷库（包含已知外观缺陷的器件），便于参考；同时开展同行评审，进行 “视觉校准”。
• 若存在多个检查工位，所有工位的设置（尤其是照明）应保持一致。
• 定期监测外部照明情况，确保其不会对检查工作产生不利影响。

7 抽样方案

表 7.1 提供了一套针对 incoming 元件批次目视检查的抽样指南，该指南基于传统的可接受质量水平（AQL）方法，显著性水平 α=0.05。若被检查单元中发现的关键缺陷数量超过可接受数量（c），则应考虑采取纠正措施。

请注意，可根据内部业务需求或调查范围，采用不同的 AQL 目标和抽样策略。例如，在初始生产阶段，可采用更全面的抽样方案以验证整体稳定性；相反，若已建立稳定的基准，则采用简化抽样方案更为实用。

表 7.1—— 基于 AQL 方法的目视检查样本量（按可接受数量划分）

* 无符合条件的抽样方案

注：其他抽样方案可参考 JESD-047；出厂质量依据、检查批次的确定方法及统计考量可参考 JESD16-A。

8 处置步骤

除了明确记录缺陷分类（1 级或 2 级）外，建议在实施表 7.1 所示的任何抽样策略前，先定义可接受阈值。对于 1 级缺陷，当关键缺陷数量超过可接受阈值时，应立即对受影响或疑似受影响的产品批次进行隔离。随后可采取适当的补救措施确定处置方案，并追溯根本原因，确保缺陷水平降至允许范围内。

2 级缺陷的处置应依据产品图纸、规范或其他采购条款执行。