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用损耗金属进行大圆片老化和测试的课题

KGD损耗金属的WLBI

-定 义-

• 大圆片级老化（WLBI）和测试

- 对于大圆片上所有器件的并联、动态的激励，是通过以提高温度和电压的方式给集成电路加动态应力，来对处于早期失效边缘的器件进行筛选分类。允许非易失性存储器周期工作、模块运用和测试。

• 确认优良管芯（KGD）的定义

－ 与等效的封装元件具有相同质量和可靠性的管芯。

• 损耗金属（SM）的定义

- 在大圆片级老化和测试期间，暂时为管芯提供电气信号通道的金属。这种损耗金属在老化和测试完成以后将被刻蚀掉。

开发大圆片级老化的目的

• 工业上的要求

- 封装小型化技术带动了对"确认优质管芯"（KGD）的需要。 - 在多芯片组件（MCM）、芯片直接焊接（DCA）和芯片直接组装（COB）中倒装片的使用。

• 大圆片级老化KGD的好处

- 是一种比管芯级老化成本更低的方法。 - 在多芯片组件（MCM）、芯片直接焊接（DCA）和芯片直接组装（COB）中KGD倒装片的使用。 - 与封装级和管芯级老化相比，减少了操作步骤。 - 减少大圆片测试的接入和检测时间。 - 测试结果能更快地反馈给制造方。

大圆片级老化的方法

5英寸大圆片级老化的方法

封装老化/管芯级老化 损耗金属的大圆片级老化

5英寸大圆片级老化的方法

划片栅格结构

• 电阻与焊接区串联
• 平衡功率分配用的跨越/穿接
• 跨过管芯边缘氧化物槽的桥

安放在大圆片边缘处的pogo焊接区

大圆片后的加工过程（带聚酰亚胺）

• 淀积、构图并刻蚀掉损耗金属
• 每象限的所有管芯并联成电气汇流排
• 光学确定老化的接触焊接区
• 接触电流限制电阻
• 接触划片网格的穿接
• 对NVM（非易失存储器）器件进行的老化和数据烘焙（DRB）试验
• 去除损耗金属
• 管芯销售、作凸块或封装

8英寸的WLBI方法

族群排列 - 在大圆片表面观察

8英寸大圆片级老化的方法

大圆片事后的加工过程（带聚酰亚胺）

• 淀积、构图并刻蚀掉损耗金属
• 所有管芯成串的并联成电气汇流排
• 大圆片级老化（在125℃下，老化24小时）
• 数据保留烘焙（在270℃下，烘焙2到24小时）
• 除去损耗金属
• 作凸块（仅对倒装片而言）
• 大圆片检测
• 目检、切割、装到带上卷起
• 运送给顾客

用损耗金属进行大圆片老化的历史

5英寸大圆片的进程表

• 1992年开始开发
• 1994年能容许18个大圆片的系统建立
• 1997年建立了能整批生产的系统
• 自从1995年以来交付的超过200万片KGD没有出现非易失性存储器（NVM）现场失效的记载

8英寸大圆片的进程表

• 1997年建立了单个大圆片设计系统
• 1997年8英寸的WLBI获得成功
• 1998年建成了样品生产系统
• 1999年建成了生产系统

WLBI设计要考虑的问题

• 附加划片区域来支持老化电路的互连和电流限制电阻
• 合适的老化金属宽度和间隔，以便支持照相和刻蚀操作
• 要有合适的Pogo引脚焊接区尺寸，以便于大圆片的总体对准
• 每个族群的最低管芯数由需要的信号、电源线和接地数目来决定
• 依据所能支持的电流密度要求来设计金属母线的宽度
• 在高温的情况下（老化125℃/数据保留烘焙270℃），在老化电路金属和聚酰亚胺之间要有适当的附着力
• 支撑老化接触的聚酰亚胺覆在有源电路上面
• 在老化金属除去之后，要保持焊接区的完整性

铝焊接区完整性的检验

机械试验 工程大圆片 控制大圆片

焊球剪切（gmf）

　 　 平均 43.8 43.2 高 54.3 51.3 低 31.2 36.7 标准偏差 5.1 3.7 拉力（gmf） 　 　 平均 9.6 8.7 高 11.0 10.2 低 7.6 7.3 标准偏差 0.8 0.8

系统设计要考虑的问题

• 在自然和强制对流下的最大晶圆功耗
• 散热器厚度和形状的影响
• 大圆片和散热器之间的热传输
• 流入的空气温度
• 气流速度和环流模式
• 穿越大圆片的温度均匀性

已解决的课题

损耗金属的判据：

附着力不良的损耗金属

• 对聚酰亚胺的良好附着作用
• 对载体的信号和电压有合适的导电率
• 在WLBI和测试后，损耗金属容易去掉
• 在损耗金属处理之后，要保持管芯焊接区的完整性
• 要有能经受得住触点和测试条件的粘稠性

损耗金属的设计：

聚酰亚胺的判据：

起皮的损耗金属

• 在测试状态下对损耗金属和大圆片的适当附着力
• 很好确定对台阶的充分覆盖率
• 经受得住损耗金属的处理和测试条件的充分措施

触点（Pogo引脚）的判据：

各种pogo引脚头部的形状 熔化的加热器引脚范围

• 传统设计的弹力、行程、头部形状、材料
• 在高温和1000次循环的情况下，有很高的机械强度
• 能把pogo引脚归并到WLBI固定装置中去

Pogo部件材料的判据：

材料A CTE 20ppm/℃

材料B CTE 2.5ppm/℃ 注：CTE（热膨胀系数）

• 成本
• 材料利用率
• 可制造加工性
• 在高温情况下，在WLBI和测试期间的耐久性
• 在WLBI和测试期间保持平面性和pogo引脚的充分压缩

通过增强系统的通信来改善产品

以前 - 仅能识别 好/坏的族群 - 以探针的形式取得最终测试结果

现在 - 可识别单个的管芯 - 产生每个管芯 通过/失效码的大圆片图

目前的课题

• 高的接触计数（HCC）

目前的 HCC

Pogo引脚号 约600 约3000

• WLBI低温测试（-40℃）

摘 要

损耗金属的大圆片级老化和测试

• 损耗金属的大圆片级老化是实现KGD的低成本测试方案
• 自从1995年以来，Motorola公司已经把这一技术用在生产之中了

参 考 文 献

oW.Ballouliand T. McKenzie, "Design For Sacrificial Metal Wafer-Level Burn-In", 2001EtroniX(Advanced Packaging) Conference, February 2001 (articles on CDROM). oW.Ballouli, T. McKenzie, and N.Alizy, "Known Good Die Achieved Through Wafer-Level Burn-In and Test", 26th IEEE/CPMT IEMT Symposium, October 2000, pp. 153-159. oW.Ballouli, C.Beddingfield, F. Carney, and R.Nair, "Wafer-Level KGD Technology for DCA Applications", Advanced Packaging, September 1999, pp. 26-30. oT. McKenzie, "Wafer Level Burn-in (WLBI) Workshop", Motorola Internal Publication, November 5, 1997. oW.Ballouli, J.Stroupe, "TSM Approach to Wafer Level Burn-in", Motorola Internal Publication, Motorola AMT Symposium, January 25, 1995.