DPA分析-高阶封装的剖面制样

在集成电路发展的数十年里，封装形式从最典型的DIP、QFP发展到系统级SiP封装和PoP封装（Package on Package），再到如今的2.5D、3D高阶封装，封装技术和集成度得到了显著提升。

2.5D封装简介

2.5D封装通常应用于高性能的CPU、FPGA和人工智能等领域。它是一种将主逻辑芯片和HBM高带宽储存器等芯片同时集成的封装形式，具体的封装结构因厂家而异，主流的技术路线包括英特尔的EMIB和台积电的CoWoS。以CoWoS为例，它是由Chip on Wafer on Substrate缩写而来，即先将各主芯片和储存器集成堆叠到无源的Wafer（中介层）上，再将CoW部分封装在有机载板Substrate上。

2.5D封装芯片的典型结构

Interposer上的RDL使得各芯片之间的电信号可以直接交流，并通过Interposer中的硅通孔（TSV）传输到有机载板以完成与外界的连接。这种封装形式具有以下优点：

1、减小器件所占用的面积，充分利用纵向空间，降低功耗；

2、缩短各芯片之间的电信号传输距离，减少导线寄生电容的影响。

然而，复杂的封装过程也增加了制程工艺的难度，导致某些制程环节成本高昂以及整体良率下降等问题。

Cross Section切片剖面观察

切片制样是常见的破坏性物理分析手段，常见于检查器件内部结构或缺陷等场景。在制样过程中，需要避免人为引入的noise和crack，否则将影响我们对器件本身的缺陷的判断。

难点1：避免机械应力对芯片结构的异常损伤

在复杂封装如2.5D，3D封装中，主芯片为通常采用ELK材质工艺的先进制程芯片，由于ELK材质自身对机械应力承受能力较低的特点，在切片制样过程中极易出现研磨导致金属布线层出现Crack，严重的甚至会使金属布线层与衬底直接分层。

图2 2.5D封装切片制样裂纹的典型形貌

难点2：微结构尺寸较小易磨过位置

一般采用复杂封装如2.5D封装形式的器件，整体尺寸可超过5*5cm，但是，器件内部的关键结构尺寸却在微米级。如下图，TSV孔在同一排中可存在超过150个相同的结构，每个TSV孔直径仅10微米。要保证所有结构都能同时呈现在一个截面中，切片制样时左右两端研磨深度误差就不能超过10微米；需要在研磨过程中进行精细控制。

图3 TSV通孔剖面形貌

广电计量的服务优势

广电计量DPA团队，通过多年在高阶封装的DPA分析技术上的不断探索，在高阶封装的DPA(破坏性物理分析)领域积累了大量的经验；能够对FCBGA，COWOS，SIP，FOP等复杂封装集成电路进行定点切片制样的同时不会引入结构分层，开裂等制样异常。同时配合OM，SEM等微观分析技术，可以进一步分析高阶封装内部的芯片互联工艺质量，underfill填充质量，芯片金属电路工艺质量以及复杂封装的封装应力筛查，失效形貌观察等图：

图4 2.5D封装剖面局部形貌（COWOS）

图5 2.5D封装芯片ELK位置局部形貌