专利名称：一种基于菊花链回路设计的定位失效凸点的方法
技术领域：
本发明属于半导体封装和通信技术领域，具体涉及一种定位失效凸点的方法，可用于WLP (Wafer Level package，圆片级封装)等凸点间距小的器件类型或其他具有焊点阵列结构的器件。
背景技术：
在电子封装器件焊点可靠性测试中，现有的技术是通过PCB (印刷电路板)电路设计使测试器件焊点形成单一菊花链回路。在可靠性试验中(如热冲击等)，测试系统接通菊花链两端，监控菊花链回路的电阻变化，以此来判断器件焊点是否发生失效。这种测试方法不能准确获得器件发生失效的凸点位置，一个测试样本只能得到一个数据。如果要得到更多的失效信息，则需要进一步的失效分析手段，因此该方法试验成本高、周期长。现有的另一种技术是将试验器件和试验板分成几个对称的测试区域，在各个测试区域分别构成菊花链回路，引出测试点。将测试系统与引出的测试点相连并完成测试，从而得到测试数据。这种技术相比之前的技术提高了测试效率，可以将失效焊点定位到区域，但仍存在许多不足，具体包括
1.对于关键凸点，即最外圈凸点的定位能力有限，无法精确定位到单个失效凸点，也不能实时测量封装器件特定失效凸点的动态变化过程，获取关键凸点的失效信息有限。2.上述技术的部分测试点需从内层凸点阵列引出，这对BGA (球栅阵列)等凸点间距大的封装类型适用。但对于芯片尺寸在2 5mm的WLP或其他凸点间距较小的封装类型， 测试点难以从内层凸点阵列引出，上述技术的应用受到限制。3.缺乏能应用于不同凸点数量的、统一的菊花链设计准则，方法不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于提出一种实时测量与定位失效凸点的方法，以克服现有技术中失效凸点定位精确度差、测试效率低、测试成本高、难于实时监控封装器件特定凸点的动态失效变化过程等问题。本发明提出的实时测量与定位失效凸点的方法，具体步骤如下
步骤1 为了精确定位失效凸点的位置，并使失效焊点判定算法具有通用性，对于N X N的凸点阵列，根据是否测试内部凸点的可靠性，引入α、β、Υ三种菊花链回路单元，并在各个回路中引出测试点。步骤2 通过编程控制数据采集器动态监控各个菊花链单元内部的电阻值的变化，用接通特定菊花链的不同回路形成的阻值判据来定位失效凸点。定位算法采用基于α、 β、Y三种菊花链回路单元的判定算法。步骤3 在封装器件可靠性测试的过程中实时输出各特定回路单元测试信息，获得失效凸点的位置和失效时刻。下面对各个步骤作进一步具体说明在步骤1中，关于α、β、Y三种菊花链回路单元的介绍如下 (1) α类型菊花链回路单元，包括A、B、C三个凸点，三个凸点之间的电连接通过凸点与测试芯片之间的焊盘的连接实现，A、B、C三个凸点分别引出测试端X1、X2、X3，这三个测试引出端分别从凸点与PCB之间的焊盘引出。al，bl，cl分别是A、B、C三个凸点位于测试芯片上的链接点，al、bl、cl依次相连。a 2，b2, c2分别是A、B、C三个凸点在PCB上的链接点。连接侧视图如图1所示，其中，单线箭头表示连线，双线箭头表示引出端。(2) β类型菊花链回路单元，包括A、B、C、D四个凸点，四个凸点之间的电连接通过凸点与测试芯片之间的焊盘的连接实现，A、B、C、D四个凸点分别引出测试端X1、X2、X3、 X4，这四个测试引出端分别从凸点与PCB之间的焊盘引出。al,bl,cl,dl分别是A、B、C、D 四个凸点位于测试芯片上的链接点，al、bl、cl、dl依次相连，a2、b2、c2、d2分别是A、B、 C、D四个凸点在PCB上的链接点。连接侧视图如图2所示，其中，单线箭头表示连线，双线箭头表示引出端。(3)y类型菊花链回路单元，包括A、B、C、D、E五个凸点，五个凸点之间的电连接通过凸点与测试芯片之间的焊盘的连接实现，A、B、C、D、E五个凸点分别引出测试端XI、X2、 X3、X4、X5，这五个测试引出端从凸点与PCB之间的焊盘引出。al,bl,cl,dl,el分别是A、 B、C、D、E五个凸点位于测试芯片上的链接点，al、bl、cl、dl、el依次相连，a2, b2, c2，d2， e2分别是A、B、C、D、E五个凸点在PCB上的链接点。连接侧视图如图3所示，其中，单线箭头表示连线，双线箭头表示引出端。图1 3中的al el表示芯片上的链接点，a2 e2表示PCB上的链接点。从 a2 e2接出引出端& &。al bl、bl cl、cl dl、dl el之间进行菊花链的链接。在热可靠性测试中，由于外圈凸点热应力大，器件凸点的失效位置通常先出现在外圈，因此外圈凸点的定位比较关键。针对不同数量的凸点阵列，为了定位特定的外圈失效凸点，菊花链的设计仅包括α、β、Y三种类型。该设计的最大的优点是可以利用前述三种简单通用算法的组合适应于不同数量的凸点阵列，一方面减小了判定实现的难度，另一方面增强了菊花链的设计的灵活性。若要对内部凸点的可靠性进行测试，为引出测试连接点，可将外圈的菊花链的设计加以修改，如β退化为α，Y退化为β，即可引出内部凸点的测试点。以4 Χ 4变化到1」12之间的8种凸点阵列为例，其凸点布置形式如表1所示。对于Nx N的凸点阵列(Ν>6)，如果仅测试外部凸点，共有4 (N_l)个测试点，如果要增加内部凸点的测试，共有4Ν-6个测试点。对于前者，4(N-I)是4的倍数，可以由N-I个 β单元组成；对于后者，当Ν>6时，4Ν-6=4(Ν-3)+6，可以由Ν_3个β单元和2个α单元组成。从测试的凸点数来看，α、β、Υ三种类型分别测试3、4、5个凸点，所以2β = α + γ， 即2个β单元可转换为一个α单元和一个Y单元的集合。综上所述，对于N Χ N的凸点阵列(Ν>6)，无论是否增加内部凸点的测试，外圈凸点的菊花链的设计都可以由α、β、γ 三种单元组合而成，连接形式为Χ α +Y β +Z γ (X、Y、Z为0或正整数)。在步骤2中，关于α、β、Y三种菊花链单元的判定算法如下
在器件进行可靠性试验前，分别测量各个测试模块的电流值i；, J2, J3......In ,以凸点
电阻值增加7%为失效判据，对应的WO/JCIOO+T) , IOOi2/￠100+7^……100/,/(100+乃为各模块的电流阈值。T 一般取20，根据具体测试器件类型而定。对于模块内部凸点间的电流阈值的确定方法与上述相同。菊花链回路电流高于阈值标记为1，表示没有失效，低于阈值标记为0，表示失效发生。XnXffl表示接通Xn和Xm回路，其中Xn，Xffl分别表示第n，m个连线引出点。通过其电流阈值判定法形成标记值。例如，XnXm=O表示回路有凸点发生失效；XnXm=I表示回路凸点不发生失效。(1) α类型菊花链单元
回路内部按数据采集的频率进行α类型回路算法(算法结构如图4所示)的扫描。具体过程如下
扫描XJ2，若&)(2=1，表明A和B完好；若X1X2=O^lJ A和B中至少有一个失效。对于X1X2=I的情况，进一步扫描若)(2)(3=1，表明C完好；若)(2)(3=0，则可判定C 失效。对于X1X2=O的情况，再扫描W和W若X1X^ X2X3中任意一组为1，则该组的两个焊点均完好；若X1X3^X2X3都为0，可判定最多仅有一个焊点不失效。(2) β类型菊花链单元
回路内部按数据采集的频率进行β类型回路算法(算法结构如图5所示)的扫描。具体过程如下
扫描X1X2，若XJ2=I，表明A和B均完好；若XJ2=O，可判定A和B中至少有一个失效。对于的情况，进一步扫描W和W 若)(2)(3=1，表明C完好；若)(2)(3=0，则判定C失效。若XA=I，表明D完好；若ΧΛ=0，可判定D失效。对于X1X2=O的情况，进一步扫描X3X4 ①若)(3)(4=1，表明C和D完好；据此再进一步扫描)( * ，若AX3=I，可判定A完好，B失效；若^C1X3=O,则判定A失效。若)(2X3=1，表明B完好，A失效；若)(2X3=0，可判定B失效。②若X3X4=O,可推断C和D中至少有一个失效。 分别测量AX4，X1X3，X2X3,1 ，如果有任何一组结果为1，说明该组的两个焊点均完好，其余两个焊点失效；如果所有结果都为0，可推断最多仅有一个焊点不失效。(3) Y类型菊花链单元
回路内部按数据采集的频率进行Y类型回路算法(如图6所示)的扫描。具体过程如
下
首先使用β类型的算法判定焊点的失效情况，如果能定位完好的焊点，则测量完好焊点与E焊点形成的回路。若回路值为1，可判定E不失效；若回路值为0，则断定E失效。如果采用β类型的算法不能定位完好焊点，则分别测量XJ5，X2X5, X3X5，W。如果有任意一组值为1，可断定E完好，该组对应的另一个焊点不失效；若&)(5、)(2)(5、Χ3Χ5、Χ4Χ5中有任意一组测试值为0，可推断最多只有一个焊点未失效。从上述算法可知α类型单元能精确定位单个失效焊点；β类型单元能精确定位单个或两个失效焊点；Y类型单元能够精确定位1 3个失效焊点。定位焊点的能力 Υ>β>α,但算法复杂度Y > β > α。在步骤3中，如果发现菊花链的内部存在失效凸点，则立即输出失效凸点的位置和失效时刻，这可以通过编程实现。由于凸点可靠性的试验的时间有些很长，如热循环试验的周期一般为一个月以上，通过程序实时采集数据并输出失效凸点的位置和失效时刻，无疑提高了测试效率。
图1为α类型菊花链单元结构图示。图2为β类型菊花链单元结构图示。图3为Y类型菊花链单元结构图示。图4为α类型回路算法图示。图5为β类型回路算法图示。图6为Y类型回路算法(m为已知的未失效焊点)图示。图7为10 χ 10 WLP器件外圈凸点的菊花链设计组合图示。图8为10 χ 10 WLP器件外圈凸点的菊花链设计组合图示(考虑内圈凸点)。图9. 10 χ 10 WLP器件芯片上的菊花链设计图示。图10为10 v 10 WLP器件PCB上的菊花链设计图示。
具体实施例方式本发明以10 χ 10 WLCSP 器件(Wafer Level Chip Size Package)为例说明 步骤1 如果只测试外圈凸点的可靠性，外圈凸点的菊花链的设计组合为4 γ+4β，如
图7所示。在芯片上进行封装器件的全部菊花链连接。由于Y单元定位失效凸点的能力比β单元更强，所以在封装器件的四个边角位置(热可靠性测试中凸点最可能失效的位置) 使用Y单元菊花链连接。如果要增加内部凸点可靠性的测试，外圈凸点的菊花链的设计为4 Y +2 β +2 α。内部凸点形成一个大的菊花链回路，并通过外圈2个凸点的PCB链接端引出测试点。由此， IOx 10 WLP器件可由9个菊花链单元组成，包括2个α菊花链单元、2个β菊花链单元、 4个Y菊花链单元、1个内部凸点菊花链单元(包括66个凸点)。100个凸点可通过位置分别标记为An，A12，A13……Aicutlt5外圈凸点与PCB的连接处引出输出端口。如图8所示。芯片上的菊花链的连接不仅包括外圈α、β、Y三种单元，还包括内部菊花链的连接，具体形式为间隔选取内部菊花链的连接，比如内部菊花链的连接为=A14 — A24 — A23— 42—A32+A42—A52，则芯片上的连接形式为A14 — A24，A23 — A22，H PCB上的菊花链的连接包括A24_A23，Am-A32，A42—A52的连接。外圈凸点的菊花链连接包括2个α菊花链单元、2个β菊花链单元、4个γ菊花链单元。芯片上和PCB上的菊花链的连接设计分别如图9和图10所示。步骤2 通过编程控制数据采集器动态监控各个菊花链单元内部的电阻值。数据采集的频率可以根据用户需要自由控制。以热冲击测试为例，可在每个周期的升温结束时刻、高温保温的结束时刻、降温结束时刻、低温保温的结束时刻各采集一次数据。步骤3 假设在Tl时刻，α、β、Y菊花链单元按照上述算法未发生失效，内部凸
点形成的菊花链的引出回路为1，说明所有回路内的凸点未发生失效。假设在Τ2时刻，巧单元扫描结果为“)(8Χ9=1与YJ3=1与X9X1Q=0”，输出Amq凸点失效。假设在T3时亥ij，h单元扫描结果为“AXici=I与LY3=I与Χ8Χ9=0”，输出A19凸点失效。在测试结束时，可以得到汇总的失效信息T2时刻Amci凸点失效，Τ3时刻A19凸点失效。
表1.不同凸点阵列对应的菊花链的设计组合(供参考)
权利要求
1.一种基于菊花链回路设计的定位失效凸点的方法，其特征在于具体步骤如下步骤1 对于NX N的凸点阵列，根据是否测试内部凸点的可靠性，引入α、β、Y三种菊花链回路单元，并在各个回路中引出测试点；步骤2 通过编程控制数据采集器动态监控各个菊花链单元内部的电阻值的变化，用接通特定菊花链的不同回路形成的阻值判据来定位失效凸点，定位算法采用基于α、β、Υ 三种菊花链回路单元的判定算法；步骤3 在封装器件可靠性测试的过程中实时输出各特定回路单元测试信息，获得失效凸点的位置和失效时刻。
2.根据权利要求1所述的基于菊花链回路设计的定位失效凸点的方法，其特征在于在步骤1中，所述α、β、Υ三种菊花链回路单元具体如下(1)α类型菊花链回路单元，包括Α、B、C三个凸点，三个凸点之间的电连接通过凸点与测试芯片之间的焊盘的连接实现；三个凸点分别引出测试端XI、Χ2、Χ3，这三个测试引出端分别从凸点与PCB之间的焊盘引出；设al，bl，cl分别是三个凸点位于测试芯片上的链接点，aUbUcl依次相连；a 2，b2, c2分别是三个凸点在PCB上的链接点；(2)β类型菊花链回路单元，包括A、B、C、D四个凸点，四个凸点之间的电连接通过凸点与测试芯片之间的焊盘的连接实现；四个凸点分别引出测试端X1、X2、X3、X4，这四个测试引出端分别从凸点与PCB之间的焊盘引出；设&1，131，(31，(11分别是4、8、(、0四个凸点位于测试芯片上的链接点，al、bl、cl、dl依次相连，a2、b2、c2、d2分别是四个凸点在PCB上的链接点；(3)γ类型菊花链回路单元，包括A、B、C、D、E五个凸点，五个凸点之间的电连接通过凸点与测试芯片之间的焊盘的连接实现；五个凸点分别引出测试端X1、X2、X3、X4J5，这五个测试引出端从凸点与PCB之间的焊盘引出；al，bl, cl, dl, el分别是五个凸点位于测试芯片上的链接点，al、bl、cl、dl、el依次相连，a2, b2, c2，d2，e2分别是五个凸点在PCB上的链接点；对于\ N的凸点阵列，外圈凸点的菊花链的设计都由α、β、Y三种单元组合而成， 连接形式为Χ α +Y β +Z γ，X、Y、Z为0或正整数。
3.根据权利要求2所述的基于菊花链回路设计的定位失效凸点的方法，其特征在于在步骤2中，所述α、β、γ三种菊花链单元的判定算法如下在器件进行可靠性试验前，分别测量各个测试模块的电流值J3……A ,以凸点电阻值增加7%为失效判据，对应的WOi1ZiiOO+乃,IOOi2/(100+D……ioo/s/(ioo+rj为各模块的电流阈值，对于模块内部凸点间的电流阈值的确定方法与上述相同；菊花链回路电流高于阈值标记为1，表示没有失效，低于阈值标记为0，表示失效发生；XnXm表示接通Xn和Xm回路，其中xn，Xm分别表示第n，m个连线引出点；通过其电流阈值判定法形成标记值=XnXm=O表示回路有凸点发生失效，XnXm=I表示回路凸点不发生失效；(1) α类型菊花链回路单元回路内部按数据采集的频率进行α类型回路算法的扫描，具体过程如下扫描XJ2，若&)(2=1，表明A和B完好；若X1X2=O^lJ A和B中至少有一个失效；对于X1X2=I的情况，进一步扫描W若)(2)(3=1，表明C完好；若)(2)(3=0，则可判定C失效；对于X1X2=O的情况，再扫描w和w若\\、X2X3中任意一组为1，则该组的两个焊点均完好；若Xi)(3、)y(3都为0，可判定最多仅有一个焊点不失效；(2)β类型菊花链回路单元回路内部按数据采集的频率进行β类型回路算法的扫描，具体过程如下扫描X1X2，若XA=I，表明A和B均完好；若XA=O，可判定A和B中至少有一个失效；对于X1X2=I的情况，进一步扫描X2X3和X2X4 若ΧΑ=1，表明C完好；若X2X3=O,则判定 C失效；若XA=I，表明D完好；若ΧΛ=0，可判定D失效；对于X1X2=O的情况，进一步扫描w ①若)(3)(4=1，表明C和D完好；据此再进一步扫描 X1X3和X2X3'若XiX3=I，可判定A完好，B失效；若X1X3=O,则判定A失效；若X2X3=I，表明B完好，A失效；若X2X3=O,可判定B失效；②若X3X4=O,可推断C和D中至少有一个失效；分别测量X1X4，X1X3，X2X3, ，如果有任何一组结果为1，说明该组的两个焊点均完好，其余两个焊点失效；如果所有结果都为0，可推断最多仅有一个焊点不失效；(3)γ类型菊花链回路单元回路内部按数据采集的频率进行Y类型回路算法的扫描，具体过程如下首先使用β类型的算法判定焊点的失效情况，如果能定位完好的焊点，则测量完好焊点与E焊点形成的回路；若回路值为1，可判定E不失效；若回路值为0，则断定E失效；如果采用β类型的算法不能定位完好焊点，则分别测量1 , ，XJ5，X4X5 ；如果有任意一组值为1，可断定E完好，该组对应的另一个焊点不失效；若X1Xpiy^X3XpX4X5中有任意一组测试值为0，可推断最多只有一个焊点未失效。
4.根据权利要求3所述的基于菊花链回路设计的定位失效凸点的方法，其特征在于在步骤3中，如果发现菊花链的内部存在失效凸点，则立即输出失效凸点的位置和失效时刻。
5.根据权利要求2所述的基于菊花链回路设计的定位失效凸点的方法，其特征在于不同凸点阵列对应的菊花链的设计组合如下
全文摘要
本发明属于半导体封装和通信技术领域，具体基于菊花链菊花链回路设计的定位失效凸点的方法。本发明主要针对圆片级封装等小间距凸点的封装类型，提出一种菊花链的设计及测试策略，包括如下步骤在N×N凸点阵列中引入α、β、γ三种菊花链回路单元，并分别引出测试点；动态监控各个菊花链单元内部的电阻值的变化，以菊花链的不同回路形成的阻值判据来定位失效凸点；定位算法基于α、β、γ三种单元的判定算法；在器件可靠性测试过程中实时输出失效凸点的位置和失效时刻。本发明提高了凸点可靠性测试的智能化和精确定位能力，提升了测试分析效率；可获得丰富的测试信息，有效地降低了成本。
文档编号G01N27/00GK102183548SQ201110063368
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者洪荣华, 王珺 申请人:复旦大学