后摩尔时代，晶体管大小正不断逼近原子的物理体积极限，5G、自动驾驶、人工智能、物联网等应用正快速发展，要求芯片尺寸更小，功耗更低，性能更强，这势必导致封装工艺越来越复杂，芯片可靠性下降容易失效，良率下降。可从两方面解决，一种是芯片材料采用SiC等材料，另一种是芯片封装工艺。短期能顺应芯片发展趋势的方法主要是芯片封装工艺，比如目前主流的面积阵列封装，以及堆叠式封装，即3D封装。
一、IGBT模块封装失效原因
多芯片堆叠使其内部结构越复杂。例如，一个模组中包含有多个芯片、多个线路以及多个焊点，其中一个环节的失效，可能会导致整个模组的品控问题。由于IGBT成本较高，失效产品流到终端所造成的代价很大。
模块失效的位置通常深藏在复杂的内部结构，传统的视觉化难以检测，所以新的检测方式必须有效识别、并判定先进封装失效的原因。封装级失效分两类：
1、键合线失效：线弧高/低、断线、少线、多线等问题；
2、焊接层失效：空洞、裂痕、假焊、虚焊等。
二、X光在线全检是行业趋势
针对行业痛点，正业科技提供X射线解决方案。X射线检查机成像系统由X射线源、探测器组成，X射线穿透样品，在探测器上得到样品放大的投影图像。通过X射线能够穿透封装过的半导体器件，检测IGBT内部结构，排查键合线和焊接层，为流入市场的芯片增加了一重可靠性保障。
检测一般分两种，一种是可见光检测，即AOI；另一种就是X光检测，X射线可以穿透检测封装模块产品内部，实现对内部焊点焊接质量的检测。正业科技的X射线检测方案在IGBT模块上主要解决线路和焊接层的检测。
此外，市面上大部分的X射线检测机以离线为主，正业科技的优势在于可以实现在线全景检测。
1、人工抽检难的问题。离线机是通过人工检查产品的缺陷，效率低，且容易误判漏判，在线全检通过提前编程定义检测标准，实现全自动化检测。
2、产品成本高的问题。在线全检可以降低误判率，减少浪费，也能间接减少成本。
3、提高安全系数。IGBT模组的焊接层有三层，本身焊接难度高，检测难度大，需要提高检测效率，减少不良品流入下游所造成的安全隐患和产品功能问题。
三、正业科技的IGBT X射线检测方案
1、XG5500功率器件-焊接缺陷
XG5500设备主要检测功率器件的焊接缺陷，采用2D/2.5D在线全检方式，一般用于产品生产工序段，可应用于工业级、消费级、车规级IGBT模组，通过在线全检方式检测焊接点缺陷，对不符合检测项的不良品进行NG挑选，防止不良品流入下游终端。
检测IGBT芯片与基板间气泡，在线检测时，可以设置合格参数，通过算法计算出气泡比判定否合格，提高检测效率。
2、XG5500分立器件-线型缺陷
正业科技独家开发的XG5500分立器件专用机型有两个亮点：
采用整盘矩阵式采图，无需拉料卷料，具有CCD视觉定位系统，机器人自动上料，7英寸料盘检测用时3 min（3000pcs），误判率达到3‰，基本可以做到0误判；
业内独家的芯片虚拟复盘，可以做到边采图边复盘，追踪每一个不良品的序列编号。
检测项目包括IC内部异物，如多余的线，生产过程中混入的异物等，还可以检测IC线性坏品，如塌线、线摆、弧高、弧低、脱焊等。
3、快速平板CT（在线全检）
快速平板CT设备主要针对车规级芯片，可以实现在线全检。车规级芯片对气泡要求很高，尤其是新能源厂家。正业科技的快速平板CT是全3D在线式自动成像与分析，可用于在线检测也可用于离线分析。通过CT断层扫描技术，可以解决传统2D/2.5D设备无法实现的叠层焊点缺陷检查，如Open、HIP、QFP/LGA等。效率上可以做到1~1.5分钟检测一个IGBT样品，精度最低可以实现2μm。
在线工业CT主要检测IGBT内部装配质量（零部件数量、位置等）、结构缺陷检测（裂纹、气孔）、焊接点质量检测（虚焊等），对问题件进行失效分析等。
5、高精度平板CT（离线）
高精度平板CT离线检测机型，可用于PCBA、晶圆、芯片、IGBT等高端产品，精度可以做到0.5μm。2D/2.5D成像可以针对ROI实现多轴联动成像功能，针对局部器件和小型器件可以实现高分辨微米CT三维成像。
正业科技是国内最早开拓新能源行业在线X-RAY企业之一，拥有强大的技术开发团队，深耕新能源、半导体X-RAY检测多年，拥有多套不同类型新能源产品缺陷检测的自动识别成熟算法，成熟的供应链 ，获得了广泛的市场认可。
本文由正业科技 营销总监 刘思敏《IGBT-X光解决方案》主题报告分享资料整理，关注艾邦半导体网公众号，回复关键词“20230629”，即可查看演讲视频及下载演讲资料。
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：X光在线全检技术提高IGBT良率
