TWI391201B - 封裝於鑄模化合物中之元件的脆性結構暴露方法及系統 - Google Patents

Description

封裝於鑄模化合物中之元件的脆性結構暴露方法及系統

本發明係關於使用一熔損雷射來製備積體電路，以供故障分析的方法與系統，且特別是，與製備具有封裝於含有玻璃或矽雜質之鑄模化合物中之組件的電性裝置或電路有關。

積體電路都會故障，然而一旦它們故障，通常需要決定是什麼產生此故障，因其可能會促使產品回收以進行校正動作。在故障分析中，積體電路的每一個組件都經過測試，以決定該特定元件是否為故障的原因。一般積體電路(IC)的基本結構包括一矩形半導體晶粒(die)或晶片，其連接至數條細導線(wire leads)並由這些導線圍繞，該導線進一步連接至較厚金屬線跡之一環繞外框，此外框依次形成IC的外部接腳。除外部接腳外，整個裝配一般係封裝於由鑄模化合物所形成之一封裝體中。當IC裝設在電路板上時，IC的接腳一般會焊接至電路板上對應的墊片。

為了辨識故障的原因，通常需要目視檢驗，其包括檢驗晶粒、導線、接腳框與焊接連接。此外，也需要對內部點做實體存取(access)以隔絕問題。然而，保護性封裝鑄模化合物會避免對這些特定IC結構的存取。

需要移除鑄模化合物而不破壞待檢驗IC的個別組件。從發明人的美國專利第7,271,012號可知使用熔損雷射來 移除化合物而不破壞下方結構。如第1圖所示，先前技術是一種系統(一般由元件符號10表示)，其使用透過適當光學元件16而聚焦至與IC 14之一表面18對應之一平面上的一雷射光束12，以從該處選擇性地移除鑄模化合物。聚焦之雷射光束12一般係以移除膜層中的鑄模化合物的方式移動於IC表面的選擇區域間，並在每一次通過時，在化合物中穿透地更深。

雖然先前技術已使人滿意，但其仍有無法適當熔損部分樹脂化合物的缺點，這些樹脂化合物使用過大或過多的玻璃或矽填充物。由於先前技術系統的發明，IC晶片製造者已經利用以玻璃或矽填充物製成較新的樹脂化合物。先前技術系統倚賴在待熔損IC 14的表面上之聚焦雷射光束的充足能量密度；然而，如第2圖所示，IC 14之化合物24內的玻璃20會使雷射能量擴散而無法聚焦，使能量密度降低至足以熔損化合物的臨界點以下。將光束的功率提高至足以克服能量因擴散而損失的問題，將在光束未擴散處導致敏感之IC組件的毀損，破壞或損害IC晶片至故障分析無法進行的地步。

因此，需要提供一種可克服先前技術之缺失的系統與方法。

一種系統利用雷射來移除一積體電路(IC)的鑄模化合物，而不破壞內部晶粒、導線、焊錫連接以及封裝於鑄模 化合物中的任何其他關鍵結構，藉此，使其可用於分析。雷射光束係透過適當的光學元件而聚焦至與積體電路表面對應的平面上。以該雷射光束之波長呈實質不透光之材料層係在每次穿過時或在適合進行適當熔損的每次穿過的間隔處，被塗敷在待熔損的IC晶片的表面上。

在一較佳具體實施例中，可提供一噴嘴以於雷射光束路徑之前，以同步動作移動方式，塗敷不透光材料塗層。

第3圖係根據本發明系統100的一示範性具體實施例的方塊圖。待分析裝置(例如積體電路(IC)14)係放置於平台105上，在該平台上雷射110所產生之雷射光束107係由一對反射板151、152與透鏡元件140予以操控並聚焦。操作是由耦合至供人為互動之使用者介面130的控制器120予以控制。舉例而言，控制器120與使用者介面130為工作站、個人電腦或類似者的一部分，或者可被分別放置。

在操作期間，當雷射光束107以一選擇模式移動於IC表面的一被選擇部分上時，IC 14為靜止。在任何時刻，雷射光束107衝擊於IC 14表面上的一點。然而對於人眼而言，該光束會在IC 14的表面上呈現線性或矩形，其係端視雷射光束107在IC 14的表面上被操控地多快。當雷射光束107衝擊IC 14的表面時，在衝擊點上會熔損並因而移除小量的鑄模化合物。當雷射光束107被操控於IC的表 面上，鑄模化合物會以雷射光束107被操控的模式移除。

雷射光束107所追蹤的圖案(或熔損圖案)可經選擇以涵蓋裝置表面的任何需要部分，其可具有多種幾何形狀之任一(例如矩形、圓形)。圖案較佳係經選擇以於雷射每次通過圖案上方時移除一均質材料層。連續的材料層係以雷射連續通過圖案上方而移除。當每一層材料被移除時，雷射光束107係被引導至IC 14的新暴露表面上，以移除化合物24(如第2圖及第4圖所示)的下一層。熔損程序可停止於任一點。因此，除了從IC 14的所需區域移除材料外，系統也可移除材料達一所需深度。

雷射源所產生的雷射光束107首先由一反射板151予以偏向，該反射板是由一致動器161致動而在第一軸周圍旋轉。反射板151使雷射光束107偏向實質上與反射板151垂直之反射板152之上。反射板152使光束偏向至透鏡元件140上。一般而言，致動器161會使反射板151以震盪方式旋轉，使得光束沿著反射板152上一線運行。同樣地，致動器162將使反射板152以震盪方式旋轉，因此光束會沿著透鏡元件140上一二維光柵圖案運行。反射板151與152較佳為薄型且輕質。致動器161、162與164較佳為高速電流計馬達。輕質反射器與高速馬達的組合使聚焦雷射光束可以每秒高達數千英吋的速度運行。

致動器161與162係在控制器120的控制之下。可於本發明中使用的雷射操控次系統，包括反射板151、152、致動器161、162、所有必須之控制電路與相關軟體(可得 自麻塞諸塞州劍橋市的劍橋科技公司(Cambridge Technology,Inc.of Cambridge Mass)。

不管反射板151、152的方向及雷射光束107運行的路徑長度為何，透鏡元件140係用於使雷射光束聚焦於單一平面上。透鏡元件140係由致動器164移動。透鏡元件140可為例如「平場透鏡」或「遠心透鏡」，其使雷射光束以一角度輸入，並使其聚焦於透鏡輸出的平面上。這種光學元件的來源包括德國的Sil及Rodenstock。

為避免雷射光束107在IC 14內擴散，可於以雷射光束107進行熔損之前，在待熔損的IC 14的表面上塗敷材料163的不透光層165，其在雷射光束107之波長下呈實質不透光。在一具體實施例中，可提供一噴頭160，其受控制器120控制並可將不透光材料163噴塗在IC 14的表面上。噴頭160係置於系統100內、雷射光束107之運行路徑前方，以在雷射光束107衝擊至IC 14前塗敷不透光層165。

請注意，噴頭160可為一噴霧器、滴管或可使微細固體或液體通過其間的任何具有孔隙開口的任何結構、或任何可塗敷雷射光束107之波長未能穿透之實質均質材料層的機制。此外，噴頭160係用於一較佳具體實施例中。然而也可使用任何結構，包括在雷射光束107掃射前，經由滴管、噴灑瓶、噴霧器、塗敷刷或類似工具，手動地塗敷實質不透光材料163的不透光層165。

藉由在IC 14表面上高速移動雷射光束107，雷射光束停留在每一點的時間會非常短，因而可使雷射對於熔損程 序欲予以暴露之脆性下方結構的任何損害降低。因而所產生的熱影響區(heat affected zone，HAZ)可保持為非常小(例如：小於1微米)。實際上，IC的所有鑄模化合物都可被移除，而在未受電性損傷的點、且甚至是在提高功率的情形下，留下有作用的組件「架構(skeleton)」。

應知在本發明範疇中，雷射光束107相對於IC 14的移動可以藉由雷射光束107的操縱或介於中間的鏡體來移動雷射光束107而傳導；然而，亦可藉由移動平台105來移動IC 14來實現。本發明需要的是雷射光束107與IC 14上表面之間的相對移動，以及實質不透光材料163的塗敷。

另一項考量是雷射發射波長的使用。尤其，可使用綠光波長(約532 nm)、紫外線(Ultraviolet，UV)波長(約266 nm)、紅外線(Infrared，IR)波長(約1,064 nm)與CO2(約10,640 nm)。最佳的應用波長係依欲熔損之材料類型以及欲暴露之下方結構的組成而定。材料163的選擇係指波長的功能。

對於使用一般鑄模化合物的各種IC而言，IR波長已經作用地相當良好，其不會破壞較脆弱之下方結構(即將晶粒附加至IC接腳的細銅線)。具有波長約1319 nm之雷射也可用於IC，因其不致破壞主要由矽構成之晶粒。IR或1319 nm之波長對於細線路的影響也不如其他波長(例如綠光)大。舉例而言，銅傾向於反射IR波長。因此，使用IR波長即可進一步減少對這些組件的損害，如HAZ。故，藉由根據欲暴露之裝置組成而選擇適當的雷射波長，本發 明之程序得以最佳化。本發明並不限於具任何特定波長之雷射。

在一較佳的具體實施例中，雷射發射的波長係落於紅外線光譜中，約1,064 nm。因此在較佳、但非限制之具體實施例中，不透光材料可為任何黑色材料。也可使用液體或固體黑色染料。舉例而言，可使用黑色石墨粉末或漿糊，或是在使用液體時，則如黑色奇異筆、墨水甚至黑色食用染料等材料都可使用。在一非限制之具體實施例中，該不透光材料亦為無毒的，因此在熔損程序期間不會釋放出有毒煙霧。

如第4圖所示，不透光層165的使用使一先前擴散層(第2圖)改變為不透光層。雷射光束107聚焦處之化合物層現為異質層，且於雷射與化合物熔損不透光層165及化合物24的鄰近層相互作用時保持光的性質。在雷射光束107每次通過，或在適合執行適當熔損的每次穿過的間隔處，即塗敷新的不透光層165。

本發明係以參照其較佳具體實施例而特別加以顯示及說明，然熟習此項技術者應瞭解可進行各種形式及細節上的變化，而不脫離所附申請專利範圍中涵蓋的本發明精神與範疇；進一步應瞭解所有的數值都為概值，其係作為說明之用。

10‧‧‧系統

12‧‧‧雷射光束

14‧‧‧積體電路(IC)

16‧‧‧光學元件

18‧‧‧表面

20‧‧‧玻璃

24‧‧‧化合物

100‧‧‧系統

101‧‧‧裝置

105‧‧‧平台

107‧‧‧雷射光束

110‧‧‧雷射

120‧‧‧控制器

130‧‧‧使用者介面

140‧‧‧透鏡元件

151‧‧‧反射板

152‧‧‧反射板

160‧‧‧噴頭

161‧‧‧致動器

162‧‧‧致動器

163‧‧‧不透光材料

164‧‧‧致動器

165‧‧‧不透光層

第1圖為熔損系統的先前技術之示意圖； 第2圖為顯示先前技術中，玻璃填充物對熔損雷射光束的影響之示意圖；第3圖為根據本發明所建構之一系統的方塊圖；第4圖為根據本發明，顯示鑄模化合物之熔損示意圖。

100‧‧‧系統

105‧‧‧平台

107‧‧‧雷射光束

110‧‧‧雷射

120‧‧‧控制器

130‧‧‧使用者介面

14‧‧‧積體電路(IC)

140‧‧‧透鏡元件

151‧‧‧反射板

152‧‧‧反射板

160‧‧‧噴頭

161‧‧‧致動器

162‧‧‧致動器

163‧‧‧不透光材料

164‧‧‧致動器

165‧‧‧不透光層

Claims (20)

1. 一種用於暴露封裝於一鑄模化合物內之一結構的設備，其包括：一雷射光束源，用於發出一雷射光束；一控制機制，用以使該雷射光束運行於封裝於該鑄模化合物內的該結構間並控制該雷射光束的位置與深度，以藉由在該鑄模化合物的熔損暴露出該結構的至少一下方部分，而不破壞該下方部分；以及一塗敷器，用於在沿著該雷射光束運行路徑之該雷射光束前，塗敷一不透光材料至該結構，從該雷射光束源發出至該結構上之該雷射光束係無法穿透該不透光材料，以在該雷射光束運行於該結構時防止該雷射光束擴散或重新聚焦。
2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該不透光材料係一黑色石墨粉末、墨水或染料中至少一個。
3. 如申請專利範圍第2項之設備，其中該不透光材料係一無毒性材料。
4. 如申請專利範圍第3項之設備，其中該不透光材料係一液體。
5. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該塗敷器係一噴霧器。
6. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該控制機制操控該雷射光束源至該結構上，以發出該雷射光束至該結構上。
7. 如申請專利範圍第1項之設備，其中以鑄模化合物封裝之該結構係相對於該雷射光束源而移動，且該雷射光束係位 於固定位置。
8. 一種用於暴露封裝於一鑄模化合物內之一結構的方法，其包括：產生一雷射光束；引導該雷射光束至以該鑄模化合物封裝之該結構上，該雷射光束追蹤封裝於該鑄模化合物內之該結構間的一路徑；在該雷射光束運行於該路徑前，對沿著該雷射光束運行之該路徑的一表面塗敷雷射光束無法穿透之一不透光材料，以在該雷射光束運行於該路徑時防止該雷射光束擴散或重新聚焦；以及在已經塗敷該不透光材料之後，以該雷射光束熔損該鑄模化合物，以暴露該結構的至少一下方部分，而不破壞該下方部分。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該雷射光束具有之波長為1,064 nm。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，更包括以下步驟：於該雷射光束與封裝結構之間提供一相對位移，以於該雷射光束運行於該路徑時熔損一區域上方之該鑄模化合物。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該封裝結構係經移動且該雷射光束為固定。
12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該雷射光束係以可移動方式操控至該封裝結構上。
13. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該不透光材料為一 液體。
14. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該不透光材料係一微細固體。
15. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該不透光材料為無毒性。
16. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該不透光材料係藉由噴灑、噴霧與塗佈的其中之一而塗敷。
17. 一種用於暴露封裝於一鑄模化合物內之一結構的方法，其包括：產生一雷射光束；引導該雷射光束至以該鑄模化合物封裝之該結構上，該雷射光束追蹤封裝於該鑄模化合物內之該結構間的一路徑；在該雷射光束運行於該路徑前，對沿著該雷射光束運行之該路徑的一表面塗敷雷射光束無法穿透之一不透光材料，以在該雷射光束運行於該路徑時防止該雷射光束擴散或重新聚焦；以及在該雷射光束追蹤該鑄模化合物內所封裝之結構間的路徑時，以該雷射光束熔損該鑄模化合物，以暴露該結構的至少一下方部分，而不破壞該下方部分。
18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該雷射光束具有之波長為1,064 nm。
19. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該不透光材料為一液體。
20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中該不透光材料係藉由噴灑、噴霧與塗佈的其中之一而塗敷。