文档其核心内容主要围绕先进封装(高密度多层扇出型板级封装 ML-FOWLP 与 3D 硅通孔 TSV)内部隐蔽缺陷的、200纳米级超高分辨率 X 射线无损三维检测设备的软硬件研发技术展开。
对于半导体检测设备研发工程师而言,这台 200nm 级 AXI机台是“纳米级射线物理、超精密多轴机械保刚设计、以及 GPU 算力驱动的 AI 视觉”的深度系统集成。详细研究了 FOWLP 和 TSV 内部缺陷检测技术,通过 AI 算法的引入。
下面是基于检测设备硬件架构、精密光学/射线源、以及算法系统的内容预览:
随着摩尔定律放缓,异质集成先进封装(如 FOWLP、3D TSV、Chiplet)成为延续芯片性能的关键。
检测痛点: 芯片内部形成了高密度的微凸点(Micro-bump)、亚微米级的 TSV 通孔以及多层重布线层(RDL)。这些微细结构被包裹在环氧树脂模塑料(EMC)或多层硅介质内部,传统的光学显微和超声波检测由于穿透力或分辨率不足,根本无法探测到内部的微小空洞(Void)、断路(Open)和桥接短路(Bridge)。
技术: 研发能够实现 200nm(0.2微米)级 空间分辨率的工业高精密 X 射线计算机断层扫描(CT)检测设备,填补高端先进封装 Inline/Offline 高精尖无损检测的空白。
要达到 200nm 的片上(On-chip)分辨率,以下几大核心子系统上实现了极限突破:
纳米级 X 射线源: 射线源的焦点尺寸直接决定了成像画质的清晰度。研发团队开发了高电压、微焦点/纳米焦点的透射式 X 射线管,通过极其精密的电子枪聚焦电磁透镜设计,将 X 射线束的焦点控制在纳米级,从物理源头上确保了超高的空间分辨率。
高灵敏度平板探测器与闪烁体:
集成了高像素、低噪声的高速 X 射线 CMOS 探测器,并对将 X 射线转化为可见光的闪烁体薄膜进行了材质与厚度优化,大幅度提升了光电转换效率与信噪比(SNR)。
微纳米级六轴联动精密运动控制平台:
为了对微小的基板或条带进行多角度断层扫描,设计了具备超高重复定位精度的多轴伺服运动平台。该平台在高速旋转和微位移时需要将微震动压低至纳米级,避免因机械晃动造成点对点成像模糊。
检测设备的另一半核心在于“数据处理速度”与“缺陷抓取准确率”:
GPU 加速的 3D CT 快速重构算法:
针对扫描后产生的海量二维投影图像,开发了基于 GPU 并行计算的超快速三维层析重构算法(如改进的 FDK 算法),在数秒内即可将离散的 X 射线打靶数据还原为芯片内部的三维数字体素。
深度学习智能化缺陷筛查技术:
文档中提到,研发团队后期重点引入了人工智能深度学习(Deep Learning)与专用机器视觉(Machine Vision)相结合的检测算法。通过构建微凸点空洞、TSV 填孔不全、RDL 裂纹等缺陷特征的数据集,实现对大批量封装件内部隐蔽缺陷的自动判别、分类与全自动量产筛查(ADC,Auto Defect Classification),大幅度降低了传统人工误判率。