在运行条件下，倒装片的失效往往是焊料凸点或者支撑焊料凸点的底部填料造成的。空洞、分层和裂纹都会导致失效。按照生产线的速度，如果不使用专门的软件工具，检查每个倒装片是很难的。
缺陷
导致倒装片失效的根源，往往出在焊接凸点或支撑焊接凸点的底部填料。这些位置出现的各种异常情况都可能会造成长期的电气失效。有可能是分层和裂纹引起的失效，但是最常见的是空洞（底部填料固化过程中未排出的气泡）引起的失效。
这些异常通过声学微成像技术很容易检查出来，因为这种成像技术在开发过程中是一个标准程序。异常情况成像后，它们对可靠性的潜在影响随之得到了分析。典型的最糟糕的情况是空洞的位置接触到焊接凸点，因为这种异常情况几乎肯定会通过出厂前的电气测试。此后，热应力会使焊料凸点慢慢地蠕动到空洞内，直到焊接凸点失去很多焊接材料而最终塌陷。
在研发过程中，通过手动对每个倒装片成像，并对每个空洞、分层或裂纹进行目视检查，以此调整生产参数，减少异常现象的发生，对技术人员来说意义很大。可是，生产中需要更快的速度。因为对于特定的生产线，每个芯片上的凸点数很多，而且芯片的数量很大，人工检查和分析不切合实际。因此，必须使用自动声学微成像系统代替人工检查。
目前已开发出一种软件系统，它利用自动声学微成像的数据，测量和评估与倒装片底部填充深度有关的机械缺陷。这种工具完成两个功能，一是确定单位：在任何形状的区域中，它的四个角是四个凸点的中心。图1右上角虚线内的区域是一个单位。这种软件工具测量每个单位区域内，有空洞、脱层或裂纹声学性质所占的面积的百分比。这些单位可以是正方形、长方形、平行四边形、梯形或者其他形状的四边形。
图1 利用声学数据，分析软件把四个焊接凸点（如右上角）作为一个单位进行分析。空洞A很小，不靠近凸点。空洞B接触一个凸点。空洞C包围一个凸点。
这种技术还可以检查每个焊接凸点。如果有空洞或其他缺陷与凸点接触，软件工具会计算凸点周围的底部填料的扇形数目。检查的目的是找出那些可能造成失效的焊点。与焊点接触的空洞可能会导致芯片不合格。然而一个不靠近焊点而且相对较小的空洞，在某些应用中可能被认为是无害的，因此是合格的。图1说明可接受的和不可接受的空洞。
检查
待检查的倒装片组件放在JEDEC型盘上，自动地穿过声学微成像系统。扫描传感器发出超声波脉冲进入目标，几微秒后系统接收到回波。由于在脉冲发出后几微秒，回波就返回到传感器，超声波脉冲发射和回波返回这个过程每秒进行几千次，因此每秒钟会产生数千个像素。
除少数情况外，覆盖在底部填料区域上的硅胶对超声波几乎是透明的，没有像裂缝那样的内部特征。（不过，金属化层可能存在声学检查能够看到的缺陷）。因此，一般把从底部填料区域的上面和下面的回波排除在外，认为脉冲是进入了底部填料区域内。
在芯片和底部填料的交界处，反射了一部分超声波脉冲，其他的脉冲进入底部填料区域内。在芯片和焊接凸点交界处，同样会反射一部分超声波脉冲，只不过底部填料和焊料的声学特性不一样，反射的程度（和在声学图像里的凸点颜色）不同。最强的反射是裂缝之类（空洞、脱层和裂纹）产生的，它们几乎把所有的超声波反射回传感器以便进行采集。
这些反射波是由于固体材料（硅胶、模塑化合物）和空洞缺陷中的空气或其他气体之间在声阻特性上的巨大差别所产生的。几乎所有超声波都不能穿过空洞缺陷，所以无法观察到从缺陷底部和相邻的固体材料之间的界面反射回来的超声波。即使在垂直方向上异常情况的尺寸小于0.01µm，从空洞、脱层和裂纹反射回来的超声波接近100%反射。
底部填料（或芯片表面）和空隙型缺陷交界面的反射振幅大，产生的像素相对比较亮。在分析每个由个焊接凸点界定的单位时，软件寻找这些亮点。对于不同类型的倒装芯片，它们的缺陷所产生的实际亮度不同，而且即便是两个芯片类型相同，如果底部填充材料的密度不同或者填料粒子分布不同，缺陷的实际亮度也不一样，因此，需要一个自动阀值函数来调节这些差异，保持分析的一致性。
当用户在使用自动声学微成像软件时，需要确定可接受/不可接受标准，存储分析项目，这些项目包含每一种倒装片类型的可接受/不可接受标准。由于各个芯片所在区域的焊接凸点分布图案不同，因此造成单位的大小或形状不同，分析项目必须存储各种变化并且根据它的变化去分析声学数据。
图2 大空洞的声学图像，图中用颜色标出的单元会随着焊料凸点分布情况的变化而改变。
图2是倒装片一个角的声学图像，倒装片周围的焊接凸点（上侧和左侧）的排列密度比芯片中心的高。又大又复杂的白色部分是空洞，它把芯片中央几个相距较远的焊接凸点包围起来或者和它们接触，不仅如此，它还向上和向左延伸到排列密度更高的四周的焊接凸点。从声学分析的角度讲，这个大空洞占据许多单位。其中，一些单位用彩色标示出它的形状。这两个区域各自使用不同的单位图案进行分析。
图3 左图是长条形空洞的超声波图像，在右图中每个受影响的单元的全部范围用白色标出来。
图3是倒装片的一角，有一个有点长的空洞（白色对角线区域）。左图是声学图像，说明空洞的实际范围。右图用白色来表示受这个空洞影响各个单位。特别要注意的是，在芯片上面的焊接凸点排列图案的差别。
在分析各个单位时，许多芯片的分析项目应许每个单位中与缺陷相关的像素的上限为20％到25％，虽然在一些应用中，这个上限可以达到50％。这个比例取决于可靠性的要求，以及过去设备使用经验和其他因素。对那些扇形中有焊接凸点和空洞接触的扇形，扇形数目的上限同样取决于可靠性要求和过去的设备使用经验。
结论
自动声学微成像系统软件的目的是进行分析，分析尽可能符合倒装片的可靠性状况，而且远远快于人工分析。因为这个工具是没有破坏性的，所以分析结束后，这个倒装片还可以用于其他类型的测试和分析。有了这个工具，工程师就多一种降低现场失效、提高产品长期可靠性的新方法。
Tom Adams是Sonoscan公司顾问。详情请访问网址：www.sonoscan.com。
