显微DIC三维应变测量系统用于芯片热变形翘曲全场测量

　　半导体元件失效与元件发热引起的应力集中密切相关。随着半导体芯片工艺升级，大量晶体管堆叠及复杂封装工艺，导致其对温度的冷热变化更为敏感，在芯片设计及封装测试阶段做冷热循环测试成为必备环节，急需一款能实现半导体芯片冷热变形测试及高精度测量分析系统。

　　半导体元件失效因素占比分布&芯片翘曲引起的焊接失效现象

　　高密度堆叠发展带来的芯片变形更具挑战

　　DIC原理、技术对比和重要性

　　新拓三维XTDIC三维全场变形测量技术，是结合数字图像相关DIC技术与双目立体视觉技术，通过追踪物体表面的散斑图像或特征图案，进行立体匹配和三维重建，实现变形过程中物体表面的全场三维坐标、位移及应变的动态测量。具有非接触、便携、速度快、精度高、易操作，可实时测量等特点。尤其适合芯片热翘曲和变形测量。

　　DIC技术用于芯片热变形翘曲测量

　　DIC技术通过获取基准状态下的轮廓数据，支持追踪同名点在不同温度载荷下的位移数据。进而计算分析出应变数据。

　　在多维数据的支撑下，芯片失效分析变得简单和可靠。可同时分析芯片的翘曲和焊接工艺评估、断面不同材料否存在应变集中现象，通过测量CTE，可进一步判定是否存在CTE失配问题等。

　　解决方案与技术指标

　　本方案采用新拓三维XTDIC-MICRO三维显微应变测量系统。该产品结合DIC技术，显微镜和冷热台技术，用于微小视野1-10mm的芯片半导体各种科学研究和数据分析。　　通过XTDIC-MICRO三维显微应变测量系统，可深入分析芯片失效原因：热翘曲、三维坐标、三维位移和变形、三维应变分布、 CTE测量。

　　测量对象支持CPU、GPU 、 SSD芯片、Soc等各种半导体集成电路。可开展回流焊接过程模拟，实际运行环境模拟和各项科研工艺过程分析;

　　方案关键技术和成效

　　XTOP通过多年技术积累和项目经验，成功解决了以下有别于常规DIC所遭遇的挑战。使得结合显微镜的微小视野热变形测量全过程稳定可靠。

　　+ 热气流抑制技术

　　+ 刚性位移消除技术

　　+ 起雾和结霜抑制技术

　　+ 温度补偿技术

　　+ 显微自动标定技术

　　+ 超景深补偿技术

　　实际案例：样品、硬件系统和试验过程

　　DIC测量方案：本案例展示了大小为5mm左右芯片的固定台阶式升温的热变形测量。封装类型：Quad Flat No-leads Package

　　实验流程：设计一组循环试验，从室温RT升高温度到30℃开始，到100℃之后每升温50℃测量一组数据，直到最高温245℃，再相同间隔降低温度到室温。每个测试点进行保温5min后进行数据采集。

　　实际案例：数据和分析

　　测量数据：该样品在一个温度循环30 ℃ -245 ℃ -30℃下其2D翘曲视图、Z向翘曲和翘曲数值如下：

　　数据分析

　　+ 芯片热变形四角呈现对称的翘曲，符合预期效果和理论;

　　+ 起始静态翘曲分辨率达到亚微米级，精度满足要求;

　　+ 随着温度升高翘曲增大，最大值出现在最高温度245℃时，翘曲数据8.1um;

　　+ 随着温度降低翘曲逐渐减小，回到30℃时基本恢复至起始水平;