在2.5D封裝中，多顆芯片通過中介層實現高密度集成，而芯片與中介層之間還分布著大量Micro Bump微凸點。隨著凸點尺寸和間距不斷縮小，微凸點在溫度循環、熱壓鍵合及長期工作過程中容易受到熱機械應力影響，出現斷裂、界面失效等可靠性問題。
那么，2.5D封裝中都有哪些機械連接結構？Micro Bump、Cu Pillar、芯片及其他互連結構分別應該怎么驗證機械可靠性？本文科準測控小編將從2.5D封裝結構出發，重點介紹不同互連結構的機械失效及Alpha-W260自動推拉力測試機的檢測方法。
一、什么是2.5D封裝？
2.5D封裝是一種通過中介層（Interposer）實現多顆芯片高密度集成的先進封裝技術。
與傳統單芯片封裝不同，2.5D封裝可以將邏輯芯片、存儲芯片以及其他功能芯片集成在同一個封裝系統中。其中，中介層承擔芯片之間的高密度互連功能，Micro Bump則用于芯片與中介層之間的電氣及機械連接。
二、2.5D封裝有哪些關鍵機械連接結構？
從機械可靠性角度來看，2.5D封裝并不是一個整體結構，而是由多個不同材料、不同尺寸的連接界面組成。
1. 芯片與中介層
2.5D封裝中，不同功能Die或Chiplet需要安裝到中介層上。
芯片與中介層之間不僅需要保持電氣連接，還需要承受后續封裝、溫度變化以及使用過程中產生的機械和熱機械載荷。因此，芯片及其底部互連區域是機械可靠性評價的重要位置。
2. Micro Bump微凸點
Micro Bump是2.5D封裝最典型的微互連結構之一。
隨著凸點尺寸和間距不斷減小，單個互連結構能夠承受的載荷也隨之變小，對測試設備的微小力檢測和定位能力提出更高要求。
3. Cu Pillar銅柱凸點
Cu Pillar采用銅柱作為主要互連結構，可結合焊料帽等結構實現芯片與基板或中介層連接。
與傳統焊球相比，其幾何結構、材料組成和界面狀態不同，因此發生機械失效的位置也可能不同。
4. BGA焊球
在典型2.5D封裝中，芯片通過微凸點連接中介層，而整個封裝還需要進一步與封裝基板或PCB建立連接。這類較大尺寸的焊球同樣屬于重要機械互連結構。
5. TSV及RDL結構
TSV和RDL主要承擔垂直及平面電氣互連功能。
它們同樣存在應力、裂紋及界面可靠性問題，但需要注意：TSV和RDL可靠性并不能簡單等同于推拉力測試。對于這類結構，通常需要結合截面分析、熱循環、電性能以及其他可靠性表征方法進行綜合評價。
四、不同2.5D封裝結構如何驗證機械可靠性？
2.5D封裝集成了芯片、焊料、銅、中介層、封裝基板等不同材料。這些材料的熱膨脹特性并不全一致。在回流焊、熱壓鍵合、溫度循環以及長期工作過程中，封裝反復經歷升溫和降溫，不同材料之間會產生熱機械應力。不同連接結構的受力方式不同，對應的測試方法也不能全一樣。
1. Micro Bump微凸點剪切測試
這是2.5D封裝中比較有代表性的機械強度測試。
將樣品固定后，通過顯微系統找到目標Micro Bump，使微型剪切工具下降至規定位置，再沿接近平行于基板表面的方向推動微凸點。
測試主要獲得最大剪切力 + 失效模式，對于陣列式微凸點，還可以測試多個位置，對比不同區域的機械強度一致性。
2. Cu Pillar銅柱剪切測試
Cu Pillar測試同樣采用側向加載方式。
由于銅柱的高度、直徑以及Pitch不同，需要根據具體結構選擇推刀尺寸，并控制推刀作用高度。
測試后重點觀察銅柱本體、焊料層、焊盤以及界面的失效狀態。
3. Chiplet/Die剪切
對于芯片貼裝及相關鍵合結構，可以采用Die Shear方式評價連接強度。
剪切工具作用于芯片側面，通過水平加載使芯片底部連接區域發生破壞，并記錄最大剪切力。
對于薄芯片和小尺寸Chiplet，需要特別控制推刀位置和剪切高度，避免直接造成芯片破裂而影響連接界面評價。
4. BGA焊球剪切
對于封裝外部BGA焊球，可以進行Ball Shear測試。
通過推刀對焊球施加側向載荷，記錄焊球發生失效時的剪切力，同時觀察焊料、IMC界面以及焊盤區域的破壞情況。
以上就是科準測控小編為您介紹的2.5D封裝結構及機械可靠性測試相關內容。
2.5D封裝中的機械測試對象越來越小，測試點越來越多，互連間距越來越密。因此，推拉力測試機不僅需要精準測量力值，還需要精準定位測試位置，并控制剪切工具的高度和運動方向。
科準測控Alpha-W260自動推拉力測試機可針對不同封裝結構配置微型剪切工具及相應力值模塊，通過顯微視覺系統進行測試位置定位。對于規則排列的Micro Bump、Cu Pillar等結構，還可進行多測試點定位及批量測試，并將不同測試位置與對應力值數據進行記錄。
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