太赫兹电光时域反射计在TSV先进封装失效分析中的应用示例

TDR（时域反射计）被广泛用于电路故障定位。输入脉冲信号在器件内部的电路故障时反射信号，用户可以通过比较好片和坏片之间的时域波形，进而确定故障位置和故障模式（开路或短路）。

如上篇所介绍的，采用太赫兹电光采样技术的脉冲时域反射计，可以对芯片TSV封装失效点进行精准定位。与传统的基于示波器的TDR相比，基于太赫兹电光脉冲反射仪通过飞秒激光源发出的超短脉冲信号，大大提高了测量带宽和分辨率，失效位置定位分辨率可达5um。

本篇我们将通过一个示例来进一步介绍太赫兹电光时域反射计在TSV封装失效点定位上的的应用。

在进行失效分析之前，我们需要准备待分析芯片和参考芯片，如图1所示。

A是没有失效的参考芯片， B为仅仅保留基底的参考芯片，C为保留基板C4-bump和TSV结构的参考芯片。Failure为开路的失效芯片，失效点可能出现在基板与C4 bump，C4 bump与interposer, interposer与micro-bump， micro -bump与die连接的地方。

图1 待分析芯片和参考芯片

Advantest TS9001 TDR是一款基于太赫兹技术，可以对FCBGA，SiP, PoP, WLP, COWOS 等2.5D / 3D 芯片等先进半导体封装中的电路故障进行非破坏性和高分辨率分析的检测设备。

我们使用Advantest TS9001 TDR，对待测芯片和参考芯片进行了失效分析检测。得出的太赫兹电光时域脉冲波形如图2所示。Ref A为好片，在die内部相当于一个大电容，时域脉冲信号在150~200ps出现负峰；Ref B和Ref C为开路，正反射峰分别出现于161.28ps 和 188.61 ps处。而待分析的芯片正反射峰位于171.52ps ，在Ref B和Ref C之间。由此判断失效点位于C4 bump上表面与interposer交界处。

图2 太赫兹电光时域脉冲反射信号

为了进一步验证太赫兹电光时域脉冲反射仪对TSV封装失效定位的精确度，我们通过聚焦离子束横截面和扫描电子显微镜表征了失效芯片，如图3所示，实际缺陷位置与太赫兹电光时域脉冲反射仪结果一致。

图3 待分析TSV封装芯片的SEM图

基于太赫兹技术的先进封装失效分析

• 采用超短脉冲信号处理技术，具备5μm更高故障定位分辨率。

• 业界最快的30秒级测量时间，可实现精确的故障位置识别（平均次数1024时，是传统产品的1/10）。

TS9001 TDR可以与客户自选的高频探针系统进行无障碍连接，从而以较低的价格构建故障分析环境，满足多样化的故障分析需求

• 带有微凸的器件的故障分析（Failure analysis of devices with micro bump）

  通过将TS9001与高分辨率显微镜一起连接到高频探测系统，可以对最小直径为50μm的微凸的器件进行故障分析。

• 温度控制功能

  如果系统连接到具有热系统功能的高频探测系统，则还可以对低温/高温下的器件进行故障分析。