隨著市場需求的增加和技術的發展，微電子封裝逐漸走 向小型化、集成化、低成本，封裝形式不斷從二維封裝向三維 堆疊封裝推進。同時，傳統摩爾定律的特征尺寸不斷接近集 成電路技術的物理極限。簡單縮小芯片特征尺寸已不能滿足 半導體技術和電子產品開發的需要。系統級封裝技術(SiP)已成為從封裝技術角度延續摩爾定律的另一條技術路線，越來越受到關注和應用。
SiP到底是什么?又該如何通過視覺檢測保證SiP產品的質量?我們接下來逐步揭曉明銳的SiP視覺檢查方案。
什么是SiP?
SiP模組是一個功能齊全的子系統，它將一個或多個IC 芯片及被動元件整合在一個封裝中。此IC芯片(采用不同的 技術:CMOS、BiCMOS、GaAs等)是Wire bonding芯片或Flip chip芯片，貼裝在Leadframe、Substrate或LTCC基板上。被 動元器件如RLC及濾波器(SAW/BAW/Balun等)以分離式被 動元件、整合性被動元件或嵌入式被動元件的方式整合在一 個模組中。
當產品功能越來越多，同時電路板空間布局受限，無法再設計更多元件和電路時，設計者會將此PCB板功能連帶各 種有源或無源元件集成在一種IC芯片上，以完成對整個產品 的設計，即SiP應用。
SiP帶來了什么新的挑戰?
與單片集成電路相比，SiP內部復雜的封裝結構和各種芯片，元件的組合結構對熱應力、機械應力和電磁干擾更加 敏感，容易失效。在循環彎曲、墜落等機械應力的作用下，SiP 的主要失效點集中在焊點位置，特別是當包裹的硬度較大時。SiP產品具有復雜的互連系統。焊點的可靠性與異質材料 之間電氣和機械連接的可靠性有關，這在很大程度上決定了 產品的質量。
SiP封裝制程按照芯片與基板的連接方式可分為引線鍵合封裝和倒裝焊兩種。
如何保證SiP的焊接可靠性?
想要保證SiP產品焊接的可靠性，需要對從基板印刷到 最終鍵合完成整個過程的每道工序進行檢測。
SP(I 型號:明銳Icon):錫膏印刷質量與助焊劑檢測
爐前/爐后 AO(I 型號:明銳SD5000):元件貼裝質量與鍵 合區域基板檢測
Die Bond & Wire Bond AO(I 型號:明銳SW2000):芯片 貼裝與鍵合質量檢測
對于SiP制程中的印刷工藝檢測，錫膏厚度最低僅有 20-50μm，焊盤尺寸僅70-200μm，明銳SPI提供了5μm分辨 率的檢測方案，以滿足高精度檢測需求，并可支持數量超20 萬焊盤的檢測，程序無卡頓。
另外，焊盤間距越來越小，比較容易產生短路不良，特別是錫絲短路的不良，由于這類不良，錫膏本身的高度偏低，如 果采用全3D檢測的方式，基板上的助焊劑或者絲印白線的高 度干擾，很容易造成短路誤判，明銳的解決方案是采用3D結 合顏色的方式，將錫膏和絲印線通過顏色和高度多個維度進 行判定，可有效攔截超小間距焊盤間的連錫不良。
為了管控元件的平整性，不但要把控單一焊盤錫膏的高度，還需要整體把控一個元件的所有焊盤的錫膏高度，明銳開發了共面性檢測算法，通過計算錫膏整體平面度，防止虛 焊不良。
在倒裝工藝里，由于焊盤間距越來越小、錫膏厚度越來越薄，錫膏印刷工藝已無法滿足SiP工藝要求，部分芯片采用刷助焊劑的方式來直接連接芯片。明銳SPI已研制出一套特 殊光學方案可應對助焊劑檢測。
對于SiP制程中的元件貼裝工藝檢測，元件尺寸越來越 小，最小可達008004，明銳AO(I 型號:SD5000)提供6μm分 辨率的檢測方案，以滿足高精度檢測需求。對于無焊盤的元件，明銳可以使用元件Mark功能，通過周邊特征點進行輔助 定位，定位精度可達10μm以內。
為了應對SiP封裝中多種材質的元件，明銳AO(I 型 號:SD5000)采用六通道程控環形光源，支持多次打光、參數 程序保存，可根據檢測需要，靈活搭配光學方案，針對不同不 良采用不同顏色、不同角度的光源，使不良特征更突出，進一 步保證測試效果。
芯片浮高也是焊接不良的一大來源，但由于芯片表面的 一層氧化硅的透光效果，導致鏡面芯片的3D還原是一大難 題，明銳通過激光模塊完成鏡面元件3D還原與浮高檢測，可有效檢出20μm的芯片浮高不良。
無論是倒裝焊或者引線鍵合，都是需要將芯片與基板做連接，因此基板尤其是金手指上的不良會很大程度上影響鍵算法，可智能識別金手指區域，簡化編程;可有效 檢出金手指、基板上的劃傷、氧化發黃、錫膏污染、破損等不良。
對于SiP制程中DB & WB段的檢測，金線最小可達到 0.6mil，同時布線復雜。明銳WB AOI提供3μm的檢測方案， 確保金線檢測的高精度要求。通過AI深度學習，完成焊點與 綁線的輪廓切割，從而進行球徑、線徑測試。并允許自動生成 綁線，僅需要設置第一根線的顏色、大小，以及線數量，便可 自動識別并生成全部一排金線檢測窗。
對于不良品的處理，明銳可以提供打標筆打標或者電子 坐標標定兩種方案。
打標筆可以在不良品的特定位置進行打標標定，以指示 員工更快定位到不良點的位置，便于快速進行復判或者其他 處理操作。
子板子坐標標定，是指明銳可以對接Secs/GEM系統，進 行數據上傳、前后站位信號對接等工作。即在軟件中生成一張坐標圖，可讀取前站判定的不良信息(如圖藍色格)，將不良子板跳過測試;也可將本站判定的不良標定在該坐標圖中(如圖紅色格)，實現不良的Mapping標定。
為推動我國半導體封裝測試等領域全面發展，國家相關部門出臺了多項具體的政策。我國大型集成電路封測廠商也 在逐漸摸索中，不斷提升自身的技術。目前我國集成電路封 測領先的廠商在集成電路封測技術水平方面逐漸與國際看齊。明銳期望在其中能貢獻自己一份力量，通過完善光學方案，提升不良檢測算法，優化軟件計算速度 ，簡化編程等方法，為半導體封測提供最優的工業視覺檢查方案。
