news 2026/10/27 19:11:05

为什么半导体,也用X-Ray

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
为什么半导体,也用X-Ray

看到你发的这份资料,你的问题“为什么半导体,也用X-Ray”很到位——因为很多人觉得X-Ray是医疗用的,而且半导体那么精密,用“透视”会不会看不清楚?

其实,半导体用X-Ray,恰恰是因为它太精密、太“娇贵”了。

简单来说:X-Ray是唯一能“无损”地看清芯片内部“连接”是否合格的手段。芯片不是一块实心的铁疙瘩,而是由多层材料堆叠、焊接起来的微型建筑,X-Ray就是它的“建筑透视仪”。

结合你发的资料,具体原因有这三点:

1. 芯片是“藏”起来的,肉眼和光学显微镜看不到

芯片封装好后,内部结构被塑封料(Mold)完全包裹。关键连接点,比如:

  • 焊球(Solder Balls):芯片与电路板连接的“桥梁”。
  • TSV/微凸点:芯片内部垂直堆叠的“通道”。
  • Die Attach(芯片贴装):芯片与基板的粘合层。

这些都在材料内部,X-Ray能穿透塑封料和硅,直接看到里面的金属焊点,而普通光学显微镜只能看表面。

2. X-Ray“看”的恰好是金属缺陷(焊点质量)

半导体的核心失效,大多发生在焊接环节。X-Ray成像原理正是利用材料密度差异——金属(锡、铅、铜、金)密度高,吸收X射线多,在图像上呈深色;而塑封料、空洞(空气)密度低,呈浅色。

所以它能清晰看到你资料里提到的核心缺陷:

  • 空洞(Voids):焊点里的气泡,会削弱导电和导热。
  • 连锡/桥接(Bridges):相邻焊点不该连却连上了,导致短路。
  • 开路/虚焊(Open Joints):该连的没连上,或者接触不良。
    这些缺陷直接影响芯片能不能通电、会不会发热烧毁。

3. 二维快筛,三维精确定位

你资料里对比了三种技术,半导体产线会组合使用,因为X-Ray也分“快照”和“CT”:

  • 生产线上(快速筛查):用2D X-Ray,几秒钟拍一张透视图,像给芯片拍胸片。虽然图像有重叠,但足够快速筛出空洞率过高或明显桥接的不良品。
  • 失效分析时(精确定位):用CT(X射线三维断层成像)。让芯片360°旋转,拍几百张不同角度的二维投影,再重建出三维立体图。这时就可以任意切片(Z向),精准定位这个空洞到底在焊球的顶部、中部还是底部,从而判断是回流焊温度问题还是材料问题。

那么,为什么不全用C-SAM(超声波)呢?

你资料里提到C-SAM对“分层/脱层”更敏感,因为它对有机材料和界面缺陷非常厉害。但它看不了金属焊点内部——超声波遇到高密度金属(焊球)会强烈反射,很难穿透,信号杂乱,根本看不清焊球里的微小空洞。

所以,C-SAM看“粘合界面”(有没有脱层),X-Ray看“金属连接”(焊得好不好),二者互补,缺一不可。


最后回答一个你可能关心的问题:它会不会损伤芯片?
放心。工业检测用的X-Ray能量和剂量都经过严格控制,属于无损检测(NDT),检测后芯片可以直接使用,不会影响性能。

如果想了解,我还可以给你具体讲讲2D X-Ray和CT在产线上分别是怎么配合使用的,或者如何根据缺陷类型选X-Ray还是C-SAM,需要的话告诉我。

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