一、导言
为了确保MCM在制作过程中的质量,有必要进行测验。基板测验也是MCM制作中的要害测验之一。基板测验指IC芯片与PCB衔接前的互连测验,测验的意图是确保供给无缺点的基板。这是一种预防措施,用来确保互连不含有制作过程中留下的缺点,以及确保的确好芯片(KGD)不被设备在有缺点的基板上,最大极限地防止贵重芯片的糟蹋。功用测验是继基板测验之后的测验,在芯片衔接后进行,以确保体系的无故障。这就确保了在设备过程中,无缺点只发生在KGD上,以及芯片的输入/输出(I/O)端按要求衔接到其它接口上。基板和功用测验作为MCM制作工艺的一部分。它由基板测验,设备测验以及发运前的最终功用测验组成。
二、测验办法
由多层金属化层构成。例如,MCM-D基板由x/y布线层组成,它们分隔在电源层和接地层之间,构成互连用信号传输通道。
当多层基板制作后,因为导体资料沿着互连线长度方向存在着散布不均匀的问题,或许介质层太薄,都或许形成短路或开路缺点。别的,互连接构中还存在着挨近开路或挨近短路缺点的或许。这些缺点都是特别严重的问题,因为它们会在后续加工过程中或在用户使用过程中引起不期望呈现的组件失效。 在基板制作过程中,经过月检和光学检测来查看缺点,每一层都要操控,而且针对呈现的互连缺点的具体状况进行返修。虽然每层的开路和短路缺点得到了检测和处理,但后续各层的温度和加工所发生的应力也或许引起互连方面的缺点。因为布线层埋置在基板内部,月检和光学检测都无法进行。因而,在基板制作完毕后,要经过基板顶面和底面的焊区对基板进行测验,以便承认基板质量,这种测验称为基板测验。
现在,基板测验办法许多,如电容测验法、电阻测验法、电阻/电容联合测验法、电子束测验法、时域网络剖析(TDNA)法等。点评这些测验办法的要害是把握住设备本钱、测验时刻、测验速度(测验点/秒)和缺点分辩率四个要素。 表1对工业上有用的基板测验办法进行了定性定量的比较。虽然TDNA用于MCM基板的高频测验,但并不有用,也列在表中。假定每种测验的准备时刻差不多,而且准备时刻较短,那么,完结每种测验所要求的时刻首要取决于挥针勘探基板的速度。表1中,N为需求测验的端(点)数;Tn为选用飞针式探针法测验时,每次测验需求的时刻。虽然现在的测验仪实践能够测验50~200次/秒,但选用的办法限制了探针在焊区上的停留时刻,为一致起见,假定探针的测验速度为每秒5次。例如,停留时刻<10ms的高速电容测验仪现在广泛选用,而电磁测验仪(EMT)的探针停留时刻挨近50ms,选用针床式测验仪能够进一步削减停留时刻。丈量开路缺点时数值小,丈量短路缺点数值小,丈量短路缺点时数值大标明测验分辩率高。电容测验法适合对开路缺点的测验,但对短路缺点不适合;电子束测验则适合于短路缺点测验。只要EMT具有测验挨近开路缺点的才能,但没有适合的办法适合挨近短路缺点的测验。
下面就介绍一种测验挨近开路和挨近短路缺点的新办法,该办法具有显着的长处,它选用和高谐振器相连的单一探针,谐振器调到互连的AC呼应,经过勘探不同的缺点在频率呼应上的改变来测验。
2.1测验计划
它由电压源(Vin)、谐振器和基板中埋置的互连层组成。探针经过顶层焊区和互连层相连。经过单端探针和谐振器将测验鼓励电压加到互连层。测验互连近端的呼应电压Vout并和核算的信号电压比较。测验电压和核算信号电压之间的叠值作为判据;无缺点时,其差值为零。呼应口是互连无缺点时对应的电压(Vout),呼应(2)是互连有缺点时对应的电压(Vout)。这两个电压的差值是缺点尺度和方位的函数,能够表征缺点的状况。缺点引起相位呼应的改变和相移有关,是缺点类型的函数。与无缺点比较,开路和短路缺点别离是形成相位向前、向后移动。阐明晰这种测验办法的基本原理,即经过电压起伏呼应能够判别有/无缺点,经过相位呼应能够判别缺点的类型(开路或短路);二者结合起来就能够对基板互连的缺点状况归纳确诊。
谐振器是测验设备中最首要的部分。没有谐振器是,关于存在缺点与否,呼应信号Vout改变极小,很难判别。这种测验计划取决于检测在线互连线时,谐振频率的位移。因为MCM基板中典型的互连线长度≤4cm,关于∑o≤10基板上开口传输线,将发生频率大于1GHz的驻波呼应。经过选用调谐到711MHz的谐振器,能够在十分低的测验频率下完结缺点的检测,然后下降全体测验本钱。
参阅信号电压有必要校准到测验互连无缺点基板相应的数值。经过剖析无缺点互连,能够做到这一点。传输线经过三个参数来界定,即衰减量(α)、推迟常数(β)和特征阻抗(Z0)。知道了参数α、β、Z0,就可经过核算公式求出在有谐振器状况下,无缺点互连的频率呼应Vout。对每一个无缺点的互连,在选定测验频率后,其起伏呼应和相位呼应都可核算出来。这些数值被存储在每种基板互连用的断定表中。
2.2理论推导
考虑图4测验计划中无损耗、无缺点的互连,经推导可得出以下公式:
式中,Z10ad=Rs+jωL/ι-ω2LC
为传输线的传输常数
ι为互连长度
Z0为传输线特征阻抗
公式(1)中,Rs、L和C别离为探针电阻、谐振电感和电容。电感Lt和电容Ct别离表明传输线单位长度电感和电容,传输线特征阻抗Z0= 关于有损耗传输线,传输函数与公式(1)相似,给出如下:
式中,γ=α+jβ
α为衰减系数
Rt为传输线单位长度电阻
ω为高频率
Z0为取决于传输线特征阻抗的频率
在公式(1)和(2)中,假定介电损耗能够疏忽。
考虑一个所示含有挨近开路缺点的有损耗互连。缺点引起导体线宽缩短,这能够经过一个电阻衔接两段传输线来表明。
电阻Rd= 式中:p,w,h和t别离为缺点处传输线的电阻率、长度、宽度和厚度。 有缺点传输线的转化函数能够推导如下: 公式(3)中,Zin1、Zin2和Zin3为传输线不回段的输入阻抗。
考虑两个有损耗传输线之间的挨近短路缺点。该结构可用一个由两段传输线经过电容Cs相连的等效电路表明。电容Cs包含缺点部位的藕合电容和附近传输线的自电容。含有短路缺点的互连线的转化函数与公式(3)相相似。
三、模仿测验
3.1 开路模仿测验 对含有引起互连线悉数开路或挨近开路缺点的测验称为开路测验。开路测验的成果经过测验图6中缺点电阻Rd来进行,Rd值大阐明开路,Rd值小阐明挨近开路。考虑传输线参数为Rt=4.5Ω/cm,Lt=3.75nH/cm,Ct=1.5pF/cm,为MCM-D基板的互连传输线。
3.2 短路模仿测验 对含有导致两个独自的互连线衔接或挨近衔接的缺点测验称为短路测验。缺点经过传输线的延伸表现出,关于工艺要素或工艺缺点,缺点方位引起容量的添加。添加的容量大表明彻底短路,添加的容量小表明挨近短路。
四、多点测验
上述测验办法用于单点测验。因为MCM含有多点,例如一个驱动器对许多接收器衔接点,因而,下面评论多点测验问题。
将两个分支网模仿成Y型结构中三条互连线,每个分支长别离记为L1,L2和L3,输入阻抗Zin为: 因而，Y型结构输入端的传递函数为
式中，Z10ad=Rs+jωL/1-ω2LC
考虑L1分支中部有一个完好的开路缺点,Y型结构对无缺点和有缺点状况下输入端的电压呼应示于(分支长1cm),该图反映了呼应频率的改变。多点网络与点－－点网络的状况相似。但是,缺点分辩才能是多点网络杂乱程度的函数。因为多点网络的呼应是缺点部位到测验端间隔的函数,多点网络的测验端能够依序测验,以便对呼应信号扩大。依据模仿状况,对Y型结构,8Ω的开路和0.1pF的短路(L1或L2分支)能够在L3分支上成功地勘探到,小的缺点能够在L1或L3上测验。
七、本文论说了单端探头测验,频率为711MH,该探头带有规范装备的谐振器。经扩展,该模仿和测验技能更有用,适合对MCM基板上测验。假定点－－点连接的互连成2cm长,选用该技能能够勘探0.22Ω的开路缺点和2fF的短路缺点
