(57)【要約】      （修正有）【課題】ＢＧＡ形態のようなＩＣパッケージの接着強度を試験するための効果的な試験方法及びシステムを提供する。【解決手段】バイアス４０６をパッケージ４０２の伝導性部品に連結させて回路ループを形成し、次に接着ボール４０４に垂直方向の外力を加えて、回路ループの状態の変化を監視して回路ループが開放状態になる外力により接着強度を測定したり、前記外力により変形する接着ボール４０４の寸法パラメータをモニターすることによりパッケージ４０２の接着品質が優れるか否かを確認する。【選択図】図４
2007116140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ用トレースプルテスト（Trace Pull
Test）方法であって、該方法は、
複数のバンプを有するダイを準備するステップと、
第１バイアス（bias）を前記ダイの第１端子に結合し、第２バイアスを回路ループを形成するために前記ダイの第２端子に結合するステップと、
実質的に垂直な方向に沿って前記バンプに外力を適用するステップと、
前記回路ループが開放される際、前記外力の強度を測定して、前記測定された強度によって前記ダイの接着品質を決定するステップと、
を含むことを特徴とするパッケージ用トレースプルテスト方法。
【請求項２】
前記第１端子は、前記バンプ、または、前記バンプと前記トレースとの間のＵＢＭ（under bump
metallurgy）を含み、前記第２端子は前記トレースと接着パッドとの間のＵＢＭ（under bump
metallurgy）であり得る請求項１記載のパッケージ用トレースプルテスト方法。
【請求項３】
パッケージのための寸法パラメータのトレースプルテスト方法であって、該方法は、
複数のバンプを有するダイを準備するステップと、
第１バイアスを前記ダイの第１端子に結合し、第２バイアスを回路ループを形成するために前記ダイの第２端子に結合するステップと、
実質的に垂直な方向に沿って前記バンプに外力を適用するステップと、
前記回路ループが開放される際、前記バンプの寸法パラメータを測定して、前記寸法パラメータによって前記ダイの接着品質を決定するステップと、
を含むことを特徴とするトレースプルテスト方法。
【請求項４】
前記第１端子は、前記バンプ、または、前記バンプと前記トレースとの間のＵＢＭを含み、前記第２端子は前記トレースと接着パッドとの間のＵＢＭを含む請求項３記載のトレースプルテスト方法
【請求項５】
ＩＣパッケージ用トレースプルテストシステムであって、該システムは、
下部試験ＩＣパッケージを運搬するためのキャリアと、
試験バイアスを提供するために試験される際、前記下部試験ＩＣパッケージに結合される電力供給部と、
実質的に垂直な方向に沿って前記下部試験ＩＣパッケージのバンプを引くために試験される際、前記下部試験ＩＣパッケージに結合されたテスター（tester）と、
前記テスターに結合された力／長さメーターと、
を含むことを特徴とするＩＣパッケージ用トレースプルテストシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージされたＩＣ（integrated
circuit；集積回路）の接着強度と品質を試験するための方法及びシステムに関し、特にウエーハレベル包装されたＩＣの接着強度と品質を試験するための新しい方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術は、特に小型化（miniaturization）に向かった傾向を有する半導体ダイの技術は、非常に早く発達している。その上、半導体ダイの機能要求条件は、変化に対して反対の傾向を有する。すなわち、半導体ダイはより小さな領域内でより多くのＩ／Ｏパッドを有しなければならなくて、それでピンの密度は急速に上昇する。これは半導体ダイのためのパッケージングをより難しくし、生産性を低下させる。
【０００３】
パッケージ構造の主目的は、前記ダイを外部損傷から保護することである。しかしながらＩＣの接着は、ＩＣ作動中の温度変化により実質的に衝撃を受ける。このような状況で、たとえパッケージが外部の力により損傷を受けなくても、ＩＣはその機能を正しく実行できない。それで、包装されたＩＣのより高い生産信頼性を達成するために、包装されたＩＣ（集積回路）の接着強度と品質を試験する必要性がある。
【０００４】
前述した目的を有する“ワイヤプルテスティング（ＷＰＴ；Wire Pull
Testing）”と呼ばれる方法がある。ワイヤプルテスティングは、ワイヤ接着強度と品質のためのいろいろ利用可能な時間ゼロテスト中の１つである。これは試験されるワイヤ下で、上向力を適用し、このワイヤをダイから效果的に引くものである。そして、（１）第１接着（ボール接着）上昇、（２）ネック破損（neck break）、（３）ミッドスパン（midspan）ワイヤ破損、（４）ヒール（heel）破損、及び（５）第２接着（くさび接着）上昇のようなＷＰＴの種々の異なる失敗モードがある。第１及び第２接着上昇は、受容することができないので、前記失敗モードが何故発生したかをこのプロセスのオペレーターに促して調査すべきである。それにも拘わらず、ＩＣパッケージの改良を伴う多くの異なる種類の公開されたパッケージがある。ＷＰＴは、ワイヤボンドＢＧＡ（Ball Grid
Array；ボールグリッドアレイ）のようないくつかの古風なパッケージのみに適用でき、フリップチップパッケージ（Flip-Chip
package）のようないくつかのより新しいパッケージには適用できない。そこで、ＷＰＴ方法は非効率的で、かつ非実用的である。
【０００５】
ＢＧＡパッケージ試験の目的を達成するために、Ball Shear
Testing（ＢＳＴ；ボール剪断テスティング）という他の方法が提供される。半田ボールのような接着ボール上に水平力を適用することによって、接着ボールは水平方向に押される。ＢＳＴの６つの失敗モードがある（ＪＥＤＥＣ標準第Ｂ１１７号参照）。すなわち、（１）ボール剪断（Ball Shear）、（２）パッド上昇（Pad Lift）、（３）ボールリフト（Ball Lift ）湿潤半田の欠乏、（４）金属間破損（intermetallic
Break）、（５）ボール中心ライン上の剪断（Shear Above
Ball Centerline）、（６）インターフェアレンス設定エラー（Interference
Setup Error）などである。第１及び第２失敗モードは受容することができるが、他のモードは受容することができない。たとえ、これがとても改善されたものと見えても、相変らず多くの短所を有している。例えば、フリップチップパッケージのためにのみ適合するが、ファン−イン（fan-in）及びファン−アウト（fan-out）型ウエーハレベルパッケージング（ＦＯ−ＷＩＰ）、または、他の変形された形態のＢＧＡパッケージには適用できない。その理由は、トレース（trace）（再分配層、または、ＲＤＬ）と半田ボール間にあるＵＢＭ（under bump
metallurgy）でボール上昇のような望ましくない失敗モードは生じるであろうが、破損した部分（ＵＢＭ）が接着パッドとトレースとの間に形成されることは予測した結果ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した問題点に照らして見れば、多数形態のパッケージの接着強度と品質を試験するための方法及びシステムを有することが切実に要求される。前述した機能を有するシステムは、グレードアップ（upgrade）が容易で、かつ高い信頼性を有しなければならない。したがって、本発明はこれらの全ての要求条件にマッチすることができる。
【０００７】
本発明は、ダイの接着品質を試験するための方法及びシステムを提供することによって要求を充足する。本発明は、工程、システム及び方法を含む多数の方式で実行することができることを理解すべきである。本発明の方法とシステムを使用することによって、パッケージ製造業者は試験の臨界部を正確に捜し出すことができる。更に、製造業者はパッケージの収量生産信頼性を容易にグレードアップすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、接着部分が耐えることができる強度を測定することによって、パッケージの接着品質を決定することである。バイアス（biases）をパッケージの伝導性部品に連結させることによって、回路ループ（circuit loop）を形成することができる。次に、我々は外力を垂直方向に接着ボールに適用して、回路ループの状態を監視する。接着ボールはこれらの上に適用される外力により変形され、この外力は弾性トレース物質により接着パッドに表示されるであろう。次に、接着部分の変形とこのように形成された回路ループの状態の変形を引き起こすであろう。このような回路ループが閉鎖された状態にある場合は、全ての接着は互いに依然として連結されていることを意味する。このような回路ループが開放状態にある場合は、パッケージの内部に破損したいくつかの部分があることを意味する。同時に、外力の差異点を見れば、これはパッケージの接着品質を決定するための製造を助けるはずである。回路ループは非常に敏感であるため、我々は接着破損モーメントのためのトリガースタンディング（trigger
standing）として回路ループを考慮し得る。この回路ループにより、我々はパッケージが耐え得る接着強度を正確に測定することができる。
【０００９】
本発明の他の目的は、接着ボールの寸法パラメータを測定することによって、パッケージの接着品質を決定することである。バイアスをパッケージのバンプ（伝導性部品）に連結することによって、回路ループが形成されるであろう。次に、我々は接着ボールに垂直方向の外力を加えて、変形する接着ボールの寸法パラメータをモニターする。接着ボールは外力が適用されて弾性材料がトレース層を形成するので変形されるであろう。次に、接着部分の変形と形成された回路ループの状態の変形を引き起こすであろう。この回路ループが閉鎖状態にあれば、全ての接着が相変らず互いに連結されているということを意味する。反対に、この回路ループが開放状態にあれば、パッケージの内部に破損したいくつかの部分があることを意味する。その間、接着ボールの中の寸法パラメータに注目する。これは、パッケージの接着品質が優れるか否かを確認する。寸法パラメータのこのような測定を参照すれば、製造業者はまたそれらのパッケージ工程の生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、添付した図面を参照した下記の詳細な説明により容易に理解されるであろう。
【００１１】
本発明は、好ましい実施形態と添付図面で説明される。全ての実施形態は単に説明のために使われたことを理解すべきである。たとえ、本発明が好ましい実施形態によって説明されたとしても、本発明はこのような実施形態に限定されない。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細な説明の一部又は全てがなくても実施できることは当業者は理解するであろう。他の例において良く知られた工程作動は、本発明が不必要に曖昧になることを避けるため、詳細な説明を省略する。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態の中の１つとして使用する部分的なパッケージ構造が、図１に示されている。パッケージ構造は、ＩＣ（integrated
circuit；集積回路）装置１００の不活性化層（passivation
layer）１０２と絶縁層１０３を含む。絶縁層１０３の材料は、ＢＣＢ、ＳｉＮＲ（Siloxane
polymer；シロキサンポリマー）、エポキシ、ポリイミド（polyimide）などのような５ミクロン厚を有する誘電体層でありうる。不活性化層１０２の材料は、ポリイミドまたはＳｉＮである。トレース（trace）（再分配層、または、ＲＤＬ）１０４は、ＩＣ装置のＡｌパッド１０１と絶縁層１０３の上に形成される。トレース（ＲＤＬ）１０４の材料は、１５ミクロン厚を有するＴｉ／Ｃｕ合金、または、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ合金でありうる。Ｔｉ／Ｃｕ合金はスパッタリング技術で形成されることができ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ合金は電気メッキで形成され得る。更に、トレース（ＲＤＬ）１０４の上を覆う絶縁層１０５はトレース（ＲＤＬ）１０４の一部を露出するために多数の開口を有する。半田ボール１０６は、プリント基板（ＰＣＢ）、または、外部部品と電気的に結合するために前記開口の各々に配置される。絶縁層１０５の材料は、ＢＣＢ、ＳＩＮＲ（シロキサンポリマー）、エポキシ、ポリイミドなどのような誘電体層であり得る。
【００１３】
前述したパッケージ構造は、半田ボール１０６を強く固定するための付加的な材料を必要としない。半田ボール１０６が、プリント基板（ＰＣＢ）に結合される際、応力が、半田ボール１０６とトレース（ＲＤＬ）１０４との間の結合部分で温度影響により誘導され得、それはＵＢＭ（under bump
metallurgy）１０７により示され、半田ボール１０６は温度変化により上昇した強化応力によって破損するであろう。トレース１０４と半田ボール１０６との間にあるＵＢＭ１０７の接着力が前記強化応力より大きいため、破損する部分がＵＢＭ１０７である可能性はない。しかしながら、破損した部分はトレース１０４とパッド１０１との間にあるＵＢＭ１０８であろう。すなわち、ＵＢＭ１０７の接着力より小さなＵＢＭ１０８の接着力は、遥かに小さい。それで、半田ボールとパッドとの間の回路に開口が生ずるであろう。
【００１４】
図２を参照すれば、トレースプルテスト（Trace Pull
Test）方法の工程がフローチャートで説明されている。本発明の好ましい実施形態において、製造業者はパッケージが耐えられ得る強度を検査することによって、パッケージの収量を決定することができる。処理工程２００は、トレースプルテストの必須のステップの結合であり、全処理工程は、テストのためにダイを準備するステップ２０２から始まる。前述した説明において、我々はテストのために適切なダイの好ましい構造を既に記載した。しかしながら、これはテストに適合したダイの唯一の形態ではない；我々は、例えばワイヤ接着ＢＧＡパッケージ、フリップ−チップＢＧＡパッケージ、ＰＢＧＡパッケージ、ＬＧＡパッケージ、または、ファン−イン及びファン−アウト型ウエーハレベルパッケージング（ＦＯ−ＷＬＰ）のようないくつかの未来型ＩＣを含む多様な形態のＩＣ上でこのテストを依然として使用することができる。次に、ステップ２０４において、回路ループを形成するために両バイアス（biases）を端子に結合する。この回路ループを形成する理由は、失敗状態から良好な状態を製造業者が明確に区別するのを助けることである。この回路の特性を使用することによって、我々は閉鎖回路から開放回路まで非常に短い時間で伝えることができる。両バイアスはテスター（Tester）に内蔵された／内蔵されない電力供給部に連結されることができ、相異している電圧でＤＣのような多様な種類の電気の流れを提供することができる。ダイ上の端子は、ダイの任意の近い伝導性部分とＵＢＭでありうる。我々が前述したＵＢＭは、トレースと接着ボールとの間のＵＢＭに言及するものであり、図１を参照すれば、ＵＢＭ１０７と平坦な接着ボール自体である。もうひとつのＵＢＭは、トレースと接着パッドとの間の領域を言うものであり、これは図１のＵＢＭ１０８及び近い伝導性部分でありうる。さらに、我々は、その対同士の間で伝導性をチェックし、ＩＣの機能をチェックするために、ダイ上で任意対の接着ボールに両バイアスを平坦に結合することができる。回路ループが成功的に確立されれば、ブロック２０６の後続ステップが始まる。このステップにおいて、外力はテストのために目的物に適用される。この目的物は、前述した形態のパッケージまたは他の適合した形態のパッケージでありうる。外力はトレースプルテスターにより発生され、ここで、テスターはどんな設計の機構または適当なワイヤプルテスターでありうる。外力は我々が接着ボールを上向きに“引く”ことを意味する垂直方向に適用される。前述したバイアスが、テスターに内蔵された／内蔵されない電力供給部に連結され、相異している電圧でＤＣのような電気の流れの多様な種類を提供し得、このように形成された回路は外力の発生を制御するために使用することができる。形成された回路ループが開放状態の場合（伝導性層のどこかで破損したことを意味する）、テスターは外力を自動的に中止させる。同時にステップ２０８において、テスターは外力の強度を測定し、この測定結果はパッケージが保留される最大強度を表す。一方、測定された強度は、更に試験するために他の有用なソース（source）に入力される。最後に、ステップ２１０において、全ての可能な方法が、テストされたパッケージの品質を決定するた��測定された値を分析するために導入され得る。
【００１５】
図３を参照すれば、トレースプルテスト（Trace Pull
Test）方法の工程が、フローチャートで示されている。本発明の他の好ましい実施形態において、製造業者は長さ変化が許容度を越えるかどうかを点検することによって、パッケージの収量を決定することができる。処理工程３００は、トレースプルテストの必須的なステップの組み合わせであり、全処理工程は、テストのためにダイを準備するステップ３０２から始まる。前述した説明において、我々はテストのために適切なダイの好ましい構造を既に記載した。しかしながら、これはテストのために適切なダイの唯一の形態ではない；なお我々は、ワイヤ接着ＢＧＡパッケージ、フリップ−チップＢＧＡパッケージ、ＰＢＧＡパッケージ、ＬＧＡパッケージ、または、ファン−イン及びファン−アウト型ウエハーレベルパッケージング（ＦＯ−ＷＬＰ）のようないくつかの未来型ＩＣを含む多様な形態のＩＣ上に本発明を適用することができる。次に、ステップ３０４に進み、回路ループを形成するために両バイアス（biases）を端子に結合する。このような回路ループを形成する理由は、失敗状態から良好状態を明確に区別するために製造業者を助けることである。このような回路の特性を使用することによって、我々は閉鎖状態から開放状態までを非常に短時間で伝えることができる。両バイアスはテスターに内蔵された／内蔵されない電力供給部に連結されることができ、相異している電圧でＤＣのような多様な種類の電気の流れを提供することができる。ダイ上の端子は、ＵＢＭとダイの任意の近くの伝導性部分でありうる。我々が前述したＵＢＭは、トレースと接着ボールとの間のＵＢＭに言及するものであり、図１を参照すれば、ＵＢＭは、ＵＢＭ１０７と平坦な接着ボール自体である。もうひとつのＵＢＭは、トレースと接着パッドとの間の領域を言うものであり；これは図１のＵＢＭ１０８及び近い伝導性部分でありうる。さらに、我々はその対同士の間で伝導性をチェックし、ＩＣの機能をチェックするためにダイ上で任意の対の接着ボールに両バイアスを平坦に結合することができる。回路ループが成功的に確立されれば、後続ステップ３０６が始まる。このステップにおいて、外力はテストのための目的物に適用される。この目的物は前述した形態のパッケージ、または、他の適合した形態のパッケージでありうる。外力は、トレースプルテスターにより発生され、ここでテスターは全体的に新しく設計された機械またはワイヤプルテスターでありうる。外力は我々が接着ボールを上向きに“引く”ことを意味する垂直方向に適用される。このような工程下で、半田ボールが変形され、この半田ボールの長さ（直径のような）は延びる。そうしているうちにステップ３０８において、変形された半田ボールの寸法パラメータ（長さまたは直径）が決定され若しくは測定され得る。たとえ半田ボールの寸法パラメータがその限界または許容度を有するとしても、これは依然として有用な基準であり得る。例えば、長さがあらかじめ決定されたパラメータまでであれば、これはパッケージの接着品質が優れるということを意味する。半田ボールはどんな他の外力無しに前述したように変形され得ることは不可能であるからである。ステップ３１０において、次のステップは、テストされたパッケージの接着品質が��好か否かを決定するために変形レベルを分析することである。
【００１６】
図４を参照すれば、トレースプルテストのシステムがブロック図として示されている。システム４００は、トレースプルテストの好ましい実施形態の中の１つであり、これは例示的な実施形態として考慮されるべきである。システム４００は、試験目的物であるＩＣパッケージ４０２を運搬するためのキャリア４０１を含み、これは多様な形態のパッケージであり得る。このような好ましい実施形態において、ＩＣパッケージ４０２は、ＦＯ−ＷＬＰ（ファン−イン及びファン−アウト型ウエーハレベルパッケージング）を含むが、これに限定されない。可能な形態のパッケージとしては、ワイヤ接着ＢＧＡパッケージ、フリップ−チップＢＧＡパッケージ、ＰＢＧＡパッケージ、ＬＧＡパッケージ、または、ファン−イン及びファン−アウト型ウエーハレベルパッケージング（ＦＯ−ＷＬＰ）を含む。バンプ４０４は、ＩＣパッケージ４０２上の半田ボールであり、またワイヤ接着パッケージまたは異なるパッケージの他の伝導性部分上の“ワイヤ”でもありうる。パッケージのこれらのバンプは、その後バイアス４０６に結合するために使われる。操作者は、パッケージ内でトレース（ＲＤＬ）と連結される一対のバンプを選択することができ、互いに反対の電流で両バイアス４０６を結合する。ＩＣパッケージ４０２に両バイアスを結合することによって、回路ループを形成する。抵抗メーター４０８は、形成された回路ループの状態を監視するためにバイアス４０６間に配置され、測定された抵抗値が無限帯であれば、回路ループは“開放”状態であることを意味する。テスティングシステム４００は、試験目的物を結合するために使われる結合装置を有するテスター４１０を含む。テスター４１０の主機能は、図４のＺ方向である実質的に垂直な方向に沿って試験目的物に外力を適用することである。テスター４１０は、トレースプルテスター、ワイヤプルテスター、変更されたボール剪断（Shear）テスター、または、新しく設計されたテスターでありうる。バイアス４０６は、テスター４１０に内蔵された／内蔵されない電力供給部４０７により提供され、相異している電圧のＤＣのような多様な種類の電気の流れを提供することができる。力／長さメーター４１２Ａ、４１２Ｂは、回路ループが開放状態にある時に試験された目的物の状態変化を決定するためにテスター４１０に結合される。テスター４１０は図示していない幾つかの制御器により制御され得、ここで、制御器は抵抗メーター４０８から回路ループの状態を受信し、この状態によって、いつ試験目的物に外力適用を中断するかを決定する。この制御器は、回路ループが“開放”状態にある時に測定されたデータの正確な値を記録するために、力／長さメーター４１２Ａ、４１２Ｂを制御するためにも使われる。これらの全ての測定された値で、製造業者はパッケージング工程の収量を立証し、更にこれらのパッケージング品質を改善することができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態は、本発明の明細書及び慣用手段を考慮すれば当業者に明らかであろう。詳細な説明と請求範囲に使われた用語“含む”と用語“含む”の形態は、本発明に対する変形または付加を除外することを意味しない。更に、ある技術用語は説明の明確化のために使われたものであり、本発明はこれに限定されない。前述した実施形態と好ましい特徴は、例示的なものと考慮されるべきであり、本発明は添付した請求範囲によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明で使われる一つの可能なパッケージ構造の概略図である。
【図２】外力の強度を測定することによって接着品質を決定するトレースプルテストのためのフローチャートである。
【図３】変形されたバンプの寸法パラメータを測定することによって、接着品質を決定するトレースプルテストのためのフローチャートである。
【図４】トレースプルテストのシステムを説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００１９】
１００    ＩＣ装置
１０１    パッド
１０２    不動化層
１０３、１０５    絶縁層
１０４    トレース
１０６    半田ボール
１０７、１０８    ＵＢＭ
４００    システム
４０１    キャリア
４０２    ＩＣパッケージ
４０４    バンプ
４０６    バイアス
４０７    電力供給部
４０８    抵抗メーター
４１０    テスター
４１２Ａ、４１２Ｂ    力／長さメーター
【図１】
2007116140.tif 000003
【図２】
2007116140.tif 000004
【図３】
2007116140.tif 000005
【図４】
2007116140.tif 000006
【外国語明細書】
METHOD AND SYSTEM OF TRACE PULL TEST
Field of the Invention:
This invention relates to a method and system for
testing the bonding strength and quality of packaged IC (integrated circuit),
and more particularly to a novel method and system for testing the bonding
strength and quality of wafer-level packaged IC (integrated circuit).
Background of the Invention:
The semiconductor technologies are developing
very fast, especially for semiconductor dies which have a tendency toward
miniaturization.  Besides, the requirements for the functions of the
semiconductor dies have an opposite tendency to variety.  Namely, the
semiconductor dies must have more I/O pads into a smaller area, so the density
of the pins is raised quickly.  It causes the packaging for the
semiconductor dies to become more difficult and decrease the yield.
The main purpose of the package
structure is to protect the dies from outside damages.  However, the bonds
of IC (integrated circuit) may be substantially impacted
by the temperature variation during IC operating.  In this situation,
although the package is not damaged by external force, the IC still cannot perform
its function properly.  So it is necessary to test the bonding strength
and quality of the packaged integrated circuit, in order to achieve a higher
yield reliability of the packaged IC. 
With the purpose mentioned above,
there is a way named “Wire Pull Testing” (WPT).  Wire Pull Testing is one of several
available time-zero tests for wire bond strength and quality.  It consists
of applying an upward force under the wire to be tested, effectively pulling
the wire away from the die.  And there are several different failure modes
of WPT, (1) first bond (ball bond) lifting; (2) neck break; (3) midspan wire
break; (4) heel break; and (5) second bond (wedge bond) lifting.  First or
second bond lifting is unacceptable and should prompt the process operator to
investigate why such a failure mode occurred.  Nevertheless, with the
improvement of IC package, there are many different types of package
disclosed.  The WPT can only apply to some traditional package like
wirebonding BGA (Ball Grid Array), but cannot apply to some newer packages,
such as Flip-Chip package.  So the WPT method is inefficient and
impractical.
To reach the purpose of testing BGA package,
another way named “Ball Shear Testing (BST)” is provided.  By applying a
horizontal force on the bonding ball, such as solder ball, the bonding ball
would be pushed in horizontal direction.  There are six failure modes (by
reference to JEDEC standard No. B117) of BST, which includes (1) Ball Shear (2)
Pad Lift (3) Ball Lift: lack of solder wetting (4) Intermetallic Break (5)
Shear Above Ball Centerline (6) Interference Setup Error. The first and second
failure modes are acceptable, and others are unacceptable.  Although this
seems quite improved, it still has many disadvantages.  For example, it is
only suitable for Flip-Chip package but not applicable on a fan-in type and
fan-out type wafer level packaging (FO-WLP) or other modified type of BGA
package.  The reason is that it will come out with undesired failure
modes, such as the ball lifting at UBM (under bump metallurgy) which is between
trace (Redistribution Layer, or RDL) and solder ball, but not the expected
outcome which the broken part (UBM) is formed between bonding pad and trace.
In view of foregoing problems, it is urgently
required to have a method and system for testing the bonding strength and
quality of multiple-type package.  The system with the aforementioned
functions should be easy to upgrade and have a high reliability.  The
present invention therefore can match all the requirements.
Summary of the Invention:
The present invention fills the needs by providing
a method and a system to test the bonding quality of dies.  It should be appreciated
that the present invention can be implemented in numerous ways, including as a
process, a system, or a method.  By using the method and system of the
present invention, the manufacturer of package can truly find out the critical
part of testing.  Moreover, the manufacturer also can easily upgrade the
yield reliability of the package.
The purpose of the present invention is to determine
the bonding quality of the package by measuring the strength which the bonding
part can stand.  By connecting the biases to conductive parts of the
package, there will form a circuit loop.  Then we apply an external force
on bonding balls in vertical direction, and monitor the status of the circuit
loop.  The bonding ball will be deformed due to the external force applies
on them and this external force will be indicated to the bonding pads by the
elastic trace material.  Then it will cause the deformation of the bonding
parts and also the status of the formed circuit loop.  When this circuit
loop is in a closed condition, it means that all the bonds are still connected
to each other.  When this circuit loop is in an open condition, means that
there are some parts broken within the package.  At the same time,
watching the difference of the external force, this can help the manufacture to
determine the bonding quality of the package.  Because the circuit loop is
very sensitive, so we can consider the circuit loop as a trigger standing for
the bonds breaking moment.  By this circuit loop, we can exactly measure
the bonding strength which the package can withhold.
Another purpose of the present invention is to
determine the bonding quality of the package by measuring a dimension parameter
of the bonding balls.  By connecting the biases to bumps (conductive
parts) of the package, there will form a circuit loop.  Then we apply an
external force on bonding balls in vertical direction, and monitor the dimension
parameter of the deforming bonding balls.  The bonding balls will be
deformed because the external force applies on it and the elastic material
forms the trace layer. Then it will cause the deformation of the bonding parts
and also the status of the formed circuit loop.  When this circuit loop is
in a closed condition, it means that all the bonds are still connected to each
other.  Conversely, when this circuit loop is in an open condition, means
that there are some parts broken within the package.   At the
meantime, pay attention to the dimension parameter in bonding balls.  This
can ensure whether the bonding quality of the package is superb or not. 
By referring to this measurement on the dimension parameter, the manufacturer
also can improve the yield of their packaging process.
Brief Description of the Drawings:
The present invention will be readily understood
by the following detailed description in conjunction with the accompanying
drawings.  
Fig. 1 is a schematic diagram of one of the possible package structure which is used in present
invention.
Fig. 2 is a flow chart for Trace Pull Test to
determine the bonding quality by measuring the strength of an external force.
Fig. 3 is a flow chart for Trace Pull Test to
determine the bonding quality by measuring the dimension parameter of deformed
bumps.
Fig. 4 is a block diagram illustrating a system of
Trace Pull Test.
Detailed Description of the Preferred Embodiment:
The present invention is described with preferred
embodiments and accompanying drawings.  It should be appreciated that all
the embodiments are merely used for illustration.  Although the present
invention has been described in terms of a preferred
embodiment, the invention is not limited to this embodiment.  It will be
understood, however, to one skilled in the art, that the present invention may
be practiced without some or all of these specific details.  In other
instances, well known process operations have not been described in detail in
order not to unnecessary obscure the present invention.
A partial package structure using in one of the
preferred embodiment of the present invention is shown as Fig. 1.  The
package structure comprises an isolation layer 103 and a passivation layer 102 of an IC (integrated circuit) device 100.  The
material of the isolation
layer 103 may be a dielectric layer with a thickness
of 5 micron such as BCB, SINR (Siloxane polymer), epoxy, polyimides etc...  The material
of the passivation layer 102 is polyimides or SiN.  The trace (redistribution layer, or RDL)
104 is formed over the
isolation layer 103, Al pads 101 of the IC
device.  The material of the trace (RDL) 104 may be Ti/Cu alloy or
Cu/Ni/Au alloy with a thickness of 15 micron.  The Ti/Cu alloy may be formed by sputtering technique, the Cu/Ni/Au alloy may be
formed by electroplating. 
Moreover, an isolation layer 105 that covers over the trace (RDL) 104 has a plurality of openings to expose
a portion of the trace (RDL) 104.  Solder ball 106 is located in each one
of the
openings to electrically couple with a print circuit board (PCB) or external
parts.  The material of the isolation layer 105 may be a dielectric layer
such as BCB, SINR (Siloxane polymer), epoxy, polyimides etc...
The aforementioned package structure does
not need an additional material to intensively fix the solder ball 106.  When the solder ball 106 joints to the print
circuit board (PCB), the stress may be induced by temperature influence at the
joint part between the solder ball 106 and the trace (RDL) 104, it is indicated by
the UBM (under bump metallurgy)
107, the solder ball 106 will be cracked owing to
reinforcing stress raised by temperature variation.  Because the bonding force
of UBM 107 which is between trace 104 and solder ball 106 is greater than the
reinforcing stress, there is no possibility that the cracking part is the UBM
107.  However, the cracking part will be the UBM 108 which is between
trace 104 and pad 101.  That is the bonding force of UBM 108 much smaller
than the bonding force of UBM 107.  So there will cause open circuit between the
solder ball and pad.
Referring to Fig. 2, a procedure of
Trace Pull Test method is illustrated in the flow chart.  In a preferred
embodiment of the present invention, manufacturer can determine the yield of
the package by checking the strength which the package can withheld.  The
process 200 is a combination of essential steps of Trace Pull Test, and the
whole process starts with the step 202, which is preparing the die for the
test.  In the aforementioned description, we already recited the preferred
structure of the die which is suitable for the test.  But this is not the
only type of die which is suitable for the test; we still can use this test on
various types of IC, including some future IC, for example a wirebonding BGA package, a Flip-Chip
BGA package, PBGA package, LGA package or a fan-in type and fan-out type wafer
level packaging (FO-WLP).  Then, to the nest step 204 is to couple both biases to terminal
to form a circuit loop.  The reason for forming this circuit loop is
helping the manufacturer to clearly distinguish the good condition from the
failure condition.  By using the property of the circuit, we can tell a
very short time from close circuit to open circuit.  The two biases may be
connected to a power supply which is/isn’t built in the tester, can provide
various kinds of electric flows, such as DC in different voltage.  The terminals
on the die can be the UBM and any nearby conductive part of the die.  The
UBM we mentioned here refers to the UBM between the trace and bonding
ball.  , referring back to Fig. 1 is the UBM 107 and even the bonding ball
itself.  Alternatively, the UBM refers to the area between the trace and
the bonding pad; it can be the UBM 108 in Fig. 1 and ever conductive part nearby.  Furthermore, we even can couple the both biases to any pair of the
bonding ball on the die in order to check the conductivity between that pair
and check the function of the IC.  When the circuit loop was successfully established,
the subsequent step of the block 206 is initiated.  In this step, an
external force is applied to the object for test.  The object can be the
package in the aforementioned type, or any other suitable types of
packages.  The external force is generated by a Trace Pull Tester, where
the Tester may be any designed mechanism or just the Wire Pull Tester. 
The external force is applied in a vertical direction, so that means we “pull”
the bonding ball upward.  Because the previous stated biases are connected
to a power supply which is/isn’t built in the tester, and can provide various
kinds of electric flows, such as DC in different voltage the formed circuit can
be used to control the generation of the external force.  When the formed
circuit loop is in open condition (means there are somewhere is cracked in the
conductive layer), the tester will stop the external force automatically. 
Concurrently in step 208, the tester will measure the strength of the external
force, and this measurement can represent for the maximum strength which the
package can with held.  Besides, the measured strength can be input to
another other useful source for further examining.  Finally, in step 210,
all of the possible way can be introduced to analyze measured value to
determine the quality of the tested package.
Referring to Fig. 3, a procedure of
Trace Pull Test method is illustrated in the flow chart.  In another
preferred embodiment of the present invention, manufacturer can determine the
yield of the package by checking whether the length variation is exceeded the tolerance
or not.  The process 300 is a combination of essential steps of Trace Pull
Test, and the whole process starts with the step 302, which is preparing the
die for the test.  In the aforementioned description, we already recited
the preferred structure of the die which is suitable for the test.  But
this is not the only type of die which is suitable for the test; we still can
apply the present invention on various types of IC, including some future IC,
for example a wirebonding
BGA package, a Flip-Chip BGA package, PBGA package, LGA package or a fan-in
type and fan-out type wafer level packaging (FO-WLP).  Then we go to step 304 to
couple both biases to terminal to form a circuit loop.  The reason for
forming this circuit loop is helping the manufacturer to clearly distinguish
the good condition from the failure condition.  By using the property of
the circuit, we can tell a very short time from close circuit to open
circuit.  The two biases may be connected to a power supply which is/isn’t
built in the tester, can provide various kinds of electric flows, such as DC in
different voltage.  The terminals on the die can be the UBM and any nearby
conductive part of the die.  The UBM we mentioned here refers to the UBM
between the trace and bonding ball, referring back to Fig. 1, UBM is the UBM
107 and even the bonding ball itself.  Alternatively, the UBM refers to
the area between the trace and the bonding pad; it can be the UBM 108 in Fig. 1 and ever conductive part nearby.  Furthermore, we even can couple the both biases to any pair of the bonding ball on the die in order to check the
conductivity between that pair and check the function of the IC.  When the
circuit loop was successfully established, we can step to the block 306. 
In this step, an external force is applied to the object for test.  The
object can be the package in the aforementioned type, or any other suitable
types of packages.  The external force is supplied by a Trace Pull Tester,
where the Tester may be a whole new designed mechanism or just the Wire Pull
Tester.  The external force is applied in a vertical direction, so that
means we “pull” the bonding ball upward.  Under such procedure, the solder
ball is deformed and the length (such as the diameter) of the solder ball is
extended.  At the meantime, in step 308, the dimension parameter (the length or the diameter) of
deformed solder ball can be determined or measured.  Although the dimension parameter of the solder ball has its’
limitation or tolerance, it still can be a useful criterion.  For example,
when the length is up to a predetermined parameter, it means the bonding
quality of the package is superb.  Because there is impossible the solder
ball can be deformed into such way without any other external force.  In
step 310, the next step is to analyze the deformed level to determine whether
the bonding quality of the tested package is good or not.
Referring to Fig. 4, a system of Trace
Pull Test is illustrated in a block diagram.  A system 400 is one of preferred
embodiments of Trace Pull Test, and it should be considered exemplary. The
system 400 includes a carrier 401 for carrying an IC package 402 that is the
under testing objective, and it can be various types of packages.  In this
preferred embodiment, the IC package 402 includes but not limited to the FO-WLP
(a fan-in type and fan-out
type wafer level packaging).  The possible types of package include a wirebonding BGA package, a Flip-Chip
BGA package, PBGA package, LGA package or a fan-in type and fan-out type wafer
level packaging (FO-WLP).  The bumps 404 are solder balls on the IC
package 402, also can be the “wire” on wirebonding package or other conductive
parts of different packages.  These bumps of the package are used for
coupling to the biases 406, subsequently.  Operator will choose a pair of
bumps which are connected with trace ( RDL ) within the package, coupling two
biases 406 that are in opposite electricity to each other.    By
coupling both biases to the IC package 402, it will form a circuit loop. 
A resistance meter 408 is located between the biases 406 for monitoring the
status of formed circuit loop, and when measured resistance value is infinite,
means the circuit loop is in “open” condition.  The testing system 400
includes a tester 410 with coupling device used to couple the testing objective. 
The main function of tester 410 is to apply an external force on the testing
objective along substantially vertical direction which is direction Z in the
Fig. 4.  The tester 410 may be a Trace Pull Tester, a Wire Pull Tester, a
modified Ball Shear Tester, or newly designed tester.  The biases 406 are
provided by a power supply 407, which is/isn’t built in the tester 410, can provide
various kinds of electric flows, such as DC in different voltage.  The force/length meter 412A, 412B is coupled to the tester 410, in order to determine the changing status of the tested objective when the circuit loop is in “open” condition.  The tester 410
may be controlled by some controller which is not illustrated in the picture,
where the controller will receive the status of circuit loop from the
resistance meter 408, and accords to this status to determine when to stop
applying the external force on testing objective.  This controller may
also be used to control the force/length 412A, 412B meter, in order to record the accurate value of measured data when the circuit loop is in “open” condition.  Under all these measured values, manufacturer can verify
their yield of packaging process, and moreover improve their packaging
qualities.
Other embodiments of the invention
will be apparent to those skilled in the art from consideration of the
specification and practice of the invention.  The word “comprising” and
forms of the word “comprising” as used in the description and in the claims are
not meant to exclude variants or additions to the invention.  Furthermore,
certain terminology has been used for the purposes of descriptive clarity, and
not to limit the present invention.  The embodiments and preferred
features described above should be considered exemplary, with the invention
being defined by the appended claims.
1.   
A method of Trace
Pull Test for a package, the method comprising following steps:
preparing a die having a plurality of bumps;
coupling a first bias to a first terminal of said die and coupling a
second bias to a second terminal of said die to form a circuit loop;
applying an external force to said bumps along substantially a vertical
direction; and
measuring a strength of
said external force when said circuit loop is open, and determining a bonding
quality of said die according to said strength.
2.    The method of claim 1, wherein said
first terminal includes
said bumps or UBM (under bump metallurgy) between said bumps and said trace,
and said second terminal can be UBM (under bump metallurgy) between said trace and
a bonding pad..
3.   
A method of Trace
Pull Test in dimension parameter for a package, the method comprising following
steps:
preparing a die having a plurality of bumps;
coupling a first bias to a first terminal of said die and coupling a
second bias to a second terminal of said die to form a circuit loop;
applying an external force to said bumps along substantially vertical
direction; and
measuring a dimension
parameter of said bumps when said circuit loop is open, and determining a
bonding quality of said die according to said dimension parameter.
4.    The method of claim 3, wherein said
first terminal includes said
bumps or UBM between said bumps and said trace, and said second terminal
includes UBM between said trace and a bonding pad.
5.   
A system of Trace
Pull Test for IC package, the system comprises: 
a carrier for carrying an under testing IC package;
a power supply coupled to said under testing IC package when testing for
providing testing biases;
a tester coupled to said under testing IC package when testing for
pulling the bumps of said under testing IC package along a substantially
vertical direction; and 
a force/length meter coupled to said tester
The present invention provides an efficient test
method and system for testing the IC package, such as BGA types of
packages.  With the present invention, manufacturer can have an easier way
in testing various types of packages, including newer types.  Manufacturer
also can get the testing outcome which is more accurate.  Furthermore,
help the manufacturer to achieve a quite improvement in IC packaging process.
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