随着AI芯片、高性能计算以及数据中心对算力需求的不断提升，Chiplet技术逐渐受到关注。与传统单颗大芯片不同，Chiplet通过多个芯粒组合实现系统集成，封装内部也增加了更多机械连接。这些微小连接区域在受到载荷时，可能出现芯粒界面分离、微凸点断裂、焊盘剥离等问题。因此，需要通过推拉力测试机对不同互连结构的机械连接强度和失效位置进行验证。
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本文科准测控小编围绕Chiplet基本概念、封装结构、常见失效模式以及推拉力测试方法展开介绍，解析Die Shear芯片剪切、Micro Bump微凸点剪切、Cu Pillar铜柱剪切及Ball Shear焊球剪切等测试在Chiplet封装可靠性验证中的应用。
一、Chiplet是什么？
Chiplet即“芯粒"或“小芯片"，是一种将大型芯片系统拆分为多个功能芯粒，再通过先进封装技术完成高密度集成的技术路线。
一套Chiplet系统可以分别配置：CPU计算芯粒；GPU或AI加速芯粒；I/O芯粒；存储接口芯粒及其他专用功能芯粒。不同芯粒可以根据性能、面积和制造工艺采用不同制程，再通过封装互连形成完整系统。
相比将所有功能集中在一颗大型Die上，Chiplet可以在芯片面积、制造良率、工艺组合以及产品迭代方面提供更多设计空间。
二、Chiplet常见封装结构
Chiplet根据芯粒数量、互连密度和系统架构不同，可以采用多种集成形式。
主要连接层级包括：Chiplet Die → Micro Bump / Cu Pillar → Interposer / RDL → Package Substrate → BGA Ball，每一级连接的尺寸、材料和作用不同，对应的失效位置和测试方法也存在差异。
1、Chiplet Die芯粒
Die是Chiplet封装中的独立功能芯粒。
多个Die可以平面排列，也可以进行垂直堆叠，并通过基板、中介层或其他芯粒完成连接。
芯粒与载体之间可能采用：焊料连接；微凸点连接；胶黏连接；混合键合等方式。
2、Micro Bump微凸点
Micro Bump是2.5D、3D及部分Chiplet封装中常见的微型互连结构，主要实现芯粒与中介层、芯粒与芯粒之间的电气及机械连接。
与传统BGA焊球相比，Micro Bump尺寸更小、Pitch更密，对连接界面及测试定位提出更高要求。
3、Cu Pillar铜柱
Cu Pillar常用于Flip Chip及先进封装互连。
典型结构通常包括：铜柱 + 焊料帽 + UBM/焊盘
铜柱具有较好的电流传输能力，同时可以控制凸点高度，因此在高密度芯片互连中应用较多。
4、中介层与RDL
Chiplet之间可以通过硅中介层、玻璃中介层或RDL重布线层实现高密度信号互连。
其表面通常分布大量微型焊盘、凸点及金属线路，因此除了互连点本身，还需要关注焊盘与RDL区域在机械加载后的完整性。
5、BGA焊球
完成内部芯粒集成后，整个Chiplet封装还可能通过BGA焊球与PCB连接。
这一层属于封装体与板级之间的连接，同样需要评价焊球、焊盘及焊料界面的机械结合状态。
三、Chiplet封装常见失效模式及推拉力测试方法
1、芯粒结合界面失效——Die Shear芯片剪切测试
如果Chiplet Die与中介层、基板或其他载体之间的结合强度不足，可能出现：芯粒脱落；连接层开裂；界面分离；固晶材料破坏。
针对这一结构，可以进行Die Shear芯片剪切测试。
测试时固定样品，将剪切刀移动到芯粒侧面，在设定高度下沿水平方向加载，直至芯粒或连接界面发生破坏。
测试主要记录：最大剪切力；剪切位移；力—位移曲线；断裂位置。测试完成后还需要观察残留界面。
2、Micro Bump失效——微凸点剪切测试
Micro Bump尺寸较小，在热循环及机械应力作用下可能出现：焊料内部断裂；凸点与焊盘分离；UBM界面失效；焊盘剥离。
针对Micro Bump，可以采用微凸点剪切测试（Micro Bump Shear）。
测试时，微型剪切刀移动至目标凸点附近，在规定高度水平加载，使凸点发生剪切破坏。
测试主要关注：最大剪切力；微凸点断裂位置；焊盘残留状态；多个凸点测试数据的一致性。
3、Cu Pillar失效——铜柱剪切测试
Cu Pillar的潜在失效位置主要包括：铜柱本体；Cu/Solder连接区域；焊料帽；UBM；RDL焊盘。
通过Cu Pillar剪切测试，可以测量铜柱互连结构发生破坏时的载荷，并根据断裂位置分析连接界面状态。
对于不同工艺方案，可以比较：铜柱尺寸；焊料体系；回流工艺；UBM结构；对剪切强度和失效模式的影响。
铜柱剪切测试不仅用于测量强度，也可用于封装工艺对比和异常分析。
4、焊球失效——Ball Shear焊球剪切测试
Chiplet封装底部如果采用BGA焊球连接，在回流焊、温度循环或板级机械载荷作用下可能出现：焊球裂纹；焊料界面分离；焊盘剥离；焊球脱落。
针对该结构可以采用Ball Shear焊球剪切测试。
剪切刀移动至焊球侧面靠近底部的位置，沿水平方向加载直至焊球发生失效。
测试主要记录：最大焊球剪切力；力—位移变化；焊球断裂位置；焊盘残留形貌。
Ball Shear除了用于Chiplet，也广泛应用于BGA、CSP、WLP以及其他先进封装器件。
四、Alpha-W260推拉力测试机应用
对于Chiplet先进封装，推拉力测试的目的并不是单纯把芯粒或凸点“推掉"，而是利用失效载荷+断裂位置分析具体连接界面。
科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机，可以根据Chiplet及先进封装样品结构匹配不同量程、刀具和夹具，用于芯片剪切、焊球剪切以及微型互连结构剪切测试。
测试设备同步记录：实时力值；最大失效力；位移；力—位移曲线。测试完成后再结合显微观察，对失效区域进行分类。
以上就是科准测控小编为您介绍的Chiplet封装结构、常见失效模式及推拉力测试方法。科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机可针对Chiplet、2.5D/3D、Flip Chip、WLP/CSP等先进封装器件，根据Die、Micro Bump、Cu Pillar及焊球等不同测试对象匹配相应量程、剪切刀具和固定夹具，为芯片剪切、微型互连剪切及焊球剪切等机械可靠性测试提供数据支持。如果您也有相关测试需求，欢迎联系我们，获取免费的专业技术支持。
