在2.5D封装中，多颗芯片通过中介层实现高密度集成，而芯片与中介层之间还分布着大量Micro Bump微凸点。随着凸点尺寸和间距不断缩小，微凸点在温度循环、热压键合及长期工作过程中容易受到热机械应力影响，出现断裂、界面失效等可靠性问题。
那么，2.5D封装中都有哪些机械连接结构？Micro Bump、Cu Pillar、芯片及其他互连结构分别应该怎么验证机械可靠性？本文科准测控小编将从2.5D封装结构出发，重点介绍不同互连结构的机械失效及Alpha-W260自动推拉力测试机的检测方法。
一、什么是2.5D封装？
2.5D封装是一种通过中介层（Interposer）实现多颗芯片高密度集成的先进封装技术。
与传统单芯片封装不同，2.5D封装可以将逻辑芯片、存储芯片以及其他功能芯片集成在同一个封装系统中。其中，中介层承担芯片之间的高密度互连功能，Micro Bump则用于芯片与中介层之间的电气及机械连接。
二、2.5D封装有哪些关键机械连接结构？
从机械可靠性角度来看，2.5D封装并不是一个整体结构，而是由多个不同材料、不同尺寸的连接界面组成。
1. 芯片与中介层
2.5D封装中，不同功能Die或Chiplet需要安装到中介层上。
芯片与中介层之间不仅需要保持电气连接，还需要承受后续封装、温度变化以及使用过程中产生的机械和热机械载荷。因此，芯片及其底部互连区域是机械可靠性评价的重要位置。
2. Micro Bump微凸点
Micro Bump是2.5D封装最典型的微互连结构之一。
随着凸点尺寸和间距不断减小，单个互连结构能够承受的载荷也随之变小，对测试设备的微小力检测和定位能力提出更高要求。
3. Cu Pillar铜柱凸点
Cu Pillar采用铜柱作为主要互连结构，可结合焊料帽等结构实现芯片与基板或中介层连接。
与传统焊球相比，其几何结构、材料组成和界面状态不同，因此发生机械失效的位置也可能不同。
4. BGA焊球
在典型2.5D封装中，芯片通过微凸点连接中介层，而整个封装还需要进一步与封装基板或PCB建立连接。这类较大尺寸的焊球同样属于重要机械互连结构。
5. TSV及RDL结构
TSV和RDL主要承担垂直及平面电气互连功能。
它们同样存在应力、裂纹及界面可靠性问题，但需要注意：TSV和RDL可靠性并不能简单等同于推拉力测试。对于这类结构，通常需要结合截面分析、热循环、电性能以及其他可靠性表征方法进行综合评价。
四、不同2.5D封装结构如何验证机械可靠性？
2.5D封装集成了芯片、焊料、铜、中介层、封装基板等不同材料。这些材料的热膨胀特性并不全一致。在回流焊、热压键合、温度循环以及长期工作过程中，封装反复经历升温和降温，不同材料之间会产生热机械应力。不同连接结构的受力方式不同，对应的测试方法也不能全一样。
1. Micro Bump微凸点剪切测试
这是2.5D封装中比较有代表性的机械强度测试。
将样品固定后，通过显微系统找到目标Micro Bump，使微型剪切工具下降至规定位置，再沿接近平行于基板表面的方向推动微凸点。
测试主要获得最大剪切力 + 失效模式，对于阵列式微凸点，还可以测试多个位置，对比不同区域的机械强度一致性。
2. Cu Pillar铜柱剪切测试
Cu Pillar测试同样采用侧向加载方式。
由于铜柱的高度、直径以及Pitch不同，需要根据具体结构选择推刀尺寸，并控制推刀作用高度。
测试后重点观察铜柱本体、焊料层、焊盘以及界面的失效状态。
3. Chiplet/Die剪切
对于芯片贴装及相关键合结构，可以采用Die Shear方式评价连接强度。
剪切工具作用于芯片侧面，通过水平加载使芯片底部连接区域发生破坏，并记录最大剪切力。
对于薄芯片和小尺寸Chiplet，需要特别控制推刀位置和剪切高度，避免直接造成芯片破裂而影响连接界面评价。
4. BGA焊球剪切
对于封装外部BGA焊球，可以进行Ball Shear测试。
通过推刀对焊球施加侧向载荷，记录焊球发生失效时的剪切力，同时观察焊料、IMC界面以及焊盘区域的破坏情况。
以上就是科准测控小编为您介绍的2.5D封装结构及机械可靠性测试相关内容。
2.5D封装中的机械测试对象越来越小，测试点越来越多，互连间距越来越密。因此，推拉力测试机不仅需要精准测量力值，还需要精准定位测试位置，并控制剪切工具的高度和运动方向。
科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机可针对不同封装结构配置微型剪切工具及相应力值模块，通过显微视觉系统进行测试位置定位。对于规则排列的Micro Bump、Cu Pillar等结构，还可进行多测试点定位及批量测试，并将不同测试位置与对应力值数据进行记录。
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