隨著AI芯片、高性能計算以及數據中心對算力需求的不斷提升，Chiplet技術逐漸受到關注。與傳統單顆大芯片不同，Chiplet通過多個芯粒組合實現系統集成，封裝內部也增加了更多機械連接。這些微小連接區域在受到載荷時，可能出現芯粒界面分離、微凸點斷裂、焊盤剝離等問題。因此，需要通過推拉力測試機對不同互連結構的機械連接強度和失效位置進行驗證。
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本文科準測控小編圍繞Chiplet基本概念、封裝結構、常見失效模式以及推拉力測試方法展開介紹，解析Die Shear芯片剪切、Micro Bump微凸點剪切、Cu Pillar銅柱剪切及Ball Shear焊球剪切等測試在Chiplet封裝可靠性驗證中的應用。
一、Chiplet是什么？
Chiplet即“芯粒"或“小芯片"，是一種將大型芯片系統拆分為多個功能芯粒，再通過先進封裝技術完成高密度集成的技術路線。
一套Chiplet系統可以分別配置：CPU計算芯粒；GPU或AI加速芯粒；I/O芯粒；存儲接口芯粒及其他專用功能芯粒。不同芯粒可以根據性能、面積和制造工藝采用不同制程，再通過封裝互連形成完整系統。
相比將所有功能集中在一顆大型Die上，Chiplet可以在芯片面積、制造良率、工藝組合以及產品迭代方面提供更多設計空間。
二、Chiplet常見封裝結構
Chiplet根據芯粒數量、互連密度和系統架構不同，可以采用多種集成形式。
主要連接層級包括：Chiplet Die → Micro Bump / Cu Pillar → Interposer / RDL → Package Substrate → BGA Ball，每一級連接的尺寸、材料和作用不同，對應的失效位置和測試方法也存在差異。
1、Chiplet Die芯粒
Die是Chiplet封裝中的獨立功能芯粒。
多個Die可以平面排列，也可以進行垂直堆疊，并通過基板、中介層或其他芯粒完成連接。
芯粒與載體之間可能采用：焊料連接；微凸點連接；膠黏連接；混合鍵合等方式。
2、Micro Bump微凸點
Micro Bump是2.5D、3D及部分Chiplet封裝中常見的微型互連結構，主要實現芯粒與中介層、芯粒與芯粒之間的電氣及機械連接。
與傳統BGA焊球相比，Micro Bump尺寸更小、Pitch更密，對連接界面及測試定位提出更高要求。
3、Cu Pillar銅柱
Cu Pillar常用于Flip Chip及先進封裝互連。
典型結構通常包括：銅柱 + 焊料帽 + UBM/焊盤
銅柱具有較好的電流傳輸能力，同時可以控制凸點高度，因此在高密度芯片互連中應用較多。
4、中介層與RDL
Chiplet之間可以通過硅中介層、玻璃中介層或RDL重布線層實現高密度信號互連。
其表面通常分布大量微型焊盤、凸點及金屬線路，因此除了互連點本身，還需要關注焊盤與RDL區域在機械加載后的完整性。
5、BGA焊球
完成內部芯粒集成后，整個Chiplet封裝還可能通過BGA焊球與PCB連接。
這一層屬于封裝體與板級之間的連接，同樣需要評價焊球、焊盤及焊料界面的機械結合狀態。
三、Chiplet封裝常見失效模式及推拉力測試方法
1、芯粒結合界面失效——Die Shear芯片剪切測試
如果Chiplet Die與中介層、基板或其他載體之間的結合強度不足，可能出現：芯粒脫落；連接層開裂；界面分離；固晶材料破壞。
針對這一結構，可以進行Die Shear芯片剪切測試。
測試時固定樣品，將剪切刀移動到芯粒側面，在設定高度下沿水平方向加載，直至芯?；蜻B接界面發生破壞。
測試主要記錄：最大剪切力；剪切位移；力—位移曲線；斷裂位置。測試完成后還需要觀察殘留界面。
2、Micro Bump失效——微凸點剪切測試
Micro Bump尺寸較小，在熱循環及機械應力作用下可能出現：焊料內部斷裂；凸點與焊盤分離；UBM界面失效；焊盤剝離。
針對Micro Bump，可以采用微凸點剪切測試（Micro Bump Shear）。
測試時，微型剪切刀移動至目標凸點附近，在規定高度水平加載，使凸點發生剪切破壞。
測試主要關注：最大剪切力；微凸點斷裂位置；焊盤殘留狀態；多個凸點測試數據的一致性。
3、Cu Pillar失效——銅柱剪切測試
Cu Pillar的潛在失效位置主要包括：銅柱本體；Cu/Solder連接區域；焊料帽；UBM；RDL焊盤。
通過Cu Pillar剪切測試，可以測量銅柱互連結構發生破壞時的載荷，并根據斷裂位置分析連接界面狀態。
對于不同工藝方案，可以比較：銅柱尺寸；焊料體系；回流工藝；UBM結構；對剪切強度和失效模式的影響。
銅柱剪切測試不僅用于測量強度，也可用于封裝工藝對比和異常分析。
4、焊球失效——Ball Shear焊球剪切測試
Chiplet封裝底部如果采用BGA焊球連接，在回流焊、溫度循環或板級機械載荷作用下可能出現：焊球裂紋；焊料界面分離；焊盤剝離；焊球脫落。
針對該結構可以采用Ball Shear焊球剪切測試。
剪切刀移動至焊球側面靠近底部的位置，沿水平方向加載直至焊球發生失效。
測試主要記錄：最大焊球剪切力；力—位移變化；焊球斷裂位置；焊盤殘留形貌。
Ball Shear除了用于Chiplet，也廣泛應用于BGA、CSP、WLP以及其他先進封裝器件。
四、Alpha-W260推拉力測試機應用
對于Chiplet先進封裝，推拉力測試的目的并不是單純把芯?；蛲裹c“推掉"，而是利用失效載荷+斷裂位置分析具體連接界面。
科準測控Alpha-W260自動推拉力測試機，可以根據Chiplet及先進封裝樣品結構匹配不同量程、刀具和夾具，用于芯片剪切、焊球剪切以及微型互連結構剪切測試。
測試設備同步記錄：實時力值；最大失效力；位移；力—位移曲線。測試完成后再結合顯微觀察，對失效區域進行分類。
以上就是科準測控小編為您介紹的Chiplet封裝結構、常見失效模式及推拉力測試方法。科準測控Alpha-W260自動推拉力測試機可針對Chiplet、2.5D/3D、Flip Chip、WLP/CSP等先進封裝器件，根據Die、Micro Bump、Cu Pillar及焊球等不同測試對象匹配相應量程、剪切刀具和固定夾具，為芯片剪切、微型互連剪切及焊球剪切等機械可靠性測試提供數據支持。如果您也有相關測試需求，歡迎聯系我們，獲取免費的專業技術支持。
