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Dans le domaine de la microélectronique, comme dans beaucoup d'autres domaines, l'évaluation non destructive à l'échelle du micromètre est nécessaire lors de la caractérisation des échantillons. Spécifiquement pour l'industrie de la microélectronique, il y a un intérêt à sonder les paquets de la microélectronique 3D, contenant multi-niveaux et multi-matériaux, et l'identification des défaillances dans des emballages pendant thermique, électrique, mécanique et soulignant des composants. Autour du synchrotron mondial des installations de rayonnement ont désigné tomographie et de diffraction beamlines qui sont utilisés pour l'analyse des défaillances des packages microélectroniques. Quelques exemples de ce sont l' imagerie formation de vides causés par électromigration 1-3, l' évaluation des mécanismes de 4,5 de croissance étain moustaches, des observations in situ de surfusion et la dilatation thermique anisotrope de l' étain et des composés intermétalliques (IMCs) 6,7, l' observation in situ dans solidification et formation IMC 8-10, comportement mécanique anisotrope etrecristallisation de l' étain et de plomb brasures libres 10, vides dans la chair de flip chip, et dans les observations in situ de Ag-Nanolnk frittage 11. Toutes ces études ont en outre fait progresser la compréhension et le développement de composants dans l'industrie microélectronique. Toutefois, bon nombre de ces études ont mis l'accent sur les petites régions à l'intérieur du paquet. Plus d'informations peuvent être tirées de l'essai et la caractérisation de l'ensemble complet de taille en utilisant la résolution haute SRμT afin de favoriser leur développement.
Les boîtiers électroniques produites contiennent maintenant plusieurs couches d'interconnexions. Ces forfaits et appareils sont de plus en plus complexe qui appelle à une solution 3D pour l'évaluation non destructive à l'égard de l'analyse des défaillances, contrôle de la qualité, l'évaluation des risques de fiabilité, et le développement. Certains défauts nécessitent une technique qui permet de détecter des caractéristiques moins de 5 um, qui comprennent les vides et la formation de fissures à l'intérieur du cuivre suvias bstrate, l' identification sans contact des plots de soudure ouverte et nonwet dans un emballage à plusieurs niveaux 12, la localisation et la quantification des vides dans des réseaux de grilles à billes (BGA) et C4 joints de soudure. Pendant le processus d'assemblage de substrat de ces types de défauts doivent être identifiés et surveillés intensivement pour éviter les défaillances indésirables.
Actuellement les systèmes CT utilisant des sources en laboratoire, également connu sous le nom de table, sont en mesure de fournir le plus haut ~ 1 um résolution spatiale, et sont utilisés pour isoler les défaillances dans les paquets multi-niveaux avec des résultats prometteurs. Cependant, les systèmes de table de CT ont certaines limites par rapport aux configurations de SRμT 13,14. les systèmes de bureau sont limités à l'imagerie d'une certaine gamme de densités de matériaux, car ils ne contiennent habituellement un ou deux des rayons X de spectres de source. Également en-temps mis (TPT) reste longue pour les systèmes de table CT classiques nécessitant plusieurs heures de temps d'acquisition de données par 1-2 mm 2 région d'intérêt, qui can limiter son utilité; par exemple, l'analyse des défaillances dans Through Silicon Vias (TSV), BGA ou les articulations C4 nécessitent souvent l'acquisition de champs multiples de vues (FOV) ou des régions d'intérêt à haute résolution dans l'échantillon, résultant en TPT total de 8-12 heures, ce qui est un bouchon de spectacle pour les systèmes CT de table classiques lorsque plusieurs échantillons doivent être analysés. Le rayonnement synchrotron fournit des flux beaucoup plus élevé et la luminosité que les sources de rayons X conventionnels, ce qui entraîne beaucoup plus rapides des temps d'acquisition de données pour une région donnée d'intérêt. Bien que SRμT ne permet plus de flexibilité en ce qui concerne les types de matériaux qui peuvent être imagés et le volume de l'échantillon, il a ses limites, qui sont spécifiques à la source de synchrotron et la configuration utilisée, l'épaisseur spécifique maximale acceptable et la taille de l'échantillon. Pour la configuration du SRμT à l'ALS de la surface en coupe transversale maximale qui peut être imagé est <36 x 36 mm et l'épaisseur est limitée par la plage d'énergie et du flux est disponible et de matériaupécifique.
Cette étude permet de démontrer comment SRμT peut être utilisé pour l'image d'un système à plusieurs niveaux dans l'ensemble de package (SIP) avec une haute résolution et basse TPT (3-20 min) pour une utilisation dans l'inspection des paquets de semi-conducteurs 3D. Plus de détails sur la comparaison table TC à Synchrotron Source TC peuvent être trouvés dans les références 13,14.
Experimental Aperçu et Beamline 8.3.2 Description:
Il y a des installations synchrotron disponibles pour la tomographie d'expériences dans le monde entier; la plupart de ces installations nécessitent la soumission d'une proposition où l'expérimentateur décrit l'expérience, ainsi que son impact scientifique. Les expériences décrites ici ont toutes été réalisées à l'ALS au Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) à 8.3.2 ligne de lumière. Pour cette ligne de lumière, il y a deux options de mode d'énergie: 1) monochromatique dans la gamme d'énergie ~ 7-43 keV ou 2) polychromatique lumière "blanche" où l'ensemble disponispectre d'énergie ble est utilisé lors de la numérisation des matériaux de haute densité. Lors d'une analyse typique à un échantillon 8.3.2 ligne de lumière est monté sur une scène de rotation où les rayons X pénètrent dans l'échantillon, les rayons X atténués sont convertis en lumière visible à travers un scintillateur, magnifiés par une lentille, puis projetés sur un CCD pour l'enregistrement. Ceci se fait alors que l'échantillon tourne de 0 à 180 ° produisant une pile d'images qui est reconstruit pour obtenir une vue 3D de l'échantillon avec une résolution de micromètres. La taille de l' ensemble de données tomographique résultant varie de ~ 3-20 Gb en fonction des paramètres de numérisation. La figure 1 montre un schéma de la huche où l'échantillon est analysé.
Le protocole suivant a présenté ici décrit le dispositif expérimental, l'acquisition des données et les étapes de traitement nécessaires pour imager un ensemble de micro-électronique, mais les étapes peut être modifié à l'image d'une variété d'échantillons. Les modifications dépendent de la taille de l'échantillon,densité, géométries et caractéristiques d'intérêt. Les tableaux 1 et 2 présentent la résolution et taille de l' échantillon des combinaisons disponibles à 8.3.2 ligne de lumière (ALS, LBNL, Berkeley, CA). Pour la micro-électronique étudié ici, l'échantillon a été imagé à l'aide d'un faisceau polychromatique ( «blanc»), qui a été choisie en raison de l'épaisseur et de haute densité des composants de l'échantillon. L'échantillon a été monté dans l'orientation horizontale sur un mandrin de montage, cette orientation a permis l'ensemble de l'échantillon pour tenir dans la taille du faisceau, qui est parallèle à une hauteur de ~ 4 mm et une largeur de ~ 40 mm, par conséquent, ne nécessitant une scanner pour capturer l'ensemble de l'échantillon.