Name: マルチスケール三次元マイクロエレクトロニクスパッケージを調査するために放射光マイクロトモグラフィーを用いて、 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 46 s
Description: 学ぶ放射光マイクロトモグラフィーを用いたマイクロエレクトロニクスパッケージの非破壊三次元イメージング法。高速データ取得と高解像度で内部構造を詳細に解析し、半導体開発の欠陥検出に応用できます。

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この作品のLLNL部分は、契約DE-AC52-07NA27344下のローレンス・リバモア国立研究所による米国エネルギー省の後援の下で行いました。インテルコーポレーションの作成者は、データの収集、有用な議論の一部のためにインテル社からピリン劉、梁胡、ウィリアム・ハモンド、とカルロスOrdunoに感謝したいと思います。高度な光源は、契約番号DE-AC02-05CH11231下で米国エネルギー省のディレクター、科学局、基礎エネルギー科学のオフィスによってサポートされています。

注：以下で説明するプロトコルの詳細は、ALS、バークレー、カリフォルニア州でのビームライン8.3.2での仕事のために特別に書かれていました適応は、世界中で見つけることができる他のシンクロトロン施設、で仕事のために必要となる場合があります。適切な安全及び放射線訓練は、これらの施設で実験を実行するために必要とされ、訓練のためのガイドラインは、個々の放射光施設のウェブサイト上で見つけることができます。断層撮影プロトコル（ALS、LBNL、カリフォルニア州バークレー）への変更または更新は、ビームラインマニュアル15に記載されています。断層撮影法の詳細は文献16に記載されています。ビームラインの科学者は、任意の質問に答えるために利用可能であり、実験のセットアップを容易にするであろう。 ビームライン8.3.2で断層撮影スキャンを実行するための手順1.（ALS、LBNL） <ol><li>ビームラインの回転ステージに収まるように設計された試料ホルダーにそれを装着することにより、スキャン用のサンプルを準備します。カストを持っていないサンプルについてオムマウント、粘土やワックスをポストまたはドリルチャックにサンプルを付着します。 注：この研究でスキャンしたサンプルは、16×16ミリメートル、高さだけ〜3mmであるマイクロエレクト​​ロニクスパッケージました。視野全体のパッケージに適合するために、試料をビームラインに設けられた粘土を使用して水平に取り付けました。 <ol><li>それが180度回転したとき、それが視野内に留まることを確実にするために、サンプルの位置を合わせます。ハッチ内側の回転ステージにサンプルをロードする前にサンプルを整列させるために使用されるオフラインモック回転ステージがあります。回転の中心の目視検査は、位置合わせのため通常は十分です。 </li><li>ハッチ内の試料ホルダーに取り付けられたサンプルをマウントします。サンプルはハッチ内に装着された後、二つの直交センタリングモータは、回転の中心に対して、試料の位置決めを可能にします。 注：時々、サンプル調製は、必ずサンプルを作るために前方に実験時間の必要とされていますサイズは、所望の解像度のための正しいです。例えば、16×16ミリメートルの超小型電子パッケージの一部は、さらに、高解像度走査のための小片に切断しました。サンプルサイズは、 表1および表 2を用いて決定することができます。 </li></ol></li><li>関心のサンプルサイズと機能のサイズに基づいて、スキャンの倍率を選択します。 9ミクロン - ビームライン8.3.2は、0.35からの画素サイズの範囲で画像を生成するから選択するいくつかのレンズを持っています。視野は倍率の増加と共に減少する倍率に応じて、サンプルは、適切な断面積のものでなければなりません。 <ol><li> 表1及び表 2に示したように、ここでスキャンしたサンプルは、最長方向22.6 mmであるので、PCO.4,000で1Xレンズを選択し、この組合せは、ビューの最大のサンプルフィールドを与えます。その結果、画素サイズは8.7μmです。 </li></ol></li><li> polychにX線エネルギーまたはスイッチを設定します。ビームラインコントロールコンピュータを使用してromaticビーム。ビームライン8.3.2でのX線エネルギー範囲は4-80 keVのから連続しているが、多層モノクロメーターが搭載され、ピークフラックスは〜12 keVの時に発生しながら、エネルギー範囲に〜7-43 keVのを制限します。最高品質の画像を取得するには、データ収集コンピュータ上で測定することができます〜30％の透過率を、ターゲットとのエネルギー選択の基礎としています。エネルギーを増加させると一般、％透過率が増大します。 <ol><li>マイクロエレクト​​ロニクスパッケージの場合、パッケージの厚さと材質による光 &quot;白を選択して&quot;。 注意：ビームライン8.3.2マニュアルでは、「白色」光とモノクロモードとの間で変更するための詳細な手順があります。 </li><li> 「白色」光モードを使用する場合、より低いエネルギーのX線をフィルタリングするために、X線ビームに沿って、2-4金属アルミニウムと銅のフィルタを追加します。このサンプルでは、​​〜1.2ミリメートルの厚さの合計で2銅シートを使用。 </li><li>先にティムのサンプルを通じて伝送を計算します使用して、電子： http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.htmlまたはhttp://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/またはhttp://11bm.xray.aps.anl.gov/absorb/absorb .phpの。例えば、化学式およびサンプルが出力さの推定厚エネルギー範囲の関数としてのパーセント透過率を示すグラフを入力します。 </li></ol></li><li>回転ステージの中心がカメラの中心と一致していることを確認します。サンプルはビームラインコントロールコンピュータ上のソフトウェアを使用して180度回転して位置合わせされていることを確認し、視覚的にコンピュータ上でX線写真を表示することにより、試料位置の変化を観察します。コントロールが同じコンピュータ上に並ぶように変更されます。サンプルの領域はサンプル回転中の視野を残すように、サンプルの位置合わせが十分にオフのときに画質が劣化します。 </li><li>手動スキャンの検出器の距離にサンプルを設定します。カメラが使用されて水平方向に移動することができます並進ステージ上にあります検出器の距離にサンプルを変更します。距離が増加する位相差の寄与も大きくなります。位相効果がより簡単に画像の微妙な亀裂やエッジに有用であるだけでなく、多くの場合、望ましくない他の「ハロー効果」アーティファクトを引き起こします。 </li><li>ビームラインのアライメントを確認してください。画像のピントを確認し、必要に応じてフォーカスモータを調整します。ピクセルサイズ・キャリブレーションは、サンプルに定義された量を移動し、サンプルはミクロン/ピクセルを計算するために移動ピクセル数を測定することにより、正しいことを確認します。ボクセルサイズは、実験に応じて変化します。 <ol><li>画像が水平方向に移動すると、画像が水平方向に一定のピクセルに沿ってトラックを備えていることを確認し、ない場合は彼らが行うように、カメラのチルトモータを調整します。それは再構成アルゴリズムによって後で想定アラインメントである画素列に平行になるように、これは、回転軸を整列させます。 </li></ol></li><li>各X線写真の露光時間を選択します。露光時間の範囲は1-1,500ミリ秒であり、選択は（解像度要素ごとに観測されたフラックスを決定する）スキャンエネルギーと解像度に依存します。選択された時間は最速スキャン時間とより多くの数、したがって、最良の信号対雑音比を有するスキャンの間のトレードオフを提供する必要があります。 <ol><li>マイクロエレクト​​ロニクスパッケージの場合、露出あたり100ミリ秒のサンプルスキャン時間を使用しています。 注：制御システムは、各カメラの最大数は65,535であるように変換された規模で、カメラの数を表示するように設定されている100の推奨目標よりも少なくとも小さい全く飽和画素またはがないことを確認してください。 </li></ol></li><li>データ収集コンピュータを使用してスキャンパラメータを設定します。 <ol><li>その範囲にわたって収集するために入力された所望の角度範囲、および画像の数。より多くの角度は、データセットのサイズがスキャン時間より長く、より大きなを選択しました。角度の共通番号は0から180度の範囲にわたって、513、1025、および2049です。この研究のために、使用1025角度データ収集中に180度以上。 </li><li>スキャンモードを選択します。走査モードの2つのオプションは、通常1）及び2）の連続断層撮影法です。それは2〜3分、最短スキャン時間になるので、連続モードが好ましいです。画像が収集されるように、このモードでは、回転ステージは、連続的に移動します。通常モードでは、回転ステージは、各角度で停止した後、画像を収集します。 </li><li>明暗視野画像の数を指定します。明暗視野画像は、再構成を実行するために必要です。暗視野像近く、明視野用シャッターや背景画像のためのサンプルは、視野の外に移動します。それが再構成画像に大きな欠陥を回避するために、明視野像に存在しないように、サンプルが十分に翻訳されていることを確認します。ここでは、15暗視野像15明視野画像を取得します。 </li><li>タイリングが必要であるかどうかを確認します。サンプルは、フィールドOより背が高い場合Fビューサンプル全体が捕捉されるまで、垂直にそれを翻訳し、サンプルをスキャンしますタイリングオプションが、そこにあります。 </li></ol></li><li>データ収集コンピュータ上で実行スキャンを実行します。スキャンは、入力された設定に基づいて自動的に実行されます。 </li></ol>断層データ処理を実行するための2ステップ<ol><li>ビームラインで利用可能な解析コンピュータへの転送データがビームラインのプロトコルを使用して、データセットの再構成およびフィルタリングを実行します。復興は、データ収集とは無関係に実行することができます。 注：データは自動的にNERSC、それが処理され、再構築された高性能のコンピュータに転送されます。ユーザーはspot.nersc.govでSPOT SuiteのWebポータルを介して自分のデータにアクセスするNERSCでアカウントにサインアップすることができます。このポータルは、開発モードのままなので、多くのユーザーは、彼らが残りの手順を実行する場合に再構成パラメータ、より詳細に制御を持っていることを好みます。 </li><li> Reconst次の手順を実行して、生の画像をruct：1）、2）サイノグラムのスタックを作成して画像を正規化、3）リング除去/フィルタを適用し、4）平行ビーム再構成を行います。再構成は、フィルタ補正逆投影アルゴリズムに基づいています。試料容量を構成する各画素の位置と強度の情報を含むTIFF画像内の再構成処理をもたらします。プロセス全体の概略図を図2に示されています。 <ol><li>プラグインにアクセスするには、（ちょうどImageJのフィジーの頭字語である）でフィジーを起動し、以下に示すように、メニュープラグイン→ALSmicroCT→NormalizeStack832newnamingを選択します。 ALS施設の利用者は、再構成プロセスを合理化するために設計されたいくつかのソフトウェアパッケージを統合するImageJの/フィジー、用のカスタムプラグインを使用して全体の再構成処理を行うことができます。 注：フィジーとプラグインは、複数のビームライン8.3.2分析コンピュータ上で使用できます。 </li><li>フィジーダイアログボックスが開いたら、以下に示すように、再構築のために意図されたRAWファイルを選択します。 、生の明るい、そして暗い画像のスタックが今ロードする必要があります。 </li><li>その後、「プレビュー再構築」を選択し、再構成画像を可視化するために、「回転の中心を検出する]をクリックして回転の中心を見つけます。回転の中心の値は、手動で入力してプレビューすることができます。 </li><li>このインタフェースを使用することが環除去パラメータを変更するためのオプション、画像の種類（8、16、または32ビット）、画素範囲、画像の回転角度であり、トリミングされた領域を画定します。それぞれの新しいパラメータセットが「プレビュー再構成」ボタンを使用して可視化することができます。 </li><li>パラメータを選択したら、「実行」を選択することで、画像のスタック全体を再構築します。その後のすべてのデータファイルが指定した &#39;出力ディレクトリ」で見つけることができ、デフォルトのディレクトリは、生データのフォルダ内の出力ファイルになります。 </li></ol></li><li>断層のからのアクセスの生データSPOTポータルを通じてNERSC（LBNLスーパーコンピュータ）サーバであるウェブサイトのhttp://spot.nersc.gov/、に行くことによって、任意のコンピュータから缶。 注：個々の研究者が彼らの特定のデータセットにアクセスするための独自のNERSCアカウントを持っている必要があります。ユーザー缶セットアップhttps://nim.nersc.gov/nersc_account_request.phpでアカウント。ビームラインでは、各研究グループは、ビームラインのアカウントが割り当てられます。このアカウントは、ビームラインのコンピュータにアクセスするために使用され、また、Globusのオンラインを使用して、ビームラインサーバから直接データにアクセスするために使用することができます。 </li><li> 2Dのスタックをロードすることによって、3Dと2Dの両方でデータを可視化する任意の3D解析ソフトに画像を再構成し。ここで紹介するサンプルおよび画像は、ビームライン8.3.2分析の任意のコンピュータでユーザーをビームラインするために利用可能である分析と可視化を実行するためにAvizoのソフトウェアを使用しています。 </li><li>データセットは、可視化ソフトウェアにアップロードされた後、特定のFEで定量情報を得るためにさらなるデータ分析を実行試料内atures。多くの場合、データセットは、出力データサイズを小さくするためにダウンサンプリングされます。しかし、これは忠実度を減らすボクセルサイズを増やし、もっと簡単なセグメンテーションのための画像表示をスムーズにすることができます。 <ol><li> 2Dのスタックのヒストグラムを閾値処理することによって、目的のセグメントの機能を選択したスライスを再構築し、指定した範囲内の画素に新たな画素値を割り当てます。 </li><li>セグメント化されたボリュームおよび表面を可視化します。特徴は、セグメント化されると、それらはAvizoまたは任意の好適な視覚化ソフトウェアを使用して3Dで表示されています。これは、関心のある領域でのはんだボールのように、特定の機能の3D表面レンダリングを可能にします。 </li><li> 、関心の特徴が識別されるとひび割れ幅に関する情報などを介して、または割れ、機能がセグメント化と体積できるので、サンプル、 すなわち 、亀裂の大きさ、ビア、気孔率、欠陥などの機能を定量化、長さ、ボリュームを経由して空隙率分布to​​mogrを評価することによって定量することができますaphicデータセット。 </li><li>異なる向きでサンプルを示すサンプルのムービーを作成します。映画1は、水平方向に画像化されたマイクロエレクト​​ロニクスパッケージの異なる断面図とボリュームレンダリングビューの例を示しています。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Tian, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+X-ray+microtomography+study+of+3-D+void+growth+induced+by+electromigration+in+eutectic+SnPb+flip-chip+solder+joints%5BTitle%5D)+AND+%22Scr.+Mater%22%5BJournal%5D)">Quantitative X-ray microtomography study of 3-D void growth induced by electromigration in eutectic SnPb flip-chip solder joints.</a> Scr. Mater. 65, 646-649 (2011).</li>
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</ol>

著者らは、開示することは何もありません。

プロトコルの項で説明したステップのすべては、マルチスケール、マルチ材料サンプルの高解像度の画像を得るために重要です。最も重要なステップの一つは、試料が取り付けおよび定量のために使用することができる品質の画像を得るために不可欠である光学系の焦点です。具体的には、サンプルのわずかな動きは、再構成画像にアーチファクトが発生し、解像度の劣化の原因となるデフォーカスとなります。画像品質の問題を回避するためには、次のサンプルをスキャンしながら、同時に行うことができるテスト画像を再構成することが重要です。これは、スキャンセットアップ中に発生した可能性がある問題や問題を特定するのに役立ちます。再構成画像に問題がある場合は取り付けやアライメントサンプリングするために細心の注意を払ってサンプルを再スキャンする必要があるかもしれません。セットアップの他の問題の間に、このようなLabVIEWでエラーとして、試料ステージモータ、または番目の欠如の問題を生じる可能性があります電子X線ビーム。ビームラインのウェブサイトで見つけることができるビームラインのマニュアル、上のトラブルシューティングのための詳細な手順があります。画像品質を向上させるためか、実験者がマニュアル...

サンプルを特徴付ける際にマイクロエレクト​​ロニクスの分野では、多くの他の分野と同様に、マイクロメートルスケールでの非破壊評価が必要です。具体的には、マイクロエレクト​​ロニクス産業のために、3Dマイクロエレクト​​ロニクスパッケージをプロービングマルチレベルとマルチ物質を含む、および、熱、電気、および機械部品のストレス時のパッケージの障害を同定することに関心があります。世界の放射光施設の周囲にマイクロエレクト​​ロニクスパッケージの不良解析のために使用される断層回折ビームラインを指定しています。このいくつかの例は、過冷却とのその場観察中のスズと金属間化合物（IMCの）6,7の異方性熱膨張、 その場観察で 、錫ウィスカ成長4,5ためのメカニズムを評価する、エレクトロ1-3によって生じるボイド形成を撮像しています凝固およびIMC形成8-10、異方性の機械的挙動と錫の再結晶化と鉛フリーはんだ10、フリップチップバンプ中のボイド、及びAg-ナノインク焼結11のその場観察インチこれらの研究のすべては、さらに、マイクロエレクト​​ロニクス業界の理解とコンポーネントの開発を進めてきました。しかしながら、これらの研究の多くは、パッケージ内の小さな領域に集中しています。詳細については、その開発を促進するために、高解像度のSRμTを使用して、フルサイズのパッケージをテストし、特徴づけるから収集することができました。 電子パッケージは現在、製造相互接続の複数の層を含むされます。これらのパッケージおよびデバイスは、故障解析、品質管理、信頼性のリスク評価、及び開発に関する非破壊評価のための3Dソリューションを求めているますます複雑に成長しています。特定の欠陥が少ない銅のsuの内部に空隙を形成し、クラックを含むサイズが5μm、より特徴を検出することができる技術を必要としますbstrateビア、ボールグリッドアレイ（BGAの）及びC4はんだ接合内の空隙を配置し、定量、マルチレベルパッケージ12に非接触オープンとnonwetはんだパッドを識別する。基板組み立てプロセス中の欠陥のこれらの種類が識別され、不要な障害を回避するために広範囲に監視しなければなりません。 また、天板として知られている実験室ベースの源を使用して現在のCTシステムは、〜1μmの空間分解能と高い提供することが可能であり、有望な結果を有するマルチレベルパッケージにおける障害を分離するために使用されています。 SRμTセットアップ13,14と比較した場合しかし、卓上型CTシステムにはいくつかの制限を有します。それらは通常、1つまたは2つのX線源のスペクトルを含むため、卓上型システムは、材料のみの特定の濃度範囲を画像化に限定されています。また、スループット時間（TPT）関心1-2 mm 2の領域と、CAあたりのデータ取得時間の数時間を必要とする従来の卓上型CTシステムのための長いままnは、その有用性を制限します。例えば、シリコンビア（TSV）を介しての失敗を分析し、BGAのかC4関節がしばしばある、8〜12時間の合計TPTで、その結果、サンプル内の高解像度でビュー（FOV）または関心領域の複数のフィールドを取得する必要が複数のサンプルを分析する必要があり、従来の卓上型CTシステムのためのショーストッパー。放射光は、関心のある領域のための非常に高速なデータ取得時間になり、従来のX線源よりもはるかに高い流束及び輝度を提供します。 SRμTを撮像することができる材料の種類に対する試料量でより多くの柔軟性を可能にしないが、それが使用され、シンクロトロン源とセットアップに固有のものな制限、特に最大許容厚さとサンプルサイズを持っています。 ALSにおけるSRμT設定に撮像することができる最大の断面積は、&lt;36、X 36 mmであり、厚さは、利用可能なエネルギー範囲とフラックスによって制限され、材料のありますpecific。 この研究はSRμT3次元半導体パッケージの検査に使用するためにパッケージ全体のマルチレベルのシステムの高分解能および低TPTと（SIP）（3-20分）画像を利用することができる方法を示すために使用されます。シンクロトロンソースCTのに卓上CTのを比較に関する詳細は、参考文献13,14に記載されています。 実験の概要とビームラインは、説明8.3.2： 世界中のトモグラフィー実験のための利用可能なシンクロトロン施設があります。これらの施設のほとんどは、実験者は実験だけでなく、その科学的な影響を説明し、提案の提出を必要とします。ここで説明する実験は、すべてのビームライン8.3.2でローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）でALSで行いました。 1）エネルギー範囲における単色〜7-43 keVのか、2）多色「白色」光全体ご利用できます：このビームラインのために2つのエネルギーモードのオプションがあります高密度材料をスキャンするときBLEエネルギースペクトルが使用されます。試料は、X線が試料を貫通する回転ステージ上に搭載されている典型的な走査中にビームライン8.3.2で、次いで、減弱したX線は、シンチレータを介して可視光に変換するレンズで拡大し、その後に投影します記録用のCCD。サンプルはマイクロメートルの分解能で試料の3Dビューを得るために、再構成された画像のスタックを生成0〜180から回転する間に行われます。得られた断層撮影データセットのサイズは、スキャンパラメータに依存〜3-20ギガビットの範囲である。1は、試料を走査するハッチの概略図を示します 。 ここに示さ以下のプロトコルは、全体のマイクロエレクト​​ロニクスパッケージを撮像するために必要な実験のセットアップ、データ収集、及び処理手順について説明するが、手順は画像サンプルの種々改変することができます。修飾は、サンプルサイズに依存し、密度、幾何学的形状、および関心のある特徴。 表1、表 2には、本ビームライン8.3.2（ALS、LBNL、カリフォルニア州バークレー）で入手可能な解像度とサンプルサイズの組み合わせ。ここで調べたマイクロエレクト​​ロニクスパッケージのためのサンプルは、厚さと、サンプルの成分の高濃度のために選択された多色（「白」）ビームを用いて画像化しました。サンプルは、マウントチャック上に水平方向に、したがって一つだけを必要とする〜4ミリメートルと〜40mmの幅の高さと平行なビームの高さに収まるように試料全体に許可され、この方向を、マウントされました試料全体をキャプチャするためにスキャンします。

<table><tbody><tr><td>Beamline 8.3.2</td><td>Advanced Light Source, Berkeley, CA, USA</td><td></td><td>http://microct.lbl.gov/</td></tr></tbody></table>

マルチスケール三次元マイクロエレクト​​ロニクスパッケージを調査するために放射光マイクロトモグラフィーを用いて、

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

放射光マイクロトモグラフィー（SRμT）は、高空間分解能で高速のデータ取得時間のために高いフラックスを提供する非破壊三次元（3D）イメージング技術です。エレクトロニクス産業では、高密度相互接続の複数のレベルを含む多くの3D超小型電子パッケージの不良解析を行う際に重大な関心があります。多くの場合、断層画像の解像度と画像化することができる試料の容量の間のトレードオフがあります。マイクロエレクトロニクスパッケージは、断面積100-3,600ミリメートル2にしばしば大きいが、ミクロンスケールの重要な機能を備えていますので、この逆の関係は、従来のコンピュータ断層撮影（CT）システムの有用性を制限します。高度な光源（ALS）でマイクロ断層撮影ビームラインは、カリフォルニア州バークレー米国で、適応可能である等 、サンプルの特性、 すなわち、密度、厚さ、に合わせることができるセットアップを持っている、最大でallow36のx 36ミリメートルのできる断面。また、この設定では、〜7-43 keVのエネルギー範囲における単色のいずれかである、または多色ビームを用いた白色光モードで最大フラックスで動作するオプションを有します。ここで提示未満、3分のスキャン時間内に8.7マイクロメートルのすべての空間分解能を有するシステムの3次元画像を得るために、画像にパッケージ内全体の16×16ミリメートルのシステムをとった実験手順の詳細です。また、異なる向きでスキャンされたパッケージからの結果と高解像度イメージングのために切片パッケージが示されています。対照的に、従来のCTシステムは、潜在的に劣った解像度のデータを記録するために時間がかかります。シンクロトロン放射断層撮影の設定を使用した場合、実際に、視野スループット時間の比率が非常に高いです。実験の以下の説明は、実装および他の多くの多の材料との使用に適合させることができます。

断層撮影法を使用して撮影された画像は、異なる減衰長とこれらの多の材料の厚さの関数としてのマイクロエレクト​​ロニクスパッケージにおけるはんだ相互接続、金属トレース、および他の材料におけるX線の吸収差に起因し発生します。 SIPパッケージには、約80ミクロン直径の最初のレベルの相互接続（FLI）フリップチップC4はんだボールを有するセラミック基板に取り付け死ぬシリコンで構成され、中間レベルの相互接続（MLI）FR4エポキシ回路基板にこの基板を接続する350μm程度のはんだボール;を第二のレベルの相互接続（SLI）約650μmの回路基板の裏面側のBGAはんだボールそれは水平方向に配置されたとき、図2は、サンプルの概略図を示しています。この向きは、1つのスキャンのための視野にサンプル全体に適合するために選択した。 図3は 、同じ試料から3D画像を示します低TPT（ 表2）で1回のスキャンで画像化したパッケージ全体、。このデータを分析し、Avizoを用いて調製しました。マイクロエレクト​​ロニクスパッケージの0.175°の角度増分は、180度以...

この研究放射光マイクロトモグラフィー、非破壊3次元撮像技術のために、16×16mmの断面積全体マイクロエレクト​​ロニクスパッケージを調べるために使用されます。シンクロトロンの高フラックスと明るさに起因してサンプルが8.7μmの空間分解能でわずか3分で画像化しました。

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

本実験は、非破壊的な三次元イメージング技術である放射光マイクロCTを用いて、複雑な多層構造の試料を調査することを目的として設計されました。ここでイメージングを行う試料は、断面積が約17 by 17 millimetersのマイクロエレクトロニクスパッケージ全体です。しかし、分解能を必要とする注目領域のスケールは、マイクロメートルからミリメートルまで多岐にわたります。この手法の主な利点は、高速なデータ収集時間で、マイクロメートルスケールのマイクロエレクトロニクスパッケージを非破壊的に評価できることです。カリフォルニア州バークレーにあるAdvanced Light Sourceのメーカー・トモグラフィー・ビームラインには、体積や密度などの試料の特性に基づいて、解像度と画質を最適化できるよう調整可能なセットアップが備わっています。ただし、試料サイズは、最大許容視野である36 by 36 millimetersに制限されます。この手法は、半導体分野における重要な課題の解決に役立ちます。例えば、プロセス開発における信頼性試験を通じて電子パッケージを分析し、故障箇所を特定することや、実験的な柔軟性の提供、あるいはX線源を用いて次世代の複雑なマイクロエレクトロニクスパッケージ内の欠陥を迅速に検出することなどに利用可能です。スキャンの準備として、ビームラインの回転ステージに適合するように設計されたサンプルホルダーに試料を固定してください。専用のマウントがない試料については、粘土またはワックスを用いて試料をポストまたはドリルチャックに固定します。ハッチ内の回転ステージに試料をロードする前に、試料の調整に使用するオフラインの模擬回転ステージがあります。通常、回転中心を目視で確認することで、十分な調整が可能です。サンプルホルダーに取り付けたサンプルをハッチ内に設置します。サンプルをハッチ内に設置すると、2つの直交するセンタリングモーターによって、回転中心に対するサンプルの位置調整が可能になります。サンプルのサイズと注目する特徴のサイズに基づいて、スキャンの倍率を選択してください。ここでスキャンするサンプルの最大長が22.6 millimetersであるため、PCOポイント4,000の1Xレンズを選択します。この組み合わせにより、最大のサンプル視野が得られます。その結果、ピクセルサイズは8.7 micronsになります。ビームライン制御コンピュータを使用して、X線エネルギーを設定するか、ポリクロマチックビームに切り替えます。最高画質の画像を得るには、データ収集コンピュータで測定可能な透過率がおよそ30%になるようにエネルギーを選択してください。一般的に、透過率はエネルギーの増加に伴って上昇します。マイクロエレクトロニクスパッケージの場合、パッケージの厚みと材質を考慮して白色光を選択します。白色光モードを使用する際は、低エネルギーのX線をフィルタリングするため、X線ビームに沿ってアルミニウムおよび銅のメタルフィルターを2〜4枚挿入します。本サンプルでは、合計厚さが約1.2 millimetersの銅箔2枚を使用します。次に、ステージの回転中心がカメラの中心と一致していることを確認します。サンプルのアライメントを確認するには、ビームライン制御コンピュータのソフトウェアを使用してサンプルを180度回転させ、コンピュータ上の放射線透過写真を観察してサンプルの位置の変化を視覚的に確認してください。アライメントの調整は、同じコンピュータで行います。スキャンのための試料-検出器間距離を設定します。カメラは水平方向に移動可能な移動ステージ上に設置されており、これを用いて試料-検出器間距離を調整します。距離が大きくなるにつれて、表面コントラストの寄与も増大します。希望する角度範囲と、その範囲内で収集する画像数を入力します。選択する角度が多いほど、スキャン時間が長くなり、データセットのサイズが大きくなります。本研究では、データ収集時に180度で1,025個の角度を使用します。テキストプロトコルに従ってスキャンモードおよび明視野・暗視野画像の枚数を選択した後、再構成画像に大きな欠陥が生じるのを避けるため、サンプルが十分に移動され、明視野画像内に写り込んでいないことを確認します。ここでは、暗視野画像15枚と明視野画像15枚を取得します。タイリングの必要性を判断した後、データ収集用コンピュータでスキャンを実行します。スキャンは、入力した設定に基づいて自動的に実行されます。ここでは、8.7 micronの解像度で、3分間のスキャン時間を用いて撮影された、パッケージ全体のフィールドプログラマブルゲートアレイシステムの3Dレンダリングを示しています。パッケージの一部を拡大した図では、フィールドプログラマブルゲートアレイ基板の隅と回路基板の相互接続が示されています。3つの異なる相互接続レベルの3Dボリュームレンダリングにより、8.7 µmの解像度でパッケージ内のシステム全体が示されています。ここでは、第1レベル相互接続および中間レベル相互接続はんだ接続を含む、垂直スキャンされたCPUダイパッケージの3D再構成画像を示します。2D再構成スライスの拡大領域には、意図的な熱ストレス試験によって生じた大きな中心空隙と亀裂を持つ中間レベル相互接続はんだボールが示されています。この動画では、水平方向に配置して撮影したマイクロエレクトロニクスパッケージのトモグラフィー画像を示しています。16 by 16 square millimeterのパッケージの3Dボリュームレンダリングにより、さまざまな視点からの外観を確認できます。ここでは、異なる断面図をパンして、パッケージ内部の詳細情報を提示しています。特に卓上CTシステムと比較して、より迅速なスループットで大量のサンプルを処理できるトモグラフィーの能力は、半導体産業にとって極めて重要です。この手法により、クラック、ボイド、剥離、欠陥などの非破壊的な定量化が可能になります。本手法は、マイクロエレクトロニクス産業におけるはんだ接合部のインターコネクトに関する知見を得るために非常に有用です。しかしながら、本手法は金属合金、複合材料、バイオマテリアル、有機物、および積層造形部品など、幅広い材料系に適用可能です。放射光マイクロCTを用いて撮像できる材料や体積の範囲は広いものの、ALS放射光施設で利用可能なエネルギー範囲による制限があります。具体的には、高密度材料の場合、試料を十分に透過するX線を確保する必要があるため、試料サイズを非常に薄く制限しなければなりません。実験セットアップにおいて最も重要なステップの一つは、光学系の安定した固定とフォーカシングです。これらのステップは、データの定量化に使用可能な高品質な画像を得るために不可欠です。具体的には、サンプルのわずかな動きであっても再構成画像にアーティファクトが生じ、フォーカスが不適切であると解像度が低下します。画質の低下を防ぐため、次のサンプルのスキャンと同時に行えるテスト画像の再構成を行ってください。この種の実験を試みる際は、サンプルの特性に応じてセットアップを変更し、実験手順の最適化についてビームライン担当の科学者と相談することが重要です。シンクロトロン放射光マイクロトモグラフィーの高解像度能力は、故障解析と組立プロセスの開発の両方に有用な情報を提供します。マイクロエレクトロニクスパッケージへのシンクロトロン3D X線CTの適用は、信頼性試験や複雑なパッケージにおける故障解析など、3Dマイクロエレクトロニクスパッケージの品質および信頼性に関する幅広い可能性を切り拓きます。また、これは次世代のラボスケール3D X線CTの開発に向けた指針も提供します。

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JoVE Journal

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工学

我々は、非侵襲的に0.7μmのピクセル解像度での3D断層データセットを生成するために欧州放射光施設（ESRF）でシンクロトロンX線トモグラフィーを使用。ボリュームレンダリングソフトウェアを使用して、これは組織学的切片によって生成された人工物のない自然の状態で内部構造の再構築が可能になります。...

シンクロトロンX線トモグラフィを用いたサブミクロン分解能を持つ非侵襲的3次元可視化

Lensfree光トモグラフィーは、&lt;1μmの空間分解能を提供して三次元顕微鏡技術である×&lt;1ミクロン×15〜100ミリメートルの大型イメージングボリューム上のそれぞれx、yおよびz次元において&lt;3μmの...

マルチアングル照明とピクセル超高解像度を採用しLensfreeオンチップ·トモグラフィー顕微鏡

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ダイナミックな相互作用の3次元構造解析のための相関顕微鏡

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シンクロトロンベースのハードX線マイクロトモグラフィーを用いて電池の故障解析

このレポートは、厚い生体試料の走査型透過型電子トモグラフィーを実施するための試料調製プロトコルと特定のイメージング条件について説明しています。...

走査型透過電子トモグラフィーにより太い生物学的サンプルの調製と観察

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シンクロトロンX線マイクロ断層撮影によるせん断下の粒状土壌の故障の可視化と関連する粒状土壌の機械的挙動

配列断層撮影サンプルとして使用するための大きな転写サポートに関するシリアルセクションのリボンの作成と、走査型電子顕微鏡での自動イメージング手順について説明します。このプロトコルにより、局所的なまれな事象のスクリーニング、検索、および標的画像処理、および大量のデータ量の取得が可能になります。...

走査型電子顕微鏡を用いたボリューム情報の標的取得のためのアレイ断層化ワークフロー

ここでは、クライオ軟X線断層撮影法(SXT)で凍結保存細胞全体の超構造を25nmハーフピッチの分解能で画像化するために必要なサンプル調製およびデータ収集ステップを説明するプロトコルを提示する。...

クライオ軟X線断層撮影による細胞の3D地図作成記述

このプロトコルは、事前埋め込みEdU-ストレプトアビジン-ナノゴールド標識とChromEMTの組み合わせを採用した、構造的に保存されたクロマチンin in situにおける...

電子断層撮影による超構造保存クロマチン中の複製ドメインのイメージング

シンクロトロンで調整可能な真空紫外光イオン化質量分析装置に結合された分子線は孤立気相分子·クラスターの電子構造を探索するのに便利なツールを提供します。...

波長可変真空紫外（VUV）放射光を用いた分子線質量分析

学ぶ放射光マイクロトモグラフィーを用いたマイクロエレクトロニクスパッケージの非破壊三次元イメージング法。高速データ取得と高解像度で内部構造を詳細に解析し、半導体開発の欠陥検出に応用できます。

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