방법 논문

멀티 스케일 3 차원 마이크로 전자 패키지를 조사하는 방사광 Microtomography 사용

DOI:

10.3791/53683

⸱

2016년 4월 13일

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1Materials Engineering Division, Lawrence Livermore National Laboratory, 2Assembly Test and Technology Development Failure Analysis Labs, Intel Corporation, 3Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory

이 논문에서

요약

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본 연구 방사광 마이크로 단층 비파괴 입체 영상 법의 경우, 16 × 16 mm의 단면적 전체 마이크로 전자 패키지를 조사하기 위해 사용된다. 때문에 싱크로트론의 높은 플럭스 및 밝기에 샘플은 8.7 μm의 공간 해상도로 불과 3 분에서 몇 군데 있었다.

초록

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방사광 마이크로 단층 촬영 (SRμT)은 높은 공간 해상도로 고속 데​​이터 수집 배 높은 광속을 제공하는 비파괴 3 차원 (3D) 이미징 기술이다. 전자 업계에서는 고밀도 배선의 다중 레벨을 포함 할 차원 마이크로 전자 패키지에 많은 실패 분석을 수행 심각한 관심이있다. 주로 단층 화상의 해상도 및 묘화 될 수있는 샘플의 체적 사이의 트레이드 오프가있다. 이러한 반비례 관계는 마이크로 전자 패키지는 단면적이 100-3,600 mm 종종 크므로, 종래의 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 시스템의 유용성을 제한하지만, 마이크론 크기의 중요한 특징을 갖는다. 버클리, CA 미국의 고급 광원 (ALS)에서 마이크로 단층 촬영 빔라인은 최대 허용으로, 적응력 등 샘플의 특성, 즉, 밀도, 두께에 맞게 할 수있는 설정이 있습니다36 X 36mm의 수 단면. 이 설정은 또한 에너지 범위 ~ 7-43 케빈의 하나 단색 인 또는 다색 빔을 이용하여 백색광 모드에서 최대 플럭스와 운영의 옵션이 있습니다. 패키지 내에 이미지 전체 16 × 16mm 시스템을 가지고 실험 단계의 세부 사항은 이하의 3 분의 주사 시간 내에 8.7 ㎛의 전체의 공간 분해능은 시스템의 3D 이미지를 얻기 위해, 여기 제시 하였다. 또한 서로 다른 방향과 높은 해상도의 영상에 대한 단면 패키지로 스캔 한 패키지의 결과를 보이고있는 바와 같다. 대조적으로, 종래의 CT 시스템은 잠재적으로 불량한 해상도로 데이터를 기록하는 시간이 걸릴 것이다. 싱크로트론 방사선 단층 설정을 사용하는 경우 사실 시야 처리량 시간의 비율이 더 높다. 실험 장치의 이하의 설명은 실행 및 기타 여러 재료로 사용되도록 할 수있다.

서론

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샘플을 특성화 마이크로 전자 공학 분야에서 많은 다른 분야에서와 같이, 마이크로 미터 스케일에서 비파괴 평가가 필요하다. 구체적으로, 마이크로 전자 산업에 대한 3 차원 마이크로 전자 패키지를 프로빙 다단계 및 다중 물질을 함유하고, 열, 전기 및 기계적 구성 요소의 강조 중에 패키지에 고장 식별에 관심이있다. 세계 주위 싱크로트론 방사선 시설 마이크로 전자 패키지의 고장 분석에 사용되는 단층 회절 빔라인을 지정하고있다. 이것의 예로는 원위치 관찰에서 과냉각 주석 이방성 열팽창 및 금속 간 화합물 (IMCS) -6,7- 원위치 관찰에 주석 휘스커 성장 4,5- 메커니즘을 평가하는 일렉트로 1-3에 의한 공극 형성에 묘화된다 응고 및 IMC 형성 8-10, 이방성 기계적 행동과주석의 재결정 및 무연 솔더 (10), 플립 칩 범프의 공극 및 AG-나노 잉크의 소결 (11)의 현장 관측이다. 이러한 연구 모두에있어서, 상기 마이크로 전자 산업의 이해와 구성 요소의 개발을 진행하고있다. 그러나, 이러한 연구의 대부분은 패키지 내의 작은 영역에 집중하고있다. 자세한 내용은 테스트 및 개발을 촉진하기 위해 고해상도 SRμT를 사용하여 전....

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프로토콜

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참고 : 아래에 설명 된 프로토콜 정보는 ALS, 버클리, 캘리포니아에서 빔라인 8.3.2에서 일을 구체적으로 작성되었습니다 적응은 전세계 찾을 수 있습니다 다른 싱크로트론 시설에서 일을해야 할 수 있습니다. 적절한 안전 및 방사선 교육은 각 개인의 싱크로트론 시설의 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다 이러한 시설 및 교육에 대한 가이드 라인에서 실험을 실행하는 데 필요합니다. 단층 촬영 프로토콜 (ALS, LBNL, 버클리, CA)를 변경 또는 업데이트는 빔라인 설명서 (15)에서 찾을 수 있습니다. 단층 프로세스에 대한 정보는 참조 번호 (16)에서 찾을 수있다. 빔라인 과학자들은 모든 질문에 답변을 제공하고 실험 설정을 용이하게합니다.

1 단계 빔라인에서 단층 촬영 검사 수행을위한 8.3.2 (ALS, LBNL)

  1. 빔라인의 회전 단계에 맞게 디자인 된 샘플 홀더에 장착하여 검사에 대한 샘플을 준비합니다. 샘플이는 CUST이 없습니다엄마, 마운트 점토 나 밀랍과 게시물 또는 드릴 척에 샘플을 준수합니다.
    참고 :이 연구에서 검사 시료는 16 × 16mm, 높이 만 ~ 3mm 인 마이크로 전자 패키지이었다. 샘플을 가로 빔라인 제공 점토를 사용하여 장착 한 시야에 전체 패키지를 맞추기 위해.
    1. ....

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결과

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단층을 사용하여 촬영 한 화상은 상이한 감쇠 길이의 기능이 여러 재료의 두께의 마이크로 일렉트로닉 패키지의 솔더 인터커넥트의 X 선, 금속 트레이스 등의 재료의 차이를 흡수하기 때문에 발생한다. 상기 SIP 패키지는 약 80 ㎛의 직경의 첫번째 레벨 인터커넥트 (FLI) 플립 칩 C4 솔더볼과 세라믹 기판에 부착 된 다이 실리콘 이루어져; 중간 레벨 인터커넥트 (MLI)은 FR4 에폭시 기판이 기판을 연결하는 약 350 ㎛ 인 솔더 볼;을 . 그리고 두번째 레벨 인터커넥트 (SLI)는 약 650 ㎛의 회로 기판의 배면 측의 BGA 땜납 볼을도 2는 수평 방향에 배치 된 샘플의 개략도를 도시한다; 이 배향은 한 번의 스캔에 대한 시야의 전체 샘플을 맞추기 위해 선택되었다. AN,도 3은 동일한 샘플으로부터 3D 이미지를 나타낸다낮은 TPT (표 2)와 하나의 스캔 이미지화 된 전체 패키지. 이 데이터 분석 A.......

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토론

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프로토콜 절에 설명 된 모든 단계 멀티 스케일 멀티 재료 샘플의 고해상도 이미지를 얻는데 중요하다. 가장 중요한 단계 중 하나는 샘플이 장착 및 정량화에 사용할 수있는 품질의 이미지를 획득하는 필수적인 광학 포커싱이다. 구체적으로, 시료의 근소한 이동 재구성 된 이미지에서 아티팩트를 야기 해상도 저하를 야기 디 포커싱한다. 이미지 품질 문제를 피하기 위해서 그 다음 샘플을 스캔하면서 동시에 일어날 수있는 테스트 이미지를 재구성하는 데 중요하다. 이 스캔 설치하는 동안 발생한 모든 문제 또는 문제를 식별하는 데 도움이됩니다. 재구성 된 이미지에 문제가있는 경우 장착 및 정렬 샘플주의를 지불하고 샘플을 다시 검사해야 할 수도 있습니다. 설치하는 동안 다른 문제는 LabVIEW를 오류, 샘플 단계 모터, 또는 일의 부재 문제로 발생할 수있다전자 X 선 빔. 빔라인 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다 빔라인의 매뉴얼에 문제 해결에 대한 자세한 단계가 있습니다. 이미지 품질을 개선하거나 실험자 문제에서 오는 경우가 아닌 수동으로 덮여에 대.......

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공개 사항

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저자는 공개 아무것도 없어.

감사의 글

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이 작품의 LLNL 부분은 계약 DE-AC52-07NA27344에서 로렌스 리버모어 국립 연구소에 의해 미국 에너지 부의 후원하에 수행 하였다. 인텔 공사 저자는 데이터 수집 및 도움이 토론의 일부 인텔에서 Pilin 리우, 리앙 후, 윌리엄 해먼드, 카를로스 Orduno에게 감사의 말씀을 전합니다. 고급 광원은 계약 번호 DE-AC02-05CH11231에서 미국 에너지 부 국장, 과학의 사무실, 기초 에너지 과학 사무소에 의해 지원됩니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Beamline 8.3.2Advanced Light Source, 미국http://microct.lbl.gov/
캘리포니아주 버클리

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Tian, T., et al. Quantitative X-ray microtomography study of 3-D void growth induced by electromigration in eutectic SnPb flip-chip solder joints. Scr. Mater. 65, 646-649 (2011).
  2. Tian, T., et al.

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재인쇄 및 허가

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