멀티 스케일 3 차원 마이크로 전자 패키지를 조사하는 방사광 Microtomography 사용

이 실험은 복잡한 다단계 샘플을 조사하기 위해 비파괴 3차원 이미징 기술인 싱크로트론 방사선 마이크로단층촬영을 활용하도록 설계되었습니다. 여기에서 이미징된 샘플은 단면적이 약 17 x 17mm인 전체 마이크로 전자 패키지입니다. 그러나 우리가 해상도에 관심이 있는 기능은 마이크로미터에서 밀리미터로 확장되는 길이 범위입니다.

이 기술의 주요 장점은 빠른 데이터 수집 시간으로 마이크로미터 규모에서 마이크로전자 패키지를 비파괴적으로 평가할 수 있다는 것입니다. 캘리포니아 버클리에 있는 Advanced Light Source의 메이커 단층 촬영 빔 라인은 부피 및 밀도와 같은 샘플의 특성에 따라 해상도와 이미지 품질을 최적화하도록 조정할 수 있는 설정을 갖추고 있습니다. 그러나 샘플 크기는 최대 허용 시야인 36 x 36mm로 제한됩니다.

이 방법은 반도체 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 전자 패키지를 분석하고 공정 개발의 신뢰성 테스트를 통해 고장을 식별하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 실험적 유연성을 제공하거나 X선 소스가 복잡한 차세대 마이크로 전자 패키지에서 결함을 신속하게 감지할 수 있는 방법을 제공하는 데 사용할 수 있습니다. 빔 라인의 회전 스테이지에 맞도록 설계된 샘플 홀더에 샘플을 장착하여 스캔을 위해 샘플을 준비합니다.

맞춤형 마운트가 없는 샘플의 경우amp점토 또는 왁스가 있는 포스트 또는 드릴 척에 샘플을 부착합니다. 허치 내부의 회전 스테이지에 샘플을 로드하기 전에 샘플을 정렬하는 데 사용되는 오프라인 모의 회전 스테이지가 있습니다. 회전 중심의 육안 검사는 일반적으로 정렬에 충분합니다.

s를 장착합니다.amp허치 내부의 샘플 홀더에 부착된 le. 샘플이 허치에 장착되면 두 개의 직교 센터링 모터를 통해 회전 중심을 기준으로 샘플을 배치할 수 있습니다. 관심 있는 샘플 크기와 피처 크기에 따라 스캔의 배율을 선택합니다.

여기에서 스캔한 샘플은 가장 긴 방향으로 22.6mm이므로 PCO 포인트 4, 000을 가진 1X 렌즈를 선택합니다. 이 조합은 가장 큰 샘플 시야를 제공합니다. 결과 픽셀 크기는 8.7미크론입니다.

X-ray 에너지를 설정하거나 빔 라인 제어 컴퓨터를 사용하여 다색 빔으로 전환합니다. 최상의 품질 이미지를 얻으려면 데이터 수집 컴퓨터에서 측정할 수 있는 약 30% 전송을 목표로 에너지 선택을 기반으로 합니다. 일반적으로 투과율은 에너지가 증가함에 따라 증가합니다.

마이크로 전자 패키지의 경우 패키지의 두께와 재질로 인해 백색광을 선택하십시오. 백색광 모드를 사용할 때 X선 빔에 맞춰 2-4개의 금속 알루미늄 및 구리 필터를 추가하여 저에너지 X선을 걸러냅니다. 이 샘플의 경우 총 두께가 약 1.2mm인 두 개의 구리 시트를 사용합니다.

그런 다음 스테이지의 회전 중심이 카메라의 중심과 정렬되어 있는지 확인합니다. 샘플이 정렬되었는지 확인하려면 빔 라인 제어 컴퓨터의 소프트웨어를 사용하여 180도 회전하고 컴퓨터에서 방사선 사진을 보면서 샘플 위치의 변화를 육안으로 관찰합니다. 동일한 컴퓨터에서 맞춤에 대한 변경 내용을 제어합니다.

s를 설정합니다.amp스캔을 위한 감지기 거리로. 카메라는 수평으로 이동할 수 있는 병진 스테이지에 있으며 샘플을 검출기 거리로 변경하는 데 사용됩니다. 거리가 멀어지면 얼굴 대비 기여도도 증가합니다.

원하는 각도 범위와 해당 범위에서 수집할 이미지 수를 입력합니다. 더 많은 각도를 선택할수록 스캔 시간이 길어지고 데이터 세트 크기가 커집니다. 이 연구에서는 데이터 수집 중에 180도에 걸쳐 1, 025 각도를 사용합니다.

텍스트 프로토콜에 설명된 대로 스캐닝 모드와 명시야 및 암시야 이미지의 수를 선택한 후, 재구성된 이미지에서 큰 결함을 방지하기 위해 명시야 이미지에 존재하지 않도록 샘플이 충분히 멀리 번역되었는지 확인합니다. 여기에서 15개의 암시야 이미지와 15개의 명시야 이미지를 획득합니다. 타일링이 필요한지 확인한 후 데이터 수집 컴퓨터에서 스캔 실행을 실행합니다.

입력된 설정에 따라 스캔이 자동으로 실행됩니다. 여기에 표시된 것은 8.7미크론 해상도와 3분의 스캔 시간으로 이미징된 패키지의 전체 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이 시스템의 3D 렌더링입니다. 패키지의 영역을 확대하여 보면 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이 기판과 회로 기판 상호 연결의 한쪽 모서리가 표시됩니다.

세 가지 서로 다른 상호 연결 레벨의 3D 볼륨 렌더링은 8.7미크론 해상도의 전체 시스템 패키지를 보여줍니다. 여기에서는 1차 레벨 인터커넥트 및 미드 레벨 인터커넥트 솔더 연결이 있는 수직 스캔된 CPU 염료 패키지의 3D 재구성 이미지가 표시됩니다. 2D 재구성 슬라이스의 확대된 영역은 의도적인 열 응력 테스트 중에 발생한 큰 중앙 공극과 균열이 있는 중간 수준의 상호 연결 솔더 볼을 보여줍니다.

이 동영상은 수평 방향으로 이미지화된 마이크로 전자 패키지의 단층 촬영 이미지를 보여줍니다. 16 x 16제곱밀리미터 패키지의 3D 볼륨 렌더링은 다양한 관점에서 보여줍니다. 여기서 동영상은 다양한 단면 뷰를 통해 이동하여 패키지 내의 내부 정보를 표시합니다.

특히 테이블탑 CT 시스템에 비해 더 빠른 처리량 투입 시간으로 큰 시료 크기를 수용할 수 있는 단층 촬영의 능력은 반도체 산업에서 가장 중요합니다. 이 기술을 사용하면 균열, 공극, 박리, 결함 등을 비파괴적으로 정량화할 수 있습니다. 이 방법은 마이크로 일렉트로닉스 산업을 위한 솔더 조인트 인터커넥트에 대한 통찰력을 제공하는 데 매우 유용합니다.

그러나 금속 합금, 복합 재료, 생체 재료, 유기물 및 적층 제조 부품과 같은 광범위한 재료 시스템에도 적용할 수 있습니다. 싱크로트론 방사선 마이크로단층촬영을 사용하여 이미지화할 수 있는 다양한 재료와 부피가 있지만, ALS 싱크로트론 시설에서 사용할 수 있는 에너지 범위로 인해 제한이 있습니다. 특히, 고밀도 물질은 샘플을 통해 충분한 X-ray 투과율을 얻어야 하기 때문에 매우 얇은 샘플 크기로 제한됩니다.

실험 설정 중 가장 중요한 단계 중 하나는 광학 장치의 안정적인 장착 및 집중입니다. 이러한 단계는 데이터 정량화에 사용할 수 있는 고품질 이미지를 얻는 데 매우 중요합니다. 구체적으로 말하자면, 샘플이 조금만 움직여도 재구성된 이미지에 아티팩트가 발생하고, 초점으로 인해 해상도가 저하됩니다.

이미지 품질 문제를 방지하려면 다음 샘플이 스캔하는 동안 동시에 수행할 수 있는 테스트 이미지를 재구성합니다. 이러한 유형의 실험을 시도하는 동안 샘플 속성에 따라 설정을 수정하고 실험 절차 최적화에 대해 빔 라인 과학자와 상의하는 것이 중요합니다. 싱크로트론 방사선 마이크로단층촬영의 고해상도 기능은 고장 분석과 조립 공정 개발 모두에 귀중한 정보를 제공합니다.

마이크로 전자 패키지에 싱크로트론 3D X-ray CT를 적용하면 신뢰성 테스트, 복잡한 패키지의 고장 검사를 포함하여 3D 마이크로 전자 패키지의 평등 및 신뢰성에 대한 광범위한 가능성이 열립니다. 또한 차세대 실험실 규모 3D X-ray CT 개발을 위한 방향을 제시합니다.