Met behulp van Synchrotron Radiation Microtomografie Multi-scale Driedimensionale Microelectronic pakketten Onderzoek

Dit experiment is ontworpen om synchrotronstraling microtomografie te gebruiken, een niet-destructieve driedimensionale beeldtechniek, om een complex monster met meerdere lagen te onderzoeken. Het monster dat hier wordt afgebeeld is een complete micro-elektronische verpakking met een doorsnede van ongeveer 17 bij 17 millimeter. De functies die we willen oplossen, variëren echter in lengte van micrometer tot millimeter.

Het grote voordeel van deze techniek is dat de micro-elektronische verpakking op micrometerschaal niet-destructief kan worden geëvalueerd met een snelle gegevensverwervingstijd. De maker-tomografiestraallijn bij de Advanced Light Source in Berkeley, Californië, heeft een opstelling die kan worden aangepast om de resolutie en beeldkwaliteit te optimaliseren op basis van de eigenschappen van een monster, zoals volume en dichtheid. De monstergrootte is echter beperkt tot een maximaal toegestaan gezichtsveld van 36 bij 36 millimeter.

Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in de halfgeleidersector te beantwoorden. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt om elektronische pakketten te analyseren en storingen te identificeren door middel van een betrouwbaarheidstest in het procesontwikkeling, evenals om experimentele flexibiliteit te bieden of hoe een röntgenbron snel defecten in complexe volgende generatie micro-elektronische pakketten kan detecteren. Bereid het monster voor op de scan door het op een monsterhouder te monteren die is ontworpen om in de draaitafel van de straallijn te passen.

Voor monsters zonder speciale houder, bevestig het monster aan een post of boorkop met klei of was. Voordat het monster op de draaitafel in de hut wordt geladen, is er een offline draaitafel-mock-up die wordt gebruikt om het monster uit te lijnen. Visuele inspectie van het draaipunt is meestal voldoende voor de uitlijning.

Monteer het monster dat aan de monsterhouder is bevestigd in de hut. Nadat het monster in de hut is gemonteerd, laten twee orthogonale centreringsmotoren het positioneren van het monster ten opzichte van het draaipunt toe. Selecteer de vergroting voor de scan op basis van de monstergrootte en de functiegrootte van belang.

Aangezien het hier gescande monster 22,6 millimeter is in de langste richting, selecteer de 1X lens met de PCO punt 4.000. Deze combinatie geeft het grootste monsterveld. De resulterende pixelgrootte is 8,7 micron.

Stel de röntgenenergie in, of schakel over naar een polychromatische straal met behulp van de besturingscomputer van de straallijn. Om de beste beeldkwaliteit te krijgen, baseer de energiekeuze op een doel van ongeveer 30% transmissie, die kan worden gemeten op de gegevensverwervingscomputer. In het algemeen neemt de procentuele transmissie toe met toenemende energie.

Voor het micro-elektronische pakket, selecteer wit licht vanwege de dikte en het materiaal van het pakket. Wanneer wit lichtmodus wordt gebruikt, voegt u twee tot vier metalen aluminium- en koperfilters toe in de lijn met de röntgenstraal om de lager energie röntgenstralen te filteren. Gebruik voor dit monster twee koperplaten met een totale dikte van ongeveer 1,2 millimeter.

Controleer vervolgens of het draaipunt van de tafel is uitgelijnd met het middelpunt van de camera. Om te controleren of het monster is uitgelijnd, draait u het 180 graden met behulp van software op de besturingscomputer van de straallijn en observeert u visueel de verandering in monsterlocatie door de radiografiën op de computer te bekijken. Beheer wijzigingen in uitlijning op dezelfde computer.

Stel de monster-detector afstand in voor de scan. De camera bevindt zich op een translatietrap die horizontaal kan bewegen en wordt gebruikt om de monster-detector afstand te wijzigen. Wanneer de afstand toeneemt, neemt ook de bijdrage van het gezichtscontrast toe.

Voer de gewenste hoekbereik en het aantal beelden in dat moet worden verzameld over dat bereik. Hoe meer hoeken worden geselecteerd, hoe langer de scantijden en hoe groter de datasetgrootte. Gebruik voor deze studie 1.025 hoeken over 180 graden tijdens de gegevensverwerving.

Nadat het scanmodus en het aantal heldere en donkere veldbeelden zoals beschreven in het tekstprotocol is geselecteerd, controleert u of het monster ver genoeg is vertaald zodat het niet aanwezig is in het heldere veldbeeld om grote defecten in de gereconstrueerde beelden te voorkomen. Verzamel hier 15 donkerveldbeelden en 15 helderveldbeelden. Na te hebben bepaald of betegeling noodzakelijk is, voert u de scan uit op de gegevensverwervingscomputer.

De scan loopt automatisch op basis van de ingevoerde instellingen. Hier wordt een 3D-weergave van een volledig veldprogrammeerbaar poortarraysysteem in pakket afgebeeld met een resolutie van 8,7 micron en een scantijd van drie minuten. Een ingezoomde weergave van een gebied van het pakket toont een hoek van het veldprogrammeerbaar poortarray-substraat en de verbindingen van de circuitkaart.

Een 3D volume rendering van de drie verschillende verbindingsniveaus toont het hele systeem in pakket met een resolutie van 8,7 micron. Hier wordt een 3D gereconstrueerd beeld van de verticaal gescande CPU-kleurenstof pakket met eerste niveau verbinding en middenniveau verbinding soldeerverbindingen getoond. Een ingezoomde regio van een 2D gereconstrueerd snede toont een middenniveau verbinding soldeerbal met een grote centrale holte en scheuren veroorzaakt tijdens opzettelijk thermische stresstesten.

Deze film toont tomografiebeelden van het micro-elektronische pakket dat in de horizontale oriëntatie is afgebeeld. De 3D volume rendering van het 16 bij 16 vierkante millimeter pakket toont het vanuit verschillende perspectieven. Hier zoomt de film door de verschillende dwarsdoorsneden om interne informatie vanuit het pakket te tonen.

Het vermogen van tomografie om grote monstergroottes met snellere doorvoertijden te accommoderen, vooral in vergelijking met tafelblad CT-systemen, is van het grootste belang voor de halfgeleiderindustrie. Deze techniek maakt niet-destructieve kwantificering van scheuren, holten, delaminatie, defecten en nog veel meer mogelijk. Deze methode is zeer nuttig voor het verschaffen van inzicht in soldeerverbindingen voor de micro-elektronica-industrie.

Het kan echter ook