С использованием синхротронного излучения микротомография Расследования многомасштабном Трехмерные Микроэлектронные пакеты

Этот эксперимент был разработан для использования микротомографии синхротронного излучения, которая представляет собой неразрушающий метод трехмерной визуализации, для исследования сложного многоуровневого образца. Образец, который здесь визуализируется, представляет собой целый микроэлектронный корпус с площадью поперечного сечения примерно 17 на 17 миллиметров. Тем не менее, функции, которые нас интересуют, разрешают диапазон по длине от микрометра до миллиметра.

Основное преимущество этого метода заключается в том, что он может неразрушающим образом оценивать микроэлектронный корпус в микрометровом масштабе с быстрым временем сбора данных. Линия пучков томографии производителя в компании Advanced Light Source в Беркли, штат Калифорния, имеет установку, которая может быть настроена для оптимизации разрешения и качества изображения в зависимости от свойств образца, таких как объем и плотность. Однако размер выборки ограничен максимально допустимым полем зрения 36 на 36 миллиметров.

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области полупроводников. Например, его можно использовать для анализа электронных корпусов и выявления отказов с помощью теста на надежность при разработке технологического процесса, а также для обеспечения экспериментальной гибкости или для того, чтобы источник рентгеновского излучения мог быстро обнаруживать дефекты в сложных микроэлектронных корпусах следующего поколения. Подготовьте образец к сканированию, установив его на держатель образца, предназначенный для установки во вращающийся столик линии луча.

Для образцов, которые не имеют специального крепления, приклейте образец к столбу или сверлильному патрону с глиной или воском. Перед загрузкой образца на поворотный столик внутри контейнера существует автономный макет поворотного этапа, который используется для выравнивания образца. Для центровки обычно достаточно визуального осмотра центра вращения.

Установите образец, прикрепленный к держателю образца, внутри домика. После установки образца в контейнер два ортогональных центрирующих двигателя позволяют расположить образец относительно центра вращения. Выберите увеличение для сканирования в зависимости от размера образца и интересующего объекта.

Поскольку отсканированный здесь образец имеет длину 22,6 миллиметра в самом длинном направлении, выберите объектив 1X с точкой PCO 4 000. Эта комбинация дает самое большое поле зрения выборки. Полученный размер пикселя составляет 8,7 мкм.

Установите энергию рентгеновского излучения, или переключитесь на полихроматический луч с помощью компьютера управления линией луча. Чтобы получить изображение наилучшего качества, выбор энергии должен основываться на направлении примерно 30% пропускания, которое можно измерить на компьютере сбора данных. В целом, процент пропускания увеличивается с увеличением энергии.

Для микроэлектронного корпуса выбирайте белый свет в зависимости от толщины и материала упаковки. При использовании режима белого света добавьте от двух до четырех металлических, алюминиевых и медных фильтров на одной линии с рентгеновским лучом, чтобы отфильтровать рентгеновские лучи с более низкой энергией. Для этого образца используют два медных листа общей толщиной примерно 1,2 миллиметра.

Затем убедитесь, что центр вращения рабочей области выровнен с центром камеры. Чтобы убедиться, что образец выровнен, поверните его на 180 градусов с помощью программного обеспечения на компьютере управления линией луча и визуально наблюдайте за изменением местоположения образца, просматривая рентгенограммы на компьютере. Управляйте изменениями выравнивания на том же компьютере.

Установите расстояние от образца до детектора для сканирования. Камера находится на поступательном столике, который может перемещаться горизонтально и используется для изменения расстояния от образца до детектора. Когда расстояние увеличивается, вклад контраста лица также увеличивается.

Введите желаемый угловой диапазон и количество изображений, которые необходимо собрать в этом диапазоне. Чем больше выбранных углов, тем дольше время сканирования и больше размер набора данных. Для этого исследования используйте углы 1 025 свыше 180 градусов во время сбора данных.

После выбора режима сканирования и количества изображений светлого и темного поля, как описано в текстовом протоколе, убедитесь, что образец переведен достаточно далеко, чтобы его не было на изображении светлого поля, чтобы избежать больших дефектов на восстановленных изображениях. Здесь можно получить 15 изображений темного поля и 15 изображений светлого поля. Определив необходимость разбиения на листы, выполните сканирование на компьютере сбора данных.

Сканирование будет выполнено автоматически на основе введенных настроек. Здесь показана 3D-визуализация всей программируемой в поле системы вентильных матриц в корпусе с разрешением 8,7 микрон и временем сканирования три минуты. Увеличенный вид области корпуса показывает один угол подложки программируемой пользователем вентильной матрицы и межсоединений печатной платы.

Объемная 3D-визуализация трех различных уровней межсоединений показывает всю систему в корпусе с разрешением 8,7 микрона. Здесь показано 3D-реконструированное изображение вертикально отсканированного пакета красителя ЦП с межблочными соединениями первого уровня и межблочными паяными соединениями среднего уровня. Увеличенная область реконструированного 2D-среза показывает шарик межблочного припоя среднего уровня с большой центральной пустотой и трещинами, образовавшимися во время преднамеренных испытаний на термическую нагрузку.

В этом фильме показаны томографические изображения микроэлектронного корпуса, снятые в горизонтальной ориентации. Объемный 3D-рендеринг корпуса размером 16 на 16 квадратных миллиметров показывает его с разных ракурсов. Здесь фильм перемещается по различным поперечным представлениям, чтобы показать внутреннюю информацию из пакета.

Способность томографии работать с образцами больших размеров с более быстрым временем установки, особенно по сравнению с настольными системами компьютерной томографии, имеет первостепенное значение для полупроводниковой промышленности. Этот метод позволяет проводить неразрушающую количественную оценку трещин, пустот, расслоений, дефектов и многого другого. Этот метод очень полезен для получения информации о межсоединениях паяных соединений для микроэлектронной промышленности.

Тем не менее, он также может быть применен к широкому спектру материальных систем, таких как металлические сплавы, композиты, биоматериалы, органические вещества и компоненты, изготовленные методом аддитивного производства. Несмотря на широкий спектр материалов и объемов, которые можно визуализировать с помощью микротомографии с синхротронным излучением, существуют ограничения, связанные с доступным диапазоном энергий на синхротронной установке ALS. В частности, материалы высокой плотности ограничены очень тонкими размерами образцов из-за необходимости обеспечить достаточное пропускание рентгеновского излучения через образец.

Одним из наиболее важных этапов во время экспериментальной установки является стабильная установка и фокусировка оптики. Эти шаги жизненно важны для получения качественных изображений, которые можно использовать для количественной оценки данных. В частности, даже незначительное движение образца приводит к артефактам на восстановленном изображении, а фокусировка приводит к ухудшению разрешения.

Чтобы избежать проблем с качеством изображения, восстановите тестовое изображение, которое может быть получено одновременно со сканированием следующего образца. При проведении экспериментов такого типа важно изменить установку в зависимости от свойств образца и поговорить с ученым по линии пучка об оптимизации экспериментальных процедур. Возможности микротомографии с синхротронным излучением с высоким разрешением предоставляют ценную информацию как для анализа отказов, так и для разработки процесса сборки.

Применение синхротронной 3D рентгеновской компьютерной томографии в микроэлектронном корпусе открывает широкие возможности в области равенства и надежности 3D микроэлектронных корпусов, включая испытания на надежность, инспекцию отказов в сложных корпусах. Он также определяет направления развития лабораторной 3D-рентгеновской компьютерной томографии следующего поколения.