Summary
لهذه الدراسة أشعة السنكروترون الصغيرة التصوير المقطعي، وهي تقنية تصوير غير مدمرة ثلاثية الأبعاد، ويعمل على تحقيق حزمة إلكترونية دقيقة كاملة مع مساحة المقطع العرضي من 16 × 16 مم. بسبب تدفق عالية والسنكروترون وسطوع تم تصوير العينة في غضون 3 دقائق مع القرار المكانية 8.7 ميكرون.
Abstract
أشعة السنكروترون الصغيرة التصوير المقطعي (SRμT) هو غير مدمرة ثلاثية الأبعاد تقنية (3D) التصوير التي توفر تدفق عالية لمدة التحصيل السريع للبيانات مع قرار مكانية عالية. في صناعة الإلكترونيات هناك رغبة جادة في إجراء تحليل الفشل على الحزم الالكترونية الدقيقة 3D، وكثير التي تحتوي على مستويات متعددة من الترابط ذات الكثافة السكانية العالية. في كثير من الأحيان في التصوير المقطعي هناك مفاضلة بين دقة وضوح الصورة وحجم عينة التي يمكن تصويرها. هذه العلاقة العكسية يحد من فائدة من الأنظمة التقليدية التصوير المقطعي (CT) منذ حزمة الإلكترونيات الدقيقة غالبا ما تكون كبيرة في مساحة المقطع العرضي 100-3،600 ملم 2، ولكن لديها ميزات هامة على نطاق ميكرون. على خط الأشعة، التصوير المقطعي الصغيرة في المصدر المتقدم الخفيفة (ALS)، في بيركلي، كاليفورنيا الولايات المتحدة الأمريكية، لديها الإعداد وهي قابلة للتكيف، ويمكن أن تكون مصممة لخصائص عينة، أي، الكثافة، سمك، الخ، وبحد أقصى تسمحالمقطع العرضي قادرة من 36 × 36 ملم. ويتميز هذا الإعداد أيضا خيار أن تكون إما أحادية اللون في حدود الطاقة ~ 7-43 كيلو أو تعمل مع تدفق كحد أقصى في وضع الضوء الأبيض باستخدام شعاع متعدد الألوان. المقدمة هنا هي تفاصيل الخطوات التجريبية التي اتخذت لصورة نظام كامل 16 × 16 ملم ضمن حزمة، من أجل الحصول على صور 3D من النظام مع القرار المكانية من 8.7 ميكرون فقط في غضون فترة زمنية المسح أقل من 3 دقائق. كما هو موضح نتائج من حزم الممسوحة ضوئيا في اتجاهات مختلفة ومجموعة مقطوع لدقة أعلى التصوير. في المقابل نظام CT التقليدية من شأنه أن يستغرق ساعات لتسجيل البيانات مع قرار يحتمل أن تكون أكثر فقرا. في الواقع، فإن نسبة من مجال للعرض لآخر الخرج هو أعلى بكثير عند استخدام الإعداد السنكروترون الإشعاع التصوير المقطعي. وصف أدناه من الإعداد التجريبية يمكن تنفيذها وتكييفها للاستخدام مع غيرها من العديد من المواد متعددة.
Introduction
في مجال الالكترونيات الدقيقة، كما هو الحال في العديد من المجالات الأخرى، والتقييم غير المدمرة على الصعيد ميكرومتر ضروري عندما تميز العينات. خصيصا لصناعة الالكترونيات الدقيقة هناك اهتمام في التحقيق في الالكترونيات الدقيقة حزم 3D، تحتوي على مستويات متعددة ومواد متعددة، وتحديد الفشل في حزم خلال الحرارية والكهربائية، والميكانيكية مؤكدا المكونات. في جميع أنحاء العالم السنكروترون عينت مرافق الأشعة المقطعي والحيود beamlines التي تستخدم لتحليل فشل حزم الإلكترونيات الدقيقة. بعض الأمثلة على ذلك والتصوير تشكيل الفراغ الناجم عن electromigration 1-3، وتقييم آليات 4،5 النمو الطولي القصدير، الرصدات في الموقع من undercooling والتمدد الحراري متباين من القصدير والمركبات السبائك (IMCs) 6،7، في مراقبة الموقع من التصلب وتشكيل IMC 10/08، متباين الخواص السلوك الميكانيكي والتبلور من القصدير والرصاص حام خالية 10، فراغات في المطبات رقاقة الوجه، والرصدات في الموقع من حج-nanoink تلبد 11. وجميع هذه الدراسات أكثر تقدما في فهم وتطوير المكونات في صناعة الإلكترونيات الدقيقة. ومع ذلك، فقد ركزت العديد من هذه الدراسات في مناطق صغيرة داخل الحزمة. يمكن استقاها مزيد من المعلومات عن الاختبار وتميز حزمة بالحجم الكامل باستخدام عالية الدقة SRμT من أجل تعزيز تنميتها.
الحزم الإلكترونية التي يتم إنتاجها الآن تحتوي على طبقات متعددة من الرقاقات. هذه الحزم والأجهزة تنمو أكثر وأكثر تعقيدا مما يدعو إلى حل 3D لتقييم غير مدمرة فيما يتعلق بتحليل الفشل، ومراقبة الجودة، وتقييم المخاطر والموثوقية، والتنمية. تتطلب بعض العيوب الاسلوب الذي يمكن الكشف عن ميزات أقل من 5 ميكرون في الحجم، والتي تشمل الفراغات والشقوق تشكيل داخل النحاس سوفيا bstrate، وتحديد عدم الاتصال منصات مفتوحة وnonwet لحام في التعبئة والتغليف متعدد المستويات 12، وتحديد وقياس الفراغات في المصفوفات الكرة شبكة (Bgas اليد) وC4 وصلات اللحام. خلال عملية التجميع الركيزة يجب تحديد هذه الأنواع من العيوب ومراقبتها على نطاق واسع لتجنب الفشل غير المرغوب فيها.
نظم حاليا المقطعية باستخدام مصادر المختبري، المعروف أيضا باسم الطاولة، قادرين على توفير يصل إلى ~ 1 ميكرون القرار المكانية، وتستخدم لعزل فشل في حزم متعددة المستويات مع نتائج واعدة. ومع ذلك، نظم الطاولة CT لها بعض القيود بالمقارنة مع الاجهزة SRμT 13،14. تقتصر أنظمة الطاولة فقط لتصوير مجموعة كثافة معينة من المواد لأنها عادة ما تحتوي فقط أطياف مصدر واحد أو اثنين من الأشعة السينية. أيضا من خلال-وضع الوقت (تي بي تي) لا يزال طويلا لأنظمة الطاولة CT التقليدية التي تتطلب عدة ساعات من وقت الحصول على البيانات في 1-2 ملم 2 المنطقة من اهتمام، والتي كاليفورنيان تحد من فائدته. على سبيل المثال، تحليل الفشل في خلال فيا السيليكون (تي اس)، Bgas اليد أو المفاصل C4 غالبا ما تتطلب الحصول على الميدان المتعدد المشاهدات (فوف) أو المناطق ذات الاهتمام بدقة عالية داخل العينة، مما أدى إلى مجموع TPT من 8-12 ساعة، وهو سدادة عرض لأنظمة CT الطاولة التقليدية عندما يجب أن تحلل عينات متعددة. يوفر أشعة السنكروترون أعلى بكثير تدفق وسطوع من مصادر الأشعة السينية التقليدية، مما أدى إلى أسرع بكثير مرات الحصول على البيانات لمنطقة معينة من الفائدة. على الرغم من أن SRμT لا تسمح لمزيد من المرونة فيما يتعلق أنواع من المواد التي يمكن تصويرها وحجم العينة، فإن لديها قيود، والتي هي محددة لمصدر السنكروترون والإعداد المستخدم، والحد الأقصى تحديدا سمك مقبول وحجم العينة. لإعداد SRμT في ALS المساحة القصوى مستعرضة التي يمكن تصويرها هي <36 × 36 ملم وسماكة تقتصر من قبل مجموعة الطاقة وتدفقها المتاحة وهي الصورة الماديةpecific.
وتستخدم هذه الدراسة إلى إظهار كيف يمكن الاستفادة SRμT إلى صورة نظام متعدد المستويات كامل في حزمة (SIP) مع دقة عالية ومنخفضة تي بي تي (3-20 دقيقة) لاستخدامها في فحص حزم أشباه الموصلات 3D. مزيد من التفاصيل حول مقارنة الطاولة CT لالسنكروترون المصدر CT ويمكن الاطلاع في المراجع 13،14.
التجريبية نظرة عامة وخط الأشعة 8.3.2 الوصف:
وهناك مرافق السنكروترون المتاحة للتجارب التصوير المقطعي في جميع أنحاء العالم. معظم هذه المنشآت يتطلب تقديم مقترح حيث يصف التجريبي التجربة، فضلا عن تأثير العلمي. وصف التجارب هنا أجريت في كل من المرض في مختبر لورنس بيركلي الوطني (LBNL) في خط الأشعة 8.3.2. لهذا خط الأشعة هناك خياران وضع الطاقة: 1) أحادية اللون في حدود الطاقة ~ 7-43 كيلو أو 2) متعدد الألوان "الأبيض" الضوء فيها عن توافر كامليستخدم الطيف الطاقة بلي عند مسح المواد عالية الكثافة. أثناء الفحص نموذجية في خط الأشعة 8.3.2 هي التي شنت على العينة على مرحلة التناوب حيث الأشعة السينية تخترق العينة، ثم يتم تحويل الأشعة السينية الموهنة في الضوء المرئي من خلال ماض، تضخيم بواسطة عدسة، ومن ثم إسقاطها على CCD للتسجيل. يتم ذلك بينما تدور العينة 0-180 درجة إنتاج كومة من الصور التي هي أعيد بناؤها للحصول على عرض 3D من العينة مع قرار ميكرومتر. ويتراوح الناتج الشعاعي الطبقي حجم بيانات من ~ 3-20 جيجابايت اعتمادا على المعلمات المسح الضوئي. ويبين الشكل 1 تخطيطي من القفص حيث يتم فحص العينة.
بروتوكول التالية المعروضة هنا يصف الإعداد التجريبية، والحصول على البيانات، والخطوات اللازمة لمعالجة التصوير حزمة إلكترونية دقيقة كاملة، ولكن الخطوات التي يمكن تعديلها لصورة مجموعة متنوعة من العينات. تعتمد التعديلات على حجم العينة،الكثافة، وهندستها، والميزات المثيرة للاهتمام. الجدولين 1 و 2 الحاضر القرار وعينة مجموعات حجم المتاحة في خط الأشعة 8.3.2 (ALS، LBNL، بيركلي، كاليفورنيا). لحزمة الإلكترونيات الدقيقة التحقيق هنا تم تصوير العينة باستخدام متعدد الألوان ( "الأبيض") شعاع، الذي تم اختياره نظرا لسماكة وذات الكثافة العالية من مكونات العينة. تم تحميل العينة في اتجاه أفقي على تشاك جبل، هذا التوجه يسمح للعينة كلها لتناسب داخل ارتفاع شعاع، وهو بالتوازي مع ارتفاع ~ 4 ملم وعرض ~ 40 ملم، وبالتالي تتطلب واحد فقط مسح لالتقاط العينة بأكملها.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تم كتابة تفاصيل البروتوكول هو موضح أدناه خصيصا للعمل على خط الأشعة 8.3.2 في ALS، بيركلي، كاليفورنيا: مذكرة قد تكون هناك حاجة تكييفات للعمل في مرافق السنكروترون الأخرى، التي يمكن العثور عليها في جميع أنحاء العالم. مطلوب السلامة المناسبة والتدريب الإشعاع لتشغيل التجارب في هذه المرافق، والمبادئ التوجيهية للتدريب ويمكن الاطلاع على موقع كل مرفق السنكروترون الفردية. أي تغييرات أو تحديثات لبروتوكول التصوير المقطعي (ALS، LBNL، بيركلي، كاليفورنيا) يمكن الاطلاع على دليل خط الأشعة 15. تفاصيل عن عملية التصوير المقطعي يمكن العثور عليها في المرجع 16. هم العلماء خط الأشعة للإجابة عن أي أسئلة، وسوف يسهل الإعداد التجريبية.
1. خطوات لإجراء التصوير المقطعي المسح في خط الأشعة 8.3.2 (ALS، LBNL)
- تحضير العينة للفحص من قبل المتصاعدة على صاحب العينة مصممة لتناسب في مرحلة التناوب على خط الأشعة و. للعينات التي لم يكن لديك الزبونجبل أوم، والتمسك العينة إلى آخر أو حفر تشوك مع الطين أو الشمع.
ملاحظة: وكانت العينة الممسوحة ضوئيا في هذه الدراسة مجموعة الإلكترونيات الدقيقة التي هي 16 × 16 مم وفقط ~ 3 مم في الارتفاع. من أجل احتواء الحزمة بأكملها في مجال الرؤية وشنت عينة أفقيا باستخدام الطين المقدمة في خط الأشعة.- محاذاة عينة للتأكد من أنه عندما تدور من خلال 180 درجة أنه يبقى داخل مجال الرؤية. قبل تحميل العينة على مرحلة التناوب داخل قفص هناك مرحلة التناوب وهمية حاليا التي تستخدم لمحاذاة العينة. الفحص البصري من مركز الدوران وعادة ما يكفي لمحاذاة.
- جبل العينة المرفقة لصاحب العينة داخل القفص. مرة واحدة وقد شنت العينة في القفص، اثنين من المحركات تمركز متعامدة تسمح لتحديد المواقع من العينة فيما يتعلق مركز الدوران.
ملاحظة: في بعض الأحيان هناك حاجة إلى إعداد العينات في وقت مبكر التجربة من أجل التأكد من العينةحجم الصحيح لالدقة المطلوبة. على سبيل المثال، كان مقطوع بعض من الحزم الالكترونية الدقيقة 16 × 16 مم إلى أجزاء أصغر لمزيد من ارتفاع دقة المسح الضوئي. حجم العينة يمكن تحديدها باستخدام الجداول 1 و 2.
- حدد التكبير للمسح على أساس حجم العينة وميزة حجم الفائدة. خط الأشعة 8.3.2 لديها العديد من العدسات للاختيار من بينها والتي تنتج صورا مع مجموعة واسعة من الأحجام بكسل ،35-9 ميكرون. اعتمادا على التكبير، ويجب أن تكون العينة من منطقة مستعرضة المناسبة، ومجال الرؤية يتناقص مع زيادة التكبير.
- منذ العينة الممسوحة ضوئيا هنا هي 22.6 ملم في أطول الاتجاه، حدد عدسة 1X مع PCO.4،000، كما هو مبين في الجدولين 1 و 2، هذا المزيج يعطي أكبر حقل عينة من الرأي. حجم بكسل الناتج هو 8.7 ميكرون.
- تعيين طاقة الأشعة السينية أو التحول إلى polychشعاع Romatic للاستخدام الكمبيوتر التحكم خط الأشعة. مجموعة الطاقة الأشعة السينية في خط الأشعة 8.3.2 مستمر 4-80 كيلو، ولكن شنت مستوحد اللون متعدد الطبقات يحد من نطاق الطاقة إلى ~ 7-43 كيلو، بينما يحدث ذروة التدفق في ~ 12 كيلو. للحصول على أفضل جودة الصورة، قاعدة اختيار الطاقة على استهداف انتقال ~ 30٪، والتي يمكن أن يقاس على اقتناء الحاسوب البيانات. بشكل عام، ويزيد من٪ الإرسال مع زيادة الطاقة.
- لحزمة الإلكترونيات الدقيقة "، حدد الأبيض" ضوء نظرا لسماكة والمادية للصفقة.
ملاحظة: دليل خط الأشعة 8.3.2 تفصيلية خطوات لتغيير بين "الأبيض" الضوء ووضع أحادي اللون. - عند استخدام "الأبيض" وضع ضوء، إضافة 2-4 معدن الألمنيوم والنحاس المرشحات في خط مع شعاع الأشعة السينية من أجل تصفية الأشعة السينية انخفاض الطاقة. لهذه العينة، استخدم 2 ورقة النحاس مع سمك الكلي لل~ 1.2 مم.
- حساب انتقال العدوى عن طريق قدما عينة من تيمالبريد باستخدام:
http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html أو http://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/ أو http://11bm.xray.aps.anl.gov/absorb/absorb فب. على سبيل المثال، إدخال الصيغة الكيميائية وتقدير السمك لإخراج نموذج الإرادة رسم بياني يوضح انتقال في المئة بوصفها وظيفة من مجموعة الطاقة.
- لحزمة الإلكترونيات الدقيقة "، حدد الأبيض" ضوء نظرا لسماكة والمادية للصفقة.
- تحقق من أن مركز مرحلة التناوب يتواءم مع مركز الكاميرا. للتأكد من أن العينة يتم محاذاة تدوير من خلال 180 درجة باستخدام برنامج على الكمبيوتر مراقبة خط الأشعة ومراقبة بصريا التغيير في عينة موقع عن طريق عرض الصور الشعاعية على الكمبيوتر. يتغير التحكم لمحاذاة على نفس جهاز الكمبيوتر. تتدهور جودة الصورة عند محاذاة العينة هو خارج بما فيه الكفاية بحيث مناطق العينة تترك مجال الرؤية أثناء الدوران العينة.
- تعيين يدويا عينة لكاشف عن بعد للمسح. الكاميرا في مرحلة متعدية التي يمكن ان تتحرك أفقيا والتي تستخدملتغيير عينة لمسافة كاشف. عندما تزيد المسافة مساهمة النقيض من المرحلة يزيد أيضا. آثار المرحلة هي مفيدة لأكثر سهولة صورة الشقوق الدقيقة والحواف، ولكن أيضا سبب آخر "تأثير الهالة" القطع الأثرية التي غالبا ما تكون غير مرغوب فيها.
- تحقق من محاذاة خط الأشعة. تحقق من بؤرة الصورة وضبط المحرك التركيز إذا لزم الأمر. تأكد من أن حجم بكسل معايرة صحيحة عن طريق تحريك العينة كمية محددة وقياس عدد البكسل انتقلت عينة لحساب ميكرون / بكسل. سيتغير حجم فوكسل اعتمادا على الإعداد التجريبية.
- تحقق أنه يتحرك الصورة أفقيا، صورة ملامح المسار أفقيا على طول بكسل ثابتة، وإذا لم يكن، وضبط المحرك إمالة الكاميرا بحيث لا. هذا ينسجم محور الدوران بحيث يكون موازيا لأعمدة بكسل، وهو التوافق يفترض في وقت لاحق من قبل الخوارزميات إعادة الإعمار.
- تحديد وقت التعرض لكل صورة شعاعية. مجموعة لوقت التعرض 1-1،500 ميللي ثانية، واختيار يعتمد على الطاقة المسح الضوئي والقرار (الذي يحدد تدفق الملحوظ لكل عنصر الدقة). الوقت المحدد ينبغي أن توفر المفاضلة بين أسرع وقت الفحص والمسح الضوئي مع المزيد من التهم الموجهة إليه، وبالتالي أفضل نسبة الإشارة إلى الضوضاء.
- لحزمة الإلكترونيات الدقيقة، واستخدام وقت فحص عينة من 100 ميللي ثانية في التعرض.
ملاحظة: تأكد من عدم وجود بكسل المشبعة أو أقل على الأقل من الهدف الموصى بها من 100. ومن المقرر ان نظام التحكم لعرض التهم الكاميرا على نطاق وتحويله بحيث القصوى تهم كل كاميرا هي 65،535.
- لحزمة الإلكترونيات الدقيقة، واستخدام وقت فحص عينة من 100 ميللي ثانية في التعرض.
- إعداد معلمات المسح الضوئي باستخدام بيانات اقتناء الحاسوب.
- إدخال المطلوب نطاق الزاوي، وعدد من الصور لجمع أكثر من هذا النطاق. لمزيد من زوايا تحديد الأوقات المسح الضوئي وقتا أطول وأكبر حجم البيانات. أرقام مشتركة من الزوايا هي 513، 1025، و 2049 على نطاق 0-180 درجة. لهذه الدراسة، واستخدام1025 زوايا أكثر من 180 درجة خلال الحصول على البيانات.
- تحديد وضع المسح الضوئي. الخيارين لوضع المسح هي 1) العادي و 2) التصوير المقطعي المستمر. ويفضل وضع مستمر منذ ذلك يؤدي في أقصر وقت الفحص، ~ 3 دقائق. في هذا الوضع، يتحرك مرحلة دوران مستمر كما يتم جمع الصور. في الوضع العادي، توقف مرحلة التناوب في كل زاوية ويتم بعد ذلك جمع صورة.
- تحديد عدد الصور الحقل مشرقة ومظلمة. ضرورية لأداء إعادة الإعمار الصور الحقل مشرقة ومظلمة. للصور المجال المظلمة مصاريع وثيقة ولمجال مشرق أو الصور الخلفية العينات تنتقل من مجال الرؤية. تحقق من أن عينة تترجم بعيدا بما فيه الكفاية بحيث لا تقدم في صورة حقل مشرق من أجل تجنب العيوب الكبيرة في الصور التي أعيد بناؤها. هنا، والحصول على 15 صورة حقل الظلام و15 صورة حقل مشرق.
- تحديد ما إذا كان تبليط ضروري. إذا كانت العينة أطول من س الحقلعرض و هناك خيار التبليط، والتي سوف تفحص عينة ثم ترجمتها عموديا حتى يتم القبض على عينة بأكملها.
- تنفيذ مسح المدى على اكتساب الحاسوب البيانات. سيتم تشغيل المسح الضوئي تلقائيا استنادا إلى الإعدادات المدخلة.
2. خطوات إجراء معالجة البيانات تصوير الشعاعي الطبقي
- نقل البيانات إلى جهاز كمبيوتر تحليل متاح في خط الأشعة لأداء إعادة الإعمار وتصفية مجموعة البيانات باستخدام بروتوكول خط الأشعة. إعادة البناء يمكن تشغيل مستقل من الحصول على البيانات.
ملاحظة: يتم نقل البيانات تلقائيا إلى NERSC، كمبيوتر عالية الأداء، حيث تتم معالجتها وإعادة بنائها. يمكن للمستخدمين الاشتراك للحصول على حساب في NERSC للوصول إلى البيانات من خلال البوابة الإلكترونية سبوت جناح في spot.nersc.gov. هذه البوابة لا تزال في نمط التنمية، والكثير من المستخدمين يفضلون الحصول على مزيد من السيطرة على المعلمات إعادة الإعمار، في هذه الحالة اتباع الخطوات المتبقية. - Reconstruct الصور الخام باتباع الخطوات التالية: 1) تطبيع الصور، 2) خلق كومة من sinograms، 3) تطبيق إزالة عصابة / المرشحات، و 4) إجراء إعادة الإعمار شعاع مواز. وتستند عملية إعادة البناء وتصفيتها العودة خوارزمية الإسقاط. نتائج عملية إعادة الإعمار في صور TIFF التي تحتوي على معلومات عن مكان وكثافة كل بيكسل مما يصل حجم العينة. ويرد التخطيطي للعملية برمتها في الشكل 2.
- للوصول إلى البرنامج المساعد يبدأ فيجي (وهو اختصار لفيجي هل فقط يماغيج) وحدد القائمة الإضافات → ALSmicroCT → NormalizeStack832newnaming كما هو مبين أدناه. ويمكن للمستخدم في منشأة ALS أداء عملية إعادة الإعمار بأكملها باستخدام البرنامج المساعد مخصصة ليماغيج / فيجي، التي تدمج العديد من حزم البرمجيات المصممة لتبسيط عملية إعادة الإعمار.
ملاحظة: هي فيجي والمساعد متاحة للاستخدام متعددة خط الأشعة 8.3.2 أجهزة الكمبيوتر التحليل. - مرة واحدة في مربع الحوار فيجي مفتوحكما هو موضح أدناه، حدد الملف الخام تهدف لإعادة الإعمار. الآن يجب أن يتم تحميل كومة من الصور الخام، ومشرق، ومظلمة.
- العثور على مركز الدوران عن طريق النقر على 'الكشف عن مركز الدوران، ثم تصور الصورة أعيد بناؤها حدد' قبل إعادة الإعمار ". كما يمكن إدخالها قيمة لمركز الدوران يدويا ومعاينتها.
- باستخدام هذه الواجهة لا يوجد خيار لتغيير معالم إزالة عصابة، نوع الصورة (8، 16، أو 32 بت)، ومجموعة بكسل، زاوية دوران من الصور، وتحديد المنطقة المزروعة. يمكن تصور كل مجموعة المعلمة جديد باستخدام زر "إعادة الإعمار معاينة".
- مرة واحدة ويتم اختيار المعلمات، إعادة بناء كومة كاملة من الصور عن طريق اختيار "تشغيل". يمكن الاطلاع على جميع ملفات البيانات اللاحقة في المحدد 'دليل الناتج، والدليل الافتراضي يكون في ملف إخراج داخل مجلد البيانات الخام.
- للوصول إلى البرنامج المساعد يبدأ فيجي (وهو اختصار لفيجي هل فقط يماغيج) وحدد القائمة الإضافات → ALSmicroCT → NormalizeStack832newnaming كما هو مبين أدناه. ويمكن للمستخدم في منشأة ALS أداء عملية إعادة الإعمار بأكملها باستخدام البرنامج المساعد مخصصة ليماغيج / فيجي، التي تدمج العديد من حزم البرمجيات المصممة لتبسيط عملية إعادة الإعمار.
- البيانات الخام الوصول من التصوير المقطعي الصورةعلب من أي جهاز كمبيوتر عن طريق الذهاب إلى http://spot.nersc.gov/ الموقع، الذي هو NERSC (LBNL العملاق) الخادم من خلال بوابة SPOT.
ملاحظة: كل باحث فرد يجب أن يكون NERSC الخاصة بها حساب للوصول إلى قواعد البيانات الخاصة بهم. هذا النظام يمكن المستخدم حساب في https://nim.nersc.gov/nersc_account_request.php. في خط الأشعة، يتم تعيين كل مجموعة أبحاث حساب خط الأشعة. ويستخدم هذا الحساب للوصول إلى أجهزة الكمبيوتر خط الأشعة، ويمكن أن تستخدم أيضا للوصول إلى البيانات مباشرة من خادم خط الأشعة باستخدام جلوبس أون لاين. - تصور البيانات في كل من 3D و 2D عن طريق تحميل كومة من 2D إعادة بناء الصور في أي برنامج تحليل 3D. العينات والصور المعروضة هنا تستخدم برامج Avizo لإجراء التحليل والتصور، والذي يتوفر على خط الأشعة المستخدمين في أي من أجهزة الكمبيوتر تحليل خط الأشعة 8.3.2.
- بعد أن يتم تحميل مجموعة من البيانات في البرنامج التصور أداء مزيد من تحليل البيانات للحصول على معلومات كميا على الحديد محددatures ضمن العينة. غالبا ما downsampled قواعد البيانات من أجل تقليل حجم بيانات الإخراج. ولكن هذا يمكن أن تزيد من حجم فوكسل الحد من الإخلاص، ولكن على نحو سلس عرض صورة لتسهيل تجزئة.
- تحديد ملامح جزء من الاهتمام من قبل العتبة الرسم البياني للكومة من 2D بناؤها شرائح وتحديد قيمة بكسل جديدة لبكسل التي تقع ضمن النطاق المحدد.
- تصور كميات مجزأة والسطوح. مرة واحدة وقد تم تقسيم ملامح ينظر إليها في 3D باستخدام Avizo أو أي برنامج التصور المفضل. وهذا يسمح لالاداءات سطح 3D من ملامح محددة، مثل كرات لحام في منطقة معينة من الفائدة.
- تحديد الخصائص الموجودة في العينة، أي حجم الكراك، فيا، المسامية، وعيوب، وما إلى ذلك وبمجرد تحديد سمة من الفائدة، مثل طريق أو الكراك، يمكن أن تكون مجزأة ميزة والمعلومات الحجمي على عرض الكراك، طول، عن طريق الصوت، توزيع المسامية يمكن قياسها من خلال تقييم tomogrمجموعة البيانات aphic.
- خلق فيلم من العينة تظهر العينة في اتجاهات مختلفة. ويظهر الفيلم 1 أمثلة من وجهات نظر مختلفة مستعرضة والآراء حجم جعل لحزمة الإلكترونيات الدقيقة تصويرها في الاتجاه الأفقي.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تحدث الصور التي تم التقاطها باستخدام التصوير المقطعي بسبب امتصاص التفاضلية من الأشعة السينية في الوصلات لحام، آثار معدنية، ومواد أخرى في حزمة الإلكترونيات الدقيقة بوصفها وظيفة من أطوال توهين مختلفة وسمك هذه المواد متعددة. تتألف حزمة SIP من السيليكون يموت تعلق على الركيزة السيراميك مع أول ربط مستوى (FLI) الوجه رقاقة كرات C4 جندى من حوالي 80 ميكرون قطر. منتصف مستوى التواصل (معهد الطب العدلي) كرات لحام من حوالي 350 ميكرون ربط هذه الركيزة لوحة الدوائر الايبوكسي FR4. . والثاني ربط مستوى (SLI) كرات بغا جندى من حوالي 650 ميكرون على الجانب الخلفي من لوحة الدارات الشكل 2 يوضح التخطيطي لعينة عندما يتم وضعها في الاتجاه الأفقي. وقد تم اختيار هذا التوجه من أجل احتواء العينة بأكملها في مجال الرؤية لمسح واحد. ويبين الشكل 3 صور 3D من نفس العينة، وهوالحزمة بأكملها، التي كانت متصورة في مسح واحد مع تي بي تي منخفضة (الجدول 2). تم تحليل هذه البيانات وإعداد باستخدام Avizo. لحزم إلكترونية دقيقة تم اختيار لزيادة الزاوي من 0.175 درجة مما أدى إلى 1،025 الصور أكثر من 180 درجة. في الشكل 3A لوحة من خلال الثقوب، فيا النحاس، وبعض من الركيزة مرئية. بتكبير الشكل 3B في على المنطقة ذات الاهتمام تظهر إحدى زوايا مجال برمجة بوابة مجموعة (إف بي جي إيه) يموت والركيزة. هذا يدل على مدى السرعة التي يمكن أن يتم فحص كل عنصر على حدة من مجموعة متعددة المستويات كلها. الشكل (4) يوضح ملامح الكشف مع SRμT في حزمة FPGA SIP. هنا لوحات الدوائر الالكترونية،، يموت فيا السيليكون، على حد سواء ركائز، وعلى جميع مستويات يربط مميزا. أرقام 5 و 6 شرح استخدام بيانات التصوير المقطعي لتصور الميزات في 3D، حيث اثنين من وجهات نظر مختلفة من الوصلات هي displaye د. الشكل 6 يوضح صورة 3D من حزمة يموت وحدة المعالجة المركزية الممسوحة ضوئيا عموديا مع FLI والاتصالات معهد الطب العدلي. ويرجع ذلك إلى التوجه المسح الرأسي لم القبض على عينات بأكملها في مسح واحد، من أجل صورة العينة بأكملها في هذه تبليط التوجه سيكون من الضروري ويبين الشكل 6B شريحة تصوير الشعاعي الطبقي 2D تضخيم؛ هنا جودة الصورة كافية لمراقبة الشقوق داخل الكرة لحام، والتي تم إنشاؤها أثناء ركوب الدراجات الحرارية طويلة قبل التصوير.
الشكل 1. تخطيطي الإعداد تبين التصوير المقطعي. تخطيطي من قفص في خط الأشعة 8.3.2 في المصدر المتقدم الخفيفة (مختبر لورانس بيركلي الوطني، بيركلي كاليفورنيا الولايات المتحدة الأمريكية). (الشكل مأخوذ من 8.3.2 دليل مجهري، ويمكن الوصول إليها في: http://microct.lbl.gov/manual)"الهدف =" _ فارغة "> الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. خطوات لإعادة بناء البيانات. تخطيطي يبين الخطوات للحصول على 3D بناؤها الصورة النهائية لعينة من الإعداد التصوير المقطعي. العينة هنا هي 16 × 16 حزمة SIP ملم يجري تصويره في الاتجاه الأفقي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3. 3D حجم جعل من الحزمة. مما يجعل 3D من مجموعة FPGA SIP كامل تصوير مع 8.7 ميكرون القرار ووقت الفحص من 3 دقائق (A) ويظهر من الحزمة بأكملها، و (ب) أسرع في نظرا لوجود منطقة حزمة تظهر زاوية واحدة من الركيزة FPGA والترابط وحات الدوائر الالكترونية. 13 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. تصوير الشعاعي الطبقي صورة يظهر المقطع العرضي للحزمة. 2D شريحة بناؤها اتخذت خلال حزمة FPGA SIP. تم تصوير هذا النموذج مع 4.5 ميكرون القرار ووقت الفحص لمدة 20 دقيقة. يموت السيليكون، underfill، سواء ركائز، وعلى جميع مستويات الرقاقات يمكن ملاحظتها. 13 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
683 / 53683fig5.jpg "/>
الرقم 5. 3D حجم تقديم مستويات ربط ثلاثة. مقطع 3D صورة تظهر حزمة SIP كامل مع 8.7 ميكرون القرار (3 دقائق وقت الفحص). وهذا يدل على المستويات الثلاثة من الوصلات (FLI، معهد الطب العدلي، وSLI) 13 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6. المسام المرئية التي تم تحديدها في الكرة لحام. (A) 3D بناؤها صورة حزمة يموت وحدة المعالجة المركزية الممسوحة ضوئيا عموديا مع FLI وصلات لحام معهد الطب العدلي. (ب) تم تكبيره في المنطقة من 2D بناؤها شريحة، مما يدل على الكرة لحام معهد الطب العدلي مع فراغا مركز كبير والشقوق الناجمة خلال المتعمد اختبار الإجهاد الحراري. 13pload / 53683 / 53683fig6large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الفيلم 1. صور التصوير المقطعي في 3D و 2D من الحزمة ( انقر بالزر الأيمن للتحميل ). ويظهر هذا الفيلم حجم 3D تقديم 16 × 16 مم حزمة 2 من وجهات نظر مختلفة. ثم المقالي من خلال شرائح مختلفة لإظهار المعلومات الداخلية من ضمن حزمة.
| PCO.4،000 (4،008x2،672) | PCO.Edge (2،560x2،160) [OPTIQUE بيتر *] | |||
| عدسة | بكسل (ميكرون) | مجال الرؤية (مم) | بكسل (ميكرون) | مجال الرؤية (مم) |
| 20X * | - | - | 0.33 | 0.8 |
| 10X | 0.9 | 3.6 | 0.69 | 1.7 |
| 5X | 1.8 | 7.2 | 1.3 | 3.3 |
| 2X | 4.5 | 18 | 3.25 | 8.3 |
| 1X | 9 | 36 | 6.5 | 16.6 |
الجدول 1. تفاصيل تظهر الكاميرات والعدسات متوفرة في ALS خط الأشعة 8.3.2.
| مصدر | الخيار قرار | الكاميرا / عدسة ماج. | بكسل الحجم (ميكرون) | فوف العرض (مم) | فوف الارتفاع (مم) | صورة تايم تي بي تي (دقيقة) | فوف / تي بي تي (مم 2 / دقيقة) |
| السنكروترون ALS BL 8.3.2 | منخفض | A / 1X | 8.7 | 36 | 6 | 3 | 72 |
| منخفض | B / 1X | 6.5 | 16.6 | 6 | 3 | 33.2 | |
| ميد | B / 2X | 3.3 | 8.3 | 6 | 3 | 16.6 | |
| ميد | A / 2X | 4.5 | 18 | 6 | 20 | 5.4 | |
| عالي | B / 5X | 1.3 | 3.3 | 2.8 | 5 | 1.84 | |
| عالي | B / 10X | 0.65 | 1.7 | 1.4 | 11 | 0.22 | |
| مختبر المستندة المصدر MicroXCT-200 | عالي | - | 1.5-2 | 1.5-2 | 1.5-2 | 180-240 | ~ 0.02 |
الجدول 2. ملخص قرارات، مجال الرؤية، ووقت التصوير لكاميرات مختلفة وخيارات العدسة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
كافة الخطوات الموضحة في قسم البروتوكول حاسمة الحصول على صور عالية الدقة من عينات متعددة النطاق ومتعددة المواد. واحدة من الخطوات الأكثر أهمية هو عينة تصاعد وتركز البصريات، والتي تعتبر حيوية لحصول على صور عالية الجودة والتي يمكن استخدامها لتقدير. على وجه التحديد، فإن حتى حركة بسيطة للعينة يسبب القطع الأثرية في الصورة أعيد بناؤها وdefocusing شأنه أن يسبب تدهور في القرار. لتجنب المشاكل مع جودة الصورة من المهم لاعادة بناء صورة الاختبار، والتي يمكن أن تحدث في وقت واحد في حين أن المسح عينة المقبلة. وهذا سوف يساعد تحديد أي قضايا أو مشاكل قد تكون وقعت أثناء إعداد المسح الضوئي. إذا كان هناك مشاكل مع الصورة التي أعيد بناؤها قد يكون من الضروري إعادة المسح الضوئي العينة مع إيلاء اهتمام دقيق لعينة تصاعد والمحاذاة. أثناء الإعداد قد تنشأ قضايا أخرى، مثل أخطاء مع ابفيف، ومشاكل في المحرك مرحلة عينة، أو غياب عشرالبريد شعاع الأشعة السينية. هناك خطوات مفصلة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها في دليل على خط الأشعة، والتي يمكن العثور عليها على خط الأشعة الموقع. الرجوع إلى العلماء خط الأشعة لمناقشة المزيد من الخيارات لتحسين جودة الصورة أو إذا كان يأتي التجريبي عبر مشكلة غير المشمولة في الدليل.
جميع الأرقام الواردة هنا تسليط الضوء على فوائد استخدام SRμT إلى صورة حزمة الإلكترونيات الدقيقة متعدد المستويات كلها في بضع دقائق فقط لقرار مكانية عالية والقدرة على إجراء تحليل على ميزات محددة ضمن العينة غير المدمر. لعينات تصوير هنا أخذت من الوقت إعادة الإعمار أقل من ساعة. الطيف الطاقة واسعة في المرض يمكن التصوير من كلا العنصرين ارتفاع وانخفاض العدد الذري مع تصفية مناسبة. وهذا ما يسمح لتقدير حجم الشقوق والفجوات والتبطين، والعيوب، وأكثر من ذلك بكثير. بالنسبة للعديد من العينات تصويرها هنا وضع التصوير المقطعي المستمر ساعد في الأوقات الحصول على البيانات بسرعة. علی رغمهناك مجموعة واسعة من المواد وحدات التخزين التي يمكن تصويرها باستخدام SRμT هناك العديد من القيود بسبب مجموعة الطاقة المتاحة للمنشأة السنكروترون المرض. على وجه التحديد، وسمك المواد عالية الكثافة يمكن أن تكون مقيدة.
هذه القدرة عالية الدقة للنظام السنكروترون مصدر CT توفر معلومات قيمة لكل من تحليل الفشل وتطوير عملية التجميع. في المقابل سطوع منخفض نسبيا على نظام CT الطاولة لا يمكن أن تسمح لاختيار الطاقة أحادية اللون ويجد صعوبة في إبراز العيوب في وجود النحاس أو لحام الميزات المحيطة بها. قدرة تقنية التصوير المقطعي لاستيعاب أحجام عينة كبيرة مع أسرع وقت TPT هو من أهمية ليفنات لصناعة أشباه الموصلات. النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام SRμT تشير مسار إلى الأمام بالنسبة لتطبيقات جديدة في مجال الالكترونيات الدقيقة 14. عموما هناك مجموعة واسعة من الاحتمالات في هذا المجال في المستقبلالعمل والتحقيق على وجه التحديد هذه الحزم الالكترونية الدقيقة متعددة مادية متعددة النطاق تحت ظروف الموقع، مثل درجة الحرارة وركوب الدراجات والتحميل الدوري.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
Acknowledgments
تم تنفيذ جزء LLNL هذا العمل تحت رعاية وزارة الطاقة في الولايات المتحدة من قبل المختبر الوطني لورانس ليفرمور تحت عقد DE-AC52-07NA27344. فإن الكتاب شركة إنتل أود أن أشكر بايلين ليو يانغ هو جين تاو، ويليام هاموند، وكارلوس Orduno من شركة إنتل لبعض من جمع البيانات ومناقشات مفيدة. ويدعم مصدر الضوء المتقدم من قبل مدير مكتب العلوم ومكتب للعلوم الأساسية للطاقة، من وزارة الطاقة في الولايات المتحدة بموجب العقد رقم DE-AC02-05CH11231.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Beamline 8.3.2 | Advanced Light Source, Berkeley, CA, USA | http://microct.lbl.gov/ |
References
- 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).
- Tian, T., et al. Rapid diagnosis of electromigration induced failure time of Pb-free flip chip solder joints by high resolution synchrotron radiation laminography. Appl. Phys. Lett. 99, 082114 (2011).
- Lee, A., Liu, W., Ho, C. E., Subramanian, K. N. Synchrotron x-ray microscopy studies on electromigration of a two-phase material. J. Appl. Phys. 102, 053507 (2007).
- Sarobol, P., et al. Effects of local grain misorientation and β-Sn elastic anisotropy on whisker and hillock formation. J. Mater. Res. 28, 747-756 (2013).
- Sarobol, P., et al. Recrystallization as a nucleation mechanism for whiskers and hillocks on thermally cycled Sn-alloy solder films. Mater. Lett. 99, 76-80 (2013).
- Elmer, J., Specht, E. Measurement of Sn and In Solidification Undercooling and Lattice Expansion Using In Situ X-Ray Diffraction. J. Electron. Mater. 40, 201-212 (2011).
- Elmer, J., Specht, E., Kumar, M. Microstructure and In Situ Observations of Undercooling for Nucleation of β-Sn Relevant to Lead-Free Solder Alloys. J. Electron. Mater. 39, 273-282 (2010).
- Gourlay, C. M., et al. In situ investigation of unidirectional solidification in Sn-0.7Cu and Sn-0.7Cu-0.06Ni. Acta Mater. 59, 4043-4054 (2011).
- Ma, H. T., et al. In-situ study on growth behavior of Ag3Sn in Sn-3.5Ag/Cu soldering reaction by synchrotron radiation real-time imaging technology. J. Alloys Compd. 537, 286-290 (2012).
- Zhou, B., et al. In Situ Synchrotron Characterization of Melting, Dissolution, and Resolidification in Lead-Free Solders. J. Electron. Mater. 41, 262-272 (2012).
- Elmer, J., Specht, E. D. In-Situ X-Ray Diffraction Observations of Low-Temperature Ag-Nanoink Sintering and High-Temperature Eutectic Reaction with Copper. Metall. Mater. Trans. A. 43, 1528-1537 (2012).
- Li, Y., Moore, J. S., Pathangey, B., Dias, R. C., Goyal, D. Lead-Free Solder Joint Void Evolution During Multiple Subsequent High-Temperature Reflows. IEEE Trans. Device Mater. Rel. 12, 494-500 (2012).
- Elmer, J., et al. Synchrotron Radiation Microtomography for Large Area 3D Imaging of Multilevel Microelectronic Packages. J. Electron. Mater. 43, 4421-4427 (2014).
- Li, Y., et al. High Resolution and Fast Throughput-time X-ray Computed Tomography for Semiconductor Packaging Applications. Proceedings of the 64th IEEE Electronic.Components and Technology Conference (ECTC). , 1457-1463 (2014).
- McElrone, A. J., Choat, B., Parkinson, D. Y., MacDowell, A. A., Brodersen, C. R. Using High Resolution Computed Tomography to Visualize the Three Dimensional Structure and Function of Plant Vasculature. J Vis Exp. , e50162 (2013).
- Kinney, J. H., Nichols, M. C. X-Ray Tomographic Microscopy (XTM) Using Synchrotron Radiation. Annu. Rev. Mater. Sci. 22, 121-152 (1992).
