Çok ölçekli Üç boyutlu Mikroelektronik paketleri Soruşturma Sinkrotron Radyasyon Microtomography kullanma

Bu deney, karmaşık çok seviyeli bir numuneyi araştırmak için tahribatsız üç boyutlu bir görüntüleme tekniği olan senkrotron radyasyon mikrotomografisini kullanmak üzere tasarlanmıştır. Burada görüntülenen örnek, yaklaşık 17 x 17 milimetrelik bir kesit alanına sahip bütün bir mikroelektronik pakettir. Bununla birlikte, çözmekle ilgilendiğimiz özellikler, uzunluk ölçeğinde mikrometreden milimetreye kadar uzanır.

Bu tekniğin temel avantajı, hızlı veri toplama süresi ile mikroelektronik paketi mikrometre ölçeğinde tahribatsız bir şekilde değerlendirebilmesidir. Berkeley, California'daki Gelişmiş Işık Kaynağı'ndaki maker tomografi huzme hattı, bir numunenin hacim ve yoğunluk gibi özelliklerine bağlı olarak çözünürlüğü ve görüntü kalitesini optimize etmek için uyarlanabilen bir kuruluma sahiptir. Bununla birlikte, örneklem boyutu, 36 x 36 milimetrelik izin verilen maksimum görüş alanı ile sınırlıdır.

Bu yöntem, yarı iletken alanındaki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir. Örneğin, elektronik paketleri analiz etmek ve proses geliştirmede bir güvenilirlik testi yoluyla arızaları belirlemek için ve ayrıca deneysel esneklik sağlamak veya bir x-ışını kaynağının karmaşık yeni nesil mikroelektronik paketlerdeki kusurları nasıl hızlı bir şekilde tespit edebileceği için kullanılabilir. Numuneyi, ışın hattının dönme aşamasına uyacak şekilde tasarlanmış bir numune tutucuya monte ederek tarama için hazırlayın.

Özel bir montajı olmayan numuneler için, numuneyi kil veya balmumu ile bir direğe veya matkap aynasına yapıştırın. Numuneyi kulübenin içindeki dönme aşamasına yüklemeden önce, numuneyi hizalamak için kullanılan çevrimdışı bir sahte döndürme aşaması vardır. Hizalama için genellikle dönme merkezinin görsel olarak incelenmesi yeterlidir.

S'yi monte edinamptage kafesin içindeki s'ye takılı. Numune kulübeye monte edildikten sonra, iki ortogonal merkezleme motoru, numunenin dönme merkezine göre konumlandırılmasına izin verir. Örnek boyutuna ve ilgilenilen özellik boyutuna göre tarama için büyütmeyi seçin.

Burada taranan örnek en uzun yönde 22,6 milimetre olduğundan, PCO noktası 4.000 olan 1X lensi seçin. Bu kombinasyon en geniş örnek görüş alanını verir. Elde edilen piksel boyutu 8,7 mikrondur.

X-ışını enerjisini ayarlayın veya ışın hattı kontrol bilgisayarını kullanarak polikromatik bir ışına geçin. En iyi görüntü kalitesini elde etmek için, enerji seçimini, veri toplama bilgisayarında ölçülebilen yaklaşık %30'luk bir iletimi hedeflemeye dayandırın. Genel olarak, artan enerji ile iletim yüzdesi artar.

Mikroelektronik paket için, paketin kalınlığı ve malzemesine bağlı olarak beyaz ışığı seçin. Beyaz ışık modunu kullanırken, düşük enerjili x-ışınlarını filtrelemek için x-ışını huzmesiyle aynı hizada iki ila dört metal, alüminyum ve bakır filtre ekleyin. Bu örnek için, toplam kalınlığı yaklaşık 1,2 milimetre olan iki bakır levha kullanın.

Ardından, sahne alanının dönüş merkezinin kameranın merkeziyle hizalandığını doğrulayın. Numunenin hizalanıp hizalanmadığını kontrol etmek için, ışın hattı kontrol bilgisayarındaki yazılımı kullanarak 180 derece döndürün ve bilgisayardaki radyografları görüntüleyerek numune konumundaki değişikliği görsel olarak gözlemleyin. Hizalama değişikliklerini aynı bilgisayarda denetleyin.

Tarama için numuneyi dedektör mesafesine ayarlayın. Kamera, yatay olarak hareket edebilen bir öteleme aşamasındadır ve numuneyi dedektör mesafesine değiştirmek için kullanılır. Mesafe arttığında yüz kontrast katkısı da artar.

İstenen açısal aralığı ve bu aralık üzerinden toplanacak görüntü sayısını girin. Ne kadar çok açı seçilirse, tarama süreleri o kadar uzun ve veri kümesi boyutu o kadar büyük olur. Bu çalışma için, veri toplama sırasında 180 derecenin üzerinde 1.025 açı kullanın.

Metin protokolünde açıklandığı gibi tarama modunu ve parlak ve karanlık alan görüntülerinin sayısını seçtikten sonra, yeniden oluşturulan görüntülerde büyük kusurları önlemek için örneğin parlak alan görüntüsünde bulunmayacak şekilde yeterince çevrildiğini doğrulayın. Burada 15 karanlık alan görüntüsü ve 15 parlak alan görüntüsü elde edin. Döşemenin gerekli olup olmadığını belirledikten sonra, veri toplama bilgisayarında taramayı çalıştırın.

Tarama, girilen ayarlara göre otomatik olarak çalışacaktır. Burada, 8.7 mikron çözünürlük ve üç dakikalık bir tarama süresi ile görüntülenen pakette tüm alan programlanabilir kapı dizisi sisteminin 3D görüntüsü gösterilmektedir. Paketin bir bölgesinin yakınlaştırılmış görünümü, alanın programlanabilir kapı dizisi alt tabakasının bir köşesini ve devre kartı ara bağlantılarını gösterir.

Üç farklı ara bağlantı seviyesinin 3D hacim görüntüsü, tüm sistemi 8,7 mikron çözünürlükle paket halinde gösterir. Burada, birinci seviye ara bağlantı ve orta seviye ara bağlantı lehim bağlantıları ile dikey olarak taranan CPU boya paketinin 3D yeniden yapılandırılmış bir görüntüsü gösterilmektedir. 2D yeniden yapılandırılmış bir dilimin yakınlaştırılmış bir bölgesi, kasıtlı termal stres testi sırasında ortaya çıkan büyük bir merkez boşluğu ve çatlakları olan orta seviye bir ara bağlantı lehim topunu gösterir.

Bu filmde mikroelektronik ambalajın yatay yönde görüntülenen tomografi görüntüleri gösterilmektedir. 16 x 16 milimetre karelik paketin 3D hacim görüntüsü, onu farklı perspektiflerden gösteriyor. Burada film, paketin içindeki dahili bilgileri göstermek için farklı kesit görünümleri arasında gezinir.

Tomografinin, özellikle masa üstü BT sistemleriyle karşılaştırıldığında, daha hızlı kullanım süresiyle büyük numune boyutlarını barındırabilmesi, yarı iletken endüstrisi için son derece önemlidir. Bu teknik, çatlakların, boşlukların, delaminasyonun, kusurların ve çok daha fazlasının tahribatsız olarak ölçülmesini sağlar. Bu yöntem, mikroelektronik endüstrisi için lehim bağlantı ara bağlantıları hakkında bilgi sağlamada çok kullanışlıdır.

Bununla birlikte, metal alaşımları, kompozitler, biyomalzemeler, organikler ve eklemeli olarak üretilen bileşenler gibi çok çeşitli malzeme sistemlerine de uygulanabilir. Sinkrotron radyasyon mikrotomografisi kullanılarak görüntülenebilen çok çeşitli materyaller ve hacimler olmasına rağmen, ALS senkrotron tesisindeki mevcut enerji aralığı nedeniyle sınırlamalar vardır. Spesifik olarak, yüksek yoğunluklu malzemeler, numune boyunca yeterli x-ışını iletimi elde etme ihtiyacı nedeniyle çok ince numune boyutlarıyla sınırlıdır.

Deney düzeneği sırasındaki en kritik adımlardan biri, optiklerin kararlı bir şekilde monte edilmesi ve odaklanmasıdır. Bu adımlar, verilerin nicelleştirilmesi için kullanılabilecek kaliteli görüntüler elde etmek için hayati önem taşır. Spesifik olarak, numunenin hafif bir hareketi bile yeniden yapılandırılmış görüntüde artefaktlara neden olur ve odaklama çözünürlükte bir bozulmaya neden olur.

Görüntü kalitesiyle ilgili sorunları önlemek için, bir sonraki örnek tararken aynı anda gerçekleşebilecek bir test görüntüsünü yeniden oluşturun. Bu tür bir deneyi denerken, numune özelliklerinize bağlı olarak kurulumunuzu değiştirmeniz ve deneysel prosedürlerinizi optimize etmek için ışın hattı bilimcinizle konuşmanız önemlidir. Sinkrotron radyasyon mikrotomografisinin yüksek çözünürlük özelliği, hem arıza analizi hem de montaj süreci geliştirme için değerli bilgiler sağlar.

Senkrotron 3D x-ray CT'nin bir mikroelektronik pakete uygulanması, güvenilirlik testleri, karmaşık paketlerdeki arızaların incelenmesi dahil olmak üzere 3D mikroelektronik paketlerin eşitliği ve güvenilirliği konusunda çok çeşitli olanaklar sunar. Ayrıca, yeni nesil laboratuvar ölçekli 3D x-ray BT'nin geliştirilmesi için talimatlar sağlar.