멀티 스케일 3 차원 마이크로 전자 패키지를 조사하는 방사광 Microtomography 사용

Engineering

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Summary

본 연구 방사광 마이크로 단층 비파괴 입체 영상 법의 경우, 16 × 16 mm의 단면적 전체 마이크로 전자 패키지를 조사하기 위해 사용된다. 때문에 싱크로트론의 높은 플럭스 및 밝기에 샘플은 8.7 μm의 공간 해상도로 불과 3 분에서 몇 군데 있었다.

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Carlton, H. D., Elmer, J. W., Li, Y., Pacheco, M., Goyal, D., Parkinson, D. Y., MacDowell, A. A. Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages. J. Vis. Exp. (110), e53683, doi:10.3791/53683 (2016).

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Abstract

방사광 마이크로 단층 촬영 (SRμT)은 높은 공간 해상도로 고속 데​​이터 수집 배 높은 광속을 제공하는 비파괴 3 차원 (3D) 이미징 기술이다. 전자 업계에서는 고밀도 배선의 다중 레벨을 포함 할 차원 마이크로 전자 패키지에 많은 실패 분석을 수행 심각한 관심이있다. 주로 단층 화상의 해상도 및 묘화 될 수있는 샘플의 체적 사이의 트레이드 오프가있다. 이러한 반비례 관계는 마이크로 전자 패키지는 단면적이 100-3,600 mm 종종 크므로, 종래의 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 시스템의 유용성을 제한하지만, 마이크론 크기의 중요한 특징을 갖는다. 버클리, CA 미국의 고급 광원 (ALS)에서 마이크로 단층 촬영 빔라인은 최대 허용으로, 적응력 샘플의 특성, 즉, 밀도, 두께에 맞게 할 수있는 설정이 있습니다36 X 36mm의 수 단면. 이 설정은 또한 에너지 범위 ~ 7-43 케빈의 하나 단색 인 또는 다색 빔을 이용하여 백색광 모드에서 최대 플럭스와 운영의 옵션이 있습니다. 패키지 내에 이미지 전체 16 × 16mm 시스템을 가지고 실험 단계의 세부 사항은 이하의 3 분의 주사 시간 내에 8.7 ㎛의 전체의 공간 분해능은 시스템의 3D 이미지를 얻기 위해, 여기 제시 하였다. 또한 서로 다른 방향과 높은 해상도의 영상에 대한 단면 패키지로 스캔 한 패키지의 결과를 보이고있는 바와 같다. 대조적으로, 종래의 CT 시스템은 잠재적으로 불량한 해상도로 데이터를 기록하는 시간이 걸릴 것이다. 싱크로트론 방사선 단층 설정을 사용하는 경우 사실 시야 처리량 시간의 비율이 더 높다. 실험 장치의 이하의 설명은 실행 및 기타 여러 재료로 사용되도록 할 수있다.

Introduction

샘플을 특성화 마이크로 전자 공학 분야에서 많은 다른 분야에서와 같이, 마이크로 미터 스케일에서 비파괴 평가가 필요하다. 구체적으로, 마이크로 전자 산업에 대한 3 차원 마이크로 전자 패키지를 프로빙 다단계 및 다중 물질을 함유하고, 열, 전기 및 기계적 구성 요소의 강조 중에 패키지에 고장 식별에 관심이있다. 세계 주위 싱크로트론 방사선 시설 마이크로 전자 패키지의 고장 분석에 사용되는 단층 회절 빔라인을 지정하고있다. 이것의 예로는 원위치 관찰에서 과냉각 주석 이방성 열팽창 및 금속 간 화합물 (IMCS) -6,7- 원위치 관찰에 주석 휘스커 성장 4,5- 메커니즘을 평가하는 일렉트로 1-3에 의한 공극 형성에 묘화된다 응고 및 IMC 형성 8-10, 이방성 기계적 행동과주석의 재결정 및 무연 솔더 (10), 플립 칩 범프의 공극 및 AG-나노 잉크의 소결 (11)의 현장 관측이다. 이러한 연구 모두에있어서, 상기 마이크로 전자 산업의 이해와 구성 요소의 개발을 진행하고있다. 그러나, 이러한 연구의 대부분은 패키지 내의 작은 영역에 집중하고있다. 자세한 내용은 테스트 및 개발을 촉진하기 위해 고해상도 SRμT를 사용하여 전체 크기의 패키​​지를 특징 짓는에서 수집 할 수있다.

전자 패키지는 현재 생산 상호의 여러 레이어가 포함된다. 이러한 패키지와 장치는 고장 분석, 품질 관리, 신뢰성 위험 평가 및 개발에 관한 비파괴 평가 용 3D 솔루션을 요구하는 더 복잡한 성장하고있다. 일부 결함은 구리 스와 내부에 형성 공극과 균열을 포함 크기가 5 μm의,보다 적은 기능을 검출 할 수있는 기술이 필요위치 및 볼 그리드 어레이 (BGA와)과 C4의 솔더 접합부의 공극을 정량화, 멀티 레벨 패키징 (12)에 비접촉 열고 nonwet 솔더 패드를 식별 인쇄물 처리 비아. 기판 조립 프로세스 동안 결함 이러한 유형의 식별 및 원하지 않는 오류를 방지하기 위해 광범위하게 모니터링해야한다.

또한 탁상라고도 실험실 기반 소스를 사용하여 현재 CT 시스템 ~ 1 ㎛ 공간 해상도로 높은 제공 할 수 있으며, 유망한 결과 다층 패키지의 고장을 분리하는 데 사용되고있다. SRμT의 설정 (13, 14)에 비해 그러나, 탁상 CT 시스템은 몇 가지 제한이 있습니다. 탁상용 시스템은 이들이 일반적으로 하나 또는 두 개의 X-ray 소스 스펙트럼을 가지므로 재료의 일정한 밀도 범위 촬상 제한된다. 또한 관통 넣어 시간 (TPT) 관심 1-2mm 2 지역, 캘리포니아 당 데이터 수집 시간의 몇 시간을 필요로하는 기존의 탁상 CT 시스템을위한 길이 남아있다n은 그 유용성을 제한; 예를 들어 8-12 시간 실리콘 비아 (TSV), 종종 샘플에서 높은 해상도로 관심의 뷰 (FOV) 또는 지역의 여러 필드를 획득 요구의 BGA 또는 C4 관절, 결과를 통해 오류를 분석하는 총 TPT는 인 여러 샘플을 분석해야하는 기존의 탁상 CT 시스템을위한 쇼 스토퍼. 방사광은 관심의 특정 영역에 대해 더 빠른 데이터 획득 시간의 결과 종래의 X 선 소스보다 더 높은 플럭스 및 밝기를 제공한다. SRμT이 몇 군데 샘플 볼륨 할 수있는 물질의 종류에 대해 더 많은 유연성을 허용 않지만, 그것은 싱크로트론 소스 및 사용 설정, 구체적으로 허용 가능한 최대 두께와 표본 크기에 고유 한 한계를 가지고있다. 루게릭에서 SRμT 설정에 묘화 될 수있는 최대 단면적 <36 X 36mm이고 두께가 가능한 에너지 범위와 플럭스에 의해 제한되고, 재료의 인pecific.

이 연구는 SRμT는 3D 반도체 패키지 검사에서 이미지에 사용하기 위해 높은 해상도와 낮은 TPT (3-20 분)와 패키지 (SIP)에서 전체 다단계 시스템을 활용하는 방법을 설명하는 데 사용됩니다. 싱크로 소스 CT의에 탁상 CT의 비교에 대한 자세한 내용은 참고 문헌 (13, 14)에서 찾을 수 있습니다.

실험 개요 및 빔라인은 설명 8.3.2 :
세계 단층 촬영 실험에 사용할 수 싱크로트론 시설이있다; 이러한 기능의 대부분은 실험자 실험뿐 아니라 과학적 영향을 설명하는 제안의 제출을​​ 요구한다. 여기에 설명 된 실험은 모든 빔라인 8.3.2에서 로렌스 버클리 국립 연구소 (LBNL)에서 ALS에서 수행 하였다. 이 빔라인을 위해이 에너지 모드 옵션이 있습니다 : 에너지 범위 ~ 7-43 keV의 2) 다색 "흰색"빛 전체 availa는 단색 1)고밀도 물질을 주사 할 때 BLE 에너지 스펙트럼을 사용한다. X- 선은 샘플을 통과 여기서 빔라인 8.3.2의 전형적인 스캔하는 동안 샘플을 회전 스테이지 상에 장착 된 후, 감쇠 된 X 선은 신틸 레이터를 통해 가시광으로 변환 렌즈에 의해 확대 한 후 투영되고 기록 CCD. 시료가 마이크로 미터의 해상도로 샘플의 3D 뷰를 얻을 재구성 화상 스택의 제조 0 내지 180에서 회전하면서 행해진 다. 얻어진 단층 촬영 데이터 집합 크기는 상기 스캔 파라미터에 따라 ~ 3-20 기가 바이트 범위이다. 한 샘플이 스캐닝 송아지의 개략도를 도시한다.

여기에 제시된 다음 프로토콜은 전체 마이크로 전자 패키지를 이미지화하는데 필요한 실험 구성, 데이터 수집 및 처리 단계를 설명하지만, 단계 이미지 샘플의 다양한 변형 될 수있다. 변형 샘플 크기에 의존밀도, 형상, 그리고 기능에 관심. 표 1 2 본 빔라인 8.3.2에서 사용 가능한 해상도 및 샘플 크기 조합 (ALS, LBNL, 버클리, CA). 여기서 조사 마이크로 일렉트로닉 패키지의 샘플 두께 및 샘플의 성분의 고밀도 때문에 선정 된 다색 ( "백색") 광을 사용하여 영상화 하였다. 샘플 마운트 척을 수평 방향에 따라서 단 하나를 요구 ~ 4mm와 ~ 40mm의 폭의 높이에 평행 빔의 높이에 맞도록 샘플 전체 허용이 방향을 장착했다 전체 샘플을 캡처 스캔합니다.

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Protocol

참고 : 아래에 설명 된 프로토콜 정보는 ALS, 버클리, 캘리포니아에서 빔라인 8.3.2에서 일을 구체적으로 작성되었습니다 적응은 전세계 찾을 수 있습니다 다른 싱크로트론 시설에서 일을해야 할 수 있습니다. 적절한 안전 및 방사선 교육은 각 개인의 싱크로트론 시설의 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다 이러한 시설 및 교육에 대한 가이드 라인에서 실험을 실행하는 데 필요합니다. 단층 촬영 프로토콜 (ALS, LBNL, 버클리, CA)를 변경 또는 업데이트는 빔라인 설명서 (15)에서 찾을 수 있습니다. 단층 프로세스에 대한 정보는 참조 번호 (16)에서 찾을 수있다. 빔라인 과학자들은 모든 질문에 답변을 제공하고 실험 설정을 용이하게합니다.

1 단계 빔라인에서 단층 촬영 검사 수행을위한 8.3.2 (ALS, LBNL)

  1. 빔라인의 회전 단계에 맞게 디자인 된 샘플 홀더에 장착하여 검사에 대한 샘플을 준비합니다. 샘플이는 CUST이 없습니다엄마, 마운트 점토 나 밀랍과 게시물 또는 드릴 척에 샘플을 준수합니다.
    참고 :이 연구에서 검사 시료는 16 × 16mm, 높이 만 ~ 3mm 인 마이크로 전자 패키지이었다. 샘플을 가로 빔라인 제공 점토를 사용하여 장착 한 시야에 전체 패키지를 맞추기 위해.
    1. 이 180도를 회전 할 때 시야 내에서 유지되도록 샘플을 맞 춥니 다. 허치 내부 회전 무대에서 샘플을로드하기 전에 샘플을 정렬하는 데 사용되는 오프라인 모의 회전 단계가있다. 회전 중심의 육안 검사는 정렬에 충분합니다.
    2. 허치 내부의 샘플 홀더에 부착 된 샘플을 탑재합니다. 시료 송아지에 장착되면, 두 개의 직교하는 센터링 모터는 회전 중심에 대한 상기 샘플의 위치를​​ 허용한다.
      주 : 때때로 샘플 준비 확실 샘플을하기 위해 미리 실험 시간의 필요크기는 원하는 해상도에 대한 올바른 것입니다. 예를 들어, 16 × 16mm의 마이크로 전자 패키지의 일부는 더 높은 해상도 주사를위한 작은 조각으로 절단 하였다. 샘플 크기는 표 1 및도 2를 사용하여 결정될 수있다.
  2. 관심의 샘플 크기 및 피쳐 크기에 따라 스캔 배율을 선택한다. 9 μm의 - 빔라인 8.3.2은 0.35에서 픽셀 크기의 범위 이미지를 생성 선택할 수있는 여러 렌즈를 보유하고 있습니다. 시야의 배율이 증가함에 따라 감소 할 때의 배율에 따라 샘플은 적절한 단면적이어야한다.
    1. 여기서 스캔 샘플이 가장 긴 방향으로 22.6 mm이므로 표 1 2에 나타낸 바와 같이, 상기 PCO.4,000와 1X 렌즈를 선택 조합은 뷰의 큰 샘플 영역을 제공한다. 그 결과, 화소 크기는 8.7 ㎛의 것이다.
  3. X 선 에너지를 설정하거나 polych 전환빔라인 제어 컴퓨터를 사용하여 낭만 빔. 에너지 레인지를 제한 빔라인 8.3.2에서의 X 선 에너지 범위는 4-80 keV로에 연속이지만, 다층 단색화 탑재 행 ~ 7-43 keV의 피크 자속 ~ 12 keV로 발생있다. 최고 품질의 이미지를 얻으려면, 데이터 수집 컴퓨터에서 측정 할 수있는 ~ 30 %의 전송을, 대상에 에너지 선택의 기준. 에너지를 증가 일반적 % 전송이 증가합니다.
    1. 마이크로 일렉트로닉 패키지로 인해 패키지의 두께 및 재료에 광 "화이트 선택".
      참고 : 빔라인 8.3.2 매뉴얼은 "흰색"빛과 단색 모드 사이를 변경하는 단계를 설명하고있다.
    2. "화이트"조명 모드를 사용하는 경우, 낮은 에너지 엑스레이를 필터링하기 위하여 상기 X 선 빔 라인 2-4 금속 알루미늄과 구리 필터를 추가한다. 이 샘플 ~ 1.2 mm의 총 두께가 2 구리 시트를 사용한다.
    3. 팀의 샘플 앞서 통해 전송을 계산사용하여 전자 :
      http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html 또는 http://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/ 또는 http://11bm.xray.aps.anl.gov/absorb/absorb .php가. 예를 들어, 시료가 출력 에너지 범위의 함수로서 백분율 변속기를 나타내는 그래프를위한 화학식 추정 두께를 입력.
  4. 회전 무대의 중심이 카메라의 중심에 정렬되어 있는지 확인합니다. 샘플은 빔라인 제어 컴퓨터에 소프트웨어를 사용하여 180도를 회전에게 그것을 정렬되어 있는지 확인하고 시각적으로 컴퓨터에서 방사선 사진을보고 샘플 위치의 변화를 관찰합니다. 컨트롤은 동일한 컴퓨터에 정렬로 변경됩니다. 샘플의 영역은 샘플의 회전시 시야를 떠나도록 샘플의 배향이 충분히 떨어져있는 경우 화질이 저하된다.
  5. 수동으로 스캔 거리를 검출기 샘플을 설정합니다. 카메라가 사용되는 수평으로 이동할 수 병진 무대에검출기 거리에 샘플을 변경합니다. 거리가 위상차 기여가 증가하는 경우에도 증가한다. 상 효과가 더 쉽게로 이미지 미묘한 균열 및 가장자리 도움이뿐만 아니라, 종종 바람직하지 않다 다른 "후광 효과"아티팩트가 발생합니다.
  6. 빔라인 정렬을 확인합니다. 이미지의 초점을 확인하고 필요한 경우 초점 모터를 조정합니다. 화소 사이즈 보정 샘플을 정의 이동량 샘플 μm의 / 픽셀을 계산하도록 이동 픽셀 수를 측정하여 맞는지 확인한다. 복셀 크기는 실험 설정에 따라 변경됩니다.
    1. 이미지가 수평으로 이동함에 따라, 이미지가 수평으로 일정한 픽셀 함께 트랙을 갖추고 있는지 확인하십시오, 그렇지 않은 경우 그들이 할 수 있도록, 카메라 틸트 모터를 조정합니다. 그 재구성 알고리즘 이상 추정 배향 인 화소 컬럼에 평행하도록이 회전축 정렬.
  7. 각각의 방사선에 대한 노출 시간을 선택. 노출 시간의 범위는 1-1,500 밀리 초이며, 선택 (해상도 요소마다 관측 된 플럭스를 결정) 스캔 에너지와 해상도에 따라 달라집니다. 선택된 시간이 빠른 스캔 시간보다 카운트 주사함으로써 최상의 신호 대 잡음비 사이의 트레이드 오프를 제공한다.
    1. 마이크로 전자 패키지의 경우, 노출 당 100 밀리의 샘플 스캔 시간을 사용합니다.
      참고 : 제어 시스템은 각 카메라의 최대 개수는 65,535되도록 변환 규모에 카메라 수를 표시하도록 설정되어 (100)의 권장 대상보다 적어도 덜에는 포화 픽셀이 없는지 확인합니다.
  8. 데이터 수집 컴퓨터를 사용하여 검색 매개 변수를 설정합니다.
    1. 입력 각도 범위를 소망 한 화상의 수는 그 범위에 걸쳐 수집. 더 많은 각도는 데이터 세트의 크기 스캔 배 더 큰 선택. 각의 공통 번호는 0 ~ 180도 범위에서 513, 1025 및 2049입니다. 이 연구, 사용1025 각도 데이터 수집시 180도 이상.
    2. 스캔 모드를 선택합니다. 스캔 모드의 두 가지 옵션이 정상 1), 2) 연속 단층 촬영입니다. 이 2 ~ 3 분으로 짧은 검사 시간을 초래하기 때문에 연속 모드가 바람직하다. 이미지 수집로서이 모드에서, 회전 단계는 연속적으로 이동한다. 정상 모드에서, 상기 회전 단계는 각각의 각도에서 정지 한 후 화상을 수집한다.
    3. 밝고 어두운 필드 이미지의 수를 지정합니다. 밝고 어두운 필드 이미지 재구성을 수행해야한다. 셔터 가까이 밝은 필드 또는 배경 이미지의 어두운 필드 이미지의 샘플은 시야 밖으로 이동합니다. 이 복원 된 영상에 많은 결함을 방지하기 위해 명 시야 화상에 존재하지 않도록 시료가 충분히 변환 된 것을 확인한다. 여기서, (15), 암 필드 이미지 15 명 시야 이미지를 획득.
    4. 기와가 필요한 경우 확인합니다. 샘플은 필드 오보다 키가 크다 경우F는 샘플을 스캔 전체 샘플이 촬영 될 때까지 수직으로 변환하는 타일링 옵션이있다 볼 수 있습니다.
  9. 데이터 수집 컴퓨터에서 실행 스캔을 실행합니다. 스캔은 입력 된 설정에 따라 자동으로 실행됩니다.

단층 촬영 데이터 처리를 수행하기위한 2 단계

  1. 빔라인에서 사용 가능한 해석을 컴퓨터로 전송 된 데이터는 빔라인 프로토콜을 이용하여 상기 데이터 세트의 재구성 및 필터링을 수행한다. 재구성 데이터 취득 독립적으로 실행할 수 있습니다.
    주 : 데이터 자동 처리 및 재구성 NERSC, 고성능 컴퓨터에 전송된다. 사용자 spot.nersc.gov에서 SPOT 스위트 웹 포털을 통해 자신의 데이터에 액세스 할 수 NERSC에서 계정에 가입 할 수 있습니다. 이 포털은 발전 모드에있는, 많은 사용자들은 나머지 단계를 수행하는 경우에는 재구성 파라미터를보다 효율적으로 제어 할 것을 선호한다.
  2. Reconst다음 단계에 따라 원시 이미지를 ruct : 1), 2) sinograms의 스택을 만들 이미지를 정상화, 3) 링 제거 / 필터를 적용, 4) 평행 광 복원을 수행합니다. 재건은 다시 여과 투영 알고리즘을 기반으로합니다. 샘플 볼륨을 구성하는 각 픽셀의 위치 및 강도에 대한 정보가 TIFF 이미지의 재구성 처리 결과. 전체 프로세스의 개략도가도 2에 도시되어있다.
    1. 플러그인은 피지를 시작 액세스하려면 (피지의 약자이다 그냥 ImageJ에인가) 메뉴 플러그인을 선택 → ALSmicroCT → NormalizeStack832newnaming 아래 그림과 같이. 루게릭 병의 시설에서 사용자는 재구성 프로세스를 간소화하도록 설계된 여러 소프트웨어 패키지를 통합 ImageJ에 / 피지에 대한 사용자 정의 플러그인을 사용하여 전체 재구성 프로세스를 수행 할 수 있습니다.
      참고 : 피지와 플러그인이 여러 개의 빔라인 8.3.2 분석 컴퓨터에서 사용할 수 있습니다.
    2. 피지 대화 상자가 열리면아래 그림과 같이, 재건을위한 원시 파일을 선택합니다. 원시 밝고 어두운 이미지의 스택은 현재로드해야합니다.
    3. 복원 된 이미지가 '미리보기 재건'을 선택 시각화 한 다음, '회전의 중심을 감지'를 클릭하여 회전 중심을 찾습니다. 회전의 중심에 대한 값은 수동으로 입력하고 미리 볼 수 있습니다.
    4. 이 인터페이스를 사용하여 링 연마 매개 변수를 변경하는 옵션 화상 (8, 16 또는 32 비트), 화소 영역의 유형, 이미지의 회전 각도, 및 자른 영역을 정의하다. 각각의 새로운 매개 변수 세트는 '미리보기 복원'버튼을 사용하여 시각화 할 수 있습니다.
    5. 매개 변수가 선택되면, '실행'을 선택하여 이미지의 전체 스택을 재구성. 이후의 모든 데이터 파일이 지정된 "출력 디렉토리 '에서 찾아 볼 수 있고, 디폴트 디렉토리는 원시 데이터 폴더 내의 파일에 출력 될 것이다.
  3. 단층 촬영의에서 액세스 원시 데이터SPOT에 포털을 통해 NERSC (LBNL 슈퍼 컴퓨터) 서버입니다 웹 사이트 http://spot.nersc.gov/로 이동하여 모든 컴퓨터에서 캔.
    참고 : 자신의 NERSC이 있어야 각 개인 연구자가 특정 데이터 세트에 액세스 할 차지하고있다. 사용자 캔 설정 https://nim.nersc.gov/nersc_account_request.php에서 계정. 빔라인에서, 각각의 연구 그룹은 빔라인 계정에 할당된다. 이 계정은 빔라인 시스템을 액세스하는 데 사용되며, 또한 글로 온라인 사용 빔라인 서버로부터 데이터를 직접 액세스 할 수있다.
  4. 2D의 스택을 로딩하여 3D 및 2D 모두에서 데이터를 시각화는 3D 분석 소프트웨어로 이미지를 재구성. 여기에 제시된 샘플과 이미지는 빔라인 8.3.2 분석 시스템 중 하나에서 사용자를 빔라인하는 데 사용할 수있는 분석 및 시각화를 수행 할 Avizo 소프트웨어를 사용합니다.
  5. 데이터 세트가 시각화 소프트웨어에 업로드되면 특정한 FE에 정량 정보를 얻기 위해 상기 데이터 분석을 수행샘플 내에서 atures. 종종 데이터 세트는 출력 데이터의 크기를 감소시키기 위해 다운 샘플링된다. 그러나이 충실도를 감소 복셀의 크기를 증가 시키지만 쉽게 분할의 이미지보기를 매끄럽게 할 수있다.
    1. 슬라이스 재구성 2D 적층 체의 히스토그램을 임계 화하고 지정된 범위 내에 화소에 새로운 픽셀 값을 할당하여 관심 세그먼트 기능을 선택한다.
    2. 분할 볼륨과 표면을 시각화합니다. 기능이 분할되면 그들은 Avizo 또는 선호하는 시각화 소프트웨어를 사용하여 3D로 볼 수 있습니다. 이 관심의 특정 지역에서 솔더 볼과 같은 특정 기능의 3D 표면 렌더링이 가능합니다.
    3. 샘플의 특징을 정량화하는, 균열 크기, 비아, 기공률, 결함 등의 관심의 기능을 통해 예로서, 식별 또는 균열되면, 기능 분할 할 수 있고 볼륨을 통한 크랙 폭, 길이 체적 정보, 다공성 분포는 tomogr을 평가함으로써 정량화 할 수있다aphic 데이터를 설정합니다.
    4. 다른 방향에서 샘플을 보여주는 샘플의 영화를 만듭니다. 영화 1 수평 방향에 이미징되는 마이크로 전자 패키지의 다른 단면도 및 볼륨 렌더링 뷰의 예를 나타낸다.

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Representative Results

단층을 사용하여 촬영 한 화상은 상이한 감쇠 길이의 기능이 여러 재료의 두께의 마이크로 일렉트로닉 패키지의 솔더 인터커넥트의 X 선, 금속 트레이스 등의 재료의 차이를 흡수하기 때문에 발생한다. 상기 SIP 패키지는 약 80 ㎛의 직경의 첫번째 레벨 인터커넥트 (FLI) 플립 칩 C4 솔더볼과 세라믹 기판에 부착 된 다이 실리콘 이루어져; 중간 레벨 인터커넥트 (MLI)은 FR4 에폭시 기판이 기판을 연결하는 약 350 ㎛ 인 솔더 볼;을 . 그리고 두번째 레벨 인터커넥트 (SLI)는 약 650 ㎛의 회로 기판의 배면 측의 BGA 땜납 볼을도 2는 수평 방향에 배치 된 샘플의 개략도를 도시한다; 이 배향은 한 번의 스캔에 대한 시야의 전체 샘플을 맞추기 위해 선택되었다. AN,도 3은 동일한 샘플으로부터 3D 이미지를 나타낸다낮은 TPT (표 2)와 하나의 스캔 이미지화 된 전체 패키지. 이 데이터 분석 Avizo을 사용하여 제조 하였다. 마이크로 전자 패키지의 경우 0.175 °의 각도 증가는 180도 이상 1,025 이미지의 결과로 선정되었다. 도 3a 구멍 구리 관통 비아 플레이트 및 상기 기판의 일부가 표시되어있다.도 3B는 필드 프로그래머블 게이트 어레이 (FPGA)의 한쪽 모서리를 도시 관심 영역 다이 및 기판 상에 확대. 이것은 전체 패키지의 다중 개별 성분을 검사 할 수있는 방법을 신속하게 도시한다.도 4는 FPGA SIP 패키지 SRμT 검출 기능을 설명한다. 여기서, 회로 기판, VIA의 실리콘 다이, 양 기판 및 커넥터의 모든 레벨. 식별되어도 5 및도 6은 상호 접속의 서로 다른 뷰 displaye있는 3D에서 기능을 시각화하는 단층 촬영 데이터의 사용을 설명하는 도면 라. 그림 6은 FLI와 MLI 연결과 수직 스캔 CPU 다이 패키지의 3D 이미지를 보여줍니다. 때문에 이미지를 위해 전체 샘플은 하나의 스캔에서 캡처되지 않은 수직 스캔 방향이 방향 타일의 전체 샘플은 필요하다 그림 6b는 확대 차원 단층 촬영 슬라이스를 보여줍니다.; 여기에서 이미지 품질이 종래 촬상 확장 된 열 순환 동안 생성 된 솔더볼 내의 균열을 관찰하기에 충분하다.

그림 1
그림 1. 도식 보여주는 단층 촬영 설정. 고급 광원 (로렌스 버클리 국립 연구소, 버클리 CA USA)에서 빔라인 8.3.2에서 허치의 도식. (: http://microct.lbl.gov/manual 그림 8.3.2 Microtomography 매뉴얼에서 촬영 한에 액세스 할 수 있습니다)"대상 ="_ 빈은 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
그림 데이터를 재구성하기위한 2 단계. 회로도 단계를 도시는 단층 촬영 설정의 샘플의 최종 3 차원 재구성 영상을 얻을 수 있습니다. 여기에 샘플을 수평 방향으로 이미지화되는 16 × 16mm의 SIP 패키지입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3. 패키지의 3D 볼륨 렌더링합니다. 8.7 ㎛의 해상도를 3 분 (A)의 스캔 시간 묘화 전체 FPGA SIP 패키지의 3D 렌더링 확대 된 전체 패키지, 및 (B)를 도시 FPGA를 기판과 회로 기판 배선의 한 구석을 보여주는 패키지의 영역의보기. (13) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
FPGA를 SIP 패키지를 통해 촬영하는 패키지. 차원 재구성 슬라이스의 단면을 나타내는도 4 단층 화상. 이 샘플은 4.5 μm의 해상도와 20 분의 스캔 시간이 몇 군데 있었다. 실리콘 다이, 언더필, 두 기판과 상호 연결의 모든 수준을 관찰 할 수있다. (13)는 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

683 / 53683fig5.jpg "/>
세 개의 상호 연결 수준의 그림 5. 3D 볼륨 렌더링. 8.7 μm의 해상도 (3 분 스캔 시간)으로 전체 SIP 패키지를 보여주는 분단 된 3D 이미지. 이 상호 연결의 세 가지 수준을 보여줍니다 (FLI는, MLI, 및 SLI). (13)는 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6
솔더볼에서 식별도 6 가시 기공. (A) 및 3 차원 FLI MLI 땜납 연결이 수직 주사 CPU 다이 패키지의 이미지를 재구성. 대형 센터 무효 및 의도적 인 열 스트레스 테스트시 발생하는 균열과 MLI 솔더 볼을 나타내는 2 차원 재구성 조각의 영역에서 확대 된 (B). (13)PLOAD / 53683 / 53683fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

영화 1
3D 및 패키지의 차원에서 영화 1. 단층 촬영 이미지 ( 오른쪽 다운로드 클릭 ). 이 영화는 다른 관점에서 16 × 16mm 2 패키지의 3D 볼륨 렌더링을 보여줍니다. 그런 다음 다른 조각을 통해 팬은 패키지 내에서 내부 정보를 표시합니다.

PCO.4,000 (4,008x2,672) PCO.Edge (2,560x2,160) OPTIQUE 피터 *]
렌즈 픽셀 (μm의) 보기의 필드 (mm) 픽셀 (μm의) 보기의 필드 (mm)
20X * - - 0.33 0.8
10X 0.9 3.6 0.69 1.7
5 배 1.8 7.2 1.3 3.3
4.5 (18) 3.25 8.3
1X 9 (36) 6.5 16.6

표 ALS 빔라인 8.3.2에서 사용할 수있는 카메라와 렌즈를 보여주는 1. 세부 사항.

출처 해상도 옵션 카메라 / 렌즈 매기. 픽셀 크기 (μm의) FOV 폭 (mm) FOV 높이 (mm) 이미지 시간 TPT (분) FOV / TPT (mm 2 / 분)
싱크로 ALS BL의 8.3.2 낮은 A / 1X 8.7 (36) 6 (72)
낮은 B / 1X 6.5 16.6 6 33.2
의대 B / 2 배 3.3 8.3 6 16.6
의대 A / 2X 4.5 (18) 6 (20) 5.4
높은 B / 5 배 1.3 3.3 2.8 (5) 1.84
높은 B / 10X 0.65 1.7 1.4 (11) 0.22
실험실 기반 소스 MicroXCT-200 높은 - 1.5-2 1.5-2 1.5-2 180-240 ~ 0.02

다른 카메라와 렌즈 옵션에 대한 해상도 표 2. 개요, 시야, 및 이미징 시간.

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Discussion

프로토콜 절에 설명 된 모든 단계 멀티 스케일 멀티 재료 샘플의 고해상도 이미지를 얻는데 중요하다. 가장 중요한 단계 중 하나는 샘플이 장착 및 정량화에 사용할 수있는 품질의 이미지를 획득하는 필수적인 광학 포커싱이다. 구체적으로, 시료의 근소한 이동 재구성 된 이미지에서 아티팩트를 야기 해상도 저하를 야기 디 포커싱한다. 이미지 품질 문제를 피하기 위해서 그 다음 샘플을 스캔하면서 동시에 일어날 수있는 테스트 이미지를 재구성하는 데 중요하다. 이 스캔 설치하는 동안 발생한 모든 문제 또는 문제를 식별하는 데 도움이됩니다. 재구성 된 이미지에 문제가있는 경우 장착 및 정렬 샘플주의를 지불하고 샘플을 다시 검사해야 할 수도 있습니다. 설치하는 동안 다른 문제는 LabVIEW를 오류, 샘플 단계 모터, 또는 일의 부재 문제로 발생할 수있다전자 X 선 빔. 빔라인 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다 빔라인의 매뉴얼에 문제 해결에 대한 자세한 단계가 있습니다. 이미지 품질을 개선하거나 실험자 문제에서 오는 경우가 아닌 수동으로 덮여에 대한 추가 옵션을 논의하기 위해 빔라인 과학자를 참조하십시오.

여기에 도시 된 도면은 모두 높은 공간 해상도 및 샘플 비파괴 내의 특정 기능에 대한 분석을 수행하는 기능을 몇 분에 화상 전체 다단계 마이크로 일렉트로닉 패키지 SRμT 사용의 장점을 강조. 여기에 몇 군데 샘플에 대한 재구성 시간은 한 시간에서했다. 루게릭 병에 넓은 에너지 스펙트럼은 적절한 필터링 높고 낮은 원자 번호 원소 모두의 이미징을 할 수 있습니다. 이 균열, 공극, 박리, 결함, 그리고 훨씬 더의 정량화 수 있습니다. 여기서 상기 고속 데​​이터 수집 시간에 도움 연속 단층 촬영 모드 묘화 샘플의 여러 옵션. 이기는 하지만루게릭 싱크로트론 설비에 사용할 수있는 에너지 범위에 의한 몇 가지 제한이있다 SRμT를 사용하여 묘화 될 수있는 물질과 볼륨의 다양한있다. 구체적으로는, 고밀도 물질의 두께는 제한 될 수있다.

싱크로트론 소스 CT 시스템이 고해상도 기능 장애 분석 및 조립 공정 개발 모두에 대해 유용한 정보를 제공한다. 대조적으로 탁상 CT 시스템의 상대적으로 낮은 밝기 단색 에너지의 선택을 허용하고 어려움 구리 또는 솔더 주변 기능의 존재 결함을 강조가 없습니다. TPT 빠른 시간에 큰 샘플 크기를 수용하는 단층 촬영 기술의 능력은 반도체 산업에 대한 최상의 중요하다. SRμT를 사용하여 얻은 결과는 마이크로 전자 공학 (14)의 새로운 응용 프로그램에 대한 앞으로의 경로를 제안한다. 전체적으로 앞으로이 분야에서 광범위한 가능성이있다작업, 구체적으로 순환 온도 및 반복 하중 등의 현장 조건에에서 이러한 복합 소재 다중 스케일 마이크로 전자 패키지를 조사.

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Disclosures

저자는 공개 아무것도 없어.

Acknowledgments

이 작품의 LLNL 부분은 계약 DE-AC52-07NA27344에서 로렌스 리버모어 국립 연구소에 의해 미국 에너지 부의 후원하에 수행 하였다. 인텔 공사 저자는 데이터 수집 및 도움이 토론의 일부 인텔에서 Pilin 리우, 리앙 후, 윌리엄 해먼드, 카를로스 Orduno에게 감사의 말씀을 전합니다. 고급 광원은 계약 번호 DE-AC02-05CH11231에서 미국 에너지 부 국장, 과학의 사무실, 기초 에너지 과학 사무소에 의해 지원됩니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Beamline 8.3.2 Advanced Light Source, Berkeley, CA, USA http://microct.lbl.gov/

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References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Zhou, B., et al. In Situ Synchrotron Characterization of Melting, Dissolution, and Resolidification in Lead-Free Solders. J. Electron. Mater. 41, 262-272 (2012).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Elmer, J., et al. Synchrotron Radiation Microtomography for Large Area 3D Imaging of Multilevel Microelectronic Packages. J. Electron. Mater. 43, 4421-4427 (2014).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Kinney, J. H., Nichols, M. C. X-Ray Tomographic Microscopy (XTM) Using Synchrotron Radiation. Annu. Rev. Mater. Sci. 22, 121-152 (1992).

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