Çok ölçekli Üç boyutlu Mikroelektronik paketleri Soruşturma Sinkrotron Radyasyon Microtomography kullanma

Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Bu çalışma, senkrotron radyasyonu mikro tomografi, yıkıcı olmayan, üç boyutlu görüntüleme tekniği için, 16 X 16 mm'lik bir enine kesit alanına sahip bütün bir mikroelektronik paketi araştırmak için kullanılır. Sinkrotron yüksek akı ve parlaklık örnek bir 8.7 mikron mekansal çözünürlükte sadece 3 dakika içinde görüntülendi.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Sinkrotron ışınımı mikro tomografi (SRμT) yüksek uzaysal çözünürlüğü ile hızlı veri toplama süreleri için yüksek akı sunan bir tahribatsız üç boyutlu (3D) görüntüleme tekniğidir. elektronik sektöründe yüksek yoğunluklu bağlantıları birden düzeylerini içeren 3D mikroelektronik paketleri, birçok başarısızlık analizi yapan ciddi bir ilgi vardır. Genellikle tomografi görüntü çözünürlüğü ve görüntülü olabilir bir numunenin hacmi arasında bir trade-off var. Bu ters ilişki mikroelektronik paket kesit alanı 100-3,600 mm 2 genellikle büyük olduğu konvansiyonel bilgisayarlı tomografi (BT) sistemleri kullanışlılığı sınırlar, ancak mikron ölçeğinde önemli özelliklere sahiptir. Berkeley, CA, ABD, Gelişmiş Işık Kaynağı (ALS), mikro-tomografi beamline maksimum izin ile, uyarlanabilir ve vb bir numunenin özellikleri, yani, yoğunluk, kalınlık, uygun olabilir bir yapısı vardır36 x 36 mm mümkün kesiti. Bu kurulum aynı zamanda enerji aralığında ~ 7-43 keV ya monokromatik olma ya da çok renkli ışın kullanılarak beyaz ışık modunda maksimum akı ile çalışan seçeneği vardır. Bir paket içinde görüntü bütün bir 16 x 16 mm sistemini alınan deneysel adımlar ayrıntıları az 3 dakikalık bir tarama süre içinde 8,7 mikron tüm mekansal çözünürlüğe sahip sistemin 3D görüntüler elde etmek için, burada sundu. Ayrıca farklı yönlerde ve daha yüksek çözünürlük görüntüleme için bir kesiti paket içinde taranmış paketlerden sonuçlandır. Buna karşılık geleneksel BT sistemi, potansiyel kötü çözünürlükte veri kaydetmek için saat sürecekti. sinkrotron ışınımı tomografi kurulumu kullanarak Nitekim, bu alanda-view verimlilik zaman oranı çok daha yüksektir. deney düzeneği aşağıdaki açıklama uygulamaya ve diğer çoklu maddeleri ile kullanım için adapte edilebilir.

Introduction

örnekleri karakterize ederken mikroelektronik alanında, diğer birçok alanda olduğu gibi, mikrometre ölçeğinde tahribatsız değerlendirilmesi gereklidir. Özellikle mikroelektronik endüstrisi için, 3D mikroelektronik paketleri sondalama çoklu seviyeleri ve çoklu malzemeler içeren ve termal elektrik ve mekanik bileşenler vurgulayarak sırasında ambalajlarda hataları belirleme ilgi var. Dünya Sinkrotronu etrafında radyasyon tesisleri mikroelektronik paketlerin başarısızlık analizi için kullanılan tomografi ve kırınım ışın demetleri belirlemiş. Bu duruma örnek olarak in situ gözlem, aşırı soğutma ve kalay anizotropik termal genleşme ve intermetalik bileşiklerin (IMCs) 6,7 in situ görüşlerinde, kalay kıl büyümesi, 4,5 mekanizmaları değerlendirilmesi electromigration 1-3 kaynaklanan boşluk oluşumu görüntüleme edilir katılaşma ve IMC oluşumu 8-10, anizotropik mekanik davranış vekalay yeniden kristalleşme ve kurşun ücretsiz lehimler 10, flip çip darbelere boşluklar ve Ag-nanoink sinterleme 11 in situ gözlemlerinde. Bütün bu çalışmalar daha da mikroelektronik endüstrisinde anlayış ve bileşenlerinin geliştirilmesi gelişmiş var. Ancak bu çalışmaların birçoğu paketinin içinde küçük bölgeler üzerine odaklanmıştır. Daha fazla bilgi test ve onların gelişimini ilerletmek için yüksek çözünürlüklü SRμT kullanarak tam boy paketi karakterize panoda olabilir.

Elektronik paketler artık üretilen bağlantılarının çoklu katmanlar içeriyor olması. Bu paketler ve cihazlar arıza analizi, kalite kontrolü, güvenilirlik risk değerlendirmesi ve kalkınma ile ilgili tahribatsız değerlendirme için bir 3D çözümü için çağıran daha karmaşık büyüyor. Bazı kusurları bakır su içinde şekillendirme boşlukları ve çatlakları dahil boyutu 5 um, daha az özelliklere tespit edebilen bir teknik gerektirirbulma ve top ızgara diziler (BGAs) ve C4 lehim eklem boşlukları miktarının, düzeyli ambalaj 12 temassız açık ve nonwet lehim yastıkları belirlenmesi bstrate yollar,,. Yüzey montaj işlemi sırasında kusurları bu tür tespit ve istenmeyen arızaları önlemek için yoğun olarak izlenmelidir.

Ayrıca masa olarak da bilinen laboratuar tabanlı kaynakları kullanarak şu anda BT sistemleri, ~ 1 mikron mekansal çözünürlükte gibi yüksek sağlayamıyoruz ve umut verici sonuçlar düzeyli ambalajlarda hataları izole etmek için kullanılmaktadır. SRμT kurulumları 13,14 oranla Ancak, masa BT sistemleri bazı sınırlamaları vardır. Masa sistemleri için genellikle sadece bir ya da iki X-ışını kaynağı spektrumları içerdiğinden malzeme belirli bir yoğunluk aralığı görüntüleme ile sınırlıdır. Ayrıca aracılığıyla-put-time (TPT) ilgi 1-2 mm 2 bölge, ca başına veri toplama süresi birkaç saat gerektiren geleneksel masa BT sistemleri için uzun kalırn yararlılığını sınırlamak; Örneğin, 8-12 saat Silikon Vias (TSV), genellikle numune içinde yüksek çözünürlükte ilgi İzlenim (FoV) ya da bölgelerin birden Alan edinme gerektiren BGAs veya C4 eklemlerde, sonuçlanan sayesinde başarısızlıkları analiz toplam TPT, hangi birden numuneler analiz edilmesi gereken geleneksel masaüstü BT sistemleri için bir gösteri tıpa. Senkrotron radyasyonu ilgi konusu bir bölge için çok daha hızlı bir veri toplama zamanlarda elde edilen geleneksel X-ışını kaynakları daha yüksek akı ve parlaklık sağlar. SRμT görüntülü ve örnek hacmi edilebilir malzeme türlerine göre daha fazla esneklik için izin vermez rağmen, sinkrotron kaynağı ve kullanılan kurulum, özellikle maksimum kabul edilebilir kalınlık ve örneklem büyüklüğü için özel sınırlamalar, var. ALS de SRμT kurulum için görüntülenmiş maksimum enine kesit alanı <36 x 36 mm ve kalınlığı uygun bir enerji aralığı ve akı ile sınırlıdır ve malzeme specific.

Bu çalışma SRμT 3D yarı iletken paketleri teftiş görüntüye kullanım için yüksek çözünürlük ve düşük TPT (3-20 dk) ile paket (SIP) bütün bir multi-level sistemi kullanılabilir nasıl göstermek için kullanılır. Sinkrotron Kaynak CT adlı için masa, CT en karşılaştırarak daha fazla ayrıntı referanslar 13,14 bulunabilir.

Deneysel Genel Bakış ve beamline Açıklama 8.3.2:
dünyada tomografi deneyler için hazır sinkrotron tesisleri bulunmaktadır; Bu tesislerin çoğu Deneyciler deney, yanı sıra bilimsel etkisini tanımlayan bir teklifin sunulmasını gerektirir. Burada tarif edilen deneyler her beamline 8.3.2 Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (LBNL) ALS gerçekleştirildi. Bu beamline için iki enerji modu seçeneği vardır: enerji aralığı ~ 7-43 keV veya 2) çok renkli "beyaz" ışık tüm availa olarak monokrom 1)yüksek yoğunluklu malzeme tararken ble enerji spektrumu kullanılır. X-ışınları örnek nüfuz nerede beamline 8.3.2 tipik bir tarama sırasında bir örnek bir dönme sahnede monte edilir, daha sonra zayıflatılmış X-ışınları, bir sintilatör aracılığıyla görünür ışık dönüştürülmüş bir lens tarafından büyütülmüş ve daha sonra yansıtılıyor kayıt için CCD. Örnek mikrometre çözünürlüğe sahip numunenin 3D görünüm elde etmek için yeniden bir görüntü yığınını üreten 0 ° ile 180 den dönerken bu yapılır. Elde edilen tomografik veri kümesi boyutu tarama parametrelerine bağlı ~ 3-20 Gb arasında değişir. 1 örnek taranır baraka bir şemasını göstermektedir.

Burada sunulan Aşağıdaki protokol bütün mikroelektronik paketi görüntüleme için gerekli deney düzeneği, veri toplama ve işleme adımları açıklar, ancak adımlar görüntüye örneklerin çeşitli modifiye edilebilir. modifikasyonlar örneklem büyüklüğü bağlıdır,yoğunluk, geometri ve özellikleri faiz. Tablo 1 ve 2, bu beamline 8.3.2 mevcut çözünürlük ve örneklem büyüklüğü kombinasyonları (ALS, LBNL, Berkeley, CA). Burada incelenen mikroelektronik paket için örnek kalınlığı ve numunenin bileşenlerinin yüksek yoğunluklu nedeniyle seçildi bir çok renkli ( "beyaz") ışını kullanılarak görüntülendi. Örnek, mount aynanın yatay doğrultuda, bu nedenle tek gerektiren ~ 4 mm ve • 40 mm genişliğinde bir yüksekliğe sahip paralel olan kiriş, yüksekliğine uyacak şekilde, tüm numune için izin verilen bu yönelimi, monte edildi tüm örnek yakalamak için tarayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Not: Aşağıda açıklanan Protokol ayrıntıları ALS, Berkeley, CA de beamline 8.3.2 işler için özel olarak yazılmıştır Uyarlamalar dünyada bulunabilir diğer sinkrotron tesislerinde, iş için gerekli olabilir. Uygun güvenlik ve radyasyon eğitimi her sinkrotron tesisin web sitesinde bulunabilir bu tesislerin ve eğitim için rehber deneyler çalıştırmak için gereklidir. Tomografi protokolü (ALS, LBNL, Berkeley, CA) herhangi bir değişiklik ya da güncellemeler beamline kılavuzunda 15 bulunabilir. Tomografi süreci ile ilgili ayrıntılar Referans 16 bulunabilir. beamline bilim adamları herhangi bir soruya cevap için kullanılabilir ve deney düzeneği kolaylaştıracaktır.

1. Adım beamline de Tomografi Tarama Yapma için 8.3.2 (ALS, LBNL)

  1. beamline en dönme aşamasında uyacak şekilde tasarlanmış bir numune tutucu üzerine monte edilerek tarama için örnek hazırlayın. numuneler için bir cust yokom, montaj kil veya balmumu ile bir mesaj ya da mandrenle numunenin uygun.
    Not: Bu çalışmada taranan örnek 16 x 16 mm ve yüksekliği sadece ~ 3 mm bir mikroelektronik paket oldu. Numune yatay beamline sağlanan kil kullanılarak monte edildi görüş alanında tüm paketi sığdırmak için.
    1. 180 dereceye kadar döner zaman görüş alanı içinde kalmasını sağlamak için örnek hizalayın. hutch içinde dönme sahnede örnek yüklemeden önce örnek hizalamak için kullanılan bir çevrimdışı sahte dönme aşaması vardır. dönme merkezinin görsel kontrol hizalama için genellikle yeterlidir.
    2. hutch içinde numune tutucu takılı örnek monte edin. Örnek kafesi monte edildikten sonra, iki ortogonal ortalama motor dönme merkezine göre numunenin konumlandırma sağlar.
      Not: Bazen numune hazırlama emin örnek yapmak için önümüzdeki deneme süresi gereklidirboyutu istenilen çözünürlük için doğrudur. Örneğin, 16 x 16 mm mikroelektronik paketlerin bazıları daha yüksek çözünürlüklü tarama için küçük parçalar halinde bölümlere ayrıldı. Örnek büyüklüğü Tablo 1 ve 2 kullanılarak belirlenebilir.
  2. ilgi örneklem büyüklüğü ve özelliği büyüklüğüne göre tarama için büyütmeyi seçiniz. 9 mm - beamline 8.3.2 0.35 den piksel boyutları bir dizi görüntüler üretmek hangi seçim için birkaç lens vardır. görüş alanı büyütme arttıkça azalırken büyütme bağlı olarak, örnek, uygun enine kesit alanının olması gerekir.
    1. Burada taranmış Örnek uzun yönde 22.6 mm olduğu Tablo 1 ve 2 de gösterildiği gibi, PCO.4,000 1X lens seçmek, bu kombinasyon görünümü büyük Örnek bir alan verir. Elde edilen piksel boyutu 8.7 mm.
  3. X-ışını enerjisini ayarlama veya polych geçmekBeamline Kontrol Bilgisayarı kullanarak romatic kiriş. Enerji aralığı sınırlar beamline 8.3.2 x-ışını enerji aralığı 4-80 keV sürekli, ancak çok katmanlı monokromatör monte etmek ~ 7-43 keV tepe akı 12 keV ~ oluşur ise. en kaliteli görüntüyü elde etmek, Veri Toplama Bilgisayar ölçülebilir bir ~% 30 iletim, hedef enerji seçimi temel. artan enerji ile genel,% İletim artar.
    1. mikroelektronik paket için, bağlı paketinin kalınlığına ve malzemesine ışık "beyaz bir seç".
      Not: beamline 8.3.2 manuel "beyaz" ışık ve monokrom modu arasında değiştirmek için adımlar ayrıntılı etmiştir.
    2. "Beyaz" ışık modunu kullanırken, daha düşük enerji X-ışınları süzmek için x-ışını doğrultusunda 2-4, metal, alüminyum ve bakır filtreleri ekleyin. Bu örnek için, ~ 1.2 mm toplam kalınlığı olan 2 bakır yaprak kullanın.
    3. tim örnek yeşil ışık yoluyla iletim hesaplamakkullanarak e:
      http://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html ya http://www.nist.gov/pml/data/xraycoef/ ya http://11bm.xray.aps.anl.gov/absorb/absorb .php. Örneğin, örnek olacak çıkış enerjisi aralığının bir fonksiyonu olarak yüzde iletimini gösteren bir grafiktir kimyasal formülünü ve tahmini kalınlığı giren.
  4. dönme sahnenin orta kameranın merkezi ile aynı hizada olduğundan emin olun. Örnek beamline Kontrol Bilgisayar yazılımı kullanarak 180 derece döndürün hizalanmış olup olmadığını kontrol edin ve görsel bilgisayarda radyografi görüntüleyerek örnek konumda değişikliği gözlemlemek için. Kontrol aynı bilgisayarda uyum değişir. Numunenin bölgeleri örnek dönüşü sırasında görüş alanını terk böylece numunenin uyumu yeterince kapalı olduğunda görüntü kalitesi bozulur.
  5. El ile tarama için mesafe detektör örnek olarak ayarlayın. Kamera kullanılan yatay olarak hareket edebilir ve bir çeviri sahnedeDedektör mesafesi örnek değiştirmek için. mesafe faz kontrast katkı artar da artar. Faz etkileri daha kolay görüntü ince çatlaklar ve kenarları yararlı, ama aynı zamanda sık sık istenmeyen diğer "halo etkisi" eserler neden olur.
  6. beamline hizasını kontrol edin. görüntünün odağını kontrol edin ve gerekirse odak motoru ayarlayın. piksel boyutu kalibrasyonu numune belirli bir miktarını hareketli ve örnek mm / piksel hesaplamak taşındı piksel sayısını ölçerek doğru olduğunu onaylayın. Voksel boyutu deney düzeneği bağlı olarak değişecektir.
    1. Görüntüyü yatay hareket ederken, görüntü yatay sabit bir piksel boyunca takip özellikleri olduğunu kontrol edin ve eğer onlar yapmak, böylece, kamera tilt motoru ayarlayın. o rekonstrüksiyon algoritmaları tarafından daha sonra kabul hizalama olan piksel sütunlar, paralel, böylece bu dönme eksenini hizalar.
  7. Her grafisinde için bir pozlama süresini seçin. maruz kalma süresi için aralık 1-1,500 msn ve seçim (çözünürlük elemanı başına gözlenen akı belirler) Tarama enerji ve çözünürlüğe bağlıdır. Seçilen zaman hızlı tarama süresi ve daha sayımları ile bir tarama ve böylece en iyi sinyal-gürültü oranı arasında bir denge sağlamalıdır.
    1. mikroelektronik paket için, pozlama başına 100 msn örnek tarama süresini kullanın.
      Not: Kontrol sistemi, her kameranın maksimum sayısı 65.535 böylece dönüştürülmüş ölçekte kamera sayılarını görüntülemek için ayarlanmış 100 önerilen hedefin daha en azından daha az hiçbir doymuş piksel ya da orada olduğundan emin olun.
  8. Veri Toplama Bilgisayar kullanarak Scan Parametreleri ayarlayın.
    1. Girdi açısal aralığı istenen ve görüntü sayısı o aralığı üzerinden toplamak için. Daha fazla açılar veri kümesi boyutu tarama kat daha uzun ve daha geniş seçilmiş. açılarının ortak sayıları 0-180 derece aralığında 513, 1.025, ve 2.049 olarak. Bu çalışmada, kullanım için1025 açıları veri toplama sırasında 180 derecenin üzerinde.
    2. Tarama modunu seçin. Tarama modu için iki seçenek, normal 1) ve 2) sürekli tomografi vardır. o ~ 3 dakika, en kısa tarama zamanı sonuçlanır beri sürekli mod tercih edilir. Çıkan toplanır Bu modda, döndürme aşaması sürekli olarak hareket eder. Normal modda, dönme aşaması her açıda durur ve sonra bir görüntü toplanır.
    3. Aydınlık ve karanlık alan görüntü sayısını belirtin. Aydınlık ve karanlık alan ve görüntüler yeniden gerçekleştirmek için gerekli değildir. panjurlar yakın ve parlak bir alan veya arka plan görüntüleri için karanlık alan görüntüler için numuneler görüş alanının dışında hareket eder. o yeniden yapılandırılan görüntülerin büyük kusurları önlemek amacıyla parlak bir alan görüntüde mevcut olmadığı için örnek yeterince tercüme olduğundan emin olun. Burada, 15 karanlık alan görüntüler ve 15 parlak bir alan görüntüler elde.
    4. fayans gerekli olup olmadığını belirleyin. Örnek bir alan o daha uzun isef sonra numuneyi taramak tüm numune yakalanır kadar dikey olarak tercüme edecek bir döşeme seçeneği vardır görüntüleyin.
  9. Veri Toplama Bilgisayar çalışma tarama yürütün. Tarama Girilen ayarlara göre otomatik olarak çalışacaktır.

Tomografik Veri İşleme Sahne 2. Adımlar

  1. beamline mevcut bir analiz bilgisayara veri aktarımı beamline protokolünü kullanarak veri setinin yeniden yapılanma ve süzme işlemini gerçekleştirmek için. İmar veri toplama bağımsız çalıştırabilirsiniz.
    Not: Veriler otomatik olarak işlenir ve yeniden inşa edilmiş NERSC, yüksek performanslı bir bilgisayara aktarılır. Kullanıcılar spot.nersc.gov de SPOT Suite web portalı aracılığıyla verilere erişmek için NERSC bir hesap için kayıt olabilirsiniz. Bu portal geliştirme modunda hala pek çok kullanıcı da kalan adımları izleyin durumda yeniden parametreleri üzerinde daha fazla kontrole sahip olmak tercih ederim.
  2. ReconstAşağıdaki adımları ham görüntüleri dürme: 1), 2) sinograms yığınını oluşturmak görüntüleri normalleştirmek, 3) ring sökme / filtre uygulayabilir ve 4) paralel ışın yeniden gerçekleştirin. rekonstrüksiyon geri filtrelenmiş projeksiyon algoritması dayanmaktadır. örnek hacmi oluşturan her bir pikselin konumu ve yoğunluğu hakkında bilgi içeren TIFF görüntüleri yeniden inşa süreci sonuçları. Sürecin şematik Şekil 2'de gösterilmiştir.
    1. eklenti Fiji başlatmak erişmek için (Fiji için kullanılan bir kısaltmadır olan Just ImageJ mi) ve menü Eklentiler seçeneğini → ALSmicroCT → NormalizeStack832newnaming aşağıda gösterildiği gibi. ALS tesiste bir kullanıcı yeniden yapılanma sürecini kolaylaştırmak için tasarlanmış çeşitli yazılım paketleri entegre ImageJ / Fiji, için özel bir eklenti kullanarak tüm yeniden yapılanma sürecini gerçekleştirebilirsiniz.
      Not: Fiji ve eklenti birden beamline 8.3.2 analiz bilgisayarlarda kullanım için mevcuttur.
    2. FIJI iletişim kutusu açıldığındaAşağıda gösterildiği gibi, yeniden yapılanma yönelik ham dosyayı seçin. Ham, parlak ve karanlık görüntülerin yığını şimdi yüklenmelidir.
    3. Oluşturulan görüntü "Önizleme yeniden 'seçeneğini görselleştirmek sonra,' dönme merkezi algıla 'tıklayarak dönme merkezi bulun. dönme merkezi için değeri de elle girilen ve Önizlemesi olabilir.
    4. Bu arayüzü kullanarak halka kaldırma parametrelerini değiştirme seçeneği, görüntü (8, 16 veya 32 bit), piksel aralığı tipi, görüntülerin dönme açısı ve kırpılan bölgeyi tanımlamak vardır. Her yeni parametre seti "Önizleme rekonstrüksiyon 'düğmesini kullanarak görüntülendi olabilir.
    5. Parametreler seçildikten sonra, 'koşmak' seçerek görüntüleri tüm yığınını yeniden. Tüm sonraki veri dosyaları belirtilen 'Çıktı dizininde' bulunabilir, varsayılan dizin ham veri klasörü içinde bir çıkış dosyası olacaktır.
  3. tomografi s erişin ham veriSPOT portal üzerinden NERSC (LBNL süper) sunucusu web sitesi http://spot.nersc.gov/~~pobj, giderek herhangi bir bilgisayardan kutular.
    Not: Kendi NERSC olmalıdır Her bir araştırmacı kendi özel veri setlerini erişmek için hesap. Bir kullanıcı kutu kurulum https://nim.nersc.gov/nersc_account_request.php bir hesap. beamline, her araştırma grubu, bir beamline hesabı atanır. Bu hesap beamline bilgisayarlara erişmek için kullanılan ve aynı zamanda Globus Online kullanarak beamline sunucudan doğrudan verilere erişmek için kullanılabilir.
  4. 2B destesini yükleyerek 3D ve 2D hem de verileri görselleştirmek herhangi bir 3D analiz yazılımı içine görüntüleri yeniden. Burada sunulan örnekler ve görüntüler beamline 8.3.2 analiz bilgisayarların herhangi birinde kullanıcıları beamline kullanılabilir analiz ve görselleştirme gerçekleştirmek için Avizo yazılımı kullanın.
  5. Bir veri kümesi görselleştirme yazılımı içine yüklendikten sonra özel fe üzerinde sayısal bilgi almak için daha fazla veri analizi gerçekleştirmeknumune içinde aküler. Genellikle gerçekleştirmede çıkış veri boyutunu küçültmek için altörneklenir. Ancak bu vefa azaltarak voksel boyutunu artırmak, ancak daha kolay segmentasyon görüntü görünümünü pürüzsüz olabilir.
    1. dilimleri yeniden 2D yığının histogram eşikleme ve belirli bir aralık dahilinde piksel yeni bir piksel değerinin atayarak ilgi segmenti özelliklerini seçin.
    2. Parçalara hacimleri ve yüzeyleri gözünüzde canlandırın. özellikleri dilimli sonra onlar Avizo ya da herhangi bir tercih görselleştirme yazılımı kullanarak 3D görüntülenebilir. Bu ilgi, belirli bir bölgede lehim topları gibi, belirli özellikler 3D yüzey kaplamalar için izin verir.
    3. Numunedeki özellikleri ölçmek, yani çatlak büyüklüğü, yollar,, gözeneklilik, kusurlar, vb ilgi bir özelliği aracılığıyla böyle bir olarak, tanımlanmış ya da çatlak sonra, özellik Parçalara olabilir ve hacim üzerinden çatlak genişliği, uzunluğu hacimsel bilgiler, gözeneklilik dağılım tomogr değerlendirilerek ölçülebiliraphic veri seti.
    4. farklı yönlerde örnek gösteren örnek bir film oluşturun. Film 1 yatay görüntülü mikroelektronik paket için farklı kesit görünümleri ve hacim render görüş örneklerini göstermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

tomografi kullanılarak çekilen görüntülerin farklı sönümleme uzunlukları fonksiyonu ve bu çok malzeme kalınlığı mikroelektronik paketinde modüllerde x-ışınları, metal izleri ve diğer malzemelerin farklı emme nedeniyle meydana gelir. SIP paketi yaklaşık 80 mikron çapında ilk seviye bağlantı (FLI) flip çip C4 lehim topları ile bir seramik yüzeye bağlı kalıp bir silikon oluşuyordu; orta düzey bağlantı (MLI) bir FR4 epoksi devre kartına bu alt tabakayı bağlayan yaklaşık 350 mikron lehim topları; . ve ikinci seviye bağlantı (SLI) yaklaşık 650 mikron devre kartının arka yüzünde BGA lehim topları Şekil 2 yatay yönde yerleştirilir örnek bir şematik göstermektedir; Bu yönelim bir tarama için görüş alanı içinde tüm numune uyması için seçildi. Bir, 3 aynı örnekten 3D görüntü göstermektedirDüşük TPT (Tablo 2) bir tarama görüntülenmiştir tüm paketi. Bu veriler analiz edilmiş ve Avizo kullanılarak hazırlanmıştır. Mikroelektronik paketler için 0.175 ° lik bir açısal artış 180 derecenin üzerinde 1025 görüntüler elde seçildi. Şekil 3A delikleri, bakır yolların aracılığıyla plaka ve alt tabaka bazı görülebilir içinde. Şekil 3B alan programlanabilir kapı dizisi (FPGA) bir köşesini gösteren ilgi bölge ölür ve tabaka üzerinde yakınlaştırır. Bu bütün bir çok düzeyli bir paket bireysel bileşenleri kontrol edilebilir ne kadar hızlı göstermektedir. Şekil 4 FPGA SIP paketinde SRμT ile tespit özelliklerini gösterir. İşte devre kartı, VIA'nın, silikon kalıp, hem yüzeyler ve bağlantılarının tüm seviyeleri. Fark 5 ve 6 interconnect'lerdeki iki farklı görüş displaye olan 3D, özellikleri görselleştirmek için tomografi verileri kullanımını göstermektedir Rakamlar d. Şekil 6 FLI ve MLI bağlantıları ile dikey taranmış CPU kalıp paketinin bir 3D görüntü gösterir. Nedeniyle görüntüde için tüm numuneler bir taramada yakalanan değildi dikey tarama yönlendirme, bu yönelim döşeme bütün numune gerekli olacaktır Şekil 6B büyütülmüş bir 2D tomografik dilim gösterir.; Burada görüntü kalitesi öncesinde görüntüleme genişletilmiş termal devir esnasında oluşturulan bir lehim topu, içinde çatlaklar gözlemlemek için yeterlidir.

Şekil 1
Şekil 1. şematik gösteren tomografi kurulum. Gelişmiş Işık Kaynağı (Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı, Berkeley, CA ABD) beamline 8.3.2 de kafesi şematik. (: Http://microct.lbl.gov/manual Şekil 8.3.2 Microtomography Manual alınan ve ulaşılabilir)"Target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil verilerini yeniden 2. Adımları. Şematik adımları gösteren tomografi kurulumundan bir numunenin son 3D yeniden görüntü elde etmek için. Burada örnek yatay olarak görüntülü bir 16 x 16 mm SIP paketidir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. paketin 3D volume rendering. 8.7 mikron çözünürlük ve 3 dakika (A) bir tarama zamanı ile görüntülenmiş tüm FPGA SIP paketi 3D render yakınlaştırılmış tüm paketi ve (B) gösterir FPGA substrat ve devre bağlantıları bir köşesini gösteren paketinin bir bölgenin görünümü. 13 bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
FPGA SIP paketi boyunca alınmış bir paket. 2B yeniden dilim bir enine kesitini gösteren Şekil 4. tomografi görüntüsü. Bu örnek 4.5 mikron çözünürlük ve 20 dakikalık bir tarama zamanı ile görüntülendi. Silikon kalıp, underfill, hem yüzeyler ve bağlantılarının her düzeyde görülebilir. 13 Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

683 / 53683fig5.jpg "/>
Üç bağlantı seviyelerinin Şekil 5. 3D volume rendering. 8,7 mikron çözünürlük (3 dk tarama zamanı) ile tüm SIP paketi gösteren Segment 3D görüntü. Bu bağlantılarının üç seviyelerini gösterir (FLI, MLI ve SLI). 13 Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6,
Bir lehim topu tanımlanan Şekil 6. Görünür gözenekleri. (A) 3D FLI ve MLI lehim bağlantıları ile dikey taranmış CPU kalıp paketinin imajını yeniden. Büyük bir merkez boşluğu ve kasıtlı termal stres testi sırasında oluşan çatlaklar ile MLI lehim topu gösteren 2D yeniden dilim bölgesinde Zoomed (B). 13Güncelle / 53683 / 53683fig6large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Film 1
3D ve paketin 2D film 1. Tomografi görüntüleri ( sağ indirmek için tıklayın ). Bu film farklı açılardan 16 x 16 mm 2 paket 3D ses render gösterir. Daha sonra farklı dilimler üzerinden tava paketi içindeki iç bilgileri göstermek için.

PCO.4,000 (4,008x2,672) PCO.Edge (2,560x2,160) [Optique Peter *]
Lens Piksel (um) Görüş alanı (mm) Piksel (um) Görüş alanı (mm)
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

Tablo ALS beamline 8.3.2 mevcut kameralar ve objektifler gösteren 1. Detaylar.

Kaynak Çözünürlük Seçeneği Kamera / Lens Mag. Piksel Boyut (um) FOV Genişlik (mm) FOV Yükseklik (mm) Görüntü Zaman TPT (dak) FOV / TPT (mm2 / dakika)
Sinkrotron ALS BL 8.3.2 düşük A / 1X 8.7 36 6 3 72
düşük B / 1X 6.5 16.6 6 3 33.2
med B / 2X 3.3 8.3 6 3 16.6
med A / 2X 4,5 18 6 20 5.4
yüksek B / 5X 1.3 3.3 2.8 5 1.84
yüksek B / 10X 0.65 1.7 1.4 11 0.22
Lab-Tabanlı Kaynak MicroXCT-200 yüksek - 1.5-2 1.5-2 1.5-2 180-240 ~ 0.02

Farklı kameralar ve lens seçenekleri için kararlarının Tablo 2. Özeti, görüş alanı ve görüntüleme süresi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

protokol bölümünde açıklanan tüm adımları çok ölçekli ve çok malzeme örneklerinin yüksek çözünürlüklü görüntüler elde etmek önemlidir. En kritik adımlardan biri numune montaj ve ölçümü için kullanılabilecek kalitede görüntüler elde etmek hayati önem taşıyan optik odaklama olduğunu. Özellikle, örnek bile hafif hareketi yeniden görüntüde eserler neden ve çözünürlükte bozulmaya neden olur defocusing olur. görüntü kalitesine sahip sorunları önlemek için bir sonraki numune taramaları sırasında eş zamanlı olarak yer alabilir bir test görüntüsü, yeniden önemlidir. Bu tarama kurulum sırasında meydana gelmiş olabilecek herhangi bir sorun veya sorunları tespit yardımcı olacaktır. yeniden görüntü ile ilgili sorunlar varsa montaj ve hizalama örnek dikkat ederek örnek yeniden taramak için gerekli olabilir. Kurulum sırasında diğer konular gibi Labview ile hataları, örnek sahne motor veya th yokluğu ile ilgili sorunlar olarak, ortaya çıkabilecekE X-ışını. beamline web sitesinde bulunabilir beamline kılavuzu, üzerinde sorun giderme için ayrıntılı adımlar vardır. Görüntü kalitesinin iyileştirilmesi ya da Deneyciler bir sorun üzerinde gelirse değil kılavuzda yer için daha fazla seçenekleri görüşmek üzere beamline bilim adamları bakın.

Burada gösterilen rakamlar, tüm yüksek uzaysal çözünürlüğü ve örnek olmayan yıkıcı içindeki belirli özellikleri analizi gerçekleştirmek için yeteneği ile sadece birkaç dakika içinde görüntü bütün bir multi-level mikroelektronik paketi SRμT kullanmanın yararları vurgulamak. Burada görüntülü numuneler için yeniden zaman bir saatten az sürdü. ALS genişliğinde enerji spektrumu uygun filtreleme ile yüksek ve düşük atom numarası elemanlarının hem görüntüleme sağlar. Bu çatlaklar, boşluklar, delaminasyon, kusurları ve çok daha fazlası ölçümü için izin verir. Burada hızlı veri toplama zamanlarda destekli sürekli tomografi modu görüntülü numunelerin birkaçının için. rağmenALS sinkrotron tesisi için mevcut enerji aralığına bağlı çeşitli sınırlamalar vardır SRμT kullanarak görüntülü olabilir malzeme ve hacimleri geniş bir yelpazede bulunmaktadır. Spesifik olarak, yüksek ölçüde yoğun malzeme kalınlığı kısıtlı olabilir.

sinkrotron kaynak BT sisteminin bu yüksek çözünürlük özelliği arıza analizi ve montaj süreç geliştirme hem de değerli bilgiler sağlar. Buna karşılık masaüstü BT sisteminin nispeten düşük parlaklık monokromatik enerji seçimi için izin ve zorluk bakır veya lehim çevreleyen özelliklerin varlığında kusurları vurgulayarak vardır olamaz. Daha hızlı TPT zamanla büyük bir örneklem boyutlarını barındırmak için tomografi tekniği yeteneği yarı iletken endüstrisinde geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. SRμT kullanılarak elde edilen sonuçlar mikroelektronik 14 yeni uygulamalar için ileri bir yol göstermektedir. Genel gelecek için bu alanda olasılıklar geniş bir yelpazede variş, özellikle bu tür bisiklet sıcaklık ve tekrarlı yükleme olarak yerinde koşullarda altında bu çoklu malzeme çok ölçekli mikroelektronik paketleri soruşturma.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Acknowledgments

Bu çalışmanın LLNL bölümü Sözleşme DE-AC52-07NA27344 altında Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı tarafından ABD Enerji Bakanlığı'nın himayesinde gerçekleştirildi. Intel Corporation, yazarları, veri toplama ve yararlı tartışmalar bazı Intel Corporation Pilin Liu Liang Hu, William Hammond, Carlos Orduno teşekkür etmek istiyorum. Gelişmiş Işık Kaynağı Sözleşme No. DE-AC02-05CH11231 altında ABD Enerji Dairesi Müdürü, Fen Dairesi, Temel Enerji Bilimler Dairesi tarafından da desteklenmektedir.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics