Zobrazováním v blízké infračervené oblasti je možné pomocí mikroskopu získat i zobrazení přes křemíkovou vrstvu o tloušťce až 650 µm, což z této techniky činí výkonný nástroj pro kontrolu elektroniky a polovodičů. Typický protokol pro analýzu vad v mikroelektronice vyžaduje možnost nedestruktivní kontroly stavu obvodů i přes křemíkovou vrstvu, přičemž musí být zachována mechanická neporušenost hotového výrobku.
Typická kontrola elektroniky technikou NIR zahrnuje:
- Kontrolu na přítomnost zkratů ve výrobku (např. známky spálení, indikátory mechanického napětí)
- Vyrovnání spojení (analýza značek vyrovnání mezi tence připojenými obvody a vyrovnání napojených substrátových disků)
- Kontrolu po provedení elektrického testování (jakýkoli typ závady)
- Posouzení poškození čipu (např. vady materiálu, kontaminace)
- Kontrola systémů MEMS (mikroelektromechanických systémů), jako například struktury zařízení v napojeném substrátu, detekce vynechání a vad a zobrazení živého mechanického pohybu.
Čtěte dál a prozkoumejte příklady použití NIR zobrazování ke kontrolám elektroniky a polovodičů. Také se dozvíte, které průmyslové mikroskopy, digitální kamery a objektivy podporují techniku NIR zobrazování v těchto oblastech použití.
Příklady způsobů použití techniky NIR ke kontrole elektroniky a polovodičů
Technikou NIR lze provádět kontroly mikroskopem opticky neviditelných elektronických součástek. Zde je několik způsobů efektivního použití techniky NIR při průmyslových kontrolách:
1. Kontrola poškození čipu při pouzdření CSP (chip-scale packaging) na úrovni substrátu.
Pouzdro typu CSP (chip-scale package) na úrovni substrátu je pouzdro s integrovaným obvodem v úrovni substrátu. Techniku NIR zobrazování pomocí mikroskopu lze využít k nedestruktivní kontrole poškození čipu, ke kterému dochází během zátěžových zkoušek teplem a vlhkostí. Mikroskop pracující v infračerveném světle poskytuje zobrazení přes křemík, díky čemuž můžete pozorovat roztečení tavení, korozi měděných drátků, odlupování pryskyřičných části a další problémy.
2. Provedení nedestruktivní analýzy montáže metodou „flip chip“ (připojení čipu v převrácené poloze).
Jak již název napovídá, metoda „flip chip“ je způsob pouzdření, při kterém se čip převrátí aktivní plochou na opačnou stranu a namontuje se přímo na substrát, desku nebo nosič. Po připojení převráceného čipu k dílu již není možné zkontrolovat vzor čipu pomocí viditelného světla. Naproti tomu mikroskop zobrazující infračervené světlo umožňuje pohlédnout skrz křemíkovou vrstvu a provést kontrolu na přítomnost vad ve vnitřních částech, aniž by bylo nutné kvůli tomu namontovaný čip zničit. NIR je také účinný způsob, jak identifikovat oblasti, které by měly podstoupit zpracování fokusovaným iontovým svazkem (FIB).
3. Určení objemu broušení substrátového disku.
Broušení substrátového disku je krok výroby polovodičového zařízení, při kterém dochází ke zmenšení tloušťky substrátu. Ztenčování zařízení broušením zvyšuje nutnost měření obou stran substrátového disku. Ano, je skutečně obtížné změřit objem broušení na obou stranách vrstvených substrátů. Mikroskopový systém pracující v infračervené oblasti dokáže přes vrstvu materiálu zobrazit a zaostřit přední a zadní stranu substrátu, díky čemuž je schopen zjistit celkovou vzdálenost. Rozsah broušení pak můžete určit měřením pohybu objektivu ve směru Z.
4. Určení mezery čipu u montáže v konfiguraci 3D.
Mikroskopy pracující v infračervené oblasti (IČ) mohou být nápomocny také při řízení mezery v křemíku. Mezeru čipu v konfiguraci třírozměrné montáže (3D) lze nedestruktivně určit měřením míry pohybu objektivu při průchodu infračerveného světla křemíkem a zaostření na čip a mezivrstvu. Tento způsob je možné použít také při měření dutých konstrukcí zařízení typu MEMS.
5. Zobrazení celé škály obtížně zpracovatelných vzorků.
Zobrazování v infračervené oblasti krátkých vlnových délek (SWIR) při delších vlnových délkách – například v rozsahu vlnových délek 1300–1500 nm – umožňuje zobrazování obtížnější vzorků, jako jsou například zařízení typu MEMS, silně dopované křemíkové vzorky, spojení substrátu a vrstvení 3D čipů. Tento způsob je možné realizovat pomocí citlivějších zobrazovacích systémů, jako jsou například kamery na bázi indium-gallium-arsenidu (InGaAs). Signál těží z výhod speciálních IČ objektivů, vysoce výkonného osvětlení a současně lze kamerami na bázi InGaAs při mikroskopii v odraženém nebo prošlém světle získat zobrazení těchto obtížně pozorovatelných vzorků.
Nástroje pro NIR zobrazování: průmyslové mikroskopy, kamery pro zobrazování v infračerveném světle a další
Pro zobrazování v oblasti kvality kontroly a pro použití v laboratořích zabývajících se výzkumem a vývojem (R) je k dispozici celá řada nástrojů, které umožňují zobrazování v blízké infračervené oblasti. Toto vybavení zahrnuje:
1. Mikroskopy pracující s prošlým infračerveným světlem
Mikroskopie v odraženém světle je ideální způsob zobrazování při osvětlování vzorku shora. Na proti tomu při IČ mikroskopii v prošlém světle je světlo na vzorek přiváděno zespodu, přes křemík, čímž se získává vyšší kontrast. Mikroskopie v prošlém světle je užitečná zejména pro kontrolu vyrovnaných vzorů nebo výchozích značek prováděnou přes křemík.
Náš mikroskop MX63 nabízí techniku pozorování v prošlém IČ světle pro nedestruktivní kontroly vad uvnitř čipů integrovaných obvodů i jiných elektronických zařízení konstruovaných na bázi křemíku nebo skla, kterými může světlo infračervených vlnových délek snadno procházet.
Mikroskop MX63 pro kontrolu polovodičů a plochých displejů
2. Kamery pro blízkou infračervenou oblast
Digitální kamery mikroskopů poskytují snímky s vysokým kontrastem v celém spektru NIR až do vlnové délky 1100 nm, přitom si však stále zachovávají velké zorné pole. Naše monochromatická mikroskopová kamera DP23M ve spojení s filtrem typu pásmové propusti (BP) o šířce pásma 1100 nm nabízí spektrální odezvu v oblasti od viditelného světla až po vlnovou délku 1100 nm, což z kamery činí ideální nástroj pro NIR snímkování. Kamera dosahující rozlišení 6,4 megapixelů poskytuje mikroskopické snímky v infračerveném světle ve vysoce kvalitní škále šedé.
Níže je uvedeno několik příkladů:
Snímky polovodičového čipu pořízené digitální mikroskopovou kamerou DP23M. A) Snímek ve světlém poli při zvětšení 5x. B) Infračervený snímek při zvětšení 5x (filtr BP1100 nm). C) Oříznutý detail při zvětšení 20x, v IČ. D) Oříznutý detail při zvětšení 20x v IČ s filtrem pro zlepšení diferenciálního kontrastu (DCE).
Snímek polovodičového čipu v prošlém infračerveném světle (zvětšení 10x) Pořízeno digitální mikroskopovou kamerou DP23M.
Snímek téhož polovodičového čipu (jako je zobrazen výše) ve světlém poli (zvětšení 10x). Pořízeno digitální mikroskopovou kamerou DP23M.
Překryvný obraz v nepravých barvách zobrazující světlejší a tmavší oblasti polovodičového čipu zlepšuje kontrast vzorku. Snímek ve světlém poli (azurová modrá) a v prošlém infračerveném světle (magenta). Pořízeno digitální mikroskopovou kamerou DP23M.
3. Objektivy pro infračervenou oblast
Nejnovější objektivy pro infračervenou oblast poskytují vyšší propustnost pro vlnové délky infračerveného světla. Pro zlepšení propustnosti, kontrastu, korekce a aberace u specifických tlouštěk křemínku lze u našichobjektivů LCPLN-IR 20X, 50X a 100X nastavit korekční objímku.
Objektivy LCPLN-IR pro kontrolu vnitřních struktur křemíkových substrátů
4. Software pro obrazovou analýzu
Většina analýz vad a výzkumných a vývojových laboratoří vyžaduje k měření vad, tvorbě protokolů a archivaci snímků digitální přístup. Vlastní přirozený kontrast je v případě tohoto způsobu (zobrazování přes materiál při nízkém světle) minimální a je nutné ho optimalizovat pomocí softwaru pro obrazovou analýzu. V důsledku nerovnoměrného osvětlení způsobeným jevy, jako je například vinětace, dochází ke ztmavení rohů obrazu oproti středu. Takovéto ztmavení je nutné z živého obrazu i zachycených snímků digitálně odstranit.
Tyto problémy dokáže řešit speciální software, který poskytuje:
- Korekci stínů živého obrazu pro maximalizaci stejnoměrnosti obrazu napříč celým zorným polem
- Přesná měření kdekoli v zorném poli
- Automatickou tvorbu protokolů
- Archivaci snímků a souvisejících dat
Naše IČ mikroskopy a digitální kamery s integrovaným softwarem pro zobrazování a měření PRECiV™ zajišťují plynulý pracovní postup kontroly od zobrazení až po vytvoření protokolu. Více informací o našich řešeních pro zobrazování technikou NIR získáte u našich odborníků. Obraťte se na ně ještě dnes.
Související obsah
Kamera pro průmyslové mikroskopy DP23M
Řízení kontroly kvality při výrobě elektroniky s využitím softwaru PRECiV
