235
Рис. 33 Иллюстрация процесса томографического формирования изображения.
9.1.3Практическое использование рентгеновских инспекционных установок в лабораториях анализа отказов
Дефектный образец закорпусированной микросхемы обычно сначала тестируется электрически, чтобы локализовать ошибку до определенной области или проследить ее до единственного проводника. Затем схема подвергается неразрушающим процедурам тестирования с помощью рентгена или ультразвука. Рентгенолучевые инспекционные установки могут использоваться отображения широкого диапазона потенциальных дефектов, обычно без какой-либо подготов-
236
ки образца. Закорпусированный образец можно сразу непосредственно закреплять в рентгеновской установке и формировать его двумерное изображение в реальном времени или трехмерную томографическую картину.
Двумерный анализ в реальном времени.
Многие типы дефектов, такие как трещины в миниплатах микросхемы (рис. 34) и пустоты в контактах BGA (ball grid array) (рис. 35), обычно можно различить при нормальном облучении.
Рис. 34 Трещины в миниплате отображены при нормальном облучении.
Рис. 35 Столбиковые выводы BGA, имеющие (а) пустоты и закоротки, а также (б) проблемы растекания/смачивания.
237
Многие производители таких установок также поставляют пакет программного обеспечения, который выполняет автоматизированный анализ с рентгеновскими изображениями, например вычисление объема пустот. Многие другие типы дефектов блокируются элементами корпуса при нормальном облучении, но могут быть обнаружены при облучении под углом. Это относится к некоторым видам закороток (рис. 36) и надломленных межсоединений (рис. 37).
Рис. 36 Электрическое замыкание, вызванное мостовым дефектом столбиковых выводов.
а) |
б) |
Рис. 37 На изображении показаны надломленные проводники в корпусе BGA.
238
Некоторые столбиковые выводы были удалены для получения хорошего изображения надломов. (б) Сломанный соединительный провод на двумерном изображении в реальном времени.
Распределение ролей между рентгеновской томографией и механическим изготовлением поперечного сечения.
Для сравнения, формирование рентгеновского изображения дает возможность без разрушения отобразить внутреннюю структуру с разрешением порядка 1 мкм, в то время как после механического изготовления поперечного сечения можно получить изображение поверхностных структур с разрешением 0.25 мкм с помощью оптической микроскопии и нескольких нанометров с помощью электронной микроскопии. Во многих случаях рентгенолучевой томографией с виртуальным сечением образца бывает достаточно для идентификации и анализа дефекта. Обычно рентгенолучевой метод более предпочтителен, поскольку он позволяет избежать разрушения образца, но эти две методики часто можно эффективно комбинировать для изучения таких видов отказов, которые невозможно было бы обнаружить с помощью каждой методики в отдельности. В особенности это касается дефектов размером 1 мкм и меньше, когда разрешения рентгеновского исследования бывает недостаточно. Однако, рентгеновские изображения (двумерные и трехмерные) часто могут обнаружить одну или несколько подозрительных сбойных областей, чтобы направить в нужную точку механическое поперечное сечение. Мелкие элементы могут исследоваться с высоким разрешением с помощью оптических или электронных методов.
С другой стороны, неповрежденный закорпусированный образец представляет ряд сложностей для формирования рентгеновского изображения, которые можно преодолеть частичными поперечными сечениями образца или послойным удалением: неопределенность, вызванная наложением элементов на двумерном изображении; слишком большое ослабление при просвечивании под углом; столбиковые выводы, блокирующие интересующие элементы; артефакты реконструкции трехмерного изображения, вызванные столбиковыми выводами и структурами, находящимися за пределами реконструируемой области.
Например, эти два метода можно сочетать для анализа отслоения пробок. Дефект обычно представляет собой трещину, параллельную слоям корпуса ши-
239
риной менее 1 мкм, следовательно, увидеть его можно только при осмотре с торца. Такой дефект очень трудно обнаружить каждым методом в отдельности, поскольку дефект будет блокироваться другими объектами неповрежденного корпуса, и очень легко упустить при поперечном сечении, которое само по себе может модифицировать отслоение или даже создать дополнительное. Если положение дефекта может быть определено электрически с точностью порядка 1 мм, можно выполнить частичное сечение корпуса с сохранением области вокруг дефекта. Это очень часто применяется для поиска трещин методом трехмерной рентгенолучевой томографии. Если трещина слишком узкая, чтобы ее можно было надежно обнаружить на рентгеновском снимке, потенциально дефектные области, найденные но рентгеновскому изображению, могут затем подвергаться поперечному сечению и изучаться с более высоким разрешением.
Примеры применения.
Приведем несколько примеров дефектов, для отображения которых может быть с успехом применен рентгеновский метод формирования изображения.
1.Электрические замыкания и сломанные межсоединения: Такого типа дефекты часто можно наблюдать с помощью двумерного изображения в реальном времени путем прямого отображения подозрительной области, а также посредством прослеживания проблемных шин, обнаруженных по электрическому тестированию. Для некоторых сложных типов корпусов на двумерном изображении содержится слишком много перекрывающихся элементов, в таких случаях очень полезно бывает формирования трехмерной томографической картины для ясной идентификации. Для формирования изображения элементов с низким контрастом также бывает полезно провести частичное послойное удаление, чтобы более низкоэнергетические рентгеновские лучи могли бы обеспечить более высокий контраст. Частичное послойное удаление или поперечное сечение также помогает для понижения сложности конструкции, что бывает необходимо для наблюдения мелких элементов, таких как на рис. 37а.
2.Прикрепление кристалла: Неразрушающее формирование изображения – идеальный инструмент для инспекции контактных поверхностей кристалла. Многие производители рентгеновского оборудования разработали установки для формирования изображений в режимах, оптимизированных для такого
240
применения со специальным программным обеспечением, которое анализирует качество прикрепления кристалла. Пример показан на рис. 38.
а) |
б) |
Рис. 38 Рентгеновское изображение (а) поверхности приклейки кристалла и (б)
Цветное изображение с выделением цветом дефектов, полученная посредством анализа изображения приклейки. Источник: Phoenix X-ray Systems.
Частицы в подложке: Это маленькие частицы и кластеры в подложке. Они обычно имеют размер от нескольких мкм до десятков мкм. Из-за их маленького размера для их отображения требуются инструменты очень высокого разрешения, и поскольку они очень часто имеют низкий контраст, их также трудно обнаружить на индивидуальном двумерном изображении. Закоротка, показанная на рис. 39, представляет собой как раз такой случай, когда положение отказа было точно определено с помощью электрического тестирования, после чего была найдена медная частица между двумя шинами. В более сложных случаях, когда частицы находятся между слоями и внутри сложных схем, необходимо применение систем, строящих трехмерное изображение для разрешения этих маленьких частиц по глубине. Оператору придется затем методично просматривать слой за слоем трехмерного набора данных, чтобы найти эту частицу. Для таких элементов с низким контрастом бывает полезно частично провести послойное удаление, чтобы применять более низкую энергию для повышения контраста.