С использованием синхротронного излучения микротомография Расследования многомасштабном Трехмерные Микроэлектронные пакеты

В области микроэлектроники, как и во многих других областях, неразрушающий оценка в масштабе микрометра необходимо при характеристике образцов. Специально для микроэлектронной промышленности есть интерес к зондировании 3D пакеты микроэлектроника, содержащие мульти-уровней и мульти-материалов, а также выявления сбоев в пакетах во время тепловых, электрических и механических компонентов подчеркивание. По всему миру синхротронное излучение объектов обозначили томографию и дифракционные beamlines, которые используются для анализа отказов микроэлектронных пакетов. Некоторые примеры этого визуализации образование пустот , вызванных электромиграции ^1-3, оценки механизмов роста ^4,5 олова усов, в точке наблюдений переохлаждением и анизотропной теплового расширения олова и интерметаллидов (IMCS) ^6,7, наблюдения на месте их залегания в затвердевание и IMC образование ^8-10, анизотропная механическое поведение ирекристаллизации олова и свинца припои ^10, пустоты в флип – чип ударов, а также на места наблюдений Ag-nanoink спекания ¹¹ в. Все эти исследования еще более продвинули понимание и развитие компонентов в микроэлектронной промышленности. Тем не менее, многие из этих исследований были сосредоточены на малых областях в пакете. Более подробную информацию можно почерпнуть из тестирования и характеризации пакет полный размер с использованием высокого разрешения SRμT с целью дальнейшего их развития.

Электронные пакеты производятся в настоящее время содержат несколько слоев межсоединений. Эти пакеты и устройства становятся все более и более сложными, которая требует 3D-решения для неразрушающего контроля в отношении анализа отказов, контроля качества, оценки рисков надежности и развития. Некоторые дефекты требуют техники, которая может обнаружить признаки менее 5 мкм, которые включают в себя пустоты и трещины, образующие внутри меди суbstrate ВЬЯС, идентифицирующие бесконтактные открытым и nonwet ламели в многоуровневом упаковке ^12, обнаружения и количественной оценки пустот в шаровой сетки массивов (BGAs) и C4 паяных соединений. В процессе сборки подложки эти типы дефектов, должны быть идентифицированы и мониторинг широко, чтобы избежать нежелательных сбоев.

В настоящее время КТ систем с использованием лабораторных на основе источников, также известный как столешницу, способны обеспечить достигать ~ пространственным разрешением 1 мкм, и используются для изоляции сбоев в многоуровневые пакеты с многообещающими результатами. Тем не менее, настольный КТ системы имеют некоторые ограничения по сравнению с установками SRμT ^13,14. Системы штабные ограничиваются только визуализации определенный диапазон плотности материалов, так как они, как правило, содержат только исходные спектры одного или двух рентгеновских лучей. Также через-Пут-времени (ТРТ) остается много времени для обычных систем КТ столешница , когда требуется несколько часов времени сбора данных на 1-2 мм ² области , представляющей интерес, который сап ограничивают его полезность; например, анализируя неудачи через Silicon Vias (TSV), BGAs или С4 суставов часто требуют, приобретающих Разноплановость просмотров (FOV) или регионах, представляющих интерес с высоким разрешением в образце, в результате чего в общей сложности TPT 8-12 часов, что показать пробкой для обычных систем КТ столешницей, когда несколько образцов должны быть проанализированы. Синхротронное излучение обеспечивает гораздо более высокий поток и яркость, чем обычные источники рентгеновского излучения, в результате чего значительно более быстрое время сбора данных для данной области, представляющей интерес. Хотя SRμT действительно позволяет более гибко по отношению к типам материалов, которые могут быть изображаемых и объему образца, у него есть ограничения, которые являются специфическими для источника синхротронного и установки, используемой, в частности, максимально допустимой толщины и размера выборки. Для установки SRμT в АЛС максимальная площадь поперечного сечения, которые могут быть отображены в <36 х 36 мм, а толщина ограничена диапазоном энергии и потока доступным и материал specific.

Это исследование используется для демонстрации того, как SRμT могут быть использованы для изображения всей системы многоуровневого в пакете (SIP) с высоким разрешением и низким ТРТ (3-20 мин) для использования в 3D проверки полупроводниковых пакетов. Более подробная информация о сравнении столешница трансформаторов тока для источника синхротронного трансформаторов тока можно найти в ссылках ^13,14.

Экспериментальный Обзор и пучкового 8.3.2 Описание:
Есть синхротронного объектов, доступных для томографических экспериментов по всему миру; большинство из этих объектов требует представления предложения, где экспериментатор описывает эксперимент, а также его научное влияние. Эксперименты, описанные здесь, были выполнены на СЛА в Национальной лаборатории Лоренса Беркли (LBNL) на пучкового 8.3.2. Для этого пучкового есть два варианта режима энергосбережения: 1) монохромные в диапазоне энергий ~ 7-43 кэВ или 2) полихроматическая "белого" света, где весь availaBLE энергетический спектр используется при сканировании материалов с высокой плотностью. Во время обычной проверки на пучкового 8.3.2 образец монтируют на стадии вращения, где рентгеновские лучи проникают через образец, а затем ослабленные рентгеновские лучи преобразуются в видимый свет с помощью сцинтиллятора, увеличенный линзой, а затем проецируется на CCD для записи. Это делается в то время как образец вращается от 0 до 180 ° производя стопку изображений , которые реконструируется , чтобы получить 3D вид образца с разрешением микрометра. Полученный в результате томографической размер набора данных находится в диапазоне от ~ 3-20 Гб в зависимости от параметров сканирования. На рисунке 1 показана схема клетку , где сканируют образец.

Следующий протокол, представленный здесь описывает экспериментальную установку, сбор данных и этапы обработки, которое требуется для получения изображения весь микроэлектронной пакет, но шаги могут быть модифицированы для отображения ряда образцов. Изменения зависят от размера выборки,плотность, геометрические формы, а также особенности интерес. В таблицах 1 и 2 представлены комбинации размера и разрешения образца можно получить в пучкового 8.3.2 (ALS, LBNL, Беркли, Калифорния). Для микроэлектронной пакета исследуемого здесь образец визуализируют с помощью полихроматического ( "белые") луч, который был выбран из-за толщины и высокой плотности компонентов образца. Образец был установлен в горизонтальной ориентации на патроне гору, эту ориентацию, разрешенный для всей выборки, чтобы соответствовать в пределах высоты балки, которая параллельно с высотой ~ 4 мм и шириной ~ 40 мм, поэтому требующих только один сканирования, чтобы захватить весь образец.