Usando Synchrotron Radiation microtomografia para investigar Multi-escala Pacotes de microeletrônicos tridimensionais

No campo da microeletrônica, como em muitos outros campos, é necessária a avaliação não destrutiva na escala micrométrica na caracterização de amostras. Especificamente para a indústria de microeletrônica há interesse em investigar pacotes microeletrônica 3D, contendo multi-níveis e multi-materiais, e identificar falhas nos pacotes durante térmica, elétrica e mecânica salientando dos componentes. Em torno do sincrotrão mundo instalações de radiação, designaram tomografia e difração de linhas de luz que são usados ​​para análise de falhas de pacotes de microeletrônicos. Alguns exemplos disso são imagiologia formação de vazios causada por eletromigração ^1-3, avaliar os mecanismos para ^4,5 crescimento estanho suiça, observações in situ de undercooling e expansão térmica anisotrópica de estanho e compostos intermetálicos (IMCs) ^6,7, na observação in situ de formação de solidificação e IMC ^8-10, comportamento mecânico e anisotrópicarecristalização de estanho e chumbo soldas livres ^10, as lacunas na solavancos Flip Chip, e em observações in situ de Ag-NanoInk sinterização ^11. Todos estes estudos têm avançado ainda mais a compreensão e desenvolvimento de componentes na indústria microeletrônica. No entanto, muitos destes estudos concentraram-se em pequenas regiões dentro da embalagem. Mais informação pode ser adquirida a partir de testar e caracterizar o pacote de tamanho completo usando SRμT alta resolução, a fim de promover o seu desenvolvimento.

Os pacotes electrónicos sendo produzido agora contêm várias camadas de interconexões. Estes pacotes e dispositivos estão crescendo cada vez mais complexo, que exige uma solução 3D para avaliação não destrutiva que diz respeito à análise de falhas, controle de qualidade, avaliação de risco confiabilidade, e desenvolvimento. Certos defeitos requerem uma técnica que podem detectar características inferior a 5 um em tamanho, que incluem vazios e fissuras dentro cobre suvias bstrate, identificando sem contato almofadas de solda aberto e nonwet em embalagens de vários níveis ^12, localizar e quantificar vazios em matrizes de grade bola (BGAs) e juntas de solda C4. Durante o processo de montagem substrato estes tipos de defeitos devem ser identificada e monitorizada extensivamente para evitar falhas indesejadas.

Actualmente os sistemas que utilizam fontes de CT em laboratório, também conhecida como mesa, são capazes de fornecer tão elevada como 1 uM ~ resolução espacial, e estão a ser utilizados para isolar as falhas em pacotes de vários níveis com resultados promissores. No entanto, os sistemas tabletop CT tem algumas limitações quando comparado com configurações SRμT ^13,14. sistemas de mesa estão limitados a imagiologia de apenas uma certa gama de densidade de materiais, uma vez que normalmente só contêm espectros fonte de raios X um ou dois. Também por meio-tempo, colocar (TPT) permanece por muito tempo para sistemas tabletop CT convencionais que necessitam de várias horas de tempo de aquisição de dados por 1-2 mm ² região de interesse, o que can limitar a sua utilidade; por exemplo, analisando falhas na Através Vias de silício (TSV), BGAs ou articulações C4 muitas vezes exigem que adquirem múltiplos campos de visão (FOV) ou regiões de interesse em alta resolução dentro da amostra, resultando em TPT total de 8-12 horas, o que é uma rolha de show para os sistemas de TC de mesa convencionais quando várias amostras têm de ser analisados. radiação síncrotron fornece muito maior fluxo e brilho de fontes de raios-x convencionais, resultando em tempos de aquisição de dados muito mais rápidas para uma determinada região de interesse. Embora SRμT não permitir uma maior flexibilidade no que diz respeito aos tipos de materiais que podem ser visualizados e volume de amostra, ela não tem limitações, que são específicos para a fonte de luz síncrotron e configuração utilizada, espessura especificamente máximo aceitável e tamanho da amostra. Para a configuração SRμT no ALS a área de secção transversal máxima que pode ser trabalhada é <36 x 36 mm e a espessura é limitado pelo intervalo de energia e do fluxo disponível e é s materiaisESPECÍFICOS.

Este estudo é utilizado para demonstrar como SRμT pode ser utilizado para a imagem de um sistema multi-nível inteiro no pacote (SIP) com alta resolução e baixa TPT (3-20 min) para uso em inspeccionar os pacotes de semicondutores 3D. Mais detalhes sobre comparando tabletop CT de a Synchrotron Fonte CT podem ser encontrados nas referências ^13,14.

Experimental Overview & Beamline 8.3.2 Descrição:
Há instalações síncrotron disponíveis para experimentos de tomografia de todo o mundo; a maioria destas instalações exigir a apresentação de uma proposta em que o experimentalista descreve a experiência, bem como o seu impacto científico. As experiências descritas aqui foram todos realizados no ALS no Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) a linha de luz 8.3.2. Para esta linha de luz há duas opções de modo de energia: 1) monocromática na faixa de energia ~ 7-43 keV ou 2) policromática luz "branca" onde todo o availaespectro de energia ble é usada na digitalização de materiais de alta densidade. Durante uma análise típica em linha de luz 8.3.2 numa amostra é montado sobre uma fase de rotação onde os raios-X penetram na amostra, em seguida, os raios-x são atenuadas convertida em luz visível através de um cintilador, ampliada por uma lente e, em seguida projectados sobre um CCD para gravação. Isso é feito enquanto a amostra gira de 0 a 180 ° produzir uma pilha de imagens que é reconstruída para obter uma vista 3D da amostra com resolução micrómetro. O tamanho do conjunto de dados tomográfica resultante varia de ~ 3-20 Gb dependendo dos parâmetros de verificação. A Figura 1 mostra uma representação esquemática da gaiola onde a amostra é digitalizado.

O seguinte protocolo aqui apresentado descreve a montagem experimental, a aquisição de dados, e os passos de processamento necessários para imagiologia de um pacote de microelectrónica inteiro, mas os passos pode ser modificado para a imagem de uma variedade de amostras. As alterações dependem do tamanho da amostra,densidade, geometrias e características de interesse. Tabelas 1 e 2 apresentam a resolução e amostra combinações de tamanho disponíveis na linha de luz 8.3.2 (ALS, LBNL, Berkeley, CA). Para o pacote microelectrónica investigada aqui a amostra foi visualizada utilizando um feixe policromático ( "branco"), que foi seleccionado, devido à espessura e de alta densidade de componentes da amostra. A amostra foi montado na orientação horizontal sobre um mandril de montagem, esta orientação permitido para toda a amostra para caber dentro da altura da viga, que é paralela com uma altura de ~ 4 mm e largura de ~ 40 mm, por conseguinte, necessitando apenas de um digitalizar para capturar toda a amostra.