Mit Synchrotronstrahlung Mikrotomographie Mehrskalige Dreidimensionale Mikroelektronische Bauteile zur Untersuchung
Summary
Für diese Studie Synchrotronstrahlung Mikrotomographie, zerstörungs dreidimensionale Abbildungstechnik wird verwendet, um einen gesamten mikroelektronisches Gehäuse mit einer Querschnittsfläche von 16 x 16 mm zu untersuchen. Aufgrund der hohen Fluss und Helligkeit des Synchrotron wurde die Probe in nur 3 min mit einer 8,7 um räumliche Auflösung abgebildet.
Abstract
Synchrotronstrahlung Mikro-Tomographie (SRμT) ist eine nicht-destruktive dreidimensionale (3D) Bildgebungstechnik, die für die schnelle Datenerfassungszeiten mit hoher räumlicher Auflösung hohen Fluss bietet. In der Elektronikindustrie ist es ein ernsthaftes Interesse Fehleranalyse bei der Durchführung auf 3D Mikroelektronik Pakete, viele, die mehrere Ebenen von High-Density-Verbindungen enthalten. Oft in Tomographie gibt es einen Kompromiß zwischen Bildauflösung und das Volumen einer Probe, die abgebildet werden kann. Diese inverse Beziehung begrenzt die Nützlichkeit von herkömmlichen Computertomographie (CT) -Systeme , da ein mikroelektronisches Gehäuse ist häufig große Querschnittsfläche 100-3,600 mm 2, jedoch wichtige Funktionen auf der Mikronmaßstab aufweist. Der Mikrotomografie – Strahllinie an der Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, hat eine Einrichtung , die anpassungsfähig und kann auf eine Probe Eigenschaften angepasst werden, das heißt, die Dichte, Dicke, usw., mit einem Maximum ermöglichenLage, Querschnitt von 36 x 36 mm. Diese Einstellung hat auch die Möglichkeit, in der entweder ein monochromatisches im Energiebereich ~ 7-43 keV oder mit maximaler Fluss in Weißlicht-Modus mit einem polychromen Strahl arbeitet. Präsentiert hier sind Details der experimentellen Schritte Bild genommen eine ganze 16 x 16 mm System innerhalb eines Pakets, um 3D-Bilder des Systems zu erhalten, mit einer räumlichen Auflösung von 8,7 um alle innerhalb einer Zykluszeit von weniger als 3 min. Ebenfalls dargestellt sind die Ergebnisse aus gescannten Pakete in verschiedenen Orientierungen und einer Schnittpaket für höhere Auflösung Bildgebung. Im Gegensatz würde ein herkömmlicher CT-System Stunden in Anspruch nehmen Daten mit potenziell schlechtere Auflösung aufzuzeichnen. Tatsächlich ist das Verhältnis von field-of-view zur Durchlaufzeit wesentlich höher, wenn die Strahlungstomographie Setup Synchrotron verwendet wird. Die nachfolgende Beschreibung des experimentellen Aufbaus realisiert und für die Verwendung mit vielen anderen multi-Materialien angepasst werden.
Introduction
In dem Gebiet der Mikroelektronik, wie in vielen anderen Bereichen, zerstörungs Auswertung im Mikrometermaßstab ist notwendig, wenn die Proben zu charakterisieren. Speziell für die Mikroelektronik-Industrie ist es Interesse 3D Mikroelektronik-Pakete in Sondieren, mit mehreren Ebenen und Multi-Materialien, und identifiziert Fehler in Paketen während der thermischen, elektrischen und mechanischen Komponenten der Betonung. Rund um die Welt Synchrotronstrahlungsquellen haben Tomografie und Beugungs Strahlrohre bezeichnet, die für die Fehleranalyse von Mikroelektronik-Paketen verwendet werden. Einige Beispiele hierfür sind Abbilden Hohlraumbildung hervorgerufen durch Elektromigration 1-3, Bewertung Mechanismen für Zinn Whiskerwachstum 4,5, in situ Beobachtungen der Unterkühlung und anisotropen thermischen Ausdehnungs von Zinn und intermetallischer Verbindungen (IMCs) 6,7, in situ Beobachtung Erstarrung und IMC Bildung 8-10, anisotropen mechanischen Verhaltens undfreie Lote 10, Hohlräume in Flip – Chip – Bumps Umkristallisieren aus Zinn und Blei, und in – situ – Beobachtungen von Ag-NanoInk Sintern 11. Alle diese Studien haben weiter das Verständnis und die Entwicklung von Komponenten in der Mikroelektronikindustrie vorangetrieben. Jedoch viele dieser Studien haben sich auf kleine Bereiche innerhalb der Verpackung ausgerichtet. Weitere Informationen können von der Prüfung und Charakterisierung der in voller Größe Paket mit hoher Auflösung SRμT, um ihre Entwicklung zu fördern werden aufgelesen.
Die elektronischen Pakete jetzt werden mehrere Schichten von Verbindungen enthalten hergestellt. Diese Pakete und Geräte werden immer mehr und komplexere, die für nicht-destruktive Auswertung im Hinblick auf die Fehleranalyse, Qualitätskontrolle, Zuverlässigkeit Risikobewertung und Entwicklung für eine 3D-Lösung erfordert. Bestimmte Defekte erfordern eine Technik, die Merkmale von weniger als 5 um Grße erfassen kann, die umfassen Hohlräume und Risse im Inneren Kupfer su bildenbstrate Vias, berührungs offen und nonwet Lötpunkte in Multi – Level – Verpackung 12 Identifizierung, Lokalisierung und Hohlräume in Ball – Grid – Arrays (BGAs) und C4 Lötstellen zu quantifizieren. Während der Substratmontageprozess müssen diese Typen von Defekten identifiziert und extensiv unerwünschte Ausfälle zu vermeiden, überwacht werden.
Derzeit CT-Systeme Laborbasis Quellen, die auch als Tischplatte bekannt, können so hoch wie ~ 1 um die räumliche Auflösung zu liefern, und verwendet werden, um Ausfälle in Mehrebenenpakete mit vielversprechenden Ergebnissen zu isolieren. Allerdings haben Tisch CT – Systeme einige Einschränkungen bei 13,14 bis SRμT Setups verglichen. Tischsysteme sind nur Abbilden eines bestimmten Dichtebereich von Materialien beschränkt, da sie in der Regel nur ein oder zwei Röntgenquelle Spektren. Auch Durchlaufzeit (TPT) bleibt lange für herkömmliche Tisch CT – Systeme erfordern mehrere Stunden Datenerfassungszeit pro 1-2 mm 2 Region von Interesse, die can ihre Nützlichkeit begrenzen; zum Beispiel oft mehrere Field of Views (FOV) oder Regionen von Interesse Ausfälle in Through Silicon Vias (TSV), BGAs oder C4 Gelenke Analyse mit hoher Auflösung in der Probe erfordern den Erwerb, was zu einer Gesamt TPT von 8-12 Stunden, das ist ein Show-Stopper für herkömmliche Tisch CT-Systeme, wenn mehrere Proben analysiert werden müssen. Synchrotron-Strahlung liefert viel höhere Helligkeit als Flussmittel und herkömmliche Röntgenstrahlenquellen, was zu viel schnellere Datenerfassungszeiten für einen bestimmten Bereich von Interesse. Obwohl SRμT sich für mehr Flexibilität in Bezug auf Arten von Materialien ermöglichen, die abgebildet werden kann und Probenvolumen, tut es mit Einschränkungen verbunden, die verwendet, um die Synchrotronquelle und Setup-spezifisch sind, und zwar maximal zulässige Dicke und Probengröße. Für die SRμT Setup an der ALS die maximale Querschnittsfläche, die abgebildet werden kann, ist <36 x 36 mm und die Dicke wird durch die Energiebereich und Flussmittel vorhanden beschränkt und Material specific.
Diese Studie wird demonstriert, wie SRμT kann eine ganze Multi-Level-System in Package (SIP) mit hoher Auflösung und niedrigen TPT (3-20 min) für die Verwendung bei der Inspektion 3D-Halbleiter-Pakete Bild verwendet werden. Weitere Details tabletop CTs zu Synchrotron Source CT ist auf den Vergleich in Referenzen 13,14 gefunden werden.
Experimentelle Übersicht & Strahlrohr 8.3.2 Beschreibung:
Es gibt Synchrotroneinrichtungen für die Tomographie-Experimente auf der ganzen Welt; die meisten dieser Einrichtungen erfordern Vorlage eines Vorschlags, wo der Experimentator das Experiment, sowie seine wissenschaftliche Wirkung beschreibt. Die hier beschriebenen Experimente wurden alle in der ALS am Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) am Strahlrohr 8.3.2 durchgeführt. Aus diesem beamline gibt es zwei Energie-Modus-Optionen: 1) monochromatische im Energiebereich ~ 7-43 keV oder 2) polychrome "weißes" Licht, wo die gesamte Available Energiespektrum verwendet wird, wenn Materialien mit hoher Dichte zu scannen. Während einer typischen Abtastung am Strahlrohr 8.3.2 eine Probe auf einem Drehtisch montiert wird, in dem Röntgenstrahlen die Probe eindringen, dann werden die abgeschwächten Röntgenstrahlen werden in sichtbares Licht durch einen Szintillator umgewandelt wird, durch eine Linse vergrößert, und dann auf ein projiziertes CCD für die Aufnahme. Dies wird durchgeführt , während die Probe 0-180 ° dreht , um einen Stapel von Bildern erzeugen , die eine 3D – Ansicht der Probe mit Mikrometer – Auflösung zu erhalten rekonstruiert wird. Die sich ergebende tomographischen Datensatzes Größe im Bereich von ~ 3-20 Gb in Abhängigkeit von den Scanparametern. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Stalles , wo die Probe abgetastet wird.
Das folgende Protokoll beschreibt die hier vorgestellten experimentellen Aufbau, Datenerfassungs- und Verarbeitungsschritte erforderlich, zum Abbilden eines gesamten mikroelektronisches Gehäuse, aber die Schritte können eine Vielzahl von Proben, die dem Bild geändert werden. Die Änderungen sind abhängig von der Probengröße,Dichte, Geometrien und Eigenschaften von Interesse. Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Auflösung und Probengrößenkombinationen erhältlich am Strahlrohr 8.3.2 (ALS, LBNL, Berkeley, CA). Für die Mikroelektronik-Paket hier die Probe untersucht wurde mit einem polychromen ( "weißen") Strahl abgebildet wird, die aufgrund der Dicke und hoher Dichte der Probe Komponenten ausgewählt wurde. Die Probe wurde in der horizontalen Ausrichtung auf ein Spannfutter montieren, diese Ausrichtung für die gesamte Probe erlaubt montiert innerhalb der Höhe des Trägers zu passen, der mit einer Höhe von ca. 4 mm und eine Breite von ca. 40 mm parallel ist daher nur eine erforderlich ist scannen die gesamte Probe zu erfassen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Alle Schritte in dem Protokoll beschrieben sind kritisch hochaufgelöste Bilder von mehrskaligen und Multimaterialproben zu erhalten. Einer der kritischen Schritte der Probenmontage und die Fokussierung der Optik, die den Erhalt qualitativ hochwertige Bilder von entscheidender Bedeutung sind, die für die Quantifizierung verwendet werden können. Genauer gesagt, sogar leichte Bewegung der Probe würde Artefakte in dem rekonstruierten Bild führen und in der Auflösung würde eine Verschlechterung Defokussierung. Zur Ver…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Der LLNL Teil dieser Arbeit wurde unter der Schirmherrschaft des US Department of Energy von Lawrence Livermore National Laboratory unter Vertrag DE-AC52-07NA27344 ausgeführt. Die Intel Corporation Autoren möchten Pilin Liu Liang Hu, William Hammond, und Carlos Orduno von der Intel Corporation für einen Teil der Datensammlung und hilfreiche Diskussionen danken. Die Advanced Light Source wird vom Direktor, Amt für Wissenschaft, dem Büro des Basic Energy Sciences, der US-Department of Energy unter Vertrag Nr DE-AC02-05CH11231 unterstützt.
Materials
| Beamline 8.3.2 | Advanced Light Source, Berkeley, CA, USA | http://microct.lbl.gov/ |
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