Рентгеновская микроскопия в анализе отказов изделий микроэлектроники
В.П. Загвоздин1, Т.Г. Дмитриева1, А.Ю. Рашковский1, П.Р. Казанский1
1 ОАО «Системы для Микроскопии и Анализа», 143025, г. Москва, д. Сколково, ул. Новая д.100, БЦ «Урал»
Миниатюризация микроэлектронных компонент и повышение плотности их монтажа в интегральные микросхемы диктует применение ультрасовременных методов неразрушающей диагностики причин отказов и неисправностей.
Рентгеновская микроскопия с компьютерной томографией давно и успешно применяется для неразрушающего контроля качества изделий металлургической, электронной, биоинженерной и геологической отраслей, как наиболее мощный инструмент 3D визуализации.
При производстве изделий микроэлектронной техники достаточно часто возникают дефекты, как в самих электронных компонентах, так и в их соединениях – микропайках, контактных площадках, межслоевых соединениях и т.д. Возникновение же паразитной проводимости и проводимости при приложении внешнего давления вследствие наличия включений либо непропаянных зон являются практически не обнаружимыми видами дефектов с помощью традиционных методов контроля. Такие локальные участки повышенного электро- и теплосопротивления зачастую являются причинами преждевременного выхода из строя дорогостоящих и высокотехнологичных изделий микроэлектроники.
В докладе демонстрируются примеры применения метода 3D микроскопии, реализованного на рентгеновском микротомографе XradiaVersaXRM-500 для исследования причин появления несовершенств структуры изделий микроэлектронной техники. Рассматриваются такие изделия микроэлектронной техники, как многослойные печатные платы, корпусированные микросборки, интегральные микросхемы с топологической нормой до 1-2 мкм, SMD компоненты (резисторы, конденсаторы, светодиоды). При этом показаны возможности применения рентгеновской микроскопии, как на этапе создания прототипа, так и при возникновении отказов в готовых изделиях.
В работе решались следующие задачи:
- разработка режимов визуализации крупногабаритных изделий микроэлектронной техники без их разрушения;
- локализация дефектов внутреннего строения интегральных микросхем от миллиметровых до субмикронных масштабов;
- построение 3D моделей и проверка чертежей интегральных микросхем и их отдельных компонентов.
Также в работе показаны примеры применения фазового контраста при исследованиях методом рентгеновской микротомографии высокого разрешения (HRXRM) для выявления участков микроконтактов макетных микросхем с отсутствующими областями проводимости с размерами менее 1 мкм.
На основе проведенных исследований в докладе приводится обобщение возможных причин возникновения повышенного сопротивления и потери проводимости паяных соединений, таких как поры, трещины, включения, дефекты пайки, разрывы соединений, и т.п.
Предложенный подход позволяет визуализировать внутреннюю структуру изделий микроэлектроники без их разрушения. Высокая разрешающая способность рентгеновского 3D-микроскопа дает возможность проводить анализ отказов и обнаруживать различные типы дефектов, в том числе на крупногабаритных и корпусированных изделиях.
Рис. 1. Причины отказа микросхем, выявленные методом рентгеновской микротомографии на установке XradiaVersaXRM 500. а) – дефект «HeadonaPillow» - холодный непропай шарика BGA, вызывающий потерю электрического соединения при снятии внешнего давления. б) – наличие постороннего включения между шариками BGA, приводящее к возникновению паразитной межконтактной проводимости.
Списокиспользованныхисточников:
1. Lall, P., and J. Wei, X-Ray Micro- CT and Digital- Volume Correlation Based Three- Dimensional Measurements of Deformation and Strain in Operational Electronics, Proceedings of the 65th ECTC, San Diego, CA, pp. 406-416, May 26-29, 2015
2. Lall, P., Deshpande, S., Wei, J., Suhling, J., Non-Destructive Crack and Defect Detection in SAC Solder Interconnects Using Cross-Sectioning and X-Ray Micro-CT, Electronic Components and Technology Conference, 64th ECTC, pp. 1449-1456, Orlando, FL, May 27-30, 2014.