三維立體成像X射線顯微鏡在元器件失效分析中的應(yīng)用
在電子元器件失效分析中，工程師經(jīng)常要借助各種分析設(shè)備或技術(shù)方法，找到導(dǎo)致元器件失效的“元兇”。其中非破壞性分析在失效分析中占有舉足輕重的地位。常見的非破壞性分析方法包括外部檢查、PIND、密封性檢測、C-SAM、X射線檢查等等。近幾年，三維立體成像X射線顯微鏡（顯微CT）逐漸進(jìn)入電子元器件分析領(lǐng)域，推動了電子元器件非破壞性分析技術(shù)的快速發(fā)展。擁有一臺顯微CT，就像擁有一雙“透視眼”，在無損狀態(tài)下便能解析各類元器件的結(jié)構(gòu)，再借助于分析軟件便可以重構(gòu)出元器件的三維模型，精確、快速地進(jìn)行失效定位，在減少工作量、增加工作效率的同時提升失效分析的成功率。
顯微CT的組成與原理
顯微CT的成像系統(tǒng)主要由微焦點射線源、精密樣品臺、探測器、控制系統(tǒng)、成像和分析軟件組成。微焦點射線源發(fā)射出來的X射線束在穿過待測樣品時，由于樣品中不同密度的材料對X射線的吸收率的不同而表現(xiàn)出不同的穿透率，經(jīng)過探測器而形成對應(yīng)的透視圖像，再通過分析軟件便可以重構(gòu)出待測樣品的三維立體圖像。
圖1 顯微CT內(nèi)部各部件之間關(guān)系原理圖
顯微CT的成像掃描過程：微焦點射線源和探測器保持不動，通過轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)獲取不同角度的透視圖像，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)360°，完成一次圓周掃描，獲取系列視圖像。三維成像過程為：首先利用一次圓周掃描獲取系列透視圖像，然后采用相應(yīng)的重建算法，重建樣品區(qū)域內(nèi)被測區(qū)域的吸收系數(shù)的三維分布。根據(jù)吸收系數(shù)的三維重建，進(jìn)一步通過軟件可以觀察被測樣品內(nèi)部任意截面的信息，并可以對感興趣部分進(jìn)行三維渲染和展示。
典型應(yīng)用案例
結(jié)構(gòu)分析
顯微CT完成掃描后，借用三維重構(gòu)軟件，可以得到BGA模塊的三維模型（見圖2）。此外，還可以選擇自己感興趣的區(qū)域進(jìn)行局部重構(gòu)（見圖3），斷層掃描（見圖4）還可以幫我們了解到芯片基板中不同層的金屬走線，以便我們在不破壞BGA模塊的前提下，更為深入的了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
圖4 BGA芯片基板的斷層掃描
失效定位
通過對比分析器件的結(jié)構(gòu)（見圖5），檢查器件結(jié)構(gòu)是否存在異常，以此來定位到樣品的失效點。通過顯微CT，還可以直觀明了地觀察失效點的物理形貌特征（見圖6）。
小結(jié)：顯微CT可以幫助我們更清晰透徹的了解分析對象，顯著提高非破壞性分析的準(zhǔn)確性。顯微CT結(jié)合電測試、C-SAM等非破壞性分析手段對樣品內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行比較與分析，為后續(xù)破壞性分析項目提供支持，降低破壞性分析的風(fēng)險，提高失效分析效率與成功率。在溫度循環(huán)等與試驗次數(shù)、持續(xù)時間相關(guān)的試驗中，顯微CT可以在不影響后續(xù)試驗的情況下對所關(guān)注部位進(jìn)行定性和定量的分析，為電子元器件可靠性和失效機(jī)理模型研究提供了非常有利的支撐。
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