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          電子元器件失效分析必備神器之“透視眼” ——三維立體成像X射線顯微鏡在元器件失效分析中的應用

          賽寶可靠性 2022-07-26 06:49:04

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          在電子元器件失效分析中,工程師經常要借助各種分析設備或技術方法,找到導致元器件失效的“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)逐漸進入電子元器件分析領域,推動了電子元器件非破壞性分析技術的快速發展。擁有一臺顯微CT,就像擁有一雙“透視眼”,在無損狀態下便能解析各類元器件的結構,再借助于分析軟件便可以重構出元器件的三維模型,精確、快速地進行失效定位,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的成像系統主要由微焦點射線源、精密樣品臺、探測器、控制系統、成像和分析軟件組成。微焦點射線源發射出來的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出不同的穿透率,經過探測器而形成對應的透視圖像,再通過分析軟件便可以重構出待測樣品的三維立體圖像。



          圖1 顯微CT內部各部件之間關系原理圖

          顯微CT的成像掃描過程:微焦點射線源和探測器保持不動,通過轉臺旋轉獲取不同角度的透視圖像,轉臺旋轉360°,完成一次圓周掃描,獲取系列透視圖像。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,然后采用相應的重建算法,重建樣品區域內被測區域的吸收系數的三維分布。根據吸收系數的三維重建,進一步通過軟件可以觀察被測樣品內部任意截面的信息,并可以對感興趣部分進行三維渲染和展示。

          典型應用案例

          //結構分析

          顯微CT完成掃描后,借用三維重構軟件,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域進行局部重構(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部結構。


          圖2 BGA模塊的三維重構圖

          圖3 BGA焊球的三維重構圖

          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構(見圖5),檢查器件結構是否存在異常,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)。



          (1)BGA模塊的三維立體圖(失效樣品)

          (2)BGA模塊的三維立體圖(良品)

          圖5 對比分析



          圖6 失效點所在位置的三維重構圖


          小結

          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確性。顯微CT結合電測試、C-SAM等非破壞性分析手段對樣品內部狀態進行比較與分析,為后續破壞性分析項目提供支持,降低破壞性分析的風險,提高失效分析效率與成功率。在溫度循環等與試驗次數、持續時間相關的試驗中,顯微CT可以在不影響后續試驗的情況下對所關注部位進行定性和定量的分析,為電子元器件可靠性和失效機理模型研究提供了非常有利的支撐。



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