用X射线检测三维封装的缺陷.doc

nanofocus?X射线光管技术为X光检测及3D计算机断层摄影(CT)提供亚微米级分辨率 nanofocus X射线光管技术为X光检测及3D计算机断层摄影(CT)提供了亚微米级分辨率，从而为IC封装的无损检测创造了引领未来的科技。phoenix|x-ray的nanome|x系统为半导体工业的高品质封装，互联检测以及表面封装检测定立了新的工业检测标准。nanome|x是一个可选配nanoCT升级方案的超高清nanofocus X射线系统。系统配备phoenix|x-ray软件，特别针对高端2D和3D互联检测而开发。结合高清数字摄像头以达到最理想的图像质量，并配以独有的180KV高功率纳米级聚焦X射线光管，可达到200300纳米(0.20.3微米) 级的分辨率。要想成功分析和显现多层芯片或者多重焊线的连接，只有断层摄影技术(CT)可以提供最佳的图像和IC分层断层的失效分析。事实上很多封装含有许多金属成分，比如像锡、金、铜以及其他一些特殊的高吸收性陶瓷，因而许多100kV左右的小型CT系统无法从各个方向完全穿透这些封装产品。180kV / 15 W高功率纳米级聚焦X光管包含了超高性能的高压发生器技术，是市场领导者phoenix|x-ray最新的研发成果。四个模式覆盖从纳米级分辨率到高强透视度的所有应用。从而使您的射线高吸收率样品检测变得史无前例的轻松。 为了让您得到卓越的图像质量，nanome|x采用了4百万像素全数字影像链和30英寸TFT显示器。系统提供了高对比度分辨率，并且能在最高70倾角时提供超过24,000倍的物理放大而无需使用软件放大。为实现更多功能性，例如对低对比度样品检测和计算机断层摄影(CT)，我们的系统可装备dual-ovhm模块，使您便于在数字影像链和全数码16位平板感应器之间切换。 系统标配了phoenix|x-ray最新软件，大大地改良了系统的可操作性。这套直观的软件包含第一套带运算工具的图像编辑软件，为用户提供自动测量和图像分析。通过增加一系列的软件模块，nanome|x可以自动检测BGAs、 QFPs、 PTHs、 MLFs、焊线和多层线路板。phoenix|x-ray最新的空洞计算模块(VC module)提供了2D检测和多芯片封装分析：X射线图像中所有可见的芯片都同时得到空洞计算评估，这大大缩短了大家所关心的芯片贴装自动空洞计算检测的时间。 在3月18至20日上海SEMICON China 2008，phoenix|x-ray 为大家献上这款热卖中的，融2D 和 3D 检测于一身的nanome|x系统。励善公司在展位：Hall W2, No. 2146恭候您的光临。microme|x 微焦点X光检测系统microme/x 亚微米级高分辨率自动化X光检测系统，用于焊点及电子元器件的二维检测和计算机断层扫描成像(CT)。microme/x 主要性能参数系统放大倍数和分辨率几何放大倍数可达2,160倍总放大倍数不使用软件放大时可达23,320倍细节分辨能力 1微米亚微米级X射线管类型开管，发射式管头，170度锥角，准直功能阳极无毒钨靶，可旋转以多次使用阴极钨丝；预校灯丝快锁式阴极(座)，即插即用。真空系统无油式涡轮分子真空泵最大管电压180kV最大管功率20W剂量率稳定性0.5% / 8h探测器数字图像链全数字图像：高分辨率4二视场图像增强器，2兆像素数字照相机和24TFT显示器microme/x检测台总体结构高精度，无振动轴最大检测区域460mm x 360mm (可旋转时)610mm x 560mm (无旋转时) 工件最大尺寸680mm x 635mm工件最大重量10kg最大放大倍数时的倾斜扫描视野0-70视角无级调节，旋转角0-360控制方式操纵杆控制或鼠标(手动模式)和数控编程控制(自动模式)轴运动速度(X-Y-Z)10 m /s到80mm/s检测台功能工件X射线绘图，运动优化功能，放大优化功能，自动移动装置，激光准直防碰撞系统最大放大倍数检测时此功能无效图像处理（16位）quality|assurance功能强大的X射线检测软件，包含图像增强功能，测量功能，数控编程功能以实现自动化检测 bga|模块(标准)BGA焊点自动评价，包括自动润湿度分析vc|模块(标准)缺陷自动计算软件包，包括复合模具连接缺陷评价功能 microme/x 系统尺寸尺寸(WxHxD)2020 mm x 1920 mm x 1860 mm (不包括控制台, 包括300mm(11.8)可拆卸后伸展台)最小运输宽度1560 mm高度可调控制面板(D)500mm(19.5)重量约2300 kg射线防护安全防护室铅钢防护，铅玻璃，辐射泄漏率1Sv/hmicrome/x 系统配置软件选项ml|模块多层印刷电路板配准qfp|模块QFP焊点自动评价，包括自动润湿度分析qfn|模块QFN/MLF焊点自动检测pth|模块针通孔焊点自动评价c4|模块背景结构上圆焊点的分析，如C4凸点quality|review用于修改的可视界面和故障指示Xe2X射线图像评价环境，可设计单独图像评价程序的基本算法工具箱CAD|import载入CAD文件用于检测编程硬件选项倾斜/旋转单元倾斜45，旋转n360，工件不重于2kg低剂量模式只在图像采集过程中开启射线以减少剂量手工条形码读取器用于自动生产线读取样品编码microme/x CT功能（可选）2D/3D(CT)操作升级包CT-单元精确的旋转轴三维图像采集/重建软件 3D|arv最大几何放大倍数(CT)300倍最大体元分辨率3m，取决于工件尺寸 可视化软件Volume Viewer如需更多信息，请联系我们。用X射线检测三维封装的缺陷avid Bernard, Product Manager X-ray Systems, Dage Precision Industries, a Nordson Company裸片堆叠封装的CT图像随着更多子系统集成的出现，先进的三维封装正在取代标准的引线框封装。几块裸片叠起来的封装，例如PiP和PoP三维封装，能够满足更高密度电路的需要，并且提高了电气性能，这是因为，在使用表面组装技术的电路板上，它们是通过焊接在焊盘上的锡球进行连接的。不过，为了得到这些好处，现在这种三维封里面有几块裸片，一块装在另一块的上面，用几层导线通过压焊把它们连接起来，或者在晶圆上装凸点进行连接，所有这些都做在器件里面。这些三维封装是很复杂性的，在器件组装、测试和随后安装到印刷电路板的过程中，对封装的检验和质量控制工艺的鉴定提出了独特的挑战。特别是，这些更复杂的封装现在更可能出现缺陷，从裸片到封装以及到印刷电路板，都可能出现缺陷。这种缺陷可能包括连接焊点的裂缝、没有连接上、焊点的空洞过多、导线和导线压焊的缺陷，以及裸片和连接界面的问题。一般地讲而言，二维X射线检测是了解器件生产的各个方面以及随后的电路板制程情况的一种重要方法，更重要的是，这是一种非破坏性的方法。然而，对于三维封装，二维X射线成像技术存在局限性，因为器件的所有层次是同时看到的。在进行分析时，检验人员会把它们混起来，这是因为，在X射线图像中，这些裸片和各个层次的导线压焊点看上去是相互重叠的。即使是用斜角X射线，仍然是这样，而对BGA封装检测，通常这是非常重要的，见图1 。图1.两块裸片叠起来的BGA器件的一部分斜视二维X射线图像，可以看到它有两层压焊引线压线重叠在一起。计算机断层扫瞄技术 对于三维封装，二维X光检查在分析方面受到限制，三维X光检查，即所谓CT计算机断层扫瞄，越来越多地得到使用。计算机断层扫描是一种X射线成像方法。它在一个物体围绕一根轴线旋转时，拍摄大量二维X射线图像，再利用几何图形的数学处理来生成这个物体的三维虚拟模型。一旦产生了CT模型，就可以进行“虚拟微切片”，检验人员就可以研究整个模型的任何二维X射线切面，以及实时操作整个三维模型。这样，就可以看到封装中的不同层次和不同物体，同时和其他可能引起混淆的细节分开，以便更好地进行分析。虽然CT技术用于医疗和大型物体的非破坏性检测已经有很多年了，只是在最近，由于X射线图像质量的改善、优异的X-射线分辨率、CT模型的处理时间的缩短、能够随时从二维转换到CT检查模式的系统设计，这项技术比较适合用于电子制造。CT模型的产生过程必须经过三个阶段。首先，必须在物体在X射线中旋转时拍摄二维图像（采集）。其次，必须对二维图像进行数学处理，生成CT模型（重建）。最后，把电脑断层模型准备好供分析和操作之用，以便确定缺陷，并且把缺陷突出地显示出来（浏览）。所有这三个阶段合在一起，意味着产生一个合理的CT模型要用十分钟或者几十分钟时间，因此，与二维X射线相比，它不大可能成为适合在生产环境中使用的技术。相反，对于电子制造，应该把计算机断层扫瞄看作是故障分析技术的一部份，在进行正式的微切片和扫描电子显微镜分析之前使用，也许是取代微切片和扫描电子显微镜分析。从这个角度看，CT看来特别有吸引力，因为它是用数十分钟的时间，而不是环氧树脂固化以及随后为了进行扫描电子显微镜分析而抛光所需要的几个小时。 对图1所示封装进行CT检查，得到如图2所示的三维图像。旋转CT模型，我们就能够清楚地区分器件中的这两层，以及基片上的细节。利用实时虚拟X射线切片，包括与封装平行和垂直于封装方向的切片，进行进一步分析，就可以把更多细节显示出来，并且看到，妥善地利用CT模型可以把各个不同的层次区分出来。图3和图4说明，CT分析可以提供BGA焊球中细微缺陷的信息，例如开路焊点中的“枕窝”缺陷（图3），以及焊球和焊盘交界处上的裂纹（图4） 。图2. CT图像显示了图1所示BGA封装中，两层叠在一起的裸片和引线压焊。图3. 利用CT模型的横向二维剖视图像可以看到枕窝开路焊点。图4. 计算机断层扫瞄图像把BGA焊球和焊盘交界处的裂缝显示出来了。由于CT分析提供了一个虚拟模型，可以把一些部分和虚拟切片从模型的视野中删除，以便把看不见的特征和细节突出地显示出来。这特别有用，例如，把微孔中电镀层可能出现的变化突出地显示出来，是很有用的。由于能够把细节从CT浏览软件中的三维模型中删除掉，不仅可以从不同程度详细地了解焊球或者凸点，而且可以详细研究所要分析的器件中与导线压焊有关的质量问题和任何问题。导线压焊的这些缺陷可能包括wire sweep问题（灌模时冲速过大，使原本打好的金线被冲坏）和导线短路。利用 CT分析还可以详细了解裸片的导电性粘接层和封装下面的焊点中空洞的情况。要不是CT能够把其他细节从视野中删除，这些问题也许就看不到。 由于设计中更多地使用堆叠封装，合同制造商不得不做一些准备工作，以便把它们用到电路板上。虽说，在理想的情况下，这项工作会使用实际的堆叠封装组件和电路板，但现实是，由于受到成本方面的限制，往往会避免这种做法。因此，在今后“真正”进行制造之前，也许我们能够用的是封装模型，用它来开展和确认工艺。现在在市场上出现了种类有限的堆叠封装模型出售。不过，也有可能自行制造封装模型，虽然它们可能没有实际封装的那些确切规格，但是至少可以事先提供使用这些新封装的一些经验，而费用不是很高。在参考文献1、2中介绍了如何自行制造这种堆叠BGA封装模型。使用这种封装模型，可以清楚地看到在分析二维X射线图像时可能存在的局限性（图5）。虽然这个“自制”封装模型的BGA球的尺寸大于实际封装中一般看到的尺寸，但是，即使是用斜角观看，并且在高倍数下进行，也无法把BGA的不同层次分开，因而可能引起的混乱，这点可以清楚地看到的。 图5. 用斜角二维X射线技术得到三层堆叠BGA模型的图像的一角。“自制”三层堆叠BGA封装模型器件的二维图像是用X-射线系统检查整块电路板时得到的。不过，在制作微米分辨率的CT模型时，由于技术上的限制，有必要把电路板上包含这种器件的部分拿出来，然后进行CT检查。因此，应当更多地把CT看作是一种失效分析技术，在对样品进行微切片和扫描显微镜分析之前进行，或者取而代之。图6是三层堆叠裸片的CT图像。除了可以从计算机断层扫瞄浏览软件得到三维图像，还可以非常容易地从整个三维模型得到在任何平面的虚拟X射线切片。通过这种方式，从轴向和横向（见图7）观看三维堆叠，从而确定焊球的变化，无论是在层与层之间或者各层之内，这都是很容易的。至于标准的BGA 3，如果焊球不一致，这往往说明在再流时工艺不够均匀一致，可能存在开路、焊锡不足和短路等缺陷。 图6. 一小部分三层堆叠BGA的计算机断层扫瞄图像。图7. 横向二维X射线切片。这是从三层堆叠BGA的数据得到的。图6和图8是对整个器件较小的一个部份进行CT分析的结果。由于CT软件能够对较大体积中的一部份范围进行三维重建，没有必要进一步对检测对象作任何切除。我们集中在整个器件中一个较小的范围，就可以得到CT模型的更详细细节。例如，图8显示了堆叠封装的大量细节。进一步的分析，一般是在微切片之后进行SEM分析，可以用来与CT数据进行对比。如果CT模型中有足够的数据来正确地识别缺陷，以后也许就没有必要进行更花费时间的微切片了。 图8. 一小部分BGA堆叠封装中各层的CT模型侧