三維立體成像X射線(xiàn)顯微鏡在元器件失效分析中的應用
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備或技術(shù)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(jiàn)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(xiàn)檢查等等。近幾年，三維立體成像X射線(xiàn)顯微鏡（顯微CT）逐漸進(jìn)入電子元器件分析領(lǐng)域，推動(dòng)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(wú)損狀態(tài)下便能解析各類(lèi)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(jìn)行失效定位，在減少工作量、增加工作效率的同時(shí)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(diǎn)射線(xiàn)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(diǎn)射線(xiàn)源發(fā)射出來(lái)的X射線(xiàn)束在穿過(guò)待測樣品時(shí)，由于樣品中不同密度的材料對X射線(xiàn)的吸收率的不同而表現出不同的穿透率，經(jīng)過(guò)探測器而形成對應的透視圖像，再通過(guò)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(guān)系原理圖
顯微CT的成像掃描過(guò)程：微焦點(diǎn)射線(xiàn)源和探測器保持不動(dòng)，通過(guò)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，獲取系列視圖像。三維成像過(guò)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(jìn)一步通過(guò)軟件可以觀(guān)察被測樣品內部任意截面的信息，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(jiàn)圖2）。此外，還可以選擇自己感興趣的區域進(jìn)行局部重構（見(jiàn)圖3），斷層掃描（見(jiàn)圖4）還可以幫我們了解到芯片基板中不同層的金屬走線(xiàn)，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4 BGA芯片基板的斷層掃描
失效定位
通過(guò)對比分析器件的結構（見(jiàn)圖5），檢查器件結構是否存在異常，以此來(lái)定位到樣品的失效點(diǎn)。通過(guò)顯微CT，還可以直觀(guān)明了地觀(guān)察失效點(diǎn)的物理形貌特征（見(jiàn)圖6）。
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(zhù)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(tài)進(jìn)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(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、持續時(shí)間相關(guān)的試驗中，顯微CT可以在不影響后續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理模型研究提供了非常有利的支撐。
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