Неразрушающий контроль внутренней структуры электронных компонентов


PDF версия

В статье представлен небольшой обзор трех методов неразрушающего контроля электронных, в т. ч. пассивных компонентов. Эти методы применяются для осуществления контроля с отбраковкой изделий, проверки и анализа неисправностей микросхем в пластиковых корпусах, а также других электрических и электронных компонентов.

Стандартные меры неразрушающих испытаний, включая тестирование электрических и электронных компонентов, условно делятся на три основные категории:

  • проверка функционирования (электрические испытания на наличие функциональных сбоев);
  • наружный осмотр корпуса;
  • внутренний контроль конструкции.

Мы рассмотрим и сравним три распространенных метода неразрушающего контроля:

  • акустическую микроскопию;
  • рентгеноскопическое просвечивание;
  • синхронную инфракрасную термографию (ИКТ).

Эти методы контроля комбинируются с разрушающими и функциональными испытаниями для детального анализа и контроля:

  • микросхем в пластиковых корпусах;
  • систем Flip-Chip (корпусов CGA, FCBGA, PBGA, FPBGA и т. д.);
  • полупроводниковых пластин;
  • печатных плат;
  • конденсаторов;
  • МЭМС.

На рисунке 1 показано, как соотносится пространственное разрешение современных методов неразрушающего контроля с типовыми размерами корпусов микросхем.

Пространственное разрешение методов неразрушающего контроля
Рис. 1. Пространственное разрешение методов неразрушающего контроля

 

Рентгенодефектоскопия

При прохождении рентгеновского луча сквозь образец часть излучения взаимодействует со средой и поглощается веществом. Интенсивность прошедшего рентгеновского пучка зависит от химического состава материала и формы образца. Таким образом, в приемник поступает рентгеновское излучение меньшей интенсивности, на основе которой определяется плотность материала образца и форма внутренних объектов его структуры. Типовая рентгеноскопическая система состоит из трех компонентов: рентгеновской трубки (источника), рентгеновского детектора и испытательного оборудования для фиксации образца и контроля его положения относительно зонда. В этих системах пространственное разрешение, главным образом, определяется размером пятна излучения и эмитирующей поверхности.

 Принцип действия рентгенодефектоскопии и акустической микроскопии
Рис. 2. Принцип действия рентгенодефектоскопии и акустической микроскопии

Двумерный рентгенодефектоскопический контроль – один из самых старых и устоявшихся методов неразрушающего внутреннего контроля не только электронных компонентов, но и материалов. Как видно из рисунка 2, где сравнивается рентгеноскопический метод с методом акустической микроскопии, одним из главных преимуществ рентгенодефектоскопии является возможность лучей проходить сквозь объекты большой толщины и определять с их помощью вертикальные субмиллиметровые структуры внутри образцов. Однако такое планарное представление конструкции, полученное путем прохождения лучей сверху вниз (см. рис. 3а), не предоставляет достаточной информации о внутренней структуре сложных объемных сборок. В таких случаях применяются методы 3D-реконструкции, позволяющие в полной мере выполнить контроль внутренних элементов.

результаты использования двумерного и трехмерного методов рентгенодефектоскопии
Рис. 3.
а) результаты использования двумерного и
б) трехмерного методов рентгенодефектоскопии

 

Сканирующая акустическая микроскопия

Метод сканирующей акустической микроскопии (САМ), или сканирующей акустической томографии, в настоящее время широко применяется во всем мире для неразрушающего контроля, проверки микроэлектронных компонентов и материалов. Данный метод используется для контроля качества, оценки состояния и анализа отказов, а также в процессе испытаний, например, микросхем в пластиковых корпусах (см. рис. 4).

Оценка состояния ПЛИС методом САМ
Рис. 4. Оценка состояния ПЛИС методом САМ

Как видно из рисунка 5, принцип действия этого метода основан на отражении акустических волн от поверхности раздела между разными средами и в местах неоднородной плотности материала. В этом методе используются сфокусированные ультразвуковые импульсы в диапазоне от МГц до ГГц. По отраженным сигналам определяются границы раздела между разными материалами и скрытые физические дефекты (полости, трещины, расслоения и т. д.) которые появились в процессе производства, после испытаний на воздействие внешних факторов или в результате продолжительной эксплуации. Наиболее важной частью акустического микроскопа является преобразователь, который используется как источник и приемник для преобразования акустических сигналов в электрические.

Физический принцип неразрушающего контроля методом САМ
Рис. 5. Физический принцип неразрушающего контроля методом САМ

Чтобы получить представление о внутренней структуре образца, в этом методе анализируется задержка между отраженными импульсами, появившимися на границах раздела материалов, и сравниваются относительные величины интенсивности сигналов. Кроме того, данный метод предоставляет очень надежную информацию о других характеристиках поверхностей раздела. Таким образом, отражения с высокой амплитудой обусловлены большими различиями в свойствах материалов. Благодаря тому, что наибольшая амплитуда сигналов наблюдается при их отражении от границ раздела с воздухом, этот метод, в частности, пригоден для выявления очень тонких плоских полостей с воздухом в расслоившихся материалах.

 

Синхронная термография

Инфракрасная термография – еще один широко распространенный метод неразрушающего контроля для проверки электрических и электронных компонентов, а также материалов. В этом методе осуществляется точное измерение излучаемого поверхностью тепла в диапазоне 2–14 мкм. Как и в случае с другими методами тепловой микроскопии, результаты этих измерений используются для анализа и записи распределения температуры по поверхности. Диапазон разрешения метода составляет 0,020–0,075°C в зависимости от используемого детектора.

Методы активной или пассивной термографии применяются для контроля микроэлектронных, а также пассивных компонентов. С одной стороны, пассивные методы позволяют анализировать естественное тепловое излучение от разных структур внутри компонентов в отсутствие внешних источников. С другой стороны, в активных методах применяется внешний источник тепла, которое направляется на проверяемый объект. Тепловые волны, генерируемые на поверхности образца, рассеиваются на ее дефектах и детектируются. Методы активной термографии, позволяющие обнаружить трещины и влагу в композитных материалах, используются для контроля корпусов высокоплотных микросхем (см. рис. 6).

Проверка состояния разъемов с помощью метода синхронного термографического контроля
Рис. 6. Проверка состояния разъемов с помощью метода синхронного термографического контроля

Импульсные и синхронные методы являются основными средствами контроля с помощью активной термографии. В импульсной термографии применяется единичный тепловой импульс, а в синхронной поверхность образца подвергается периодическому нагреву. Тепловая волна отражается от неоднородностей (трещин или включений) структуры, меняя распределение температуры на поверхности образца. Поскольку частота отраженной волны та же, что и у волны возмущения, отраженный сигнал легко идентифицируется.

 

Стресс-тесты

Многие компании используют методы неразрушающего контроля вместе со стресс-тестами и испытаниями на воздействие внешних условий для анализа целостности системы и ее рабочих параметров. К стресс-тестам относятся:

  • испытания на влагостойкость, влажность и температурные испытания;
  • термовакуумные испытания;
  • термоциклирование;
  • температурные удары;
  • виброиспытания.
Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *