Die Rolle von Röntgensystemen beim Prüfen elektronischer Baugruppen ist allgemein bekannt. Im Gegensatz zu Bildverarbeitung (Machine Vision) und optischer Prüfungsausrüstung, die eine Prüfung von Komponenten und Schaltkreisen nur per Sichtverbindung erlauben, durchdringen Röntgenstrahlen das Material und legen die verborgenen Lötstellen sowie die Kontaktseitenflächen von Anordnungen wie etwa Flip-Chips oder BGAs frei.
Mit zunehmender Dichte der Komponenten werden innere Verbindungen immer stärker verdeckt. Umso wichtiger wird die Röntgenbildgebung zum Erkennen schadhafter Stellen. Daher richten die Hersteller von Röntgensystemen besonderes Augenmerk auf das Verbessern von Kontrasten, Schärfe und die Echtzeit-Prüffähigkeit. Ziel ist es, auch kleinste Stellen sichtbar zu machen. Packaging und Assembly stellen mit immer kleineren Strukturgrößen (1 µm) anspruchsvolle Prüferfordernisse. Zum Glück haben Röntgensysteme Schritt gehalten:
Fortschritte in der Röntgenröhrentechnologie
Die Tendenz hin zu immer kleineren, dichter bestückten Elektronikbauteilen sowie das Aufkommen von Mikrosystemen (MEMS und MOEMS) haben zur Entwicklung der Nanofokus-Röntgentechnologie geführt.
Laut Definition besitzt die Nanofokustechnologie einen Brennfleck von weniger als 1 µm Durchmesser. Dies erst ermöglicht den Detailgrad und die Auflösung, die zum Prüfen der in heutigen Elektronikbauteilen üblichen Strukturen niedriger Dichte und extrem kleinen Merkmale erforderlich sind. Die Technologie vereint die Röhre mit ausgeklügelter Software zur Steuerung von Leistungsaspekten wie Kurz- und Langzeitstabilität, Bildkontrast, Helligkeit und Strahlungsdosis.
Neben der Prüfung von MEMS- und MOEMS-Anordnungen werden Nanofokussysteme zum Untersuchen von Sub-Mikrometer-Bauteilen, Schaltkreisen und Baugruppen im Wafer-Level-Packaging eingesetzt. Zur Prüfung in solchen Anwendungen eignen sich ausschließlich Nanofokus-Röntgenröhren und -Systemtechnologie: Nur sie bieten die zum Erkennen von Fehlern in Lötperlen und Verbindungen erforderliche Auflösung und Schärfe. eHDR ist ein weiteres äußerst wertvolles Instrument zur Livebildanalyse. Sie mittelt die Belichtungszeit des Gesamtbildes und zeigt die Struktur des Musterobjekts auf einen Blick.
Herausforderungen für die Mikroelektronik
Sämtliche oben beschriebenen Vorzüge der Röntgentechnologie sind Antworten auf die Notwendigkeit, die Qualität immer kleinerer 3D-Packages zu prüfen. Der Oberbegriff 3D-Packaging umfasst gestapelte Bauteile, 3D-ICs, Package-on-Package, System-in-Package und viele andere. Hauptantrieb für das 3D-Packaging ist die Tatsache, dass diese Technologie Platz spart, indem sie einzelne Chips in einem Package vereint. Es wird allgemein erwartet, dass gestapelte Bauteile die Z-Höhe eines Packages beibehalten oder unterschreiten. Das erfordert dünnere Dies und vereinfachte Verbindungstechniken wie etwa Thru-Silicon Vias (TSV), Copper-Pillars oder Micro-Bumps. Diese Technologien versprechen erhöhte Systemintegration bei niedrigeren Kosten und verkleinerter Geometrie.
Für alle gestapelten Bauteile gelten die üblichen Verlässlichkeitsfragen wie etwa TSV-Lunker, Gleichmäßigkeit der Micro-Bumps, Zuverlässigkeit von Flip-Chip-Lötungen, Verbiegung der Packages und Wärmebelastung.
Statement
Empfehlenswert für Mikroelektronik-Anwendungen wäre ein Röntgensystem, das mit einer Nanofokusröhre und TXI-Technologie ausgerüstet ist und das einen digitalen, mindestens 16-Bit-Flachbilddetektor mit ausgewogener Raum- und Kontrastauflösung bietet.
Wichtig ist auch die Handhabung von Detektor, Röhre und Probenträger. Lassen sich Röhre und Detektor unabhängig voneinander bewegen, so kann der Bediener bei gegebener Target-Power und Vergrößerung das optimale Signal-Rausch-Verhältnis ermitteln und damit das Risiko von Schäden an empfindlichen Anordnungen senken.
Zum Vortrag
Hochwertige Offline-Röntgensysteme bedienen die Anforderungen von SMT-Baugruppen ausgezeichnet, doch es gibt Anwendungen, bei denen die Technologie an ihre Grenzen kommt. Und sie werden immer häufiger. Die Präsentation betrachtet die Sachverhalte im Detail und zeigt, wie sich Röntgen entwickelt hat, um diese Herausforderungen zu meistern. Dies beinhaltet IGBT-Module, TSV-Durchkontaktierungen und Micro-Bumps unter Anwendung von Technologien der 2D-, 2,5D- und 3D-Bildgebung.
Unsere Webinar-Empfehlung
Applikationen aus dem Bereich der Leistungselektronik gewinnen immer mehr an Bedeutung. Die Inspektion dieser Applikation lässt sich mit der bewährten Standardtechnologie der 3D-Messtechnik bewerkstelligen.
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