Es gibt nichts - und ich meine absolut nichts - Schlimmeres, als eine Charge ICs zu verschicken und zu denken, dass man den Produktionslauf perfekt hinbekommen hat, nur damit der Kunde eine Woche später zurückkommt und über tote Chips schimpft.
Sie öffnen den RMA-Bericht. Der elektrische Test bei der Wafersortierung wurde bestanden. Der Endtest wurde bestanden. Aber irgendwo im Verpackungsprozess ist ein Drahtbond gerissen oder eine Lötkugel hat einen Hohlraum von der Größe eines Kraters verursacht. Und weil es mit schwarzem Epoxid eingekapselt war, hat es niemand gesehen.
Wenn Sie in einem Verpackungsbetrieb für die Qualitätskontrolle zuständig sind, kennen Sie dieses Problem. Die Prüfung mit sichtbarem Licht ist nutzlos, sobald der Deckel drauf ist. Das ist der Punkt Röntgeninspektion für Elektronik ist nicht länger ein “Nice-to-have”, sondern das Einzige, was Ihren Ruf rettet.
Ich habe jahrelang mit verschiedenen Sensortechnologien herumgespielt und möchte Ihnen genau zeigen, wie Röntgendetektoren für Chipverpackungen nicht aus der Perspektive eines Lehrbuchs, sondern aus der schmutzigen, praktischen Realität der Fabrikhalle. Wir befassen uns mit der Mathematik, der Hardware und der Frage, warum manche Detektoren scharfe Bilder liefern, während andere wie ein verschwommenes Ultraschallbild aus den 1980er Jahren aussehen.
Warum Ihre Standardinspektion Sie enttäuscht
Früher haben wir uns bei der Delaminierung stark auf die akustische Mikroskopie (SAM) verlassen, und das ist auch gut so. Aber akustische Wellen hassen Luftspalten. Wenn man komplexe Verbindungen, Flip-Chip-Bumps oder Through-Silicon Vias (TSVs) sehen will, braucht man Photonen mit hoher Energie.
Das Problem ist in der Regel nicht die Erzeugung der Röntgenstrahlen, sondern die effiziente Erkennung der Strahlen.
Unter Halbleiter-ZfP (Non-Destructive Testing) haben wir es mit Merkmalen im Mikrometerbereich zu tun. Ein standardmäßiges medizinisches Röntgenpanel ist dafür nicht geeignet. Sie brauchen einen dynamischen Bereich. Sie müssen zwischen dem Silizium-Die, dem Kupfer-Leadframe und den Gold- oder Kupferbonddrähten unterscheiden können.
Si-PIN-Photodiode mit erhöhter UV-Empfindlichkeit (190-1100nm) PDCT01-F01
Erleben Sie präzise UV-Detektion mit unserer Quarzfenster-Si-PIN-Photodiode. Sie ist ideal für die Spektroskopie und bietet eine hohe Empfindlichkeit und ein geringes Rauschen im Bereich von 190-1100nm. Diese zuverlässige Si-PIN-Photodiode gewährleistet genaue Analyseergebnisse.
Die Physik: Wie wir tatsächlich durch Silizium “sehen”
Okay, ich habe versprochen, keinen Fachjargon zu verwenden, aber wir müssen ein wenig auf die Physik eingehen, damit Sie verstehen, warum der Kauf billiger Detektoren eine Geldverschwendung ist.
Wenn man Röntgenstrahlen auf ein Chipgehäuse schießt, nimmt die Intensität ab, wenn sie das Material durchdringen. Das ist die grundlegende Abschwächung. Die Formel, die unser Leben bestimmt, lautet:
I = I0 * e^(-mu * x)
Wo:
- I ist die Intensität, die auf den Detektor trifft (was wir sehen).
- I0 ist die anfängliche Intensität der Quelle.
- e ist die Eulersche Zahl (ca. 2,718).
- mu ist der lineare Dämpfungskoeffizient (er hängt von der Dichte und der Ordnungszahl des Materials ab).
- x ist die Dicke des Materials.
Und jetzt kommt der Clou: mu ändert sich drastisch, je nachdem, was Sie sich ansehen.
Gold (Au) hat einen enormen Dämpfungskoeffizienten im Vergleich zu Silizium (Si) oder der Epoxidformmasse. Aus diesem Grund erscheinen Golddrähte als schwarze Linien auf weißem Hintergrund (oder weiß auf schwarz, je nach Software).
Die Herausforderung:
Moderne Verpackungen werden zunehmend mit Kupferdrähten (Cu) gebondet. Die Dichte von Kupfer ist viel näher an Silizium und dem Leadframe als die von Gold. Der Kontrast nimmt ab. Wenn Ihr Detektor ein starkes Rauschen aufweist (ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis), verschwindet der Kupferdraht im Hintergrund. Sie werden den “Wire Sweep” (wo der Draht gebogen und kurzgeschlossen wird) nicht sehen, bis der Chip im Feld durchbrennt.
Die Wahl des richtigen Detektors: Szintillatoren vs. Direktkonversion
Hier sehe ich, dass die Leute am meisten Mist bauen. Sie schauen auf ein Datenblatt, sehen “Auflösung” und kaufen die billigste Option.
Es gibt im Wesentlichen zwei Möglichkeiten, diese Röntgenphotonen einzufangen.
1. Indirekte Detektion (Szintillatoren)
Dies ist die Methode der alten Schule. Man verwendet ein Material (z. B. Cäsiumjodid), das leuchtet, wenn Röntgenstrahlen darauf treffen. Es wandelt Röntgenstrahlen in sichtbares Licht um. Dahinter befindet sich eine Fotodiodenanordnung, die dieses Licht auffängt.
- Vorteile: Billiger, robuster.
- Nachteile: Das Licht wird gestreut. Dieses “Glühen” breitet sich aus und macht das Bild leicht unscharf. Es reduziert die MTF (Modulationsübertragungsfunktion), d. h. die Schärfe.
2. Direkte Erkennung (was Sie wahrscheinlich brauchen)
Dabei wird ein Halbleitermaterial verwendet, das Röntgenphotonen direkt in Elektron-Loch-Paare umwandelt. Kein Licht, keine Streuung.
Wenn Sie nach Submikron-Rissen in einer Lötstelle suchen, benötigen Sie eine direkte Detektion oder hochwertige indirekte Systeme in Verbindung mit hochwertigen Fotodioden. Im Einzelnen, Si-PIN-Fotodioden sind hier die Arbeitspferde. Sie bieten einen unglaublich niedrigen Dunkelstrom, d. h. wenn keine Röntgenstrahlung vorhanden ist, ist das Signal praktisch null. Dadurch erhalten Sie den hohen Kontrast, den Sie benötigen, um einen Kupferdraht auf einem Kupferleitwerk zu erkennen.
Unter BeePhoton, Wir haben erlebt, dass Kunden von allgemeinen CMOS-Sensoren auf optimierte Si-PIN-Arrays umgestiegen sind und plötzlich Lücken in BGA-Kugeln sehen können, die vorher nicht sichtbar waren.
Häufige Defekte, die Sie endlich erkennen können
Wenn Sie eine solide Chip-Verpackungstests rig einrichten, hier ist, was Sie suchen.
Der “Head-in-Pillow”-Fehler (HiP)
Das ist eine unangenehme Sache. Es passiert bei Ball Grid Arrays (BGAs). Die Lötkugel schmilzt, aber sie wird nicht wirklich mit dem Pad nass. Es sieht aus wie ein Kopf, der auf einem Kissen ruht. Elektrisch gesehen könnte es einen Schnelltest bestehen, aber durch thermische Wechselbeanspruchung wird es kaputt gehen.
Ein guter Röntgendetektor zeigt die leicht unterschiedliche Form der Kugeloberfläche.
Drahtfeger
Während des Gießvorgangs fließt das flüssige Epoxid über den Chip. Wenn es zu schnell fließt (oder die Drähte zu dünn sind), schiebt es die Drähte wie Seegras in einer Strömung. Wenn sich zwei Drähte berühren? Kurzschluss.
Sie benötigen einen Detektor mit hoher räumlicher Auflösung, um die Krümmung des Sweeps zu messen.
Die Attach Voids
Sie kleben den Chip auf den Rahmen. Wenn sich in diesem Kleber (Die-Attach-Paste) Blasen bilden, kann die Wärme nicht entweichen. Der Chip überhitzt.
Wir berechnen den “Leerstandsanteil”.”
Hohlraum % = (Fläche der Hohlräume / Gesamtfläche der Matrize) * 100
Wenn Ihr Detektor verrauscht ist, interpretiert er das Rauschen als kleine Hohlräume oder übersieht echte Hohlräume.
Si-PIN-Photodiode mit erhöhter UV-Empfindlichkeit (320-1060nm) PDCC100-701
Unsere Si-PIN-Photodiode mit hoher Empfindlichkeit bietet ein hervorragendes Signal für anspruchsvolle Anwendungen. Sie zeichnet sich bei der UV-Detektion bei schwachem Licht von 320-1060 nm aus.
Vergleich: Welcher Detektor passt zu Ihrer Fabrik?
Ich habe diese Tabelle zusammengestellt, um Ihnen den Vergleich zu erleichtern. Nehmen Sie sie nicht als Evangelium, aber sie ist eine gute Faustregel.
| Merkmal | Si-PIN-Photodioden | Standard-CMOS-Flachbildschirm | Bildverstärker |
|---|---|---|---|
| Kosten | Mäßig | Hoch | Niedrig |
| Auflösung | Sehr hoch | Hoch | Niedrig bis mittel |
| Kontrast | Ausgezeichnet | Gut | Schlecht |
| Dauerhaftigkeit | Hoch (Strahlungshart) | Mittel | Mittel |
| Am besten für | Präzisionsdrahtbindung, Flip Chip | Große PCB-Baugruppen | Grundlegende Gussinspektion |
Ein Szenario aus der realen Welt (natürlich mit geänderten Namen)
Ich möchte Ihnen von einem Fall erzählen, der mich nachts wach gehalten hat.
Wir arbeiteten mit einem mittelgroßen OSAT-Unternehmen (Outsourced Semiconductor Assembly and Test) in Malaysia zusammen. Nennen wir sie “Fab X”. Sie verpackten Power-Management-ICs für den Einsatz in der Automobilindustrie.
Das Problem:
Sie hatten eine Ausfallrate von 0,5% im Feld. In der Automobilindustrie ist das katastrophal. Die Chips gingen in die Luft. Es wurde vermutet, dass sich die Drahtbonds von den Pads lösten (Bondlift).
Sie verwendeten ein altes Bildverstärker-Röntgensystem. Als sie die Chips betrachteten, sah alles grau aus. Sie konnten buchstäblich nicht erkennen, ob die Bindung befestigt war oder 5 Mikrometer über dem Pad schwebte.
Die Lösung:
Wir haben das Sensorelement ausgetauscht. Wir haben ein maßgeschneidertes BeePhoton Detektoranordnung unter Verwendung von hochresistivem Silizium.
Das Ergebnis:
Der Kontrast verbesserte sich um etwa 400%. Plötzlich konnte man die Form der sichelförmigen Verklebung deutlich erkennen. Es stellte sich heraus, dass sich die Verklebung nicht abhob, sondern an der Ferse rissig wurde, weil die Ultraschallleistung des Bonders falsch eingestellt war.
Sie stellten den Bonder ein. Die Ausfallrate sank auf nahezu Null.
Sie brauchten keine neue Röntgenquelle, sie brauchten nur bessere Augen.
Einrichten Ihrer Röntgenstation: Praktische Tipps
Wenn Sie etwas kaufen oder aufrüsten wollen, sollten Sie diese Punkte beachten.
- Die Röhrenspannung (kV) ist wichtig:
Drehen Sie den Motor nicht einfach auf maximale Leistung.- Für Kunststoffverpackungen: 40-90 kV sind in der Regel der ideale Wert.
- Bei Keramik- oder Metalldeckeln: Sie benötigen möglicherweise 120 kV+.
- Profi-Tipp: Eine niedrigere Spannung ergibt oft einen besseren Kontrast für Materialien mit geringer Dichte (wie das Epoxid), vorausgesetzt, die Röntgenstrahlen können durchdringen.
- Geometrische Vergrößerung:
Sie wollen die Probe nahe an der Quelle und den Detektor weit entfernt haben, um sie zu vergrößern.
Vergrößerung (M) = Quelle-Detektor-Abstand (SDD) / Quelle-Objekt-Abstand (SOD)
Wenn Ihr Detektor sperrig ist, können Sie ihn in manchen Aufstellungen nicht nah genug an die Hochmagie heranbringen. Kompakte Detektoren gewinnen hier. - Mittelwertbildung Frames:
Röntgenstrahlung ist ein Zufallsprozess (Quantenrauschen). Um ein sauberes Bild zu erhalten, nimmt man 16 oder 32 Bilder auf und mittelt sie.
SNR_neu = SNR_einzeln * sqrt(N)
Dabei ist N die Anzahl der Frames.
Wenn Sie also 4 Bilder mitteln, verdoppelt sich Ihr Signal-Rausch-Verhältnis. Seien Sie nicht faul - stellen Sie die Software auf Mittelwertbildung ein.
Si-PIN-Photodiode mit niedrigem Dunkelstrom (350-1060nm) PDCC100-001
Suchen Sie eine kundenspezifische Si-PIN-Photodiode? Bee Photon bietet OEM-Lösungen mit niedrigem Dunkelstrom und einem Bereich von 350-1060nm. Wir arbeiten mit B2B-Kunden zusammen, um Photodioden zu entwickeln, die auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnitten sind.
FAQ: Fragen, die mir Kunden immer wieder stellen
F1: Kann die Röntgenprüfung die Halbleiterchips beschädigen?
Antwort: Im Allgemeinen nicht. Allerdings sind Speicherchips (Flash, DRAM) empfindlich gegenüber ionisierender Strahlung. Die “Schwellenspannung” der Transistoren kann sich verschieben, wenn man sie zu lange bestrahlt. Bei Standard-Logik- oder Leistungschips ist die Dosis während der Inspektion vernachlässigbar. Bei der Inspektion von EPROMs sollten Sie die maximale Strahlendosis in den Datenblättern überprüfen.
F2: Warum ist mein Röntgenbild der BGA-Kugel oval und nicht rund?
Antwort: Dabei handelt es sich in der Regel um eine geometrische Verzerrung oder um eine Schieflage des Chips. Wenn der Detektor nicht perfekt senkrecht zur Quelle steht, kommt es zu “Keystone”-Effekten. Oder Sie haben tatsächlich eine gequetschte Lötkugel! Drehen Sie die Probe um 90 Grad. Wenn sich das Oval dreht, ist es die Kugel. Wenn das Oval auf dem Bildschirm gleich ausgerichtet bleibt, liegt es an der Ausrichtung.
F3: Wie oft muss ich den Detektor kalibrieren?
Antwort: Sie sollten eine “Gain- und Offset”-Korrektur (Flat-Field-Korrektur) jedes Mal durchführen, wenn Sie eine Schicht beginnen oder wenn sich die Temperatur erheblich ändert. Detektoren haben Hintergrundrauschmuster, die sich mit der Wärme verschieben. Das dauert 2 Minuten und macht Ihr Bild 10x besser.
Ihre Inspektion zukunftssicher machen
Die Industrie wird immer verrückter. Wir stapeln Chips vertikal (3D-IC). Wir setzen Logik und Speicher Seite an Seite (Chiplets).
Standard-2D-Röntgenaufnahmen haben damit zu kämpfen, weil sich die Schichten überlappen. Man schaut durch den oberen Chip und sieht die Drähte des unteren Chips, was das Bild verwirrt.
Die Industrie bewegt sich in Richtung CT (Computertomographie), wo Sie die Probe drehen und ein 3D-Modell erstellen.
Aber wissen Sie was? CT erfordert Hunderte von sehr schnell aufgenommenen Bildern. Wenn Ihr Detektor einen “Lag” (Geisterbilder vom vorherigen Bild) hat, sieht Ihre 3D-Rekonstruktion wie Müll aus. Schnelle Auslesegeschwindigkeiten in Detektoren, wie sie in modernen Si-PIN-Fotodioden, ist entscheidend für die CT.
Warum BeePhoton?
Ich bin nicht hier, um Ihnen etwas aufzuschwatzen, aber ich bin stolz auf das, was wir bauen. Unter BeePhoton, Wir verschicken nicht einfach eine Schachtel und wünschen Ihnen Glück. Wir verstehen die spezifischen Energiebereiche, die in Halbleiter-ZfP.
Wir wissen, dass ein Detektor, der für die zahnmedizinische Bildgebung optimiert ist, für das Chip Packaging nicht geeignet ist. Wir optimieren die Dicke des Szintillators und die Diodeneigenschaften, um sie an die kontrastarmen Anforderungen der Elektronikprüfung anzupassen.
Wenn Sie es leid sind, auf körnige graue Kleckse zu schielen und zu raten, ob Ihre Drahtverbindungen intakt sind, ist es an der Zeit, Ihre Augen zu verbessern.
Sind Sie bereit zu sehen, was Sie verpasst haben?
Lassen Sie nicht zu, dass ein $2-Chip ein $50.000-System ruiniert.
- Wenden Sie sich an uns: Schreiben Sie eine E-Mail an info@photo-detector.com.
- Prüfen Sie die technischen Daten: Besuchen Sie unsere Website unter https://photo-detector.com/.
- Angebot einholen: Wir können Ihren spezifischen Gehäusetyp (QFN, BGA, CSP) besprechen und den passenden Sensor finden.
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