No hay nada peor -y me refiero a absolutamente nada- que enviar un lote de circuitos integrados pensando que has dado en el clavo con la producción y que una semana después el cliente vuelva gritando que los chips están muertos.
Usted abre el informe RMA. La prueba eléctrica pasó en la clasificación de obleas. La prueba final también. Pero en algún momento del proceso de empaquetado, un cable se rompió o una bola de soldadura decidió crear un vacío del tamaño de un cráter. Y como estaba encapsulado en epoxi negro, nadie lo vio.
Si se encarga del control de calidad en una planta de envasado, conoce este dolor. La inspección con luz visible es inútil una vez que la tapa está puesta. Aquí es donde Inspección por rayos X de componentes electrónicos deja de ser un “nice-to-have” y se convierte en lo único que salva su reputación.
He pasado años jugando con diferentes tecnologías de detección, y quiero guiarte a través de exactamente cómo Detectores de rayos X para el envasado de chips no desde la perspectiva de un libro de texto, sino desde la realidad práctica y desordenada de la fábrica. Analizaremos las matemáticas, el hardware y por qué algunos detectores ofrecen imágenes nítidas y otros parecen una ecografía borrosa de los años ochenta.
Por qué le falla su inspección estándar
Antes confiábamos mucho en la microscopía acústica (SAM) para detectar deslaminaciones, y para eso es estupenda. Pero las ondas acústicas odian los espacios de aire. Para ver interconexiones complejas, protuberancias de flip-chip o TSV, se necesitan fotones de alta energía.
El problema no suele ser generar los rayos X, sino detectarlos eficazmente.
En END de semiconductores (Ensayos no destructivos), estamos tratando con características a nivel de micras. Un panel de rayos X médico estándar no es suficiente. Se necesita un rango dinámico. Hay que distinguir entre la matriz de silicio, el marco de cobre y los cables de unión de oro o cobre.
Fotodiodo PIN de Si con sensibilidad UV mejorada (190-1100nm) PDCT01-F01
Experimente una detección UV precisa con nuestro fotodiodo PIN de Si con ventana de cuarzo. Ideal para espectroscopia, ofrece alta sensibilidad y bajo ruido en 190-1100 nm. Este fiable fotodiodo PIN de Si garantiza resultados analíticos precisos.
La física: cómo “vemos” realmente a través del silicio
De acuerdo, prometí no utilizar jerga pesada, pero tenemos que tocar un poco la física para que entiendas por qué comprar detectores baratos es tirar el dinero.
Cuando se disparan rayos X a un chip, la intensidad disminuye al atravesar el material. Esto es la atenuación básica. La fórmula que rige nuestras vidas es:
I = I0 * e^(-mu * x)
Dónde:
- I es la intensidad que incide en el detector (lo que vemos).
- I0 es la intensidad inicial de la fuente.
- e es el número de Euler (aproximadamente 2,718).
- mu es el coeficiente de atenuación lineal (depende de la densidad y del número atómico del material).
- x es el espesor del material.
Aquí está el truco: mu cambia drásticamente en función de lo que se mire.
El oro (Au) tiene un enorme coeficiente de atenuación en comparación con el silicio (Si) o el compuesto epoxi del molde. Por eso los cables de oro aparecen como líneas negras sobre fondo blanco (o blanco sobre negro, según el software).
El reto:
Los envases modernos se están pasando a la unión por hilo de cobre (Cu). La densidad del cobre está mucho más cerca del silicio y del leadframe que la del oro. El contraste disminuye. Si su detector tiene mucho ruido (una relación señal/ruido baja), ese cable de cobre se mezcla con el fondo. No verá el “barrido del cable” (donde el cable se dobla y hace cortocircuito) hasta que el chip se queme en el campo.
Elegir el detector adecuado: Centelleadores frente a conversión directa
Aquí es donde veo que la gente mete más la pata. Miran una hoja de especificaciones, ven “resolución” y compran la opción más barata.
Existen esencialmente dos formas de captar esos fotones de rayos X.
1. Detección indirecta (centelleadores)
Este es el método de la vieja escuela. Se dispone de un material (como el yoduro de cesio) que brilla cuando recibe el impacto de los rayos X. Este material convierte los rayos X en luz visible. Convierte los rayos X en luz visible. A continuación, se coloca una matriz de fotodiodos para captar esa luz.
- Pros: Más barato, más robusto.
- Contras: La luz se dispersa. Ese “resplandor” se propaga, haciendo que la imagen sea ligeramente borrosa. Reduce la MTF (función de transferencia de modulación), es decir, la nitidez.
2. Detección directa (Lo que probablemente necesite)
Utiliza un material semiconductor que convierte los fotones de rayos X directamente en pares electrón-hueco. Sin luz, sin dispersión.
Si busca grietas submicrónicas en un cordón de soldadura, necesita detección directa o sistemas indirectos de gama alta combinados con fotodiodos de calidad. Específicamente, Fotodiodos PIN de Si son los caballos de batalla aquí. Ofrecen una corriente oscura increíblemente baja, lo que significa que cuando no hay rayos X, la señal es básicamente cero. Esto proporciona el alto contraste necesario para ver un cable de cobre contra un marco de cobre.
En BeePhoton, Hemos visto a clientes pasar de sensores CMOS genéricos a matrices de PIN de Si optimizadas y, de repente, pueden ver huecos en bolas BGA que antes eran invisibles.
Defectos comunes que por fin puede detectar
Cuando tenga una pruebas de embalaje de chips de la plataforma, esto es lo que está buscando.
El defecto “cabeza en almohada” (HiP)
Esta es una desagradable. Ocurre en las matrices de bolas (BGA). La bola de soldadura se funde, pero no llega a mojar la almohadilla. Parece una cabeza apoyada en una almohada. Eléctricamente, podría pasar una prueba rápida, pero el ciclo térmico lo romperá.
Un buen detector de rayos X muestra la forma ligeramente diferente de la interfaz de la bola.
Barrido de cables
Durante el proceso de moldeado, el epoxi líquido fluye sobre el chip. Si fluye demasiado rápido (o los alambres son demasiado finos), empuja los alambres como algas en una corriente. ¿Si dos cables se tocan? Cortocircuito.
Se necesita un detector con alta resolución espacial para medir la curvatura del barrido.
Die Attach Voids
Se pega el chip al marco. Si se forman burbujas en ese pegamento (die attach paste), el calor no puede escapar. El chip se sobrecalienta.
Calculamos el “porcentaje de vacío”.”
Hueco % = (Área de huecos / Área total del troquel) * 100
Si su detector es ruidoso, interpreta el ruido como pequeños huecos o pasa por alto huecos reales.
Fotodiodo PIN de Si con sensibilidad UV mejorada (320-1060nm) PDCC100-701
Nuestro fotodiodo PIN de Si de alta respuesta ofrece una señal superior para aplicaciones exigentes. Destaca en la detección de UV con poca luz de 320-1060 nm.
Comparación: ¿Qué detector se adapta a su Fab?
He elaborado esta tabla para ayudarte a comparar. No la tomes como un evangelio, pero es una buena regla general.
| Característica | Fotodiodos PIN de Si | Panel plano CMOS estándar | Intensificadores de imagen |
|---|---|---|---|
| Coste | Moderado | Alta | Bajo |
| Resolución | Muy alta | Alta | Bajo a medio |
| Contraste | Excelente | Bien | Pobre |
| Durabilidad | Alta (Radiación dura) | Medio | Medio |
| Lo mejor para | Alambre de precisión, Flip Chip | Grandes conjuntos de placas de circuito impreso | Inspección básica de fundición |
Un escenario del mundo real (nombres cambiados, obviamente)
Permítanme que les hable de un caso que me quitó el sueño.
Trabajábamos con una empresa OSAT (subcontratación de montaje y pruebas de semiconductores) de tamaño medio en Malasia. Llamémosles “Fab X”. Empaquetaban circuitos integrados de gestión de potencia para automoción.
El problema:
Tenían una tasa de fallos de campo de 0,5%. En automoción, eso es catastrófico. Los chips explotaban. Sospechaban que las uniones de los cables se levantaban de las almohadillas (bond lift).
Utilizaban un viejo sistema de rayos X intensificador de imágenes. Cuando miraban los chips, todo parecía gris. Literalmente, no podían decir si la unión estaba adherida o flotaba 5 micras por encima de la almohadilla.
La solución:
Cambiamos el elemento sensor. Integramos un BeePhoton con silicio de alta resistividad.
El resultado:
El contraste mejoró aproximadamente 400%. De repente, pudieron ver claramente la forma de “media luna”. Resultó que la unión no se estaba levantando, sino que se estaba agrietando en el talón debido a una configuración incorrecta de la potencia ultrasónica de la máquina.
Ajustaron el bonder. La tasa de fallos se redujo casi a cero.
No necesitaban una nueva fuente de rayos X; sólo necesitaban mejores ojos.
Configuración de la estación de rayos X: Consejos prácticos
Si vas a comprar o actualizar, ten en cuenta estos puntos.
- Tensión del tubo (kV) Importa:
No lo pongas a máxima potencia.- Para envases de plástico: 40-90 kV suele ser el punto óptimo.
- Para tapas de cerámica o metal: Puede necesitar 120 kV+.
- Consejo profesional: Un voltaje más bajo suele proporcionar un mejor contraste para materiales de baja densidad (como el epoxi), siempre que los rayos X puedan penetrar.
- Aumento geométrico:
Se desea tener la muestra cerca de la fuente y el detector lejos para ampliarla.
Aumento (M) = Distancia fuente-detector (SDD) / Distancia fuente-objeto (SOD)
Si su detector es voluminoso, no podrá acercarlo lo suficiente para un alto mag en algunas configuraciones. Aquí ganan los detectores compactos. - Promedio de fotogramas:
Los rayos X son un proceso aleatorio (ruido cuántico). Para obtener una imagen limpia, se toman 16 o 32 fotogramas y se promedian.
SNR_nuevo = SNR_single * sqrt(N)
Donde N es el número de fotogramas.
Por tanto, promediar 4 fotogramas duplica la relación señal/ruido. No seas perezoso: configura el software para promediar.
Fotodiodo PIN de Si con baja corriente oscura (350-1060nm) PDCC100-001
¿Busca un fotodiodo PIN de Si personalizado? Bee Photon ofrece soluciones OEM con baja corriente oscura y un rango de 350-1060 nm. Colaboramos con clientes B2B para desarrollar fotodiodos adaptados a sus necesidades específicas.
PREGUNTAS FRECUENTES: Las preguntas que siempre me hacen los clientes
P1: ¿Puede la inspección por rayos X dañar los chips semiconductores?
Contesta: En general, no. Sin embargo, los chips de memoria (Flash, DRAM) son sensibles a las radiaciones ionizantes. El “voltaje umbral” de los transistores puede desplazarse si se les somete a un chorro de radiación durante demasiado tiempo. Para los chips lógicos o de potencia estándar, la dosis durante la inspección es insignificante. Si va a inspeccionar EPROM, consulte las hojas de datos para conocer la dosis máxima de radiación.
P2: ¿Por qué mi imagen de rayos X de la bola BGA es ovalada en lugar de redonda?
Contesta: Suele tratarse de una distorsión geométrica o el chip está inclinado. Si el detector no está perfectamente perpendicular a la fuente, se producen efectos “trapezoidales”. O puede que tenga una bola de soldadura aplastada. Gire la muestra 90 grados. Si el óvalo gira, es la bola. Si el óvalo permanece orientado de la misma manera en la pantalla, es su alineación.
P3: ¿Con qué frecuencia debo calibrar el detector?
Contesta: Debe ejecutar una corrección de “ganancia y desplazamiento” (corrección de campo plano) cada vez que inicie un desplazamiento o si la temperatura cambia significativamente. Los detectores tienen patrones de ruido de fondo que cambian con el calor. Se tarda 2 minutos y hace que su imagen 10x mejor.
Inspección a prueba de futuro
La industria es cada vez más extraña. Estamos apilando chips verticalmente (3D-IC). Estamos colocando la lógica y la memoria una al lado de la otra (Chiplets).
La radiografía 2D estándar tiene problemas con esto porque las capas se solapan. Miras a través del chip superior y ves los cables del chip inferior confundiendo la imagen.
La industria avanza hacia TC (tomografía computarizada), donde se rota la muestra y se construye un modelo 3D.
¿Pero adivina qué? La TC requiere cientos de imágenes tomadas muy rápidamente. Si su detector tiene “lag” (imágenes fantasma del fotograma anterior), su reconstrucción 3D parecerá basura. La alta velocidad de lectura de los detectores, como los que se encuentran en los modernos Fotodiodos PIN de Si, es fundamental para la TC.
¿Por qué BeePhoton?
Mira, no estoy aquí para hacerte la pelota, pero estoy orgulloso de lo que construimos. En BeePhoton, No nos limitamos a enviar una caja y desearle suerte. Entendemos los rangos de energía específicos utilizados en END de semiconductores.
Sabemos que un detector optimizado para imágenes dentales es terrible para el empaquetado de chips. Adaptamos el grosor del centelleador y las características del diodo a las necesidades de bajo contraste de la inspección electrónica.
Si está cansado de entrecerrar los ojos ante manchas grises granuladas y de adivinar si los enlaces de sus cables están intactos, ha llegado el momento de actualizar sus ojos.
¿Listo para ver lo que se ha estado perdiendo?
No dejes que un chip $2 arruine un sistema $50.000.
- Póngase en contacto con nosotros: Envíe un correo electrónico a info@photo-detector.com.
- Comprueba las especificaciones: Visite nuestro sitio en https://photo-detector.com/.
- Pida presupuesto: Podemos analizar su tipo de embalaje específico (QFN, BGA, CSP) y encontrar el sensor que se adapte a sus necesidades.
Visite nuestro Página de contacto hoy. Asegurémonos de que sus chips salen perfectos de fábrica, siempre.
