El procesamiento de imágenes en el infrarrojo cercano (NIR) con un microscopio permite capturar imágenes del dióxido de silicio con un espesor de hasta 650 μm, lo que da pie a una potente manera de inspeccionar dispositivos electrónicos y semiconductores. Un protocolo típico de análisis de fallos para la microelectrónica requiere la capacidad para inspeccionar de forma no destructiva patrones de circuitos a través de obleas de silicio, además de mantener la integridad mecánica del producto acabado.
Entre las inspecciones típicas de dispositivos electrónicos, que emplean el procesamiento de imágenes en NIR, destacan:
- La inspección para detectar cortocircuitos dentro de un producto (p. ej., marcas de quemaduras, indicadores de estrés, etc.).
- La alineación de adherencia (análisis de marcas de alineación entre los circuitos unidos finamente).
- La inspección después de un ensayo eléctrico (cualquier tipo de fallo).
- La evaluación de daños en el chip (p. ej., defectos en materiales, contaminación, etc.).
- La inspección de sistemas microelectromecánicos (MEMS), como la estructura del dispositivo dentro de una oblea unida, la detección de vacíos y defectos, y el procesamiento de imágenes del movimiento mecánico en directo.
Siga su lectura para examinar los ejemplos de cómo el procesamiento de imágenes en NIR es usado para las inspecciones de dispositivos semiconductores y electrónicos. También, descubra los microscopios industriales, las cámaras digitales y los objetivos que soportan el procesamiento de imágenes en NIR destinado a estas aplicaciones.
Ejemplos del procesamiento de imágenes en NIR para las inspecciones de dispositivos semiconductores y electrónicos
El procesamiento de imágenes en NIR permite llevar a cabo inspecciones microscópicas de piezas electrónicas que no pueden apreciarse visualmente. A continuación, se describen algunas de las poderosas formas de uso del procesamiento de imágenes en NIR para las aplicaciones industriales.
1. Inspeccionar daños de chip dentro de los encapsulados para circuitos integrados de montaje superficial (CSP) a nivel de la oblea electrónica
Un encapsulado para circuitos integrados de montaje superficial (CSP, Chip Scale Packaging) es un paquete de microcircuitos integrados a nivel de una oblea electrónica. El procesamiento de imágenes en NIR mediante un microscopio sirve para inspeccionar de forma no destructiva el daño producido en chips tras pruebas de calor y humedad. Un microscopio de infrarrojo (IR) puede procesar imágenes a través del dióxido de silicio con el fin de observar fugas por fusión, corrosión en los hilos metálicos de cobre, desprendimiento de las piezas de resina y otros problemas.
2. Analizar el ensamble Flip-Chip de forma no destructiva
El término inglés Flip-Chip hace referencia a un método de ensamble de chips cuyas áreas activas son volteadas y montadas directamente sobre un sustrato, placa o soporte. Cuando las ensambladuras resultantes (Flip-Chip) son adheridas a la pieza de interés, se cancela la posibilidad de inspeccionar el patrón de chip con la luz visible. No obstante, el microscopio IR posibilita la observación a través del dióxido de silicio con el fin de comprobar de modo no destructivo si hay defectos en el interior de un chip montado. Este método también permite identificar las áreas que deben someterse a un procesamiento de haz de iones focalizados (FIB).
3. Determinar el nivel de esmerilado de las obleas electrónicas
El esmerilado de obleas electrónicas es una etapa en la fabricación de dispositivos semiconductores que reduce el espesor de las obleas. La reducción del espesor de los dispositivos mediante el esmerilado aumenta la necesidad de medir ambos lados de una oblea. Sin embargo, medir el nivel de esmerilado en ambos lados de una oblea laminada es extremadamente difícil. Por su parte, el sistema microscópico IR puede generar imágenes a través del material para enfocar la parte delantera y trasera de una oblea, lo que permite obtener la distancia general. Y, a continuación, puede determinar la amplitud del esmerilado si se mide la cantidad del movimiento en Z del objetivo.
4. Determinar la separación de los chips en las configuraciones de montaje 3D
Los microscopios de infrarrojo (IR) también aportan beneficios en el manejo de la separación del dióxido de silicio. La separación de los chips en una configuración de montaje tridimensional (3D) puede determinarse de manera no destructiva al medir la cantidad del movimiento del objetivo cuando la luz IR pasa a través del dióxido de silicio y se enfoca en el chip y el intercalador (pieza de enlace). Este método también puede ser usados en la medición y construcción hueca de los dispositivos MEMS.
5. Procesar en imágenes una amplia variedad de muestras complejas
El procesamiento de imágenes con el infrarrojo de onda corta (SWIR) a partir de longitudes de onda más largas (p. ej., en un rango de 1300 a 1500 nm), permite obtener imágenes de muestras más complejas, como dispositivos microelesctromecánicos (MEMS), muestras de silicio muy impurificadas, muestras con superficies rugosas, adherencia de obleas y apilamiento de chips en 3D. Este método es posible si se usan sistemas de procesamiento de imágenes más sensibles como las cámaras con sensores de arsenio de galio-indio (InGaAs). Los beneficios de la señal a partir de los objetivos IR específicos, la iluminación de alta potencia, y las cámaras de sensores InGaAs durante la microscopía de luz reflejada o transmitida permiten el procesamiento de imágenes de estas muestras complejas.
Herramientas para el procesamiento de imágenes en NIR: Microscopios industriales, cámaras de infrarrojo cercano, etc.
Existe una amplia variedad de herramientas disponibles para habilitar el procesamiento de imágenes con el infrarrojo cercano en la etapa de control/aseguramiento de calidad, así como en los laboratorios de investigación y desarrollo (R). Entre ellas, destacan las siguientes:
1. Microscopios IR de luz transmitida
La microscopía de luz reflejada es idónea para iluminar una muestra desde arriba. En cambio, la microscopía IR de luz transmitida revela una muestra a través del dióxido de silicio a partir de lo más profundo de esta y proporciona alto contraste. La microscopía de luz transmitida es particularmente útil al inspeccionar patrones de alineamiento o marcas de colimación a través del dióxido de silicio.
Nuestro microscopio MX63 ofrece el método de observación IR de luz transmitida para inspeccionar defectos de forma no destructiva en chips IC y otros dispositivos electrónicos fabricados con dióxido de silicio o vidrio que transmiten longitudes de onda IR de la luz.
Microscopio de inspección MX63 para semiconductores y pantallas planas
2. Cámaras con el infrarrojo cercano
Las cámaras microscópicas digitales pueden proporcionar imágenes de alto contraste en todo el espectro NIR de hasta 1100 nm, a la vez que mantienen un amplio campo visual. Nuestra cámara microscópica monocromática DP23M, ajustada al filtro de paso de banda de 1100 nm, ofrece una amplia respuesta espectral desde la luz visible hasta 1100 nm, lo que la hace ideal para el procesamiento de imágenes con NIR. Provista de una resolución de 6.4 megapíxeles, la cámara proporciona imágenes microscópicas fiables dotada de una escala de grises y luz infrarroja de alta calidad.
A continuación, se brindan algunos ejemplos de aplicación:
Capturas ejecutadas con la cámara microscópica digital DP23M. A) Imagen de campo claro en 5X. B) Imagen IR en 5X (filtro de BP1100 nm). C) Detalle recortado en 20x bajo IR. D) Detalle recortado en 20X bajo IR con un filtro de aumento de contraste diferencial (DCE).
Imagen de IR en transmisión (10X) de un chip semiconductor. Capturas ejecutadas con la cámara microscópica digital DP23M.
Imagen de campo claro (10X) del mismo chip semiconductor anterior. Capturas ejecutadas con la cámara microscópica digital DP23M.
Al proporciona un contraste optimizado de la muestra, una imagen superpuesta en colores falsos representa las áreas más brillantes y las áreas más oscuras en el chip semiconductor. Campo claro (azul cian) e IR de transmisión (magenta) Capturas ejecutadas con la cámara microscópica digital DP23M.
3. Lentes de objetivo de infrarrojo cercano
Las recientes lentes de objetivo de NIR proporcionan una transmitancia aumentada en el área espectral de la luz infrarroja cercana. Es posible configurar collares de corrección en nuestros objetivos LCPLN-IR de 20X, 50X y 100X para un espesor de dióxido de silicio específico a fin de optimizar la transmitancia, el contraste y la corrección de aberración.
Objetivos LCPLN-IR para inspeccionar estructuras internas en obleas de silicio
4. Software de análisis de imágenes
La mayoría de laboratorios de investigación y ensayos de fallos requieren un enfoque digital para la medición de defectos, creación de informes y almacenamiento imágenes. Debido a la naturaleza del procesamiento de imágenes a través de materiales con poca luz (aplicación), el contraste nativo es mínimo y debe optimizarse mediante un software de análisis de imágenes. La iluminación irregular, por ejemplo, debido a la degradación, oscurece las esquinas de la imagen con respecto al área central. Este efecto debe ser eliminado a partir de la visualización en vivo y la imagen capturada.
Los softwares específicos pueden superar estos desafíos al ejecutar las siguientes funciones:
- Corrección de sombreado en vivo para maximizar la uniformidad de la imagen en todo el campo visual
- Mediciones precisas en cualquier lugar dentro del campo visual
- Generación automática de informes
- Almacenamiento de imágenes y datos relevantes
Nuestros microscopios IR y cámaras digitales, junto con el software de imagen y medición PRECiV™, permiten establecer una distribución de la inspección sin obstáculos a partir del procesamiento de las imágenes y generación de informes. Para obtener más información sobre nuestras soluciones para imágenes de NIR, póngase en contacto con nuestros expertos.
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