10 C-SAM-Erkenntnisse, die jeder Verpackungsingenieur braucht

Frage 11: Wie lange dauert die Prüfung eines einzelnen Chips?

Das hängt von der Scanauflösung und der Probengröße ab.

Typische Inspektionszeiten:

SOT-23 / SOT-Pakete: 1–3 Minuten pro Einheit

SMA / DO-214: 1–2 Minuten pro Einheit

An Pakete: 3–10 Minuten pro Einheit

IGBT-Module: 5–20 Minuten pro Einheit

Vollständige Wafer: Aufgrund der großen Oberfläche sind längere Inspektionszeiten erforderlich.

Auflösung vs. Geschwindigkeit: Höhere Auflösungen erfordern längere Scanzeiten, da kleinere Schrittweiten zu mehr Datenerfassungspunkten führen.

In der Praxis werden Scangeschwindigkeit und Präzision anhand der spezifischen Anforderungen an die Fehlererkennung aufeinander abgestimmt.

Frage 12: Was ist der Unterschied zwischen Sondenauflösung und Bildgebungsauflösung, und worin besteht dieser Unterschied?

Diese beiden Konzepte werden oft verwechselt, aber sie repräsentieren sehr unterschiedliche Aspekte des Systems:

1. Sondenauflösung (Physikalische Grenze)

Definition: Wird ausschließlich durch die Frequenz und die Fokussierungseigenschaften der Sonde bestimmt.

Bedeutung: Sie stellt die minimale Objektgröße dar, die die Sonde physikalisch auflösen kann (die Größe des Brennflecks).

Analogie: Betrachten Sie es als KameraobjektivIst die Qualität des Objektivs schlecht, führt das Hinzufügen weiterer Pixel nicht zu einem schärferen Foto.

2. Bildauflösung (Softwareeinstellung)

Definition: Die während eines Scans konfigurierte Schrittweite (der Abstand zwischen den Abtastpunkten).

Bedeutung: Die Angabe erfolgt in Pixeln. Beispielsweise bedeutet eine Einstellung von 50 μm/Pixel, dass das System alle 50 μm einen Datenpunkt erfasst.

Analogie: Betrachten Sie es als das Pixelanzahl eines Fotos. Je höher die Pixelanzahl, desto feiner und detailreicher erscheint das Bild.

Die entscheidende Beziehung:

Die Auflösung der Bildgebung darf die Auflösung der Sonde nicht überschreiten. Selbst wenn Sie eine ultrafeine Schrittweite von 1 μm/Pixel konfigurieren, liefern die zusätzlichen Pixel keine zusätzliche Klarheit oder echte Daten, wenn die Sonde physikalisch nur bis zu 10 μm auflösen kann.

Hier ist die professionelle und natürliche englische Übersetzung unter Verwendung branchenüblicher Fachbegriffe für Scanning. Akustische Mikroskopie (ALLEIN).

Frage 13: Wie tief kann SAM in eine Probe eindringen?

Die Eindringtiefe hängt von der Sondenfrequenz und den Materialeigenschaften ab.

Frequenz vs. Eindringtiefe (Allgemeine Referenz):

10–30 MHz: Dringt ein 10–30 mm (Ideal für IGBT-Module, dicke Kunststoffvergussmassen)

30–100 MHz: Dringt ein 3–10 mm (Ideal für Standardverpackungen)

50–100 MHz: Dringt ein 1–5 mm (Ideal für kleine Gehäuse wie SOT, SMA usw.)

100–300 MHz: Dringt ein 0,3–1 mm (Ideal für Wafer, Dünnschichten)

Die Kernregel: Je höher die Frequenz, desto geringer die Eindringtiefe. Die Wahl der richtigen Sonde ist immer ein Kompromiss zwischen "Wie tief man sehen muss" (Eindringtiefe) gegen "Wie fein Sie sehen müssen" (Auflösung)Die

Frage 14: Welcher Zusammenhang besteht zwischen Raster-Akustikmikroskopie (SAM) und medizinischem Ultraschall (B-Scan)?

Die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien sind identisch, aber ihre Anwendungsszenarien und Spezifikationen unterscheiden sich drastisch:

Medizinischer Ultraschall (B-Scan): 1–5 MHz | Auflösung: Zentimeter- bis Millimeterbereich | Wird zur Bildgebung menschlicher innerer Organe verwendet.

Industrie Nicht-Zerstörende Prüfung (NDT): 0,1–15 MHz | Auflösung: Millimeterbereich | Wird zur Prüfung von Metallschweißnähten und der strukturellen Integrität verwendet.

Rasterakustische Mikroskopie (SAM): 5–2000 MHz | Auflösung: 0,3–100 μm | Wird zur Inspektion interner Halbleitergehäuse verwendet.

Der Kernunterschied: SAM nutzt deutlich höhere Frequenzen und kürzere Wellenlängen, wodurch Details im Mikrometerbereich aufgelöst werden können. Man kann es sich wie den Vergleich einer Lupe mit einem Hochleistungsmikroskop vorstellen – beide erzeugen Bilder, aber ihre Präzision ist grundverschieden.

Frage 15: Was ist akustische Impedanz? Warum verursachen Hohlräume so starke Reflexionen?

Akustische Impedanz (MIT) = Materialdichte (R) X Schallgeschwindigkeit (C)

Die Reflexionsintensität einer Ultraschallwelle hängt ausschließlich von der Differenz der akustischen Impedanz zwischen zwei Grenzflächenmaterialien ab:

Größerer Unterschied: Stärkere Reflexion → Helleres Bild

Geringerer Unterschied: Schwächere Reflexion → Dunkleres Bild

Warum sind Hohlräume außergewöhnlich hell?

Löt-/Leitfähige Epoxidimpedanz: ≈ 20-40MRayl

Luftimpedanz: ≈ 0,0004 MRayl

Die Diskrepanz beträgt Zehntausende!

Folglich:

Leerräume: Die extreme Fehlanpassung der akustischen Impedanz führt zu nahezu 100% Reflexion, das im Bild als helles, reines Weiß erscheint.

Geeignete Bindungsstellen: Die akustische Impedanz ist gut angepasst, was dazu führt, dass nahezu keine Reflexion, die auf dem Bild dunkel erscheinen.

Dieser enorme Kontrast ist genau der Grund, warum SAM bei der Erkennung von Hohlräumen und Delaminationen außerordentlich empfindlich ist!

Frage 16: Ist ein Defekt völlig unsichtbar, wenn er kleiner ist als der Brennfleck der Sonde (die Auflösungsgrenze)?

Nicht unbedingt!

In der Praxis gelten für die Nachweisgrenzen folgende allgemeine Richtlinien in Bezug auf die Größe des Brennflecks:

Defektgröße > Brennfleckgröße: Der Defekt wird erfolgreich erkannt, und seine gemessene Größe wird hochpräzise sein.

Die Defektgröße beträgt 60 % bis 100 % der Brennfleckgröße: Der Defekt wird zwar weiterhin erkannt, aber scheinbare Größe im Bild größer erscheinen als in Wirklichkeit.

Defektgröße Der Fehler liegt unterhalb der Erkennungsschwelle und wird nicht behoben.

Beispiel aus der Praxis:

Angenommen, eine Sonde mit einem 50 μm Brennfleckdurchmesser:

Ein 80 eins Defekt → Genau detektiert bei 80 µm. A 40 μm Defekt → Erfolgreich erkannt, wird aber mit etwa 50 µm angezeigt. 20 μm Defekt → Wird wahrscheinlich völlig unsichtbar sein.

Abschluss:

Um bei der Auswahl einer Sonde eine hohe Genauigkeit bei der Größenbestimmung und Messung zu gewährleisten, sollte die Größe des zu untersuchenden Defekts idealerweise größer als der Brennfleck sein. Wenn Sie jedoch den zu erwartenden Größenbereich Ihrer Defekte bereits kennen, können Sie die Sondenauswahl entsprechend anpassen.

Frage 17: Was stellen die weißen und schwarzen Bereiche auf dem Bild dar?

Die Interpretation hängt vollständig vom verwendeten Scanmodus ab:

1. C-Scan (Reflexionsmodus)

⬜ Weiß / Hoher Kontrast: Zeigt an, dass starke ReflexionDies deutet typischerweise auf einen Defekt hin, wie zum Beispiel eine Hohlstelle, eine Delamination oder einen Riss.

⬛ Schwarz / Dunkler Ton: Zeigt an, dass schwache ReflexionDies stellt eine normale, gut verbundene Grenzfläche dar.

Grau: Zeigt an, dass moderate ReflexionDie Schnittstelle ist vorhanden und unter normalen Bedingungen intakt.

2. T-Scan (Durchlicht-Übertragungsmodus)

⬛ Schwarz: Zeigt an, dass Das Signal ist blockiert oder stark abgeschwächt.Dies deutet auf das Vorhandensein interner Defekte oder Hohlräume hin, die den akustischen Pfad blockieren.

⬜ Weiß / Heller Ton: Zeigt an, dass Signal erfolgreich durchdrungen Die Probe. Dies stellt einen normalen, fehlerfreien Bereich dar.

Hinweis zur Farbzuordnung: Software kann angewendet werden Pseudofarbe (Falschfarben) werden anstelle von herkömmlichen Graustufenbildern verwendet, wodurch Fehler sofort erkennbar werden. Ein gängiges Verfahren ist beispielsweise: Rot = Schwerwiegender Defekt Gelb = Geringfügiger Mangel, Grün = Normal.

Frage 18: Kann SAM die Miktionsrate berechnen?

Ja, das ist möglich – und zwar mit hoher Präzision.

Die SAM-Software kann die Lunkerrate (das Verhältnis der Defektfläche zur gesamten Prüffläche) innerhalb eines festgelegten Bereichs automatisch berechnen:

Fähigkeiten zur quantitativen Analyse:

1. ROI definieren: Der Benutzer wählt die spezifische Region von Interesse (ROI) aus, die analysiert werden soll. 2. Automatisierte Erkennung: Die Software erkennt und setzt die fehlerhaften Pixel automatisch in einen Schwellenwert.

3. Berechnung: Das System berechnet das Verhältnis:

Hohlraumrate = Defektfläche / Gesamtfläche

4. Datenausgabe: Die Software gibt die genaue Miktionsrate für jede analysierte Region aus.

Praxisbeispiel (IGBT-Modul):

Entleerungsrate Zone 1: 4,54 %

Entleerungsrate Zone 2: 1,78 %

Gesamt-/Gesamt-Stauquote: 19,62 %

Branchenstandards und -anforderungen:

Industriequalität: Miktionsrate

Automobilqualität: Entleerungsrate

Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen: Miktionsrate

Frage 19: Was bedeutet TOF-Scanning?

TOF (Time of Flight) Es bezeichnet die Messung der Laufzeit eines Ultraschall-Echos, anstatt nur dessen Intensität (hell oder dunkel) zu messen. Diese Laufzeitverzögerung wird dann in präzise Dicken- oder Höhendaten umgerechnet.

Was kann TOF leisten?

Lötstellendicke kartieren: Prüfen Sie die Dickenverteilung und Gleichmäßigkeit der Löt- bzw. Chipbefestigungsschicht.

Verformung erkennen: Mechanische Verformungen messen – beispielsweise feststellen, ob sich ein DBC-Substrat (Direct Bonded Copper) im Verhältnis zum Kühlkörper verzogen hat.

3D-Farbzuordnung: Topografische Variationen mithilfe von Farbverläufen darstellen (z. B. Rot = Dick/Hoch, Blau = Dünn/Niedrig).

Eine einfache Analogie: Ein Standard C-Scan verhält sich wie ein Kamera (es zeigt) Wenn ein Defekt vorliegt), wohingegen ein TOF-Scan verhält sich wie ein Laser-Entfernungsmesser (es misst wie hoch oder wie dick (eine Funktion ist).

Frage 20: Was ist eine DBC, und warum ist bei einer DBC-Delamination eine SAM-Inspektion erforderlich?

DBC (Direktgebundenes Kupfer) bezeichnet ein direkt gebundenes Kupferkeramiksubstrat. Es weist eine Sandwichstruktur auf, die aus einem Kupferschicht → Keramikkern → KupferschichtDie

Warum ist die SAM-Inspektion für DBC so wichtig?

CTE-Diskrepanz: Bei hohen Betriebstemperaturen kommt es zu Spannungen, da die Kupfer- und Keramikschichten deutlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweisen.

Ausfall durch thermische Zyklen: Nach wiederholten Temperaturwechseln führt diese Belastung leicht dazu, dass sich die Kupferschicht vom Keramikkern ablöst.

Risiko einer thermischen Durchgehgefahr: Durch Delamination wird die Wärmeableitung stark beeinträchtigt und der Wärmewiderstand drastisch erhöht, was letztendlich zu einem katastrophalen Ausfall des Moduls führt.

Was SAM erkennen kann:

⬜ Top-Oberfläche: Delamination zwischen der oberen Kupferschicht und dem Keramikkern.

⬜ Untere Schnittstelle: Delamination zwischen der unteren Kupferschicht und dem Keramikkern.

⬜ Interne Fehler: Risse, die sich im Inneren des Keramikkerns ausbreiten.

Dies macht die DBC-Prüfung zu einem der wichtigsten Qualitätskontrollverfahren für IGBT-Module!