Diane Weidmann

INSIDIX – 24 rue du Drac – 38180 SEYSSINS- FranceTél. : +33 (0)4 38 12 42 80 – Fax : +33 (0)4 38 12 03 22

insidix@insidix.com

19 Avril 2007

Rencontre utilisateurs d'analyse d'images 3D

NOESIS

Couplage des techniques non destructives pour la caractérisation de

matériaux et d’assemblages

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PLAN

Présentation INSIDIX

Radiographie X haute résolution et µCT

‘Tomographie’ par microscopie acoustique

Imagerie 3D optique – Mesure de topographie et déformation

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I- Activités INSIDIX

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Points Techniques

Jusqu’à 250 keV

Tube Nanofoyer

Grandissement jusqu’à 2700x

Tailles de pièces max 300x300x400mm

Haute Résolution < 10 µm,

Taille Voxel < 2 µm

Temps d’acquisition < 10 minutes

Temps de reconstruction < 2 minutes

Mesures dimensionnelles, etc

II- Radiographie RX 2D/3D

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Apport de la réduction du foyer RX pour la résolution et le flou

““Unsharpness” is determined by the edges of many superimposed Unsharpness” is determined by the edges of many superimposed images. images. The smaller the Focal Spot, the fewer superimposed imagesThe smaller the Focal Spot, the fewer superimposed images

Quality of resolution depends on the number of superimposed images

MicrofoyerMicrofoyerSource conventionnelleSource conventionnelle

DétecteurDétecteur

ObjectObject

FOD = FOD = Distance Distance Foyer/Objet Foyer/Objet DistanceDistanceFDDFDD

NanofoyerNanofoyer..

FDDFDD

Radiographie 2D et 3D

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FocusFocusDétecteurDétecteur

Grandissement géométrique

La réduction de la taille du foyer de RX (micrométrique voire nanométrique) permet de forts grossissements géométriques

Simplement en rapprochant l’échantillon du tube RX, on peut réaliser un grandissement conséquent

Radiographie 2D et 3D

7

Source Focus

Axe de Rotation de l’objet

Détecteur

FODSOD

FDDSDD

α

μ‘Backprojection’

α, Nb.

Nb deProjections2D

ima, jpg, tif …

2D µCT 3D µCT

Reconstruction „Cone Beam“ (Méthode Feldkamp)

Radiographie 2D et 3D

8

Exemple de l’interface ‘3D’

Radiographie 2D et 3D

9

Cigarette: 2D / 3D avec Détecteur plan (DDD)

Images de Projection 2D

(60 kV, 30 µA)

3D Animation (i-view)1440 Projection ImagesIntegration 20 i / Proj. => 4 hSpeed up Scan time => 10 min

Radiographie 2D et 3D

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Fils de Tungsten 20 µm & 8 µm : 2D / 3D avec Détecteur plan

70 kV, 19 µAGrandissement: 83, Taille de Voxel 18 µm

2D3D

ø 20 µm

ø 8 µm

Radiographie 2D et 3D

11

Electronique: BGA 2D / 3D avec Détecteur plan (DDD)

Radiographie 2D et 3D

Reconstruction d’un morceau de BGAZoom (après reconstruction) sur 1

bille de BGA

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Transmit

Through Transmission

Receive

‘Tomographie’ en microscopie acoustiquePulse-Echo

Transmit

&

Receive

Pulse-Echo - One Transducer

• Ultrasound reflected from the sample is used.• Can determine which interface is delaminated. • Requires scanning from both sides to inspect

all interfaces.• Provides images with high degree of spatial

detail.• Peak Amplitude, Time of Flight (TOF) and

Phase Inversion measurement

Pulse-Echo - One Transducer

• Ultrasound reflected from the sample is used.• Can determine which interface is delaminated. • Requires scanning from both sides to inspect

all interfaces.• Provides images with high degree of spatial

detail.• Peak Amplitude, Time of Flight (TOF) and

Phase Inversion measurement

Through Transmission - 2 Transducers• Ultrasound transmitted through the sample

is used.• One Scan reveals delamination at all

interfaces. • No way to determine which interface is

delaminated.• Less spatial resolution than pulse-echo.• Commonly used to verify pulse-echo

results.

Through Transmission - 2 Transducers• Ultrasound transmitted through the sample

is used.• One Scan reveals delamination at all

interfaces. • No way to determine which interface is

delaminated.• Less spatial resolution than pulse-echo.• Commonly used to verify pulse-echo

results.

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Points techniques

Echographie et tomographie haute fréquences (jusqu’à 300MHz)

Haute résolution : pas d’acquisition mini 0,5 µm

Détectabilité de faible variations d’impédance acoustique

‘Tomographie’ en microscopie acoustique

260 MHz (FL 5.9 mm) 110 MHz (8mm FL) 75 MHz (12mm FL)

Intérêt de la haute fréquence pour augmenter la résolution

14Die Attach VoidsDie Tilt, B-Scan Die Pad delamination

Mold compound voidsDie Top Delamination

Flip Chip Underfill Voids

Examples

‘Tomographie’ en microscopie acoustique

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Simili-3D par la technologie TAMI

‘Tomographie’ en microscopie acoustique

Ce mode permet de considérer des petites sections de signal dans une région donnée. Ainsi, il est possible d’obtenir en 1 scan les images de toutes les interfaces de l’échantillon

TAMI Region

Data Gate

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TAMI Scan

Scan Time: 37 seconds

Die interface

Die attach interface

‘Tomographie’ en microscopie acoustique

Résine

Lead frame

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Z (µm)Z (µm)

Mesure de topographie et déformation

Equipement : Insidix HR–TDM Cartographie XY et Z(xy) en 1 acquisition

Enceinte thermique : chauffage infra-rouge top et bottom

Champ de vue : 20 × 20 mm² … 200 × 200 mm²

Profondeur de champs : 3 … 32 mm

Résolution Z : Z = 10-4 du champs de vue

Détectabilité XY : L/L = 5 × 10-5

Acquisition : 1000x1000pixels en moins de 5s

Traitement après acquisition (zoom et seuillage en Z

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Cu

Al2O3

Photo Topographie de la pièce (TDM)

Zoom en Z sur le Cuivre

Zoom en Z sur l’alumine

Mesure de topographie et déformation

Exemple d’un assemblage Alumine/Cuivre

Profil AA’ sur l’alumine

Profil BB’ sur l’embase cuivre

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Différence

Alumine

Cuivre

Microscopie acoustique en mode echographie

=> délamination aux angles

Différence de topographie due à la différence de CTE entre les 2 matériaux

Après des cycles VRT, des délaminations apparaissent aux angles

Mesure de topographie et déformation

Exemple d’un assemblage Alumine/Cuivre

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Difference de CTE dans la direction z, due à la différence de CTE entre la résine d’enrobage et

la puce en silicium.

Déformation - T = 75 °C

z = z (xiyi) (T = 100°C) – z (xiyi) (T = 25°C)

Hysteresis (T = 0°C)Avant et après cyclage thermique

z = z (xiyi) (ti) – z (xiyi) (t0)

Mesure de déformation en Z sous sollicitation thermique

Mesure de topographie et déformation

Z Z

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Iso-displacement en X

(Including rigid body motion)

Champs de déplacement x20

Représentation des iso-déplacements

Dilatation moyenne : L ~ 300µm

X

Y

Exemple de caractérisation de dilatation dans le plan

Mesure du déplacement XY entre 2 états (25°C et 260°C)

Mesure de topographie et déformation

Iso-displacement en Y

(Including rigid body motion)

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Strain X/X Strain Y/Y

X

Y

Représentation des déformations relatives L/L

Valeur moyenne ~ 7.4 x10-3 => CTE 29 ppm / °C

Influence de la géométrie : valeurs plus élevées autour du trou

Mesure du déplacement XY entre 2 états (25°C et 260°C)

Mesure de topographie et déformation

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CONCLUSION

Combinaison des techniques

Utilisation des techniques non destructives haute résolution pour informations complémentaires :

• Analyse Interne

RX – dimensionnement / fissures / inclusions / porosités

SAM – délaminations / hétérogénéités matière …

• Analyse Surfacique

TDM – état de contrainte après fabrication / déformation sous sollicitation / hysteresis

Approche globale thermo-mécanique pour• l’analyse et la prédiction de défaillance, • la caractérisation de matériaux, design, process …

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INSIDIX : Services and Systems

Topography and Deformation Measurement

Acoustic Microscopy (SAM)

X-Ray radiography 2D/3D

X-Ray micro-fluorescence X (µXRF)