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
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
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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
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Exemple de l’interface ‘3D’
Radiographie 2D et 3D
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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
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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)
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