Inspection par rayons X 3D haute résolution pour l'encapsulation avancée : leçons tirées de l'analyse des microbosses HBM
Avec l'évolution des appareils électroniques vers des formats toujours plus compacts, l'emballage avancé – intégrant de multiples composants semi-conducteurs dans une structure 3D compacte – est devenu essentiel. Cette complexité croissante, notamment pour des technologies comme la mémoire à large bande passante (HBM), pose d'importants défis en matière de contrôle de la qualité. La radiographie 2D traditionnelle aux rayons X s'avère souvent insuffisante pour identifier les défauts submicroniques dans les interconnexions critiques telles que les microbilles et les vias traversants (TSV).
Pour remédier à ce problème, nos recherches explorent l'application de l'imagerie 3D aux rayons X haute résolution afin d'inspecter les empilements HBM avec une précision sans précédent. Nous nous sommes concentrés sur l'évaluation de microbosses de 20 µm dans un empilement HBM, où les vides et les fissures submicroniques peuvent affecter considérablement les performances et le rendement.
Le flux de travail a débuté par une acquisition rapide de 30 secondes par nano-tomographie à rayons X (nano-CT) avec une taille de voxel de 2,6 µm, permettant une visualisation complète de l'échantillon HBM. Malgré la rapidité d'acquisition, la qualité d'image était suffisante pour une analyse générale des microbosses du HBM, notamment leur alignement et la présence de bosses manquantes. Cette analyse a également servi de guide pour la sélection des régions d'intérêt (ROI) en vue d'une analyse détaillée.
Un balayage haute résolution subséquent à une taille de voxel de 600 nm, d'une durée d'environ 75 minutes, nous a permis de résoudre clairement des caractéristiques structurelles telles que des fissures et des vides à l'intérieur de microbosses et de TSV individuels.
À partir des ensembles de données à haute résolution, nous avons effectué une segmentation 3D approfondie et une analyse quantitative en utilisant Dragonfly 3D World Au total, 1 275 microbosses et 1 680 cavités ont été identifiées et caractérisées par des paramètres tels que le volume, le rapport d'aspect, la sphéricité et les rayons. Les résultats statistiques ont révélé des anomalies de forme pouvant indiquer des joints défectueux. La plupart des cavités étaient petites et sphériques, mais la détection de cavités plus grandes et allongées pourrait révéler des risques potentiels pour la fiabilité.
Aperçu des microbosses Dragonfly 3D World avec les vides identifiés et les statistiques de liaison par points.
3D World permet la détection précoce des modes de défaillance potentiels, soutient l'optimisation des processus et contribue à améliorer le rendement global dans le domaine de l'emballage avancé.
Cette étude démontre que les techniques de radiographie 3D, et notamment la nanotomographie à rayons X, constituent des outils performants pour l'inspection rapide et haute résolution des boîtiers électroniques modernes. Face à la miniaturisation croissante des interconnexions et à la complexification de l'intégration, l'imagerie 3D non destructive jouera un rôle de plus en plus crucial pour assurer la fiabilité des dispositifs et accélérer l'innovation.
Présentation vidéo
Les données présentées dans la vidéo ont été acquises en seulement 30 secondes.
Aperçu nano-CT de 30 secondes d'une pile de microbosses HBM (à gauche) et balayage ROI haute résolution de 75 minutes (à droite).
Gros plan sur des sections virtuelles de microbosses issues d'un balayage nano-CT de la ROI montrant différents défauts.
Aperçu des microbosses Dragonfly 3D World statistiques sur les vides identifiés et les liaisons par points
Publication
T. Dreier, D. Nilsson et J. Hållstedt, « Nanotomographie aux rayons X rapide et haute résolution pour l'analyse des défaillances dans les boîtiers avancés », Microelectronics Reliability , vol. 168, 115694, 2025. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2025.115694
À propos de l'auteur
Julius Hållstedt travaille depuis 2009 au développement, à la mise en œuvre et à la commercialisation de diverses solutions de radiographie. Il dirige actuellement le segment métrologie et contrôle des semi-conducteurs et de l'électronique chez Excillum. Il a obtenu sa maîtrise en sciences des matériaux et son doctorat en électronique à l'état solide à l'Institut royal de technologie (KTH) de Stockholm, en Suède, respectivement en 2002 et 2007.