3D aplikace měření integrovaných obvodů (IC)

Popularita 5G jako standardu pro mobilní sítě vedla k miniaturizaci polovodičových zařízení, což následně zvýšilo potřebu přesné kontroly a analýzy. Nejnovější funkce řady VK-X společnosti KEYENCE umožňují provádět opakovaná měření, programy založené na poloze a kontrolu typu Vyhovuje/nevyhovuje prostřednictvím šablon. V této části jsou uvedeny technické informace a příklady kontrolních aplikací pro BGA, lepení vodičů, kontaktní sondy a podobné případy, kdy se mnoho kontrol provádí pomocí laserových mikroskopů.

Typická pouzdra integrovaných obvodů
Typické lepení pro montáž čipů IC
Metody výroby hrbolků pro lepení flip-čipů
Průběh lepení drátů
Příklady kontroly lepení drátů
Příklady kontroly IC
Metody kontrol elektrického zapojení
Příklady kontroly kontaktní sondou

Typická pouzdra integrovaných obvodů

S rostoucí integrací integrovaných obvodů se technologie povrchové montáže (SMT) stala běžnou záležitostí. Pro vysoce integrované obvody se používají také pouzdra typu matrice (BGA). LSI je zkratka pro Large Scale Integration (výrobu polovodičových integrovaných obvodů s vyšší mírou integrace), ale často se používá jako synonymum pro integrované obvody (IC).

Vkládací typ pouzdra

SIP (Single Inline Package): Tato pouzdra se vkládají do desek plošných spojů (PCB). Vodiče jsou vedeny z delší strany pouzdra v jedné linii.
DIP (Dual Inline Package): Tato pouzdra se vkládají do desek plošných spojů (PCB). Vodiče jsou vedeny z obou stran pouzdra směrem dolů.

Pouzdro s vodiči typu SMT (technologie povrchové montáže)

SOP (Small Outline Package): V těchto pouzdrech SMT jsou vodiče vedeny z obou stran pouzdra a jejich konce se rozprostírají jako křídla.
SOJ (Small Outline J-leaded Package): V těchto pouzdrech SMT vystupují vodiče z obou stran pouzdra a špičky vývodů jsou ohnuté dovnitř, jako by zakrývaly pouzdro. Při pohledu ze strany vypadají jednotlivé vodiče jako písmeno J.
QFP (Quad Flat Package): V těchto pouzdrech SMT jsou vodiče vedeny ze všech 4 stran pouzdra a jejich konce jsou roztaženy jako křídla.
QFJ (Quad Flat J-leaded Package): V těchto pouzdrech SMT jsou vodiče vedeny ze všech 4 stran pouzdra a jejich konce jsou ohnuté dovnitř, jako by zakrývaly pouzdro.
Při pohledu ze strany vypadají jednotlivé vodiče jako písmeno J.

Pouzdro SMT (Surface Mount Technology) bez olova

SON (Small Outline Non-leaded Package): Tato pouzdra SMT nemají žádné vodiče. Jako připojovací svorky se používají elektrodové podložky. SON se používají pro obousměrné typy a pro malý počet pinů.
QFN (Quad Flat Non-leaded Package): Tato pouzdra SMT nemají žádné vodiče. Jako připojovací svorky se používají elektrodové podložky. QFN jsou čtyřcestná pouzdra.

Pouzdro s maticí typu SMT (Surface Mount Technology)

BGA (pole s kuličkovou mřížkou): Pájecí kuličky (ve tvaru koule) jsou rozmístěny na dně pouzdra a slouží jako svorky.
PGA (pole s mřížkou pinů): Piny jsou rozmístěny na spodní straně pouzdra a slouží jako svorky.
LGA (pole mřížky vodivé plochy): Elektrodové podložky (včetně měděných) jsou rozmístěny na spodní straně pouzdra a slouží jako svorky.

Typické lepení pro montáž čipů IC

Spojování vodičů

Spojování vodičů spojuje elektrody polovodičových čipů a elektrické vodiče olověných rámečků nebo desek tenkými dráty ze zlata, hliníku nebo mědi.

Lepení flip-čipů

Čipy integrovaných obvodů jsou připojeny přímo k deskám plošných spojů. Tato metoda se nazývá FC-BGA (Flip Chip-BGA). Na elektrodách čipu integrovaného obvodu jsou vytvořeny výčnělky, které jsou připojeny k elektrodám desky plošných spojů. Použití této metody může ušetřit místo ve srovnání s lepením vodičů.

A

Polovodičový čip

B

Flip (přední částí dolů)

Metody výroby hrbolků pro lepení flip-čipů

Montáž pájecí kuličky: Pájecí kuličky (vyrobené předem) se umístí na elektrody a přetaví se, aby vznikly hrbolky. Vyšší hrbolky je možné tisknout pastou. Standardizace velikosti pájecích kuliček také zabraňuje rozdílům ve výšce konečného hrbolku.
Tisk pastou: Pájecí pasta se nanáší na elektrody a přetavuje se, aby se vytvořily hrbolky. Propustnost je vysoká, ale je obtížné sjednotit výšku hrbolků.
Pokovování: Pájecí hrbolky se vytvářejí galvanickým pokovením. Lze vytvořit drobné nerovnosti, ale propustnost je nízká.

Průběh lepení drátů

Používají se kapiláry ve tvaru trubičky (jako injekční jehla), kterými procházejí kovové dráty. Hrot drátu je jiskřen vysokým napětím, aby se zakulatil. Kulatá část se pak přilepí k elektrodě a připevní se. Tomuto procesu se říká lepení kuliček nebo 1. lepení. Zatížení kapiláry, ultrazvukové vlny a teplo z fáze lepení umožňují lepení.
Kapilára se přesune do bodu 2. lepení tahem lepeného drátu v souvislé smyčce.
Při připojení k olověné elektrodě se nevytvoří kulička a vodič je rozmačkán kapilárou. Tomu se říká „lepení stehem“ nebo „2. lepení“.
Uzavřením upínače drátů se kovový drát přichytí, poté se kapilára zvedne a drát se přestřihne.

Součásti kapilárního hrotu

A

Úhel kužele

B

Úhel přední části

C

Úhel zkosení

D

Průměr zkosení

E

Průměr otvoru

F

Průměr hrotu

Příklady kontroly lepení drátů

Učení spojování vodičů pro automatické měření

Měření drsnosti hrotu kapiláry (vícenásobné měření)

Příklady kontroly IC

Měření drsnosti pro více linií pouzdra integrovaného obvodu

Měření vzoru desky plošných spojů (PCB) chytrého telefonu

Metody kontrol elektrického zapojení

V této části jsou uvedeny typické metody kontroly elektrického zapojení elektronických součástek. Kromě prostého otevření nebo zkratování součásti je možné také způsobit, aby součástí protékal proud.

Karta sondy: Jedná se o přípravek používaný při elektrické kontrole čipů LSI (large scale integration), které se vytvářejí na křemíkových destičkách v procesu kontroly destiček (předzpracování) v rámci výroby obvodů LSI.
Kontaktní sonda: Jedná se o přípravek používaný při kontrole různých elektronických součástí. Tato kontrola se zaměřuje na širokou škálu součástek včetně polovodičů, panelů LCD, nezpracovaných desek plošných spojů (PCB), osazených desek plošných spojů, konektorů, kondenzátorů a senzorů.

Typy sond

Karta se svislou sondou

Pomocí této karty sondy se na desku plošných spojů (PCB) připevní blok se svisle připevněnou sondou.

[Výhody]: Uživatelsky definované uspořádání sondy (typ čtvercového bloku, vhodný pro měření více součástí); Snadná údržba (Výměna jedné sondy je možná.); Pouze drobné škrábance; Žádné poškození pájky
[Nevýhody]: Vysoká cena; Obtížné použití s hliníkovými podložkami

Karta s konzolovou sondou

U této karty sondy jsou jehly z wolframu nebo podobného materiálu upevněny přímo na desce plošných spojů (PCB).

[Výhody]: Nízká cena; Umožňuje užší rozteče než karty se svislou sondou; Snadné použití s hliníkovými podložkami
[Nevýhody]: Omezené rozložení pinů; Údržba je obtížná (Je nutné seřizování výšky a další opravy.); Velké škrábance

Struktura kontaktní sondy a tvary hrotů

Kontaktní sonda se skládá z pístu, válce a pružiny a používá se zasazená do přípravku z pryskyřice.

A

Kontaktní sonda

a

Válec

b

Pružina

c

Píst

B

Cíl kontroly

Křivka: Používá se u pružných desek plošných spojů (PCB) a v dalších situacích, kdy je třeba zabránit poškození elektrod.
Jehla: Používá se hlavně u desek plošných spojů (PCB) a podobných cílů.
Plochý hrot a obrácený kužel: Ploché hroty se používají pro kontakt s povrchem bez poškození elektrod. Pro příjem svorek a podobných cílů se používají hroty s obráceným kuželem.
Trojúhelníkový jehlan: Používá se s průchozími otvory v deskách plošných spojů (PCB) a podobnými cíli.
Korunka: Používá se v situacích, kdy se dotýká více bodů nebo přijímá vodiče namontovaných součástí.

Příklady kontroly kontaktní sondou

REJSTŘÍK