Obserwacje i pomiary sond płytkowych i stykowych
Rozprzestrzenianie się systemu komunikacji mobilnej piątej generacji (5G) i wspierających go produktów jeszcze bardziej przyspieszyło rozwój mniejszych i gęstszych urządzeń półprzewodnikowych. Wraz z tym postępem kontrola i analiza elektryczna różnych elementów elektronicznych, takich jak układy scalone (IC) i układy scalone dużej skali (LSI), wymaga coraz większej dokładności.
W tej części przedstawiono podstawowe informacje o sondach płytkowych i stykowych używanych do kontroli elektrycznej urządzeń półprzewodnikowych, a także najnowsze przykłady czynności, takich jak obserwacja i bezkontaktowy pomiar 3D, z wykorzystaniem obrazów 4K, które pomagają utrzymać wysoki poziom dokładności inspekcji.
- Czym jest sonda płytkowa?
- Czym jest sonda stykowa?
- Okresy użytkowania sond płytkowych i sond stykowych oraz znaczenie obserwacji i pomiarów
- Najnowsze przykłady obserwacji zużycia oraz pomiarów wymiarów i kształtu kart sond płytkowych i sond stykowych
- Mikroskop cyfrowy 4K zwiększający wydajność różnych operacji, w tym dokładność inspekcji elektrycznych
Czym jest sonda płytkowa?
Sonda płytkowa to przyrząd kontrolny używany w procesie kontroli płytek krzemowych podczas produkcji układów LSI typu front-end. Sonda płytkowa składa się z okrągłej płytki drukowanej (PCB) z precyzyjnie przymocowanymi stykami lub igłami sondy.
Każdy układ scalony LSI, wyprodukowany na płytce, jest sprawdzany elektrycznie przez jednoczesny kontakt wielu końcówek sond rozmieszczonych na płytce PCB. Sondy płytkowe wykrywają przerwy i zwarcia w obwodzie, a także mierzą prąd elektryczny i wysokie częstotliwości. Sonda płytkowa jest zwykle przymocowana do sondy testera płytek i podczas kontroli styka się od góry z układem scalonym płytki na stoliku.
Rodzaje sond płytkowych
Sondy płytkowe można podzielić ze względu na ich budowę, w tym sposób ułożenia i zamocowania sondy. Dwa przykłady sond płytkowych i ich cechy pokazano poniżej.
Pionowa sonda płytkowa
Pionowa sonda płytkowa składa się z płytki PCB i dołączonego do niej bloku, do którego mocowane są sondy prostopadłe. W tym przypadku sondy mogą być elastycznie ustawione, jak w siatce, lub ustawione tak, by mierzyć wiele układów scalonych. Konserwacja jest łatwa, ponieważ sondy można wymieniać pojedynczo. Również wgniecenia mogą być ograniczone do minimum, aby nie uszkodzić lutu. Jednak koszty produkcji są stosunkowo wysokie, co sprawia, że nie nadaje się ona do produkcji aluminiowych bloków elektrodowych (bloki Al) na płytkach.
Wspornikowa sonda płytkowa
Wspornikowa sonda płytkowa ma igły wykonane z wolframu i podobnych materiałów. Igły są zamocowane bezpośrednio na PCB.
Koszt produkcji takich urządzeń jest niższy niż sond pionowych. Sondy mogą być także ustawiane z mniejszymi odstępami i podtrzymywać bloki Al. W porównaniu z typem pionowym, typ wspornikowy ma większe ograniczenia w ustawieniu styków i generuje większe wgniecenia. Wymaga również od operatora poświęcenia czasu i wysiłku na okresową konserwację, taką jak naprawa i regulacja (np. regulacja wysokości).
Czym jest sonda stykowa?
Sonda stykowa to przyrząd kontrolny używany do sprawdzania ciągłości poprzez kontakt z elektrodami różnych elementów elektronicznych. Sondy stykowe są powszechnie używane do kontroli elementów elektronicznych. Za pomocą sond stykowych można sprawdzać różne elementy elektroniczne, takie jak półprzewodniki, panele ciekłokrystaliczne, surowe płytki, płytki PCB, złącza, kondensatory, czujniki i baterie.
Sondy stykowe są używane nie tylko do sprawdzania ciągłości, ale także do zbierania danych przy kontroli zachowania elementów w obwodach (testy w obwodzie) oraz do sprawdzania zachowania w testach działania. Szczegółowo rzecz ujmując, sondy stykowe są używane do wykrywania przerw i zwarć, mierzenia wysokich częstotliwości, sprawdzania impedancji (rezystancji) oraz sprawdzania parametrów elementów w obwodach.
Struktura sondy stykowej
Sonda stykowa składa się z cylindra, w którym znajduje się sprężyna i tłok stykający się z kontrolowanymi obiektami. Opór połączenia w cylindrze można ustabilizować poprzez optymalizację ciśnienia sprężyny w cylindrze. Typowe sondy stykowe zawierają części pokryte złotem, aby zapobiec korozji i zmniejszyć nacisk na styk ślizgających się sekcji.
Wymagana liczba sond stykowych jest wciskana w żywiczny uchwyt (jig) zaprojektowany z myślą o celu inspekcji, a końcówki tłoków stykają się z tym celem. Ten instrument jest bardzo łatwy w utrzymaniu, ponieważ można go używać wielokrotnie, wymieniając tylko zużyte sondy w uchwycie (jig).
- A
- Sonda stykowa
- B
- Cylinder
- C
- Sprężyna
- D
- Tłok
- E
- Uchwyt
- F
- Cel kontroli
Kształty końcówek tłoka sond stykowych
Kształt końcówki kontaktowej różni się w zależności od kształtu obiektu inspekcji, takiego jak elektrody czy zaciski. Użycie tłoka o optymalnym kształcie końcówki zapobiega uszkodzeniu delikatnych celów podczas inspekcji. Poniżej przedstawiono reprezentatywne kształty i zastosowania.
Okrągła
Ta końcówka jest używana do kontroli, podczas których należy unikać uszkodzenia delikatnych elektrod, takich jak na elastycznych obwodach drukowanych (FPC).
Stożkowa
Ta końcówka jest używana głównie do sprawdzania ścieżek lutowniczych i zacisków na płytkach PWB.
Płaska/wklęsła
Płaska końcówka jest używana, aby zapobiec uszkodzeniu elektrod lub gdy końcówka musi dotykać obszaru na celach inspekcyjnych.
Wklęsła końcówka jest używana do stykania się z wypukłymi kształtami styków.
Stożek delta
Końcówka w kształcie stożka delta jest używana do sprawdzania kształtów wklęsłych, takich jak otwory przelotowe na płytkach PWB.
Korona
Kształt ten jest używany do sprawdzania wyprowadzeń elementów montażowych i kształtów wypukłych poprzez kontakt z wieloma sondami.
Okresy użytkowania sond płytkowych i sond stykowych oraz znaczenie obserwacji i pomiarów
Trwałość sond płytkowych
Gdy do sprawdzania układów scalonych LSI używana jest sonda płytkowa, wiele ostrych i mikroskopijnych styków sondy styka się z końcówkami układów scalonych na płytkach półprzewodnikowych. Niektóre małe sondy płytkowe o powierzchni kilku cm² mają kilka tysięcy styków ustawionych w małych odstępach od 20 do 30 μm. Żywotność sond płytkowych, które idealnie nadają się do urządzeń do kontroli styków, zależy nie od tego, ile lat są używane, ale od tego, ile razy styki sondy stykają się z chipami na płytkach. Uważa się, że typowe sondy płytkowe przestają być zdatne do użytkowania po wykonaniu setek tysięcy do kilku milionów kontaktów.
Podczas produkcji ogromnej ilości układów scalonych na dużej liczbie płytek bardzo ważne jest zrozumienie warunków pracy styków sondy, aby utrzymać jakość produktu. Zużyte lub nieprawidłowe styki sondy mogą powodować zbieranie nieprawidłowych danych kontrolnych, co prowadzi do odrzucania dobrych układów scalonych i zmniejsza wydajność.
Trwałość sond stykowych
Trwałość elektryczna sond stykowych, z których każda składa się z kilku części i końcówki o mikroskopijnym i bardzo precyzyjnym kształcie, różni się w zależności od rezystancji, środowiska i warunków dopuszczalnych podczas kontroli. Należy też zwrócić uwagę na ciepło działające na elektrody. Typowe sondy stykowe wytrzymują mechanicznie około miliona kontaktów.
Trwałość ta różni się jednak w zależności od warunków kontroli. Przy określaniu, czy sonda stykowa osiągnęła swój okres użytkowania, ważne jest uwzględnienie kształtu końcówki tłoka, która styka się z kontrolowanymi obiektami. Podczas kontroli zużyte końcówki mogą generować różnice w oporności i powodować fałszywe oceny, wpływając na kontrolę jakości i wydajność.
Problemy związane z obserwacją i pomiarami sond płytkowych i stykowych oraz znaczenie tych obserwacji i pomiarów
Sondy płytkowe i stykowe mają styki o mikroskopijnych kształtach. Aby uniknąć błędów kontroli, które mogą spowodować przeoczenie wadliwych produktów lub zmniejszyć wydajność, ważne są okresowe obserwacje i pomiary w powiększeniu, które pozwalają stwierdzić, czy narzędzia osiągnęły termin przydatności do użycia z powodu zużycia lub innych przyczyn.
Jednak przyrządy kontrolne mają trójwymiarowe i mikroskopijne styki, co utrudnia wyraźne obserwowanie całego celu za pomocą mikroskopów optycznych, ponieważ tylko część celu może być wyostrzona podczas obserwacji przy dużym powiększeniu.
Trudno jest także dokładnie zmierzyć mikroskopijne kształty i wymiary 3D, takie jak kształt styków i wysokość sondy stykowej, używając stykowych przyrządów pomiarowych, ponieważ sonda przyrządu pomiarowego, która jest zbyt duża dla kontrolowanego obiektu, styka się jednocześnie z wieloma stykami sondy ustawionymi w małych odstępach lub wywiera nacisk pomiarowy. Wymiarowanie jest nadal trudne, nawet gdy stosuje się przetwarzanie obrazu, ponieważ nie można ustawić ostrości na całej powierzchni tych obiektów o mikroskopijnych kształtach.
Przeczytaj dalej, aby zapoznać się z najnowszymi przykładami obserwacji i pomiarów przy użyciu naszego mikroskopu cyfrowego 4K, który rozwiązuje te problemy.
Najnowsze przykłady obserwacji zużycia oraz pomiarów wymiarów i kształtu kart sond płytkowych i sond stykowych
Ważne jest zapoznanie się z mikroskopijnymi kształtami styków sond płytkowych i końcówek trzpieni sond stykowych dzięki obserwowaniu i mierzeniu uszkodzeń, takich jak zużycie, ponieważ kształty te mają duży wpływ na dokładność pomiarów elektrycznych. Jednak obserwacja i pomiar wiążą się z wieloma problemami.
Mikroskop cyfrowy KEYENCE 4K serii VHX jest wyposażony w obiektyw o wysokiej rozdzielczości (HR) i matrycę CMOS 4K, dzięki czemu może rejestrować w wysokiej rozdzielczości 4K dokładne obrazy mikroskopijnych kształtów narzędzi. Mikroskop ten może także wykonywać dokładne pomiary 2D i 3D na podstawie obrazów obserwacyjnych. Poniżej przedstawiono przykłady zastosowań serii VHX, które nie tylko rozwiązują problemy z obserwacją i pomiarem napotykane przez narzędzia kontrolne, ale także poprawiają precyzję i efektywność tej operacji.
Obserwacja styków sondy płytkowej i obserwacja pod kątem
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX zapewnia zarówno dużą głębię ostrości, jak i wysoką rozdzielczość. Obrazy 4K w wysokiej rozdzielczości można rejestrować pod dowolnym kątem.
System obserwacji pod dowolnym kątem i napędzany silnikiem stolik XYZ o wysokiej dokładności umożliwia obserwację w nachyleniu pod dowolnym kątem z łatwym wyrównaniem pola widzenia, obrotem i ruchem po osi skośnej.
Obrazy o wysokiej rozdzielczości można także rejestrować za pomocą narzędzi ręcznych, co umożliwia prowadzenie obserwacji nawet jeśli warunki są trudne do odtworzenia na stoliku.
Pomiar średnicy zewnętrznej i wysokości styków sondy płytkowej
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX może przeprowadzać pomiary 2D i 3D o wysokiej dokładności za pomocą wyraźnych obrazów obserwacyjnych bez dotykania obiektu docelowego.
Wartości pomiarowe średnicy zewnętrznej, potrzebne do określenia stopnia zużycia końcówek trzpieni pomiarowych, można również uzyskiwać w czasie rzeczywistym za pomocą prostych operacji myszy, obserwując monitor. W ten sam sposób można też mierzyć różne przedmioty, takie jak odległości między dwoma punktami, proste równoległe i powierzchnie.
Pomiar 3D może być również wykonywany przez zbieranie informacji o wysokości styków. Pomiar profilu może być również wykonany przez proste określenie żądanego miejsca, co umożliwia łatwe uzyskanie wartości wysokości przekroju we wskazanym miejscu.
Obserwacja w dużym powiększeniu może być płynnie przełączona na bezdotykowy pomiar wymiarów, co zwiększa wydajność pracy. Wartości pomiarowe i obrazy mogą być przechowywane, a ich historia pomaga zrozumieć tendencje, takie jak postępujące zużycie i odkształcenia.
Obserwacja w dużym powiększeniu końcówek styków sondy
Końcówki trzpieni sond stykowych, które mają mikroskopijne, trójwymiarowe kształty, łatwo się zużywają, ponieważ stykają się z kontrolowanymi obiektami. Obserwacja tych obiektów w dużym powiększeniu często wiąże się z kompromisem między wymaganiami i warunkami, co skutkuje na przykład obrazami, które nie są wyostrzone w całym polu widzenia oraz obniżeniem rozdzielczości.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX zapewnia zarówno dużą głębię ostrości, jak i wysoką rozdzielczość. To połączenie umożliwia wyraźną obserwację mikroskopijnego zużycia i odprysków na końcówkach trzpieni, dzięki obrazom, które są wyostrzone w całym polu widzenia, nawet przy dużych powiększeniach.
Ponieważ przyrządy kontrolne są wykonane z metalu, określenie warunków oświetleniowych wymaga wiele czasu i wysiłku ze względu na efekt rozproszonego odbicia. Seria VHX jest wyposażona w funkcję multioświetlenia, dzięki której dane obrazu są automatycznie rejestrowane z oświetleniem wielokierunkowym po naciśnięciu jednego przycisku. Operatorzy mogą szybko rozpocząć obserwację, po prostu wybierając odpowiedni obraz, co znacznie skraca czas potrzebny na określenie stanu oświetlenia.
Co więcej, warunki oświetleniowe panujące podczas robienia zdjęcia w przeszłości mogą być odtworzone przez wybranie tego zdjęcia. Zwiększa to szybkość działania nawet wtedy, gdy w tych samych warunkach trzeba obserwować zużycie wielu końcówek trzpieni.
Obraz 3D i pomiar profilu końcówek styków sondy
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX przechwytuje wiele obrazów przy różnych ustawieniach ostrości i szybko łączy je w jeden obraz, który może być wykorzystany do bardzo dokładnego wyświetlania i pomiarów 3D. Na obrazie 3D widać nawet kształty i chropowatość powierzchni, co pozwala na obserwację obiektu pod dowolnym kątem.
Pomiar profilu można też wykonać za pomocą prostej operacji polegającej na wskazaniu myszą żądanego miejsca. Umożliwia to pobieranie kształtów i wymiarów przekroju w pożądanych miejscach w sposób nieniszczący, bezkontaktowy.
Dzięki tym funkcjom nierówności powierzchni mogą być mierzone na poziomie submikrometrowym, a stopień zużycia można określić za pomocą dokładnych wartości, nawet jeśli końcówka trzpienia ma mikroskopijny i złożony kształt.
Mikroskop cyfrowy 4K zwiększający wydajność różnych operacji, w tym dokładność inspekcji elektrycznych
Wysoka wydajność i różnorodne funkcje mikroskopu cyfrowego 4K serii VHX zdecydowanie ułatwiają nie tylko obserwację i pomiary przyrządów kontrolnych o mikroskopijnych kształtach, ale także zadania związane z badaniami, rozwojem i zapewnieniem jakości w różnych sytuacjach w dziedzinie elektroniki, takich jak płyty PWB, nakładanie pasty lutowniczej, produkcja i montaż urządzeń elektronicznych.
Wystarczy jedno urządzenie z serii VHX, aby prowadzić obserwacje za pomocą obrazów o wysokiej rozdzielczości 4K, wykonywać bardzo dokładne pomiary 2D i 3D, a nawet automatycznie tworzyć raporty, co znacznie poprawia wydajność pracy. Aby uzyskać dodatkowe informacje o produktach lub zadać pytanie, kliknij poniższe przyciski.
