실장 기판·전자 부품의 고장 해석·불량 해석
스마트폰 등의 단말 및 각종 디바이스의 고기능화·슬림화에 따른 실장 기판·전자 부품의 소형화·고밀도화. 그리고 자동 브레이크 및 자율 주행 기술로 전자 제어화가 진행되는 자동차 분야. 이들 모두 실장 기판·전자 부품의 신뢰성 요구, 고장 해석·불량 해석에 의한 품질 개선의 정도와 속도에 대한 요구가 점점 높아지고 있습니다.
여기에서는 새로운 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 고장·불량 해석의 최신 사례를 소개합니다.
실장 기판·전자 부품 고장 해석의 중요성
스마트폰 및 태블릿 단말기, 웨어러블 디바이스 등의 소형화·슬림화·고기능화를 배경으로 기판 및 부품이 소형화·고밀도화·다층화되고 있습니다. 또한, 자동차 업계에서는 자동 브레이크 및 자율 주행 기술 등의 연구 개발에 따라 중요한 구성 부품의 전자 제어화가 진행되고 있습니다. 그로 인해 실장 기판·전자 부품에도 주행·가속·정지 시 등에 걸리는 응력에 장기간 대응하는 높은 내구성·신뢰성이 요구됩니다.
일상의 다양한 상황에서 중요한 역할을 맡게 된 각종 단말·디바이스 및 높은 안전성이 요구되는 자동차 등의 제품에서는 전자로 제어되는 중요 부품의 고장·불량이 중대한 트러블 또는 사고로 이어질 가능성이 있습니다.
실장 기판·전자 부품의 내구성·신뢰성 평가에서 신뢰성 평가 시험(가속 시험)은 더욱 중요해졌습니다. 또한, 제품 시험 뿐만 아니라, 시장 제품의 품질 보증 관점에서 현미경을 이용한 제품의 고장 해석·불량 해석에 의한 원인 파악·품질 개선은 이전보다 중요해져 높은 정도가 요구되고 있습니다.
여기에서는 시장 출하 후 또는 제조 현장의 실장 공정 등에서 발생한 실장 불량·전자 부품의 고장 해석·불량 해석 방법에 대해 설명합니다.
고장 해석·불량 해석의 방법
실장 기판의 고장 해석·불량 해석에는 아래와 같은 방법이 있습니다.
- 고장 부분의 특정
- 전기적으로 고장을 재현하고 전자 부품·유닛 등의 단락이나 리크 등에 따른 발열 부분을 특정할 수 있는 「위상잠금 적외선 열화상」 등으로 고장 부분을 특정합니다.
- 고장 부분의 확인
- 투과 X선·X선 CT·전자 탐침 미세 분석기(EPMA) 등으로 미세 구조 등을 관찰하고 그 물성을 정확하게 이해·파악합니다.
- 불량 부분의 관찰·해석(불량 해석)
- 현미경·주사형 전자 현미경(SEM)·집속 이온 빔 장치(FIB)·전자 탐침 미세 분석기(EPMA) 등을 이용한 불량 부분의 「단면 관찰」 및 연마·수지 패키지 개봉에 의한 「평면 관찰」 등으로 불량을 상세하게 해석하여 구체적인 원인을 파악합니다.
실장 기판·전자 부품의 관찰·해석에 관한 최신 사례
앞서 언급한 전자 기판·전자 부품의 고장 해석·불량 해석 중에서도 특히 중요한 것이 「불량 부분 관찰·해석」의 정도입니다. 또한, 시장 제품 및 신뢰성 평가 시험에서 고장 원인 파악과 개선에는 해석·평가의 정확성과 함께 속도도 요구됩니다.
특히 현미경을 이용한 불량 부분의 외관 검사에 의한 해석·평가는 많이 이용되는 방법입니다. 그런데 기존에는 규모가 큰 기기나 여러 기기를 병용하여 작업이 번잡했고 작업 시간이 오래 걸렸습니다. 또한, 미세한 부품의 요철 및 조명의 조건 추출, 윤곽을 알기 힘들다는 점 등 관찰·해석에 관한 과제가 산재했습니다.
KEYENCE의 고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능 HR 렌즈와 4K CMOS 등의 최첨단 기술을 채택하여 선명한 4K 화상으로 불량 부분을 정확하게 관찰·해석할 수 있습니다. 또한, 고해상도의 확대 화상을 이용하여 간단한 조작으로 그 상태에서 2D·3D 측정 등을 실시할 수 있기 때문에 해석에서 요구되는 일련의 작업이 고해상도, 고속으로 실현됩니다.
여기에서는 「VHX 시리즈」를 이용한 관찰·해석의 최신 사례를 소개합니다.
와이어 본딩의 관찰·해석
기존의 시스템에서는 다이에 대해 입체적으로 접속된 와이어 본딩 전체에 초점이 맞지 않아 광택에 의한 헐레이션 등의 영향으로 선명한 화상을 취득하기가 매우 어려웠습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 자유로운 각도로 경사를 관찰할 수 있는 「프리 앵글 관찰 시스템」 및 고기능의 내장 조명에 의한 균일 조명, 빛 반사에 의한 헐레이션을 억제하는 「헐레이션 제거 기능」, 대상 물체 전체에 초점이 맞는 「라이브 심도 합성」을 실현했습니다. 입체적인 와이어 본딩의 고배율 관찰에서도 풀 포커스가 맞는 선명한 4K 화상으로 정확하게 관찰·해석할 수 있습니다.
반도체 패키지 단면·표면의 관찰·해석
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 암시야·명시야·미분 간섭(DIC)·편광 등 다채로운 조명이 탑재되었습니다. 반도체 패키징에 이용되는 접착제(본드) 및 각종 페이스트의 특성 및 소재의 형상까지 관찰할 수 있습니다.
또한, 수지에 넣은 단면 샘플의 절삭 및 연마가 불충분한 경우에도 적은 수의 화상으로 입체상을 구축할 수 있고, 고배율로도 전체에 초점이 맞는 화상을 취득할 수 있습니다.
또한, 「VHX 시리즈」는 「프리 앵글 관찰 시스템」을 활용하여 비스듬한 앵글에서 패키지 표면 및 핀을 고배율로 관찰할 수 있습니다. 기존의 마이크로스코프에 비해 약 20배의 피사계 심도를 실현하며 번거로운 초점 조정 없이 전체에 풀 포커스가 맞는 화상으로 신속하게 고정도로 해석할 수 있습니다.
실장 기판의 관찰·측정·해석
전자 부품이 실장된 상태의 프린트 회로 기판은 표면에 요철, 색, 광택이 혼재되어 있기 때문에 기존에는 초점 조정 및 조명의 조건을 추출하기 어려웠고 작업 시간이 오래 걸렸습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 고분해능 HR 렌즈와 전동 리볼버로 렌즈 교환 없이 배율을 20~6000배까지 자동 변경하는 「심리스 줌」을 실현하여 직감적인 조작으로 확대·관찰할 수 있습니다. 또한, 「프리 앵글 관찰 시스템」으로 고배율의 경사 관찰에서도 전체에 풀 포커스가 맞는 고해상도 화상을 취득할 수 있기 때문에 입체적인 실장 부품을 선명하게 관찰·해석할 수 있습니다. 배율이 다른 화상을 화면 분할 기능으로 표시할 수 있기 때문에 고밀도의 실장 기판에서도 해석 대상이 되는 실장 불량 부분을 놓치지 않습니다.
또한, 고해상도 화상에서 그대로 높이 정보를 활용하여 서브미크론 단위의 3D 형상·프로파일 측정을 실시할 수 있으므로 정량적인 해석·평가가 1대로 신속하게 완결됩니다.
IC 칩의 최종 외관 검사
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 최고 6000배까지의 고배율에 대응하여 고배율에서도 고해상도 4K 화상을 얻을 수 있습니다. 다채로운 조명 및 요철이 있는 대상 물체라도 전체에 풀 포커스를 맞출 수 있는 심도 합성, HDR 기능 등이 탑재되어 IC 칩 회로 패턴의 미세한 흠집도 선명하게 포착할 수 있습니다.
고장·불량 해석은 물론 제조 현장의 최종 외관 검사에서도 정확하고 신속한 해석·평가가 실현됩니다.
IC 칩의 이물질 혼입 검사·해석
회로에 혼입된 미세한 이물질(미립자)은 단락 등에 의한 고장·불량의 원인이 됩니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 미세한 이물질도 고배율의 선명한 화상으로 포착할 수 있습니다. 또한, 적은 수의 화상으로 입체상을 구축할 수 있기 때문에 이물질과 함몰의 요철을 구별하여 회로 표면에 있는 이물질을 판별할 수 있습니다.
뿐만 아니라, 높이 정보를 활용한 이물질의 3D 형상·프로파일 측정도 「VHX 시리즈」를 통해 그대로 실시할 수 있습니다. 이물질의 크기·구조·체적에 따른 정량 평가, 그리고 촬영 화상 및 측정값을 이용한 리포트 작성까지 1대로 신속하게 작업을 완료합니다.
고장 해석·불량 해석의 정도와 작업 효율이 향상
선명한 4K 화상에 의한 관찰·해석뿐만 아니라, 2D·3D 측정도 1대로 실현하는 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 입체적인 구조의 실장 기판·전자 부품의 고장 해석·불량 해석 정도와 작업 효율을 크게 개선합니다.
또한, 간단한 조작으로 고도의 해석과 정량 평가를 실시할 수 있기 때문에 숙련도와 관계없이 사용자에 의한 오차가 발생하지 않습니다.
「VHX 시리즈」는 여기에서 소개한 내용 외에도 많은 기능이 탑재되어 각종 대상 물체의 다양한 고장·불량 해석에 대응할 수 있습니다.
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