Bestückte Leiterplatten schnell und zuverlässig mit dem Digitalmikroskop prüfen und analysieren. From Eye to Insight

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1 From Eye to Insight TECHNISCHER BERICHT MIKROELEKTRONIK TEIL 1 Bestückte Leiterplatten schnell und zuverlässig mit dem Digitalmikroskop prüfen und analysieren AUTOREN James DeRose Scientific Writer, Stereo & Digital Microscopy Marketing, Leica Microsystems AG, Schweiz Georg Schlaffer Product Manager, Digital Microscopy, Leica Microsystems AG, Schweiz

2 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP 2 Probeninspektion mit dem Digitalmikroskop In den letzten Jahren hat sich die Digitalmikroskopie bei der Inspektion, Qualitätskontrolle und -sicherung sowie Fehleranalyse in der Mikroelektronikindustrie und insbesondere bei der Herstellung bestückter Leiterplatten als nützlich erwiesen. Digitalmikroskope können die Effizienz von Arbeitsabläufen erhöhen. Im vorliegenden Bericht werden die Vorteile bestimmter Funktionen von Digitalmikroskopen, wie intuitive Software für Bedienung und Analyse, schneller und einfacher Vergrößerungswechsel sowie Codierung für zuverlässigen Abruf von Parametern, erläutert. Digitalmikroskope sind optische Mikroskope ohne Okulare; das Bild wird direkt an einem elektronischen Bildschirm angezeigt. Das Digitalmikroskop Leica DVM6 bietet Nutzern eine noch einfachere und schnellere Möglichkeit, hochwertige, zuverlässige Bilddaten aufzunehmen und schnell zu analysieren, wodurch die Effizienz der Inspektion von Mikroelektronikkomponenten erhöht wird. Welche Funktionen eines Digitalmikroskops erhöhen die Zuverlässigkeit der Analyse und die Effizienz von Arbeitsabläufen? Mehrere Funktionen des Leica DVM6 erleichtern seine Handhabung und erhöhen die Effizienz von Inspektions- und Analyse-Workflows: > > Intuitive Software für Mikroskopbedienung und Datenanalyse; > > Effizienter, einfacher Vergrößerungswechsel über den gesamten Bereich (12:1 bis 2350:1); > > Codierung (automatische Verfolgung und Speicherung) wichtiger Parameter, wie z. B. Objekttisch-, Optik-, Beleuchtungs-, und Kameraeinstellungen, für schnellen Abruf; > > Schnelles und einfaches Neigen des Mikroskopkopfs und Drehen der Probe; > > Integriertes LED-Ringlicht und Koaxialbeleuchtung ermöglichen vielseitige Kontrasteinstellungen; > > Hochleistungsfähige Digitalkamera mit schnellem Live-Bild und 10-MP-Auflösung; sowie > > Durch Software aktivierte/unterstützte Aufnahmemodi, z. B. XY- und XYZ-Stitching und High-Dynamic-Range (HDR) etc. Der vorliegende Bericht erläutert, wie die ersten drei genannten Punkte zu einem schnelleren, zuverlässigeren Arbeitsablauf beitragen.

3 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP 3 Schnelle und einfache Einrichtung Der Betrieb des Digitalmikroskops Leica DVM6 erfordert lediglich ein Stromkabel sowie ein USB-Kabel zum Anschluss an einen Computer, auf dem die Software Leica Application Suite X (LAS X) ausgeführt wird. Sobald ein Objektiv eingesetzt wurde, ist das Leica DVM6 einsatzbereit für Inspektion, Qualitätskontrolle/-sicherung und Fehleranalyse. Der maximale Arbeitsabstand beträgt 60 mm, der Verfahrbereich des Objekttischs 70 x 50 mm und das maximale Probengewicht 2 kg. Die nachstehenden Abbildungen zeigen ein Leica DVM6 mit einer Leiterplatte auf dem Objekttisch, eine Leiterplatte und einen Teil dieser Leiterplatte in geringer Vergrößerung. Bestückte Leiterplatte. Digitalmikroskop Leica DVM6 mit bestückter Leiterplatte auf dem Objekttisch. Bei geringer Vergrößerung aufgenommenes Bild eines Bereichs der Leiterplatte.

4 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP Messung, Analyse und Bedienung mit intuitiver Software Um mit einem Digitalmikroskop einen schnelleren und zuverlässigeren Arbeitsablauf bei der Inspektion, Qualitätskontrolle und Fehleranalyse zu erzielen, ist ein intuitives Softwarepaket mit zahlreichen Funktionen für Mikroskopsteuerung, einfache, aber flexible Bildaufnahme und Probenanalyse unerlässlich. Beispielsweise bietet die beim Leica DVM6 eingesetzte Software Leica Application Suite X (LAS X) die Möglichkeit, in Umgebungen, wo dasselbe Mikroskop von mehreren Personen genutzt wird, mehrere Benutzerprofile zu speichern. Zudem können Benutzer mithilfe der Z-Stapel-Funktion von LAS X Benutzer Bilder in verschiedenen Fokusebenen über einen definierten Z-Bereich einer Probenstruktur oder der gesamten Probe aufnehmen. Der Modus "Erweiterte Schärfentiefe" liefert ein Multifokusbild, ohne dass Anfangs- oder Endwerte festgelegt werden müssen. Sowohl die Funktion Z-Stapel als auch die Funktion "Erweiterte Schärfentiefe" ermöglicht die schnelle Darstellung und Analyse dreidimensionaler topographischer Oberflächen [1] einer Probe. Außerdem können Benutzer mit der Software LAS X verschiedene Modi für einen großen XY Scan, wie z. B. Markieren und Suchen, Kachelscan und Spiralscan, wählen. Ein interaktiver Modus namens Live Image Builder für XY (2D-Bild), Z (3D-Bild) und XYZ (3D-Bild über erweiterten Bereich) ist ebenfalls verfügbar. Es folgen Beispiele für die 3D-Probenanalyse einer bestückten Leiterplatte und einer SMD-Hybridprobe (SMD = Surface Mounted Device) mit LAS X. Auch die Berichterstellung per Mausklick wird erläutert. 3D-Bild eines Bereichs einer bestückten Leiterplatte mit IC-Chips (IC = integrierte Schaltung) und einer Lötstelle. Es wurde mit einem Leica DVM6 im Modus "Erweiterte Schärfentiefe" von LAS X aufgenommen. Siehe auch dasselbe Bild rechts mit Farb-Z-Skala. Dasselbe 3D-Bild wie links, mit Farb-Z-Skala. 2D-Bild eines Bereichs einer bestückten Leiterplatte mit einem Kondensator und einem Teil eines IC-Chips. Aufgenommen mit einem Leica DVM6 im Modus "Erweiterte Schärfentiefe". Rechts ist das 3D-Bild dieses Bereichs zu sehen. 3D-Bild desselben Bereichs der bestückten Leiterplatte wie links. Verschiedene Messungen, wie z. B. Schritthöhe, Winkel und Volumen, wurden durchgeführt. 4

5 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP 5 2D-Bild eines Teils einer SMD-Hybridprobe mit Transistoren oder Dioden. Aufgenommen mit einem Leica DVM6 im Modus "Erweiterte Schärfentiefe". 3D-Bild des links abgebildeten SMD-Teils. Verschiedene Messungen, wie z. B. Profil, Schritthöhe und Volumen, wurden durchgeführt. 2D-Bild eines Bereichs einer bestückten Leiterplatte mit IC-Chip und Kondensator. Aufgenommen mit einem Leica DVM6 im Modus "Erweiterte Schärfentiefe". Rechts ist das 3D-Bild dieses Bereichs zu sehen. 3D-Bild des links abgebildeten Bereichs einer bestückten Leiterplatte. Messungen von Bereich, Volumen, Schritthöhe, Länge etc. wurden durchgeführt. Ein Bericht wird durch Klicken auf Export (durch gelben Rahmen markiert) als Excel-Datei erstellt. Auf Messungen basierender Bericht: Die Zusammenfassung in der Excel-Datei zeigt die erste Seite des Berichts mit 2D-Bild des Leiterplattenbereichs. Auf Messungen basierender Bericht: Das Bild in der Excel-Datei zeigt Messungen und 3D-Bild des Leiterplattenbereichs.

6 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP Schneller Vergrößerungswechsel über einen großen Bereich Die Objektivlinsen des Leica DVM6 lassen sich im laufenden Betrieb schnell, einfach und nahezu ohne Verzögerung des Arbeitsablaufs austauschen. Dieses Online-Video zeigt, wie einfach der Objektivwechsel ist [2]. Es stehen drei plan-apochromatische Objektive, also Objektive mit chromatischer Korrektur über rote, grüne und blaue Wellenlängen und Planheitskorrektur über das gesamte Gesichtsfeld, zur Auswahl: geringe, mittlere und hohe Vergrößerung. Mit der integrierten 16:1 Zoomoptik können mit dem empfohlenen 27-Zoll-Bildschirm nach ISO/DIN Gesamtvergrößerungswerte von 12:1 bis 2350:1 erzielt werden [3]. Die Zoomoptik arbeitet mit den drei Objektiven zusammen und ermöglicht einen kontinuierlichen Vergrößerungswechsel über den gesamten Bereich. Dabei ist zu beachten, dass der endgültige Vergrößerungswert in der Digitalmikroskopie von der Größe des für die Bildanzeige verwendeten Bildschirms abhängig ist [3]. Wie bereits erwähnt, empfiehlt sich beim Leica DVM6 die Verwendung eines Bildschirms mit einer Diagonale von 27 Zoll (69 cm). Die nachfolgenden Bilder wurden mit dem Leica DVM6 mit verschiedenen Objektiven mit geringer, mittlerer und hoher Vergrößerung aufgenommen. Bild eines elektronischen Sensors: unterer Vergrößerungsbereich (schwach vergrößerndes Objektiv). Bild eines elektronischen Sensors: mittlerer Vergrößerungsbereich (mittel vergrößerndes Objektiv). Bild eines elektronischen Sensors: oberer Vergrößerungsbereich (stark vergrößerndes Objektiv). 6

7 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP 7 Codierte Parameter des Digitalmikroskops Leica DVM6 Ein Gerät, dessen Hardware durch direkte Kommunikation mit Computersoftware bestimmte Parameter automatisch nachvollziehen und speichern kann, wird als codiertes Gerät bezeichnet. So lassen sich Parameter und Einstellungen schnell abrufen. Codierung ist im Hinblick auf Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit von unschätzbarem Wert und ermöglicht auch einen effizienteren Arbeitsablauf. Beim Leica DVM6 werden Objektiv und Zoomoptik, Kameraauflösung, Objekttischposition und -drehwinkel (sowohl bei manueller als auch bei motorischer Drehung), Neigungswinkel des Mikroskopkopfs und Einstellungen des Beleuchtungssystems über die Software LAS X codiert und gespeichert. Es folgt ein Beispiel für die Codierung einiger dieser Parameter. Bedienfeld von LAS X für das Leica DVM6. Der Gesamtvergrößerungswert (19x, <2.00> ist der Zoomfaktor) von Objektiv und Zoomoptik, der Neigungswinkel des Mikroskopkopfs (5 ) und der Tischdrehwinkel (20 ) sind codiert. Dieselben Parameter werden auch unten rechts angezeigt. Untere rechte Ecke der oben abgebildeten LAS X-Anzeige. Das Sichtfeld oder Objektfeld (in obigen Abbildungen durch grünen Rahmen markiert) ist ebenfalls codiert (Objektiv und Zoomoptik).

8 MIKROELEKTRONIK TEIL 1: BESTÜCKTE LEITERPLATTEN SCHNELL UND ZUVERLÄSSIG MT DEM DIGITALMIKROSKOP 8 Schlussfolgerungen Das Digitalmikroskop Leica DVM6 ermöglicht eine effiziente und zuverlässige Inspektion, Qualitätskontrolle und -sicherung sowie Fehleranalyse bei Mikroelektronikteilen, wie z. B. bestückten Leiterplatten. Im vorliegenden Bericht wurden drei seiner Vorteile beschrieben: intuitive Software mit zahlreichen Funktionen für Mikroskopbedienung, Bildaufnahme und Datenanalyse; bequemer, schneller Vergrößerungswechsel über den gesamten Bereich, von 12:1 bis 2350:1; sowie Codierung aller wichtigen Parameter und Einstellungen (Optik, Kamera, Objekttisch, Kopf und Beleuchtung) für einfachen, schnellen Abruf. Dank dieser Funktionen können Nutzer des Leica DVM6 eine schnelle, zuverlässige Datenerfassung und -analyse durchführen und die Effizienz von Arbeitsabläufen in der Inspektion, Qualitätssicherung und Fehleranalyse erhöhen. Weiterführende Literatur 1. D. Göggel, G. Schlaffer, 3D Visualization of Surface Structures, Vertical Resolution Small Steps, Big Effect, Science Lab; Leica DVM- 3D Visualisierung; Vertikale Auflösung im Spannungsfeld von Numerischer Apertur und Schärfentiefe 2. Objektivwechsel: Plug & See, Leica DVM6 Produktseite 3. J. A. DeRose, M. Doppler, Ist eine fache Vergrößerung bei der Digitalmikroskopie wirklich förderlich?; J. A. DeRose, M. Doppler, What Does 30,000:1 Magnification Really Mean? Some Useful Guidelines for Understanding Magnification in Today s New Digitalmikroskop Era, Science Lab KONTAK- TIEREN SIE UNS! Leica Microsystems (Schweiz) AG. Max-Schmidheiny-Strasse Heerbrugg, Schweiz T F Copyright by Leica Microsystems (Schweiz) AG, CH-9435 Heerbrugg, 10/2015. Änderungen vorbehalten. LEICA und das Leica Logo sind eingetragene Marken der Leica Microsystems IR GmbH.