From Eye to Insight. Bestückte Leiterplatten schnell und zuverlässig mit dem Digitalmikroskop prüfen TECHNISCHER BERICHT MIKROELEKTRONIK TEIL 2

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1 From Eye to Insight TECHNISCHER BERICHT MIKROELEKTRONIK TEIL 2 Bestückte Leiterplatten schnell und zuverlässig mit dem Digitalmikroskop prüfen AUTOREN James DeRose Scientific Writer, Stereo & Digital Microscopy Marketing, Leica Microsystems, Schweiz Giancarlo Parma Application Specialist Leica Microsystems, Italien

2 2 Probeninspektion mit dem Digitalmikroskop Digitalmikroskope werden in der Inspektion, Qualitätskontrolle und -sicherung, Fehleranalyse sowie Forschung und Entwicklung von mikroelektronischen Bauteilen, insbesondere bei der Herstellung bestückter Leiterplatten, eingesetzt. Sie sind praktisch und machen Arbeitsabläufe effizient. In diesem Bericht werden einige Funktionen beschrieben, die die Vorteile von Digitalmikroskopie erklären: i) schnelles, einfaches Kippen und Drehen zur Darstellung der Probe aus verschiedenen Blickwinkeln, ii) integrierte Beleuchtung für verschiedene Kontrastierungen, iii) Bildgebung mit High Dynamic Range (HDR) und iv) Mosaikübersicht über einen größeren Bereich der Probe. Digitalmikroskope haben keine Okulare das Bild wird direkt an einem Monitor betrachtet. Mit dem Digitalmikroskop Leica DVM6 zum Beispiel können Anwender bei der Inspektion von mikroelektronischen Bauteilen rasch und effizient hochwertige, zuverlässige Bilddaten aufnehmen und bequem Messungen und Analysen durchführen. Wie können Digitalmikroskope zu effizienteren Arbeitsabläufen in der Inspektion beitragen? Arbeitsabläufe in der Inspektion, Qualitätskontrolle und -sicherung sowie Forschung und Entwicklung können durch folgende Funktionen des Leica DVM6 effizienter werden: > > Schnelles und einfaches Kippen des Mikroskopkopfs und Drehen des Tisches; > > Mosaikübersichten der Probe, z. B. XY- und XYZ-Stitching; > > Vielseitige Kontrastierungen zur besseren Darstellung der Probenstrukturen durch integriertes LED-Ringlicht, Koaxialbeleuchtung sowie optionale Beleuchtungsadapter; > > High Dynamic Range (HDR) Funktionalität für optimierte Bildgebung [1,2]; > > Intuitive Software für die Mikroskopbedienung und Analysen [3]; > > Effizienter, einfacher Vergrößerungswechsel über den gesamten Zoombereich (12:1 bis 2350:1) [3]; > > Kodierung: automatische Speicherung wichtiger Aufnahmeparmeter, wie z. B. Einstellungen von Tisch, Optik, Beleuchtung, und Kamera, damit sich Prüfungen schnell wiederholen lassen [3]; sowie > > Schnelles Live-Bild und hochleistungsfähige Digitalkamera mit 10-MP-Auflösung [1,4]. Der vorliegende Bericht erläutert, wie die ersten vier genannten Punkte zu einem schnellen, zuverlässigen Arbeitsablauf in der Mikro elektronikindustrie beitragen. Weitere Funktionen des Leica DVM6 wurden bereits in einem vorherigen Bericht beschrieben [3].

3 3 Einfache Einrichtung und Bedienung Das Digitalmikroskop Leica DVM6 ist einfach einzurichten und zu bedienen. Netzkabel einstecken, USB-Kabel an einen Computer anschließen, damit die Leica Application Suite Software in der Version X (LAS X) ausgeführt werden kann, Objektiv einsetzen und schon ist das DVM6 bereit für die Inspektion. Das nachstehende Foto zeigt das Digitalmikroskop Leica DVM6 mit einer Leiterplatte auf dem Objekttisch.

4 4 Leiterplatten aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten mittels Kippfunktion und Tischdrehung Ein schneller und zuverlässiger Arbeitsablauf bei der Inspektion von Leiterplatten erfordert oft eine Darstellung der komplexen 3D-Komponenten, wie Verstärker, Spannungsregler, Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Baugruppen usw., aus verschiedenen Blickwinkeln. Das Digitalmikroskop Leica DVM6 besitzt ein kippbares Zoommodul (-60 bis +60 ) und einen drehbaren Objekttisch (-180 und +180 ) [5]. Die nachstehenden Abbildungen zeigen bestückte Leiterplatten, die aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen wurden. Unterschiedliche Beobachtungswinkel können bei der Inspektion von Komponenten, wie z. B. gelöteten Anschlussdrähten, eingekreist in rot, von Bedeutung sein. Durch den Wechsel der Perspektive können verschiedene Teile der Anschlussdrähte und Komponenten sichtbar gemacht werden, die bei einer festen Draufsicht (0 Neigung) verborgen bleiben könnten. Ausschnitt einer Leiterplatte aufgenommen mit 0 Neigung des Mikroskopkopfs und 0 Tischdrehung. Die gelöteten Anschlussdrähte des Spannungsreglers (roter Kreis) lassen sich nur mittels Kipp- u. Drehfunktion genauer untersuchen. Derselbe Ausschnitt der Leiterplatte mit um +20 gekipptem Mikroskopkopf bei gleicher Tischposition auf 0. Gleicher Ausschnitt der Leiterplatte aufgenommen mit 0 Neigung und +30 Tischdrehung. Der eingekreiste Bereich zeigt die Anschlüsse des Spannungsreglers jetzt von der Seite. Derselbe Ausschnitt der Leiterplatte mit um +10 gekipptem Mikroskopkopf und +30 Tischdrehung.

5 5 Mosaikübersicht der Probe Bei der Inspektion bestückter Leiterplatten ist es oft hilfreich zunächst eine Übersicht mit geringer Vergrößerung und anschließend einen relevanten Bereich mit höherer Vergrößerung zu überprüfen. Die LAS X Software bietet verschiedene Modi für einen großen XY-(2D)-Scan, wie z. B. Markieren & Suchen, Kachelscan und Spiralscan. Beim Abtasten in X- und Y-Richtung werden mehrere Bilder der Probe im relevanten Bereich aufgenommen, die anschließend von LAS X zu einem Mosaikbild zusammengefügt werden [5]. Nachstehende Abbildung zeigt ein großes Mosaik-Übersichtsbild einer bestückten Leiterplatte. Mit dem Leica DVM6 aufgenommenes Mosaik-Übersichtsbild eines großen Bereichs einer bestückten Leiterplatte.

6 6 Vielseitige Beleuchtung für verschiedene Kontrastierung und High-Dynamic-Range-Bildgebung (HDR) Bei der Inspektion, Qualitätskontrolle, Fehleranalyse sowie Forschung und Entwicklung bestückter Leiterplatten erleichtern verschiedene Beleuchtungs- und Kontrastmethoden die Darstellung spezifischer Details oder Strukturen. Das Leica DVM6 ist mit einem integrierten LED-Ringlicht und Koaxialbeleuchtung ausgestattet. Zusätzlich ist Zubehör wie Durchlichtadapter, Diffusor und Polarisator erhältlich. Ringlicht und Durchlicht Die nachstehenden Abbildungen zeigen denselben Bereich der bestückten Leiterplatte einmal aufgenommen mit Ringlicht und Durchlichtadapter, sowie nur mit Hilfe des Durchlichtadapters. Das Durchlicht macht Öffnungen bzw. transparente oder durchlässige Schichten in den Leiterplatten sichtbar. Die meisten Öffnungen der Leiterplatte sind Bohrungen (Vias) [6]. Außerdem gibt es spezielle Schichten aus Glasfaser-Expoxid-Substrat, die einige der Vias umgeben. Ausschnitte einer Leiterplatte aufgenommen mit Ring- und Durchlicht. Hier ist durchscheinendes Licht durch die Vias erkennbar. Derselbe Teil der Leiterplatte wie oben, dieses Mal nur mit Durchlicht aufgenommen. Das Durchlicht scheint durch die Vias, sowie durch die durchlässigen Schichten (rote Pfeile) aus Glasfaser-Epoxid-Substrat.

7 7 Diffusor und Polarisator Nachstehende Abbildungen zeigen einen Bereich einer Leiterplatte, aufgenommen mit Ringlicht, sowie mit und ohne Beleuchtungszubehör (Durchlichtadapter, Diffusor oder Polarisator). Der Polarisator verhindert den Blendeffekt, der durch stark reflektierende Punkte, wie gelötete Anschlussdrähte, verursacht wird. Bei Aufnahmen mit gekipptem Mikroskopkopf verhindert der Diffusor die vom Lack des Glasfaser-Epoxid-Substrat verursachte Blendung. Durch Kippen und Durchlicht werden auch Details an den Innenwänden von Vias (Bohrungen) sichtbar. Aufnahme nur mit Ringlicht Aufnahme mit Ringlicht und Diffusor Aufnahme mit Ringlicht und Polarisator Aufnahme nur mit Ringlicht und um +10 gekipptes Zoommodul Aufnahme mit Ringlicht und Diffusor und um +10 gekipptes Zoommodul

8 8 Ausschnitt einer Leiterplatte mit um +15 gekipptem Zoommodul, Ringlichtbeleuchtung und Polarisator Derselbe Ausschnitt mit +15 gekipptem Zoommodul, Ringlicht, Gegenlicht, und Polarisator. Jetzt sind die Innenwände der Vias sichtbar, markiert mit rotem Pfeil. High Dynamic Range (HDR) Um zu dunkle oder zu helle Bereiche in einem Bild zu vermeiden, kann die HDR-Funktion (High Dynamic Range) genutzt werden [1,2]. Bei dieser Methode wird eine Bildserie mit verschiedenen Belichtungen aufgenommen. Die Software LAS X Software erstellt anschließend mithilfe verschiedener Algorithmen daraus ein zusammengesetztes Bild. Dies erfordert mehr Zeit für die Aufnahme eines Bildes, da mehrere Bilder der Probe mit unterschiedlicher Belichtung aufgenommen werden. Allgemeinen werden damit aber mehr Details der Probe im Bild sichtbar gemacht. Die nachstehenden Abbildungen zeigen einen Ausschnitt einer Leiterplatte mit und ohne HDR aufgenommen. Aufnahme mit Ringlichtbeleuchtung, ohne HDR. Blendeffekt durch gelötete Anschlussdrähte des Spannungsreglers (roter Kreis). Derselbe Ausschnitt mit Ringlichtbeleuchtung mit HDR. Kein Blendeffekt der gelöteten Anschlussdrähte erkennbar (roter Kreis).

9 9 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Das Digitalmikroskop Leica DVM6 ermöglicht eine effiziente und zuverlässige Inspektion bestückter Leiterplatten in der Qualitätskontrolle und -sicherung, Fehleranalyse sowie in der Forschung und Entwicklung. Im vorliegenden Bericht wurden folgende Vorteile erläutert: 1) verbesserte Inspektion von Leiterplattenkomponenten durch Wechsel des Betrachtungswinkels durch Kippen des Zoommoduls und Drehung des Objekttischs; 2) schneller Überblick über einen größeren Probenbereich mithilfe von Mosaikbildern (Stitching) für die effiziente Suche nach möglichen Defekten; 3) optimaler Kontrast zur besseren Darstellung von Strukturen auf Leiterplatten mittels integriertem LED-Ring- und Koaxiallicht sowie weiteren Beleuchtungsoptionen, wie Durchlicht, Diffusor und Polarisator; und 4) HDR-Bildgebung [1,2]. Dank all dieser Funktionen können Nutzer des Leica DVM6 Daten schnell und zuverlässig erfassen und analysieren, und dadurch Arbeitsabläufe effizienter machen. Weiterführende Literatur 1. C. Greb, P. Laskey, K. Schwab, Introduction to Digital Camera Technology: Basic principles, properties, possibilities, and compromises, Science Lab 2. D. Göggel, A. Schué, Trends in Microscopy: How Much "Digital" Do You Really Need?, Science Lab 3. J. DeRose, G. Schlaffer, Technischer Bericht Mikroelektronik Teil 1: Bestückte Leiterplatten schnell und zuverlässig mt dem Digitalmikroskop prüfen und analysieren, Produktseite zum Leica DVM6 4. U. Schmid, Digital Cameras: Beware of Pixel Mania, Science Lab 5. Produktseite zum Leica DVM6, Leica Microsystems 6. VIA (Elektronik), Wikipedia

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