Analysis of a CMOS Chip Circuit Board using the stand-alone FTIR Microscope LUMOS II

Význam tématu

Analýza kontaminací a materiálových vrstev na elektronických součástkách je klíčová pro zajištění spolehlivosti moderních mikroelektronických zařízení. I mikroskopicky malé nečistoty mohou způsobit selhání, snížit kvalitu obrazu nebo zhoršit elektrické vlastnosti. FTIR mikroskopie umožňuje chemickou identifikaci organických i anorganických látek s vysokým prostorovým rozlišením, což je nezbytné pro rychlé odhalení původu a složení nežádoucích látek.

Cíle a přehled studie

Cílem application note AN M106 je demonstrovat použití samostatného FTIR mikroskopu LUMOS II pro detekci a identifikaci kontaminací na plošném spoji a CMOS snímači digitalního fotoaparátu. Studie upozorňuje na postup vizuální inspekce, výběr měřících bodů a následnou spektrální analýzu s využitím knihovny spekter.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu byl nasazen stand-alone FTIR mikroskop LUMOS II, který kombinuje integrovaný FTIR spektrometr, motorický stolek a video-kameru. Hlavní vlastnosti:

• Režimy měření: ATR, transmisní a reflektance
• Automatizované pozicování a měření včetně pozadí a vzorku
• Video-wizard v softwaru OPUS pro uživatelské vedení krok za krokem
• Možnost vytvářet mapování vzorku s vysokým rozlišením

Spektrální identifikace proběhla porovnáním naměřených spekter s vestavěnou knihovnou referenčních spekter.

Hlavní výsledky a diskuse

1) CMOS snímač:

• Na povrchu Bayerovy matice (filtr s jednotlivými červenými, zelenými a modrými body ~3 µm) byly nalezeny dvě typy kontaminace. Čistá oblast odpovídala poly(methylmethakrylátu):butadienu, což naznačuje přítomnost ochranné polymerní vrstvy.
• Kontaminace na matrici byla identifikována jako alifatická polyamidní látka (protein či nylonový derivát).
• Kovové kontakty vykazovaly ploché spektrum bez absorpčních pásů, což odpovídá čistému kovovému povrchu.

2) Plošný spoj s pozlaceným kontaktem:

• Malenká tmavá část na zlatém kontaktu opět vykazovala spektrum polyamidu.
• Povrch, který na první pohled vypadal čistě, obsahoval tenkou vrstvu lipidů detekovatelnou v infračerveném spektru.
• Okrajová tmavá linka kolem kontaktu odpovídala epoxidové pryskyřici (nenalakovaný substrát).
• Silikonová pájecí maska pokrývající většinu desky byla charakterizována typickým spektrem silikonového pryskyřice.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a přesná identifikace mikromateriálů a kontaminací na ploše řádu mikrometrů
• Automatizace měření s minimálními nároky na zkušenosti obsluhy
• Možnost analýzy organických i anorganických složek bez potřeby předběžné přípravy vzorku
• Redukce času a nákladů na odstraňování výrobních vad a důkladné QA/QC v elektronice

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další miniaturizace a integrace FTIR mikroskopů přímo do výrobních linek
• Rozvoj pokročilých softwarových nástrojů pro automatické zpracování a klasifikaci spekter
• Propojení s datovými systémy průmyslu 4.0 pro online monitorování kvality
• Rozšíření na oblasti farmacie, biomedicíny či materiálového výzkumu pro analýzu složitých vzorků

Závěr

Stand-alone FTIR mikroskop LUMOS II představuje kompaktní a uživatelsky přívětivé řešení pro detailní chemickou analýzu malých mikrostruktur. Díky plně automatizovaným měřením a rychlé identifikaci v knihovně spekter lze významně zkrátit dobu detekce a lokalizace kontaminací v mikroelektronice a dalších odvětvích.