三维立体成像X射线显微镜在元器件失效分析中的应用

在电子元器件失效分析中，工程师经常要借助各种分析设备或技术方法，找到导致元器件失效的“元凶”。其中非破坏性分析在失效分析中占有举足轻重的地位。常见的非破坏性分析方法包括外部检查、PIND、密封性检测、C-SAM、X射线检查等等。近几年，三维立体成像X射线显微镜（显微CT）逐渐进入电子元器件分析领域，推动了电子元器件非破坏性分析技术的快速发展。拥有一台显微CT，就像拥有一双“透视眼”，在无损状态下便能解析各类元器件的结构，再借助于分析软件便可以重构出元器件的三维模型，精确、快速地进行失效定位，在减少工作量、增加工作效率的同时提升失效分析的成功率。
显微CT的组成与原理
显微CT的成像系统主要由微焦点射线源、精密样品台、探测器、控制系统、成像和分析软件组成。微焦点射线源发射出来的X射线束在穿过待测样品时，由于样品中不同密度的材料对X射线的吸收率的不同而表现出不同的穿透率，经过探测器而形成对应的透视图像，再通过分析软件便可以重构出待测样品的三维立体图像。

图1 显微CT内部各部件之间关系原理图
显微CT的成像扫描过程：微焦点射线源和探测器保持不动，通过转台旋转获取不同角度的透视图像，转台旋转360°，完成一次圆周扫描，获取系列视图像。三维成像过程为：首先利用一次圆周扫描获取系列透视图像，然后采用相应的重建算法，重建样品区域内被测区域的吸收系数的三维分布。根据吸收系数的三维重建，进一步通过软件可以观察被测样品内部任意截面的信息，并可以对感兴趣部分进行三维渲染和展示。
典型应用案例
结构分析
显微CT完成扫描后，借用三维重构软件，可以得到BGA模块的三维模型（见图2）。此外，还可以选择自己感兴趣的区域进行局部重构（见图3），断层扫描（见图4）还可以帮我们了解到芯片基板中不同层的金属走线，以便我们在不破坏BGA模块的前提下，更为深入的了解其内部结构。

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