¿Qué hay dentro de mi unidad USB?

Los nuevos envases y las nuevas tecnologías de envasado necesitan los correspondientes métodos de ensayo no destructivos de alta resolución. Pero, ¿qué métodos de ensayo son capaces de captar los defectos de los nanoenvases? Es necesario desarrollar técnicas de evaluación para averiguar las posibilidades y limitaciones de las distintas tecnologías de inspección. Algunas formas son el uso de los llamados objetos de referencia y muestras de defectos. Una tercera forma de evaluar métodos de ensayo no destructivos es el uso de sistemas electrónicos de volumen y complejidad limitados, como un dispositivo de memoria USB.

Un ejemplo interesante para evaluar los métodos END fue un dispositivo de memoria micro USB con 2 GB de memoria. Estas investigaciones se realizaron en la Universidad Tecnológica de Dresde, Alemania. La parte electrónica interior de este dispositivo de memoria se diseñó como sistema en paquete (SiP) alojado en una jaula metálica con cubierta de polímero. Para evaluar la estructura interior se utilizaron radiografías de rayos X y tomografías computarizadas de rayos X (sistemas Phoenix Nanome|x y Nanotom de 180 kV). Los resultados de la radiografía de rayos X mostraron los componentes interiores, pero incluso en la inspección oblicua sólo se disponía de escasa información sobre la 3ª dimensión.

Eran visibles la placa de circuito impreso, algunos componentes pasivos (condensadores y resistencias), los cables de unión del troquel controlador y las memorias (material Au), el oscilador de cristal y el LED de actividades. Para obtener más información sobre la estructura interior y la ubicación de los componentes, los resultados del TAC revelaron la zona de unión de cuatro troqueles de memoria apilados. Este era el estado del arte en tecnología de envasado para productos relativamente baratos: el precio de este dispositivo de memoria USB era de aproximadamente 23 dólares en 2008.

Durante un debate entre colegas de la Universidad Tecnológica de Dresde y Waygate Technologies surgió la idea de comparar los resultados de la investigación de 2008 con los dispositivos de memoria USB de 2012. Las preguntas eran

• ¿Qué tecnologías se han utilizado para fabricar los dispositivos de memoria actuales?
• ¿Son válidas para este mercado las afirmaciones de las hojas de ruta tecnológicas?
• ¿Qué detalles son visibles con las tecnologías de inspección por rayos X más recientes?

Para realizar esta evaluación se eligió un dispositivo de memoria USB de 32 GB y se realizaron diferentes escaneados CT con distintas resoluciones en las instalaciones de Waygate Technologies en Wunstorf (Alemania). Volume Graphics de Heidelberg (Alemania) se encargó de la visualización de los resultados del TAC.

Las vistas detalladas y los cortes transversales virtuales permitieron obtener más información sobre la construcción del dispositivo y las tecnologías utilizadas. La placa de circuito impreso, un pequeño número de pasivos, el troquel controlador y dos troqueles de memoria apilados son visibles en las imágenes de TC. El análisis de los resultados de TC mostró que las tecnologías de envasado son prácticamente las mismas desde 2008. El progreso en el desarrollo se ve afectado por la industria de semiconductores, en este caso por el fabricante de memorias. Pero un detalle fue muy sorprendente:

Durante el análisis de los resultados de TC, especialmente de las secciones transversales virtuales 2D, se han encontrado estructuras en la superficie del troquel del controlador. Una evaluación más detallada de las imágenes mostró capas de metalización y las conexiones de unión de cables en el troquel, que posteriormente se identificaron mediante análisis EDX como trazas de tungsteno con un recubrimiento de aluminio.

Estos sorprendentes resultados muestran el rápido desarrollo de los detectores de rayos X en los últimos años. La grabación de la TC se ha realizado con el detector de rayos X DXR de 14 bits en escala de grises y temperatura estabilizada de Phoenix con un centelleador de CsI. Después de encontrar estos resultados, se ha realizado una TC adicional con un detector de rayos X de 12 bits con un centelleador Gd2O3 en el mismo dispositivo de memoria USB por motivos de comparación. Este TAC mostró estructuras en la superficie del troquel sólo de forma pobre - casi el ruido en las imágenes.

Las técnicas no destructivas de rayos X (especialmente la TC) son muy importantes y esenciales para la evaluación y caracterización de paquetes electrónicos miniaturizados. Para obtener excelentes resultados con estos métodos es necesario un buen contraste del material de la muestra y una alta resolución del sistema de rayos X. El uso de muestras con estructuras internas conocidas es una forma útil de evaluar los métodos de ensayo no destructivos.

La inspección de diferentes dispositivos de memoria USB en diferentes edades tecnológicas muestra el dominio del desarrollo de los semiconductores. La evolución de los envases electrónicos se produce más bien en oleadas, como exige la de los semiconductores.

Otro resultado de estas investigaciones es la evaluación de los últimos detectores de rayos X estabilizados por temperatura de 14 bits. Estos detectores son capaces de proporcionar imágenes de rayos X con un contraste muy elevado y un bajo nivel de ruido. Se pueden detectar estructuras muy finas en matrices de silicio.

Para ver una fascinante película de evaluación en 3D de alta resolución basada en los datos de vóxel de los escáneres TC descritos en este artículo, siga el siguiente enlace.