Que contient ma clé USB ?

Les nouveaux emballages et les nouvelles technologies d'emballage nécessitent des méthodes de contrôle non destructif haute résolution correspondantes. Mais quelles sont les méthodes d'essai capables d'imager les défauts des nano-emballages ? Il est nécessaire de mettre au point des techniques d'évaluation pour déterminer les possibilités et les limites des différentes technologies d'inspection. L'utilisation d'objets dits de référence et d'échantillons de défauts en est un exemple. Une troisième façon d'évaluer les méthodes de contrôle non destructif consiste à utiliser des systèmes électroniques d'un volume et d'une complexité limités, tels qu'une clé USB.

Un exemple intéressant d'évaluation des méthodes de CND est celui d'un dispositif de mémoire micro USB de 2 Go. Ces recherches ont été effectuées à l'université de technologie de Dresde, en Allemagne. La partie électronique à l'intérieur de ce dispositif de mémoire a été conçue comme un système en boîtier (SiP) logé dans une cage métallique avec un couvercle en polymère. Pour évaluer la structure intérieure, on a utilisé la radiographie à rayons X et la tomographie à rayons X (systèmes Phoenix Nanome|x et Nanotom de 180 kV). Les résultats de la radiographie aux rayons X ont montré les composants internes, mais même en vue oblique, l'inspection n'a fourni que de maigres informations sur la troisième dimension.

Le circuit imprimé, certains composants passifs (condensateurs et résistances), les fils de liaison du contrôleur et des mémoires (matériau Au), l'oscillateur à cristal et la DEL d'activité étaient visibles. Pour en savoir plus sur la structure interne et l'emplacement des composants, les résultats du scanner ont révélé la zone de collage de quatre matrices de mémoire empilées. Il s'agissait d'une technologie d'emballage de pointe pour des produits relativement peu coûteux - le prix de cette clé USB était d'environ 23 USD en 2008.

Lors d'une discussion entre des collègues de l'université de technologie de Dresde et de Waygate Technologies, l'idée est née de comparer les résultats de l'enquête de 2008 avec des dispositifs de mémoire USB de 2012. Les questions étaient les suivantes :

• Quelles sont les technologies utilisées pour produire les dispositifs de mémoire actuels ?
• Les feuilles de route technologiques sont-elles valables pour ce marché ?
• Quels détails sont visibles avec les technologies d'inspection par rayons X les plus récentes ?

Pour réaliser cette évaluation, une clé USB de 32 Go a été choisie et différents tomodensitogrammes de différentes résolutions ont été réalisés dans les locaux de Waygate Technologies à Wunstorf (Allemagne). La visualisation des résultats de la tomodensitométrie a été réalisée par Volume Graphics à Heidelberg (Allemagne).

Des vues détaillées et des coupes transversales virtuelles ont permis d'obtenir davantage d'informations sur la construction de l'appareil et sur les technologies utilisées. Le circuit imprimé, un petit nombre d'éléments passifs, le contrôleur et deux mémoires empilées sont visibles sur les images de tomographie assistée par ordinateur. L'analyse des résultats de la tomographie assistée par ordinateur a montré que les technologies d'emballage sont pratiquement les mêmes depuis 2008. L'évolution du développement est influencée par l'industrie des semi-conducteurs - dans ce cas, par le producteur de mémoire. Mais un détail a été très surprenant :

L'analyse des résultats de la tomodensitométrie, en particulier des coupes virtuelles en 2D, a mis en évidence des structures sur la surface de la matrice du contrôleur. Une évaluation plus détaillée des images a montré des couches de métallisation et des connexions de liaison de fils sur la matrice, qui ont ensuite été identifiées par analyse EDX comme des traces de tungstène avec un revêtement d'aluminium.

Ces résultats surprenants témoignent de l'évolution rapide des détecteurs de rayons X au cours des dernières années. L'enregistrement CT a été effectué avec le détecteur de rayons X DXR à 14 bits à niveaux de gris stabilisés par la température de Phoenix avec un scintillateur CsI. Après avoir obtenu ces résultats, un scan supplémentaire a été effectué avec un détecteur de rayons X 12 bits avec un scintillateur Gd2O3 sur la même clé USB, à des fins de comparaison. Cette tomographie n'a montré que faiblement les structures à la surface de la puce - presque le bruit dans les images.

Les techniques non destructives à rayons X (en particulier la tomographie) sont très importantes et essentielles pour l'évaluation et la caractérisation des boîtiers électroniques miniaturisés. Pour obtenir d'excellents résultats avec ces méthodes, il faut un bon contraste des matériaux de l'échantillon et une haute résolution du système à rayons X. L'utilisation d'échantillons dont la structure interne est connue est un moyen utile d'évaluer les méthodes de contrôle non destructif.

L'inspection de différents dispositifs de mémoire USB à différents âges technologiques montre la prédominance du développement des semi-conducteurs. L'évolution de l'emballage électronique se fait plutôt par vagues - comme les semi-conducteurs le demandent.

Un autre résultat de ces recherches est l'évaluation des derniers détecteurs de rayons X 14 bits stabilisés en température. Ces détecteurs sont capables de fournir des images à rayons X avec un contraste très élevé et un faible bruit. Des structures très fines sur des matrices en silicium sont détectables.

Pour visionner un film d'évaluation 3D haute résolution fascinant, basé sur les données de voxels des tomodensitogrammes décrits dans cet article, cliquez sur le lien ci-dessous !