USBドライブの中身は？
3DパッケージングとナノAVTのためのX線ラジオグラフィーとX線トモグラフィー
この記事で
- X線CTがUSBドライブの微細構造を明らかに： ウェイゲート・テクノロジーズは、高解像度のX線ラジオグラフィーとCT（コンピュータ断層検査）を使用して、32GBのUSBフラッシュ・ドライブの内部構造を非破壊で検査し、高度なエレクトロニクス検査能力を実証しました。
- システム・イン・パッケージ（SiP）設計解析： この研究では、積層メモリ・ダイ、ボンディングワイヤ、受動部品など、最新のSiPパッケージの評価に不可欠なUSBデバイスの内部レイアウトをCT画像から明らかにしました。
- 比較技術評価： 2008年と2012年のUSBドライブを比較することで、CTの進歩がナノパッケージングやマイクロエレクトロニクスアセンブリの可視性をいかに向上させたかをケーススタディで示します。
- CT画像は従来のX線撮影を凌駕 ： X線X線撮影では2次元的な洞察に限界がありましたが、CTスキャンでは詳細な3次元再構成が可能なため、内部の特徴や欠陥を正確に可視化することができます。
- 電子機器における非破壊検査のベンチマーク： USBドライブは、非破壊検査(NDT)手法をベンチマークするための参照オブジェクトとして機能し、研究者が様々な検査技術の能力と限界を評価するのに役立ちます。
ナノ包装技術のための非破壊検査法の評価
新しいパッケージや新しい包装技術には、それに対応する高解像度の非破壊検査法が必要である。 しかし、どの検査方法がナノパッケージの欠陥を画像化できるのだろうか？ さまざまな検査技術の可能性と限界を見つけるためには、評価技術を開発する必要がある。 いくつかの方法は、いわゆる基準物や欠陥サンプルを使用することである。 非破壊検査法を評価する第3の方法は、USBメモリデバイスのような限られた体積で複雑な電子システムを使用することである。
X線技術によるUSBメモリ・デバイスの評価 - 2008年の最新技術
非破壊検査法を評価する興味深い例として、メモリサイズが2GBのマイクロUSBメモリが挙げられます。 この調査はドイツのドレスデン工科大学で行われました。 このメモリー・デバイスの内部の電子部品は、システム・イン・パッケージ（SiP）として設計され、ポリマー・カバー付きの金属製ケージに収納されている。 内部構造を評価するために、X線ラジオグラフィーとX線CTが使用された（180 kV Phoenix Nanome|xおよびNanotomシステム）。 X線ラジオグラフィの結果、内部の部品は確認できたが、斜視検査でも3次元に関する情報は乏しかった。
PCB、いくつかの受動部品（コンデンサーと抵抗）、コントローラーダイとメモリーのボンディングワイヤー（材質はAu）、水晶発振器とアクティビティーLEDが見えた。 内部構造と部品の位置に関する詳細情報は、CTの結果、4つの積層メモリ・ダイのボンディング領域が明らかになった。 2008年当時、このUSBメモリーの価格は約23米ドルであった。
X線技術によるUSBメモリーの評価-2012年の最新技術
ドレスデン工科大学の同僚とウェイゲート・テクノロジーズ社との話し合いの中で、2008年の調査結果と2012年のUSBメモリーを比較するアイデアが生まれた。 質問は以下の通りである：
- 現在のメモリー・デバイスの製造にはどのような技術が使われてきたか？
- 技術ロードマップの記述はこの市場に有効か？
- 最新のX線検査技術でどのような詳細が見えるのか？
この評価には32GBのUSBメモリーを使用し、ヴンストルフ（ドイツ）にあるウェイゲート・テクノロジーズの施設で解像度の異なるCTスキャンを実施しました。 CT結果の可視化は、ハイデルベルク（ドイツ）のVolume Graphics社によって行われた。
詳細ビューと仮想断面図により、デバイスの構造と使用された技術に関する詳細な情報が得られました。 PCB、少数の受動素子、コントローラ・ダイ、2つのスタック・メモリ・ダイがCT画像で確認できる。 CT結果の分析から、パッケージング技術は2008年からほぼ同じであることがわかった。 開発の進展は、半導体業界、この場合はメモリ・メーカーの影響を受ける。 しかし、ある細部には非常に驚かされた：
それは、ダイのボンディングパッド上のワイヤーボンドである。
CT結果、特に2D仮想断面の解析中に、コントローラーのダイ表面に構造が見つかりました。 この写真をさらに詳細に評価したところ、ダイ上のメタライゼーション層とワイヤーボンディング接続が確認され、後にEDX分析によって、これらはアルミニウムコーティングを施したタングステンの痕跡であることが判明しました。
これらの驚くべき結果は、ここ数年のX線検出器の急速な発展を示している。 CT記録は、CsIシンチレータを搭載したPhoenixの14ビット・グレースケール温度安定化DXR X線検出器で行われました。 この結果を受けて、比較のため、同じUSBメモリにGd2O3シンチレータを搭載した12ビットX線検出器でもCTスキャンを行いました。 このCTスキャンでは、ダイ表面の構造はほとんど写っていない。
結論
非破壊X線技術（特にCT）は、小型化された電子パッケージの評価と特性評価に非常に重要かつ不可欠である。 これらの手法で優れた結果を得るには、試料の良好な材料コントラストとX線システムの高分解能が必要です。 内部構造が既知のサンプルを使用することは、非破壊検査法を評価するのに有効な方法である。
異なる技術年代の異なるUSBメモリデバイスの検査は、半導体開発の優位性を示している。 エレクトロニクスのパッケージングの進化は、半導体と同様に波がある。
これらの調査のさらなる成果は、最新の14ビット温度安定化X線検出器の評価である。 これらの検出器は、非常に高いコントラストと低ノイズでX線画像を提供することができる。 シリコンダイ上の非常に薄い構造も検出できる。
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