USB 드라이브 안에는 무엇이 있나요?
3D 패키징 및 나노 AVT를 위한 X-선 방사선 촬영 및 X-선 단층 촬영
이 문서에서
- X-레이 CT로 USB 드라이브 미세 구조를 밝혀내다: 웨이게이트 테크놀로지스는 고해상도 X-레이 방사선 촬영과 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 사용하여 32GB USB 플래시 드라이브의 내부 구조를 비파괴 검사함으로써 첨단 전자제품 검사 역량을 선보였습니다.
- 시스템 인 패키지(SiP) 설계 분석: 이 연구는 최신 SiP 패키징을 평가하는 데 중요한 스택 메모리 다이, 본딩 와이어, 수동 부품을 포함한 USB 장치의 내부 레이아웃을 CT 이미징을 통해 어떻게 노출시켰는지를 강조합니다.
- 비교 기술 평가: 이 사례 연구는 2008년과 2012년의 USB 드라이브를 비교하여 CT의 발전이 나노 패키징 및 마이크로 전자 어셈블리에 대한 가시성을 어떻게 향상시켰는지 보여줍니다.
- 기존 방사선 촬영을 능가하는 CT 이미징: X-선 방사선 촬영은 제한된 2D 인사이트를 제공했지만, CT 스캔은 상세한 3D 재구성을 통해 내부 특징과 결함을 정밀하게 시각화할 수 있었습니다.
- 전자제품의 비파괴 검사 벤치마크: USB 드라이브는 비파괴 검사(NDT) 방법을 벤치마킹하기 위한 참조 대상으로 사용되어 연구자들이 다양한 검사 기술의 기능과 한계를 평가하는 데 도움을 주었습니다.
나노 패키징 기술을 위한 비파괴 검사 방법의 평가
새로운 패키지와 새로운 패키징 기술에는 그에 맞는 고해상도 비파괴 검사 방법이 필요합니다. 하지만 나노 패키징 결함을 이미지화할 수 있는 검사 방법은 무엇일까요? 다양한 검사 기술의 가능성과 한계를 파악하기 위해서는 평가 기술을 개발할 필요가 있습니다. 한 가지 방법은 소위 참조 물체와 결함 샘플을 사용하는 것입니다. 비파괴 검사 방법을 평가하는 세 번째 방법은 USB 메모리 장치와 같이 부피와 복잡성이 제한된 전자 시스템을 사용하는 것입니다.
2008년의 최첨단 기술인 X-레이 기법을 통한 USB 메모리 장치 평가
NDT 방법을 평가하는 흥미로운 사례는 메모리 크기가 2GB인 마이크로 USB 메모리 장치였습니다. 이 조사는 독일 드레스덴 공과대학교에서 수행되었습니다. 이 메모리 장치 내부의 전자 부품은 폴리머 커버가 있는 금속 케이지에 들어 있는 시스템 인 패키지(SiP)로 설계되었습니다. 내부 구조를 평가하기 위해 X-선 방사선 촬영과 X-선 CT가 사용되었습니다(180kV Phoenix Nanome|x 및 Nanotom 시스템). X-선 방사선 촬영 결과는 내부 구성 요소를 보여 주었지만 경사면 검사에서도 3차원에 대한 정보가 좋지 않았습니다.
PCB, 일부 수동 부품(커패시터 및 저항기), 컨트롤러 다이의 본딩 와이어와 메모리(소재 Au), 수정 발진기 및 액티비티 LED가 보였습니다. 내부 구조와 부품의 위치에 대한 자세한 정보는 4개의 메모리 다이가 적층된 본딩 영역을 보여주는 CT 결과를 통해 확인할 수 있었습니다. 이는 비교적 저렴한 제품을 위한 최첨단 패키징 기술로, 2008년 당시 이 USB 메모리 장치의 가격은 약 미화 23달러였습니다.
2012년 당시 최첨단 기술인 X-레이 기술을 통한 USB 메모리 장치 평가
드레스덴 공과대학교와 Waygate Technologies의 동료들이 토론하는 과정에서 2008년의 조사 결과와 2012년의 USB 메모리 장치를 비교하자는 아이디어가 떠올랐습니다. 질문은 다음과 같았습니다:
- 현재 메모리 장치를 생산하기 위해 어떤 기술이 사용되었는가?
- 기술 로드맵의 진술이 이 시장에 유효한가요?
- 최신 엑스레이 검사 기술에서는 어떤 세부 사항을 볼 수 있을까요?
이 평가를 위해 32GB USB 메모리 장치가 선택되었고, 독일 분스토르프에 위치한 웨이게이트 테크놀로지스 시설에서 다양한 해상도로 다양한 CT 스캔이 수행되었습니다. CT 결과의 시각화는 독일 하이델베르크에 있는 Volume Graphics에서 수행했습니다.
세부 보기와 가상 단면을 통해 디바이스의 구조와 사용된 기술에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있었습니다. PCB, 소수의 수동 소자, 컨트롤러 다이 및 두 개의 적층 메모리 다이가 CT 이미지에 보입니다. CT 결과를 분석한 결과 패키징 기술은 2008년 이후 거의 동일하다는 것을 알 수 있었습니다. 개발의 진전은 반도체 산업, 이 경우에는 메모리 생산업체의 영향을 받습니다. 하지만 한 가지 놀라운 사실이 있었습니다:
바로 다이의 본딩 패드에 있는 와이어 본드입니다.
CT 결과, 특히 2D 가상 단면을 분석하는 동안 컨트롤러 다이 표면의 구조가 발견되었습니다. 사진을 더 자세히 분석한 결과, 금속화 층과 다이의 와이어 본딩 연결부가 나타났으며, 이는 나중에 EDX 분석을 통해 알루미늄 코팅이 된 텅스텐 흔적으로 확인되었습니다.
이 놀라운 결과는 지난 몇 년 동안 엑스레이 검출기가 얼마나 빠르게 발전했는지를 보여줍니다. CT 촬영은 Phoenix의 14비트 그레이스케일 온도 안정화 DXR 엑스레이 디텍터와 CsI 신틸레이터를 사용하여 수행되었습니다. 이러한 결과를 확인한 후 비교를 위해 동일한 USB 메모리 장치에서 Gd2O3 신틸레이터가 장착된 12비트 X-선 디텍터를 사용하여 추가 CT 스캔을 수행했습니다. 이 CT에서는 다이 표면의 구조가 사진의 노이즈와 거의 비슷하게 잘 보이지 않았습니다.
결론
비파괴 X선 기술(특히 CT)은 소형화된 전자 패키지의 평가 및 특성 분석에 매우 중요하고 필수적입니다. 이러한 방법으로 우수한 결과를 얻으려면 샘플의 우수한 재료 대비와 X선 시스템의 높은 해상도가 필요합니다. 내부 구조가 알려진 샘플을 사용하는 것은 비파괴 검사 방법을 평가하는 데 유용한 방법입니다.
다양한 기술 시대의 다양한 USB 메모리 장치를 검사하면 반도체 개발의 우위를 알 수 있습니다. 전자 패키징의 진화는 반도체가 요구하는 대로 더 많은 파도를 타고 진행됩니다.
이러한 조사의 또 다른 결과는 최신 14비트 온도 안정화 X선 디텍터에 대한 평가입니다. 이 디텍터는 매우 높은 대비와 낮은 노이즈의 엑스레이 사진을 제공할 수 있습니다. 실리콘 다이의 매우 얇은 구조도 감지할 수 있습니다.
이 문서에 설명된 CT 스캔의 복셀 데이터를 기반으로 한 흥미로운 고해상도 3D 평가 동영상을 보려면 아래 링크를 클릭하세요!