O que há dentro da minha unidade USB?

Novas embalagens e novas tecnologias de embalagem precisam de métodos de teste não destrutivos de alta resolução correspondentes. Mas quais métodos de teste são capazes de gerar imagens de defeitos em nano embalagens? É necessário desenvolver técnicas de avaliação para descobrir as possibilidades e limitações das diferentes tecnologias de inspeção. Algumas formas são o uso dos chamados objetos de referência e amostras de defeitos. Uma terceira maneira de avaliar métodos de teste não destrutivos é o uso de sistemas eletrônicos com volume e complexidade limitados, como um dispositivo de memória USB.

Um exemplo interessante para avaliar os métodos NDT foi um dispositivo de memória micro USB com tamanho de memória de 2 GB. Essas investigações foram feitas na Universidade de Tecnologia de Dresden, Alemanha. A parte eletrônica interna desse dispositivo de memória foi projetada como System-in-Package (SiP), alojada em uma gaiola de metal com cobertura de polímero. Para avaliar a estrutura interna, foram usadas radiografia de raios X e tomografia computadorizada de raios X (sistemas Phoenix Nanome|x e Nanotom de 180 kV). Os resultados da radiografia de raios X mostraram os componentes internos, mas, mesmo na inspeção de visão oblíqua, apenas informações ruins sobre a terceira dimensão.

A placa de circuito impresso, alguns componentes passivos (capacitores e resistores), os fios de ligação da matriz do controlador e as memórias (material Au), o oscilador de cristal e o LED de atividades eram visíveis. Mais informações sobre a estrutura interna e a localização dos componentes mostraram os resultados da TC, revelando a área de ligação de quatro matrizes de memória empilhadas. Esse era o estado da arte em tecnologia de embalagem para produtos relativamente baratos - o preço desse dispositivo de memória USB era de aproximadamente US$ 23 em 2008.

Durante uma discussão entre colegas da Universidade de Tecnologia de Dresden e da Waygate Technologies, surgiu a ideia de comparar os resultados da pesquisa de 2008 com dispositivos de memória USB de 2012. As perguntas foram:

• Quais tecnologias foram usadas para produzir os dispositivos de memória atuais?
• As declarações de roadmaps de tecnologia são válidas para esse mercado?
• Quais detalhes são visíveis com as mais novas tecnologias de inspeção por raios X?

Para fazer essa avaliação, foi escolhido um dispositivo de memória USB de 32 GB e foram realizadas diferentes tomografias computadorizadas com diferentes resoluções nas instalações da Waygate Technologies em Wunstorf (Alemanha). As visualizações dos resultados da TC foram feitas pela Volume Graphics em Heidelberg (Alemanha).

As visualizações detalhadas e as seções transversais virtuais forneceram mais informações sobre a construção do dispositivo e das tecnologias usadas. A PCB, um pequeno número de passivos, a matriz do controlador e duas matrizes de memória empilhadas são visíveis nas imagens de TC. A análise dos resultados de TC mostrou que as tecnologias de empacotamento são praticamente as mesmas desde 2008. O progresso no desenvolvimento é afetado pelo setor de semicondutores - nesse caso, pelo produtor de memória. Mas um detalhe foi muito surpreendente:

Durante a análise dos resultados da TC, especialmente das seções transversais virtuais 2D, foram encontradas estruturas na superfície da matriz do controlador. Uma avaliação mais detalhada das imagens mostrou camadas de metalização e as conexões de ligação de fios na matriz, que foram posteriormente identificadas pela análise EDX como traços de tungstênio com um revestimento de alumínio.

Esses resultados surpreendentes mostram o rápido desenvolvimento dos detectores de raios X nos últimos anos. O registro da TC foi feito com o detector de raios X DXR de 14 bits em escala de cinza e temperatura estabilizada da Phoenix com cintilador CsI. Depois de encontrar esses resultados, foi realizada uma tomografia computadorizada adicional com um detector de raios X de 12 bits com cintilador Gd2O3 no mesmo dispositivo de memória USB para fins de comparação. Essa tomografia mostrou estruturas na superfície do molde apenas de forma fraca - quase o ruído nas imagens.

As técnicas não destrutivas de raios X (especialmente CT) são muito importantes e essenciais para a avaliação e a caracterização de pacotes eletrônicos miniaturizados. Para obter excelentes resultados com esses métodos, é necessário um bom contraste de material da amostra e uma alta resolução do sistema de raios X. O uso de amostras com estruturas internas conhecidas é uma maneira útil de avaliar métodos de teste não destrutivos.

A inspeção de diferentes dispositivos de memória USB em diferentes idades tecnológicas mostra a predominância do desenvolvimento de semicondutores. A evolução do empacotamento de eletrônicos ocorre mais em ondas - como exigem os semicondutores.

Um outro resultado dessas investigações é a avaliação dos mais recentes detectores de raios X estabilizados por temperatura de 14 bits. Esses detectores são capazes de fornecer imagens de raios X com um contraste muito alto e baixo ruído. Estruturas muito finas em matrizes de silício são detectáveis.

Para assistir a um fascinante filme de avaliação em 3D de alta resolução baseado nos dados de voxel das tomografias computadorizadas descritas neste artigo, acesse o link abaixo!