Microelettronica

Circuiti integrati (IC) e componenti

I chip del wafer vengono poi integrati nei componenti.

I metodi di incapsulamento includono diverse tecnologie di interconnessione e rivestimento, tutte finalizzate all'estrema compattezza.

Le sezioni trasversali materialografiche di questi componenti minuscoli e altamente complessi sono utilizzate nello sviluppo, progettazione, controlli produzione e nell'analisi dei guasti. L'obiettivo dell'esame è esaminare cricche, vuoti, sfere di saldatura, strati conduttori e isolanti, collegamenti, ecc. Una zona ben definita all'interno dell'incapsulamento è spesso oggetto dell'esame; le applicazioni materialografiche includono quindi l'identificazione e la determinazione di questo obiettivo.

Anche componenti discreti come condensatori, resistenze, ecc. sono soggetti all'esame materialografico per analizzarne le imperfezioni geometriche e microstrutturali.

Schede a circuito stampato (PCB)

Le schede a circuito stampato (PCB) sono costituite da una sottile piastra base in resina epossidica/fibra di vetro o ceramica, strati metallici rivestiti in rame e fori placcati, detti anche "microvie".

La preparazione dei campioni di materiali PCB viene eseguita per contribuire a individuare i difetti del materiale del substrato, che contiene un assemblaggio elettronico.
Secondo i principali standard industriali, la qualità di un foro passante placcato su PCB dev'essere ispezionata materialograficamente. A tal fine, viene prodotto e preparato un provino (test coupon) in modo da poter ispezionare al microscopio il centro del foro placcato.

Inoltre, vengono studiati i collegamenti, la consistenza e gli spessori dei rivestimenti, principalmente in sezioni trasversali. Vengono utilizzati anche processi materialografici precisi per i PCB, poiché aree molto specifiche solitamente definiscono lo scopo dell'esame.

Taglio e campionatura

A seconda del tipo di campione da analizzare, è possibile eseguire il taglio con diverse troncatrici di precisione.

• Un telefono cellulare o una scheda PCB possono essere facilmente sezionati con una macchina manuale o automatica di medie dimensioni.
• Per il sezionamento di componenti singoli, piccoli o fragili, che richiedono una maggiore precisione, si consiglia una troncatrice di precisione.

• Per il taglio di materiali plastici si consiglia di utilizzare un disco diamantato galvanico o un disco diamantato con legante resina.

In ogni caso il taglio dev'essere eseguito sufficientemente lontano dall'area da osservare, per evitare di danneggiarla direttamente. Il materiale rimanente può essere accuratamente rimosso dopo il sezionamento. Più sarà accurata questa fase iniziale, meno sarà la probabilità di formazione di crepe nella ceramica, nei chip e nel vetro, o che si verifichi una delaminazione degli strati o dei punti di saldatura.

Per l'estrazione di coupon da PCB, viene utilizzata un'apparecchiatura di campionamento dedicata. Le tecniche di automazione e misurazione ottica consentono la perforazione e la fresatura ad alta precisione di coupon selezionati. Per campioni sensibili o di piccole dimensioni, si consiglia di impregnarli prima del taglio.

Prelevigatura e Lucidatura

Le apparecchiture convenzionali possono essere utilizzate per eseguire la prelevigatura e lucidatura di componenti microelettronici. L'allineamento dei campioni e il controllo della rimozione del materiale sono assicurati da speciali portacampioni, un'alternativa molto più precisa del metodo di prelevigatura manuale "grind-and-look".

• Nell'ambito della preparazione automatica, le sezioni trasversali e parallele di campioni inglobati e non inglobati possono essere prelevigati e lucidati con apparecchiture dedicate per raggiungere obiettivi visibili e nascosti.
• Le misurazioni laser possono assicurare una precisione di ± 5,0 µm, mentre la velocità di rimozione del materiale viene ricalcolata automaticamente durante il processo di preparazione.
• L'allineamento e la misurazione possono essere eseguiti utilizzando una telecamera per campioni con target visibile o tramite utilizzando raggi X per campioni con target nascosto.

Alcuni esempi di combinazioni di materiali da considerare nella scelta di metodi di prelevigatura e lucidatura, sono le sezioni parallele e trasversali di wafer di silicio sottili e fragili, matrici di sfere di saldatura (BGA), piombo o stagno, schede PCB con microvie placcate in rame su substrati ceramici fragili o polimerici duttili, sezioni trasversali di circuiti tra cui silicio, ceramica, oro, rame, alluminio e stagno di poche centinaia di micron.

Requisiti come quantità di rimozione, planarità, rilievo, ritenzione dei bordi e sbavatura, sono spesso decisivi per la scelta delle superfici e sospensioni per la prelevigatura e lucidatura. L'e-Metalog per i componenti elettronici contiene circa 25 metodi dedicati che coprono un'ampia combinazione di materiali e requisiti di preparazione.