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首頁 技術頻道 毋須破壞分割樣品 3D X-ray檢測內部異常更精確

毋須破壞分割樣品 3D X-ray檢測內部異常更精確

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以非破壞性X-ray透視的技術,再搭配光學物鏡提高放大倍率進行實驗檢測,其實驗過程是將待測物體固定後進行360O旋轉,在這過程中收集各個不同角度的2D穿透影像,之後利用電腦運算重構出待測物體。

3D X-ray檢測試驗 毋須破壞分割

3D X-ray可以檢測哪些產品呢?以宜特科技為例,從2017年開始,使客戶執行3D X-ray檢測的上千件產品,除了一般IC外、包括3D IC、MEMS,甚至到PCB、PCBA、鋰電池/塑膠製品、系統成品,都不用破壞分割進行檢測。

至於那些材質產品,不適合用3D X-ray進行檢測?由於X-Ray的物理特性關係,當待測物同時存在高、低密度材料時,此時就不容易觀察待測物裡的低原子序屬性的材料,如矽Si(原子序14)、鋁Al(原子序13),所以要檢測Silicon Die或鋁線(Al Wire)就不適合用3D X-ray。

也就是說,如果已經封裝過的IC,由於裏頭存在高密度材質,包括Substrate、導線架(銅合金)、散熱片等,此時相對屬於低原子序的鋁線,就難以3D X-ray成像。

3D X-ray檢測內部缺陷 快速又有效

3D X-ray是判斷產品內部缺陷分析有效率且快速的方法,可檢測待測物內部結構及是否有缺陷、空洞(Void)、Crack、Open等異常。詳列如下:

.IC封裝中的缺陷檢驗如:打線的完整性檢驗、電測異常(Open/Short)、黑膠的裂痕、銀膠及黑膠的氣泡。

.PCB及載板(Substrate)製程中產生的缺陷,如線路製程不良、橋接、開路、電鍍孔製程品質檢驗、多層板各層線路配置分析。

.電子產品開路(Open)、短路(Short)或不正常連接的缺陷分析。

.錫球陣列封裝(BGA)及覆晶片封裝(Flip Chip)中錫球的完整性分析,如錫球變形、錫裂、錫球空冷銲、錫球短路、錫球氣泡。

.密度較高的塑膠材質破裂或金屬材質空洞檢驗。

檢測鋰電池內部異常

3D X-ray可在不破壞產品並且清楚觀察到電池內部的異常。常見的鋰電池設計包含正極板、負極板、電解液及隔離膜。組裝方式是先將正負極板與隔離膜疊放或繞捲於罐體中,再注入電解液。隔離膜主要的功能為避免兩極接觸並確保離子可以在其中傳遞。雖然隔離膜與電化學反應沒有關係,但結構及性質均會影響到鋰電池的效能。

藉由3D X-ray的檢測,宜特科技提供的本案例觀察到鋰電池(參見圖1、2)極板產生裂縫(Crack)並且有發現異物(Particle)。

圖1 電池內部正負極板彎曲導致裂縫(Crack),並且在極板與隔離膜之間發現異物存在(Particle)。
圖2 電池內部3D影像,內部發現極板產生裂縫(Crack)且發現異物(Particle)。

觀察工程塑膠製品內部結構

工程塑膠(Engineering Plastics)泛指為機械工程材料所使用作為機械結構的塑膠(如PC、PMMA、ABS、POM、PBT、TPU),本文案例為醫療用精密塑膠射出成型產品,為符合醫療高溫殺菌且不會變形的需求,故選用耐高溫、尺寸穩定性較高的PSU,藉由3D X-ray,觀察出塑膠成品內部結構及裂縫(Crack)、空洞(Voids)等缺陷。

觀察消費類電子裝置光學鏡頭內部結構

3D X-ray也可用於光學鏡頭檢測。目前消費型電子產品搭載的光學鏡頭(Optical Lens)大致分為玻璃(Glass)鏡片與塑膠(PC、PMMA)鏡片兩種材質,每顆光學鏡頭依設計約有5~6片鏡片組成,從初期光學設計、模具的精準度到鏡頭的組裝,每個環節都很重要,組裝時每個鏡片有無傾斜、光軸心對焦是否精準、符合設定的調制轉換函數(MTF)。模組廠在組裝過程由於技術門檻及複雜度甚高,稍有不慎將導致良率降低。為此廠商須在組裝過程中,進行內部結構觀察,本文提供的案例為利用3D X-ray,在鏡頭組裝完成後,輕易的觀察到內部鏡片結構。從圖3可觀察各鏡片與鏡群之間組裝過程是否有瑕疵。

圖3 光學鏡頭內部由5片鏡片組成,組裝過程需確認每個鏡片之間有無傾斜,光軸是否精準。3D影像可清楚觀察內部結構。

觀察PCBA內部異常

印刷電路板(Printed Circuit Board, PCB)產業不斷成長,各種家用電器對於在材料、層數、精密度與BLR(Board Level Reliability)等的要求也越來越高。藉由3D X-ray可以觀察PCBA(Printed Circuit Board Assembly)、內部埋孔開路(BVH open)、裂縫(Crack)、異物(Particle)與燒毀(Burn out)等缺陷。藉由利用3D X-ray,發現PCBA內BVH斷開及trace燒毀現象。

又或是遇到IC封裝打線燒毀情形,可以利用3D X-Ray判斷是晶片內部還是打線短路造成(圖4)。

圖4 電腦主機板3D X-ray影像在高低密度差異下仍可獲得較佳影像。

若是IC電測open懷疑是SMT焊點異常,執行3D X-Ray可清楚看見bump未與線路焊接(圖5)。此外,為了要讓異常點快速且精準地被找到,除了提供3D X-Ray,串聯其他實驗方式,可以讓產品的異常點無所遁形,包括:

圖5 3D X-Ray影像(焊點open)。

.電性驗證:依據電測結果找出Fail pin,再以3D X-RAY進行檢測找出異常現象。

.熱影像驗證:先以Thermal EMMI確認異常位置,再以3D X-RAY實驗檢測失效原因。

被動元件失效,樣品進行Thermal EMMI確認漏電情形(Leakage)後,再進行3D X-Ray實驗檢測,發現有金屬異物殘留現象。

另外,做完3D X-Ray,若須要更進一步了解異常現象,也可以藉由切片、紅墨水實驗,進行全面診斷:

.PFA(物性故障分析):3D X-RAY定位出異常點後,再進行切片驗證。

.CRE(零件可靠度):3D X-RAY檢測發現小區域有微裂(Crack)現象後,則可進行紅墨水試驗(Dye/Pry Test)確認焊點是否有全面性的微裂。

(本文作者任職於宜特科技故障分析處非破壞分析課)

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