BliXray BLCT-NANOLAB: Nanofokus-CT für Die-Attach-Voids in SiC- und GaN-Bauelementen

BliXray bietet mit der BLCT-NANOLAB die CT-Prüfung von Die-Attach-Voids in SiC- und GaN-Leistungsbauelementen an – eine Labor-CT mit offener Nanofokus-Röntgenröhre bis 190 kV. In der hochauflösenden Konfiguration erreicht die BLCT-NANOLAB eine 2D-Auflösung von 0,5 µm und eine 3D-Auflösung von 1 µm. Sie zeigt Voids, Risse und Fehler an Drahtbonds im geschlossenen Gehäuse, ohne das Bauelement aufzuschneiden.

Bauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) führen hohe Leistungsdichten auf einem kleinen Chip, daher bildet der Die-Attach den wichtigsten Wärmepfad vom Chip zum Substrat. Voids, Risse und Delamination in dieser Schicht liegen unter dem Chip und der Moldmasse und sind von außen nicht sichtbar. Die Computertomographie (CT) mit der BLCT-NANOLAB macht diese Schicht dreidimensional sichtbar. In einem Scan löst das System auf:

• Voids, Mikro-Voids und Porosität in der Die-Attach-Schicht
• Mikrorisse im Chip und in der Verbindungsschicht
• Delamination zwischen Chip, Verbindungsschicht und Substrat
• Fehler an Bonddrähten und Chip-Bondverbindungen
• Einschlüsse im Gehäuse

Submikron-Auflösung für einzelne Bauelemente

Die BLCT-NANOLAB ist für kleine Proben ausgelegt, etwa diskrete Bauelemente, Chips auf Substrat und Abschnitte von Leistungsmodulen. Ihre offene Nanofokus-Röhre arbeitet mit 110 bis 190 kV und bis zu 50 W. Die Basiskonfiguration löst 2,5 µm in 2D und 3 µm in 3D auf; die hochauflösende Konfiguration löst 0,5 µm (JIMA) in 2D und 1 µm in 3D auf.

Im Nanofokus-Modus arbeitet die BLCT-NANOLAB mit einem Flachdetektor mit 4608 × 5890 Pixeln, 49,5 µm Pixelgröße und einer aktiven Fläche von 228 × 291 mm. Ein Fokus-Detektor-Abstand von bis zu 1000 mm ergibt eine hohe geometrische Vergrößerung für einen Chip von wenigen Millimetern Breite. In diesem Modus nimmt das System Proben bis ø200 × 225 mm und 5 kg auf. Die Messgenauigkeit ist mit 3,0 + L/50 µm angegeben, und der Grundrahmen aus Granit sorgt für mechanische Stabilität bei langen Scans mit hoher Vergrößerung.

Vom Modul zum Chip in einer Kabine

Dieselbe Kabine der BLCT-NANOLAB lässt sich für größere Teile auf eine 225-kV-Mikrofokus-Konfiguration umschalten. In diesem Modus liefert sie 350 W und eine Auflösung von 2 µm (JIMA). Ein Detektor mit 3072 × 3072 Pixeln und einer aktiven Fläche von 427 × 427 mm deckt Proben bis ø300 × 250 mm und 15 kg ab. Ein komplettes Leistungsmodul oder eine bestückte Leiterplatte passt damit in dasselbe System wie das einzelne Bauelement.

Für die Fehleranalyse ergibt sich daraus ein Vorgehen in zwei Schritten. Ein Mikrofokus-Übersichtsscan des Moduls zeigt, welches Bauelement oder welcher Bondbereich auffällt. Ein Nanofokus-Scan dieses Bereichs löst anschließend Die-Attach und Drahtbonds in der hochauflösenden Konfiguration im Submikronbereich auf. Die BLCT-NANOLAB unterstützt Kreis-, Helix- und Segmentscans sowie einen Jitter-Scan-Modus, der Ringartefakte im rekonstruierten Volumen reduziert.

Fehleranalyse ohne Querschliff

Das rekonstruierte Volumen zeigt den Die-Attach Schicht für Schicht und in jeder Orientierung. Größe, Form und Lage jedes Voids werden sichtbar, ebenso ein Riss, der von der Chipkante in die Verbindungsschicht läuft. Drahtbonds lassen sich über ihre gesamte Länge vom Chip-Pad bis zum Leadframe verfolgen. Da das Bauelement unversehrt bleibt, steht es weiter für elektrische Prüfungen, für einen zweiten Scan nach Temperaturwechseltests oder für einen gezielten Querschliff genau an der Stelle zur Verfügung, auf die die CT-Daten hinweisen.

„Die BLCT-NANOLAB gibt einem Qualifizierungslabor eine dreidimensionale Sicht auf den Die-Attach, bevor jemand zur Säge greift“, sagt Adrian de Riz, Geschäftsführer der BliXray Technologies GmbH. „Der anschließende Querschliff sitzt genau dort, wo die CT einen Void oder einen Riss zeigt.“

Kleine Proben liefern die besten Ergebnisse. Ein einzelnes Bauelement nahe an der Quelle erlaubt die höchste Vergrößerung, während ein komplettes Modul sie begrenzt und besser zuerst im Mikrofokus-Modus gescannt wird. BliXray scannt Bauelemente von Kunden auf Anfrage über seine CT-Prüfdienstleistung, sodass die Daten des tatsächlichen Gehäuses vorliegen, bevor eine Konfiguration gewählt wird. Weitere Anwendungen stehen auf der Branchenseite Elektronik, die vollständige Spezifikation auf der Maschinenseite der BLCT-NANOLAB.

Parameter	BLCT-NANOLAB
Röntgenquelle (Nanofokus-Modus)	offene Röhre, 110–190 kV, bis 50 W
Auflösung, Basiskonfiguration	2,5 µm (2D), 3 µm (3D)
Auflösung, hochauflösende Konfiguration	0,5 µm (2D, JIMA), 1 µm (3D)
Detektor (Nanofokus-Modus)	4608 × 5890 Pixel, 49,5 µm Pixelgröße, 228 × 291 mm
Fokus-Detektor-Abstand	bis 1000 mm
Maximale Probengröße und -masse (Nanofokus-Modus)	ø200 × 225 mm, 5 kg
Mikrofokus-Modus	225 kV, 350 W, 2 µm (JIMA), ø300 × 250 mm, 15 kg
Messgenauigkeit	3,0 + L/50 µm
Scanmodi	Kreis-, Helix-, Segment- und Jitter-Scan

„Wir scannen das SiC- oder GaN-Bauelement des Kunden und übergeben das Volumen“, sagt Adrian de Riz. „Der Ingenieur beurteilt Die-Attach und Bonds dann anhand echter Daten.“

Testscans verfügbar

BliXray bietet Testscans von SiC- und GaN-Bauelementen, Chips und Leistungsmodulen auf der BLCT-NANOLAB an. Kontakt: Adrian de Riz, Geschäftsführer, BliXray Technologies GmbH, a.deriz@blix-ray.de, +49 511 57092696 – www.blix-ray.de.

Über BliXray: Die BliXray Technologies GmbH in Hannover entwickelt und baut industrielle CT-Anlagen und Strahlenschutzkabinen. Hersteller aus Verteidigung, Luftfahrt und Forschung prüfen mit BliXray-CT sicherheitskritische Bauteile zerstörungsfrei. BliXray-Kabinen und -Container nehmen Röntgenquellen bis 300 kV auf, bei einem Schutzniveau von 0,5 µSv/h. CT für kritische Bauteile. Strahlenschutz für jede Quelle.