Microelectrónica

Acerca de la microelectrónica

Desde un punto de vista materialográfico, la microelectrónica se divide en tres tipos de muestras:

  • Obleas de silicona
  • Circuitos integrados y componentes
  • Placas de circuito impreso

Obleas de silicona

El rendimiento de la silicona semiconductora está estrechamente vinculado a las propiedades de los materiales, en términos de microestructura y composición química.

Las láminas finas del bloque de silicona cilíndrico están preparadas materialográficamente para el análisis con un microscopio de rayos infrarrojos normal y una espectrometría de FTIR.

La fabricación de la oblea incluye múltiples procesos repetitivos para producir circuitos electrónicos integrados completos en la superficie del substrato de la oblea, y sucesivamente al seccionar cada oblea individual.

La inspección de las pequeñas secciones paralelas o transversales de la oblea en su forma no encapsulada se realiza tras un pulido materialográfico preciso. Los detalles del circuito integrado se estudian con un microscopio óptico o electrónico, dependiendo de la escala y del tipo de análisis.

Obleas de silicona

El rendimiento de la silicona semiconductora está estrechamente vinculado a las propiedades de los materiales, en términos de microestructura y composición química.

Las láminas finas del bloque de silicona cilíndrico están preparadas materialográficamente para el análisis con un microscopio de rayos infrarrojos normal y una espectrometría de FTIR.

La fabricación de la oblea incluye múltiples procesos repetitivos para producir circuitos electrónicos integrados completos en la superficie del substrato de la oblea, y sucesivamente al seccionar cada oblea individual. La inspección de las pequeñas secciones paralelas o transversales de la oblea en su forma no encapsulada se realiza tras un pulido materialográfico preciso. Los detalles del circuito integrado se estudian con un microscopio óptico o electrónico, dependiendo de la escala y del tipo de análisis.

Circuitos integrados y componentes

A partir del corte individual de la oblea como material base, se procede al montaje.

Los métodos de montaje incluyen diferentes tecnologías de interconexión y recubrimiento con el objetivo de extremar su aspecto compacto.

Las secciones transversales materialográficas de estos pequeños y sumamente complejos componentes se utilizan en las inspecciones al azar y los análisis de fallos durante su desarrollo, diseño y fabricación. El objetivo del examen es buscar cualquier indicio de fractura, sopladura, bolas de soldadura, conductividad, capas aislantes, conexiones, etc. Un área concreta en el interior del montaje a menudo se somete al examen y a las aplicaciones materialográficas a fin de identificar y revelar este objetivo.

Los componentes discretos como condensadores, resistencias, etc. también se someten a un examen materialográfico para analizar su geometría y posibles imperfecciones microestructurales.

Placas de circuito impreso

Las placas de circuito impreso (PCB) constan de una lámina metálica de epoxi/fibra de vidrio o cerámica, capas metálicas chapadas de cobre y orificios chapados también denominados vías.

La preparación de la muestra de los materiales de la placa de circuito se realiza para localizar los defectos en el material del sustrato, donde se realiza el ensamblado electrónico.
Según los estándares líderes en la industria, la calidad de una placa de circuito impreso metalizada de agujero pasante se debe inspeccionar materialográficamente. A este fin, el cupón de prueba se produce y prepara de modo que el centro del agujero pasante metalizado se pueda inspeccionar con un microscopio.

Además, las conexiones, la coherencia del recubrimiento y el grosor se estudian principalmente en las secciones transversales. Los procesos materialográficos precisos también se utilizan en las placas de circuito impreso ya que áreas muy específicas normalmente definen el objetivo del examen.

Cómo realizar la preparación materialográfica de microelectrónica, control de material retirado (CMR) y preparación de objetivo

La materialografía en microelectrónica es un reto principalmente en tres aspectos.

Dimensiones en miniatura

1. Las dimensiones diminutas requieren equipos especializados y accesorios adecuados para el manejo de muestras pequeñas. Los requisitos de precisión en los procesos materialográficos, como el corte o esmerilado, son además más exigentes en las muestras definidas con dimensiones en un rango de µm.

Composiciones complejas de materiales

2. Las composiciones complejas son comunes en microelectrónica donde los materiales blandos, las cerámicas y los compuestos a menudo se encuentran en una misma pieza. Esto compromete la elección de los métodos de preparación y los parámetros, seleccionados cuidadosamente para cumplir los requisitos específicos.

Preparación controlada y precisa

3. Se requiere una preparación controlada y precisa cuando los objetivos pequeños se someten a examen. Soluciones con una precisión mecánica alta, unidades de medición óptica y paradas mecánicas son las opciones modernas automatizadas u optimizadas de la técnica de esmerilado y apariencia más básica.

Corte y muestras

Dependiendo de qué tipo de muestra deba investigarse, el corte se puede realizar en diferentes máquinas.

  • Un teléfono móvil o una placa provista de componentes se pueden seccionar transversalmente con facilidad en una máquina de tamaño medio manual o automática.
  • Para seccionar componentes individuales, pequeños o frágiles, que requieren mayor precisión, se recomienda utilizar una máquina de corte de precisión.
  • Se recomienda usar un disco de corte de diamante galvanizado para cortar plásticos o un disco de diamante en resina.

En cualquier caso, el corte se realizará lo bastante alejado del área actual sometida a observación, para evitar un posible daño directo en la misma. El material restante se puede entonces retirar cuidadosamente mediante esmerilado tras el corte. Si se extrema el cuidado en este paso inicial, será menos probable que aparezcan fracturas en la cerámica, chips y cristal, evitando igualmente la delaminación de las capas o defectos de soldadura.

Para la extracción de cupones de la PCB, se deben usar equipos de muestras específicos. Las técnicas de medición óptica y automatizada permiten un perforado de alta precisión y el enrutamiento de los cupones. En muestras pequeñas o sensibles, se recomienda impregnar la muestra antes del corte.

Embutición

Debido a su naturaleza compuesta y frágil, los componentes microelectrónicos no son aptos para la embutición en caliente, y por ello se deben montar en frío.

Se recomiendan las resinas de embutición en frío, con bajas temperaturas de curado, para evitar la influencia del calor en las soldaduras y polímeros. En las muestras pequeñas o quebradizas, como las obleas de silicona, se prefiere una resina de baja contracción a fin de minimizar el riesgo de fracturas.

Los métodos de embutición difieren según el método analítico utilizado:

  • En una embutición normal, se utilizan resinas epoxi transparentes en el microscopio óptico.
  • Si hay que rellenar huecos y agujeros, se recomienda la impregnación al vacío. La mezcla de un tinte fluorescente con el epoxi ofrece un contraste excelente de los huecos y fracturas en el microscopio óptico.
  • En vías muy pequeñas se recomienda utilizar una resina transparente de baja viscosidad que fluya fácilmente en los huecos.

En sistemas específicos, los componentes se pueden embutir directamente en el soporte especial de la muestra utilizado para, por ejemplo, la inspección de la vía o la preparación del objetivo.

Esmerilado y pulido

Para el esmerilado y pulido manual y semiautomático en microelectrónica se pueden utilizar equipos convencionales. La alineación de la muestra y el control de la eliminación de material se logran con soportes para muestras especiales como la alternativa más precisa al método manual de esmerilado y apariencia.

  • Para la preparación de la superficie controlada automáticamente, las secciones transversales y paralelas de muestras embutidas o sin embutir se pueden esmerilar y pulir conforme a objetivos visibles u ocultos en equipos especiales.
  • Las mediciones de láser garantizan una precisión de ± 5 µm y recalculan automáticamente la tasa de eliminación durante el proceso de preparación.
  • La alineación y medición puede ser con vídeo en las muestras con un objetivo visible, o con rayos X en las muestras con un objetivo oculto.

Las secciones paralelas y transversales de las obleas de silicona finas y quebradizas, diversas bolas de soldadura de plomo o estaño, placas de circuito impreso con vías de cobre galvanizado en cerámica frágil o sustratos poliméricos flexibles, secciones transversales de circuitos integrados con silicona, cerámica, oro, cobre, aluminio y estaño de algunos cientos de micrones, son ejemplos de combinaciones de metal a considerar, en la elección de los métodos de esmerilado y pulido.

Los requisitos de tasa de eliminación, planitud, relieve, retención de bordes y manchas son con frecuencia determinantes a la hora de elegir las superficies de esmerilado y pulido y las suspensiones. Se dispone de unos 25 métodos específicos en el e-metalog para los componentes electrónicos que abarcan una amplia selección de combinaciones de material y requisitos de preparación.

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