Debido a su tamaño y complejidad, la preparación de los componentes microelectrónicos para el análisis metalográfico puede suponer un reto. Esta guía destaca las técnicas especiales y los equipos requeridos para garantizar un control de eliminación de material preciso y eficaz en muestras microelectrónicas, con resultados reproducibles.
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Fig. 1: Detalle de un circuito integrado lineal con terminales de conexión, resistencias, vías y condensadores en el centro
Fig. 2: Sección transversal de una oblea de silicio con terminales de conexión de un circuito integrado
Fig. 3: Componentes ensamblados en una placa de circuito impreso
Debido a su tamaño y complejidad, la preparación de los componentes microelectrónicos para el análisis metalográfico puede suponer un reto. Por ello se requieren técnicas de preparación y equipos especiales que garanticen el nivel adecuado de precisión durante el control de eliminación de material.
Fig. 4: Ejemplo de la composición del material en los componentes microelectrónicos
Fig. 5: Condensador multicapa (1) soldado a metalización de cobre del circuito impreso (2); fractura de fatiga (3) propagada a través de la soldadura
Fig. 6 a y b: Cerámica con cobre a gran amplificación para mostrar diferencias de planitud: a) esmerilado fino inicial con lámina/papel de carburo de silicio; b) esmerilado fino inicial con diamante en disco de esmerilado finoMD-Largo
Desde el punto de vista materialográfico, la microelectrónica se divide en tres tipos de muestras.
Obleas de silicio
El rendimiento de la oblea de silicio semiconductora está estrechamente vinculado a las propiedades del material en cuanto a microestructura y composición química. Por lo tanto, el análisis materialográfico de las obleas de silicio es importante para el desarrollo de los componentes electrónicos y el control de calidad.
A través del control de eliminación de material, las láminas finas del bloque de silicio cilíndrico están preparadas materialográficamente para el análisis, normalmente con un microscopio de rayos infrarrojos y una espectrometría de FTIR.
La inspección de las secciones paralelas o transversales de la oblea de silicio, 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
Las obleas individuales se encapsulan en componentes o circuitos impresos compactos, utilizando diferentes tecnologías de interconexión y recubrimiento. Las secciones transversales materialográficas de estos pequeños y sumamente complejos componentes microelectrónicos se utilizan en el desarrollo, el diseño, la comprobación de fallos y el análisis de errores. El objetivo del examen es buscar indicios de fractura, hueco, bolas de soldadura, conductividad, capas aislantes, conexiones, etc.
El examen metalográfico a menudo se centra en un área concreta del encapsulado. Por ello, el control de eliminación de material se utiliza para identificar y revelar este objetivo. Los componentes discretos, tales como condensadores, resistencias, etc., también se someten a un examen materialográfico para analizar su geometría y posibles imperfecciones microestructurales.
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 PCB se realiza para localizar defectos en el material del sustrato.
Según los estándares líderes en la industria, la calidad de una placa de circuito impreso metalizada se debe inspeccionar materialográficamente. A este fin, el cupón de prueba se produce y prepara de modo que el centro de la placa metalizada se pueda inspeccionar con un microscopio. Además, las conexiones, la coherencia del recubrimiento y el grosor se estudian principalmente en las secciones transversales.
Fig. 7: Detección de una fractura en un diodo
Fig. 8: Sección en condensador cerámico multicapa envejecido con fracturas de fatiga en la conexión soldada
Fig. 9: Gran hueco en la conexión del agujero pasante metalizado (50 aumentos)
Fig. 10: Hueco y fractura en la conexión de soldadura del agujero pasante metalizado (200 aumentos)
Fig. 11: Sección transversal de esferas de soldadura, DIC (Contraste Diferencial de Interferencia)
Dependiendo del tamaño de los componentes microelectrónicos y del número de muestras requerido, existen tres métodos de esmerilado y pulido: manuales, semiautomáticos y totalmente automáticos.
Evite el esmerilado plano con abrasivos toscos, ya que puede dañar los materiales quebradizos y deformar los metales blandos.
Fig. 12: Daños por fractura en diodo de cristal causados por lámina/papel SiC de esmerilado tosco
Paso 1
Para una planitud excelente, se recomienda el esmerilado fino con diamante en un disco rígido (MD-Largo), en vez del esmerilado con lámina/papel de carburo de silicio.
Paso 2
Para conservar la planitud tras el esmerilado, utilice el pulido de diamante con un paño de seda. Si existen partículas abrasivas en el metal blando, continúe con el pulido de diamante hasta su eliminación.
Paso 3
Realice un pulido final con sílice coloidal (OP-U NonDry), pero debe ser breve para evitar relieves.
Fig. 13: Relieve de esmerilado debido a materiales de diferente dureza
Fig. 14: Partículas de diamante en la soldadura
En el control de eliminación de material semiautomático, utilice lámina/papel de carburo de silicio. Recomendamos utilizar soportes de muestra especiales, ya sea para componentes microelectrónicos embutidos o sin embutir, como AccuStop o AccuStop-T. Una vez se han esmerilado varias muestras a aproximadamente 50 µm antes del objetivo, estas se pueden retirar del soporte AccuStop y transferir a una máquina semiautomática para el esmerilado fino y pulido como muestras individuales.
Tabla 1: Método de preparación de componentes microelectrónicos, ensamblados, de 30 mm de diámetro
Recomendamos utilizar una máquina automática, como TargetSystem para un proceso de control de eliminación de material totalmente automático. El proceso de preparación total, incluyendo el corte, dura de 45 a 60 minutos.
TargetSystem alinea y mide la muestra antes de la preparación y después la somete al esmerilado y pulido automático, utilizando el vídeo para objetivos visibles y rayos-X para objetivos ocultos. Se puede utilizar para el control de eliminación de material tanto en secciones transversales como paralelas en muestras embutidas y sin embutir, con una precisión de ±5 μm.
Fig. 15: Vídeo Target-Z para posicionamiento y medición de objetivos visibles
Fig. 16: Rayos X de la muestra con objetivos ocultos
Fig. 17: Muestra con objetivo visible, mostrado a través de vídeo
Fig. 18: Soporte con muestra que indica las distancias tras su medición y cálculo automáticos
Table 2: Método de preparación para llegar al objetivo de un componente microelectrónico
Imágenes de Kelsey Torboli, ingeniero en aplicación, EE. UU.
Para obtener información específica sobre la preparación metalográfica de componentes microelectrónicos, contacte con nuestros especialistas en aplicación.
