マイクロエレクトロニクス

マイクロエレクトロニクスについて

マイクロエレクトロニクスを微細構造の観点から見ると、次の 3 種類の試料に分類されます。

  • シリコンウェハ
  • 集積回路 (IC) とコンポーネント
  • プリント回路基板 (PCB)

シリコンウェハ

半導体シリコンの性能は、材料の特性、つまり微細構造と化学成分という観点で密接な関係があります。

薄い円筒型のシリコンインゴットは、通常、IR-顕微鏡法および FTIR- 分光法による分析用の微細構造で作製されます。

ウェハ作製では、多くの繰り返し処理でウェハ基板面上に完全一体型の電子回路を作り、その後で個々のウェハダイスに切断します。

封止型ウェハの小さな平行断面または切断面の検査は、微細構造を正確に琢磨してから実施されます。集積回路の詳細は、分析の範囲および種類によって、光学顕微鏡または電子顕微鏡でご覧ください。

シリコンウェハ

半導体シリコンの性能は、材料の特性、つまり微細構造と化学成分という観点で密接な関係があります。

薄い円筒型のシリコンインゴットは、通常、IR-顕微鏡法および FTIR- 分光法による分析用の微細構造で作製されます。

ウェハ作製では、多くの繰り返し処理でウェハ基板面上に完全一体型の電子回路を作り、その後で個々のウェハダイスに切断します。封止型ウェハの小さな平行断面または切断面の検査は、微細構造を正確に琢磨してから実施されます。集積回路の詳細は、分析の範囲および種類によって、光学顕微鏡または電子顕微鏡でご覧ください。

集積回路 (IC) とコンポーネント

個々のウェハダイスを基材としてパッケージングが行われます。

パッケージングの方法には、どれも優れたコンパクト性を追求した様々な相互接続およびコーティング技術が採用されています。

この小さく複雑な部品の微細構造横断面は、開発、設計、製品スポット点検および不具合分析などに使用されています。試験では、亀裂、空隙、ハンダボール、電導、分離層、接続部などを探します。パッケージング内の特定箇所が試験および微細構造適用の対象となるため、このターゲットを特定および露出します。

コンデンサやレジスタなどの個別部品も微細構造試験の対象として、形状や微細構造の欠陥などの分析が行われます。

プリント回路基板 (PCB)

プリント回路基板 (PCB) は、エポキシ樹脂/繊維ガラスまたはセラミックの下地材、銅のメッキ金属層、および「ビア」と呼ばれるメッキ穴で構成されています。

回路基板材料の試料作製では、電子部品組み立てで使われる基板材料の不具合箇所を探します。
最高の業界基準に従い、PCB のメッキスルーホールの品質は、微細構造に対して検査されます。このため、顕微鏡で検査できるようにメッキスルーホールの中心にテストクーポンを生成および作製します。

さらに、主に切断面で接続部、コーティングの均一性および厚さを調べます。PCB では、特定の箇所に正確な微細構造処理が採用されています。通常、この箇所が試験の目的として定義されます。

マイクロエレクトロニクスの微細構造試料作製、材料除去制御 (CMR)、ターゲット試料作製の仕方

マイクロエレクトロニクスの微細構造には主に 3 つの課題が存在します。

超小型

1.寸法が小さいため、小さな試料を取り扱うための特殊な装置やアクセサリが必要です。切断や研磨など、微細構造処理における精度要件は、µm 範囲で定義された試料に対して特に厳しくなっています。

複雑な材料組成

2.軟質金属、セラミック、および複合材料がぎっしり詰まっているマイクロエレクトロニクスでは一般的に材料組成が複雑です。これにより、試料作製方法およびパラメータの選択に妥協が生じるため、特定の要件に合わせて慎重に選択する必要があります。

管理された正確な試料作製

3.試験対象ターゲットが小さい場合は、正確に制御された試料作製が必要です。機械精度が高い、光学測定機およびメカニカルストップを採用しているソリューションでは、研磨後目視というより基本的な技術で自動化または最適化されています。

切断と試料

調査する試料の種類に合わせて様々な精度の切断機で切断が行われます。

  • 携帯電話や基板埋込部品の場合なら、手動または自動の中型機械で簡単に切断できます。
  • 小さいまたは脆い個々の部品を切断する場合は、精度が必要となるため、精密切断機が適しています。
  • プラスチック切断用の電気めっきダイヤモンドホイールまたは樹脂接合ダイヤモンドホイールが適しています。

いずれの場合も、調査する実際のエリアから十分離れた箇所を切断し、直接的な損傷を与えないようにします。残りの部分は、切断後にしっかりと研磨します。この初期処理を慎重に行うことにより、セラミック、チップおよびガラスへの亀裂や、レイヤーまたはハンダスポットの層間剥離の可能性が減少します。

PCB クーポンを抽出する場合は、専用の試料装置を使用します。自動の光学測定技術により、高精度のドリル、およびピンポイントクーポンのルーティングが可能です。繊細または小さな試料の場合は切断する前に試料を含浸させます。

埋込

その複合性と脆弱性から、マイクロ電子部品は、熱間圧縮埋込には適していないため、常に冷間埋込を行います。

このときの半田およびポリマーへの熱影響を避けるためには、硬化温度が低い冷間埋込樹脂が適しています。シリコンウェハなど、小さいまたは脆い試料の場合は、亀裂のリスクを最小限にするため、収縮率が低い樹脂が推奨されています。

使用する分析方法によって、埋込方法も異なります。

  • 通常の埋込では、光学顕微鏡用の透明エポキシ樹脂を使用します。
  • 空隙および穴を埋める必要がある場合は、真空含浸がお勧めです。蛍光染料とエポキシを混合すると、光学顕微鏡で空隙および亀裂が見やすくなります。
  • 極小のビアの場合は、穴に流れ込みやすい低粘度の透明樹脂が適しています。

専用システムの場合は、ビア検査またはターゲット試料作製に使用する特殊な試料サポートに直接部品を埋込ます。

研磨と琢磨

マイクロエレクトロニクスの手動および半自動研磨・琢磨には、従来の装置が使用できます。試料の配列および材料除去制御は、手動で研磨後に目視する方法より精度の高い特殊な試料ホルダーで固定します。

  • 自動制御の表面試料作製の場合は、埋込および非埋込試料の切断面および平行断面を研磨および琢磨して、専用装置でターゲットを見える、または見えないようにします。
  • レーザー測定なら、± 5 µm の精度が確保できます。また、試料作製中の除去率を自動計算します。
  • 配列および測定は、ターゲットが見える場合はビデオベースの試料、ターゲットが見えない場合はX線ベースの試料のいずれかで行います。

研磨および琢磨の方法を選ぶ際には、薄く脆いシリコンウェアの平行断面および切断面、数々の鉛またはハンダボール、脆いセラミックまたは延性ポリマー基板上に銅めっきビアを使用した PCB、数百ミクロンの間にシリコン、セラミック、金、銅、アルミニウムおよび錫が使われている IC の切断面など、様々な材料の組み合わせを考慮する必要があります。

除去率、平坦度、浮彫、縁だれ、スミヤリングの要件によって、研磨・琢磨面および懸濁液の選択が決まります。電子部品の e-Metalog には、幅広い材料の組み合わせと試料要件に対応する約 25 種類の方法が用意されています。

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