Lieljaudas elektronika un RF lietojumprogrammas ir ļoti atkarīgas no keramikas substrātiem būtiskai siltuma pārvaldībai. Standarta materiāli, piemēram, Al2O3, AlN un Si3N4, veido šo augstas veiktspējas sistēmu pamatu. Viens neatklāts defekts šajos substrātos var viegli izraisīt katastrofālas lauka atteices. Tā kā miniaturizācija un jaudas blīvums strauji palielinās, kvalitātes kontroles komandas saskaras ar kritisku lēmumu nesagraujošās testēšanas (NDT) jomā. Ražotājiem jāgarantē uzticama darbība ārkārtējas termiskās cikliskās svārstības un intensīvas mehāniskās slodzes apstākļos. Lai novērtētu automatizēto optisko pārbaudi salīdzinājumā ar akustiskām metodoloģijām, ir nepieciešama skaidra izpratne par darbības sadalījumu. Jums ir jāizsver virsmas līmeņa caurlaidspējas pret absolūto nepieciešamību veikt iekšējo strukturālo verifikāciju. Šajā visaptverošajā rokasgrāmatā ir izjauktas galvenās atšķirības starp optiskās un akustiskās pārbaudes metodēm. Jūs uzzināsiet, kā identificēt atšķirīgas defektu patoloģijas dažādos keramikas materiālos. Nosakot konkrētus aprīkojuma ierobežojumus, varat izveidot ļoti optimizētu hibrīda testēšanas piltuvi, kas ir pielāgota tieši jūsu ražošanas līnijai.
AOI (Automated Optical Inspection) ir ļoti mērogojams un stingri ierobežots ar virsmas līmeņa anomālijām, piedāvājot ātrdarbīgu integrētu integrāciju.
Skenējošā akustiskā tomogrāfija (SAT) ir galīgā nesagraujošā metode keramikas substrāta iekšējo defektu noteikšanai, lai gan tā darbojas ar mazāku caurlaidspēju fizisko skenēšanas ierobežojumu dēļ.
Stratēģiskā izvēršana: augstas uzticamības ražošana (aviācijas, automobiļu rūpniecībā) reti paļaujas tikai uz vienu; testēšanas piltuves optimizēšana ietver AOI izmantošanu 100% virsmas skrīningam un SAT mērķtiecīgai partijas vai kritisko komponentu pārbaudei.
Lēmuma virzītājspēks: izvēle lielā mērā ir atkarīga no materiāla veida (DBC/AMB), atbilstības prasībām un pieļaujamiem kļūdaini negatīviem sliekšņiem.
Ražotāji izmanto keramikas pamatnes galvenokārt to izcilās siltumvadītspējas un elektriskās izolācijas dēļ. Lieljaudas ierīces darbības laikā rada milzīgu siltumu. Ja pamatnēs ir strukturālas anomālijas, tās zaudē spēju efektīvi izkliedēt šo siltumu. Neatklāti defekti tieši apdraud termisko pretestību. Šis traucējums modulī rada lokalizētus karstos punktus. Lokalizēta apkure neizbēgami noved pie priekšlaicīgas ierīces atteices. IGBT moduļi un jaudas invertori ir īpaši neaizsargāti pret šiem termiskajiem sašaurinājumiem.
Kvalitātes kontroles komandām jānošķir virsmas līmeņa defekti un tilpuma trūkumi. Katrai kategorijai nepieciešama principiāli atšķirīga pārbaudes pieeja.
Virsmas problēmas: tās ietver skrāpējumus, metalizācijas kļūdas, kodināšanas defektus un virsmas mikroplaisas. Tie rodas uz ārējiem slāņiem un bieži ietekmē lodēšanas vai stiepļu savienošanas procesus.
Tilpuma problēmas: tās atspoguļo slēptās briesmas materiāla kaudzē. Bieži keramikas substrāta iekšējie defekti ietver atslāņošanos vara un keramikas saskarnē. Jūs atradīsiet arī mikroskopiskus tukšumus cietlodēšanas slānī un iekšējo lielapjoma plaisāšanu.
Mūsdienu kvalitātes kontroles operācijas saskaras ar pastāvīgu virves vilkšanu. Jums ir jālīdzsvaro liela caurlaidspēja, kas mērīta vienībās stundā (UPH), un bezkompromisa noteikšanas precizitāte. Kritiska defekta trūkums nav risinājums. Ražošanas līnijām ir jāsaskaņo to testēšanas protokoli ar stingriem uzticamības standartiem. Tādi ietvari kā AEC-Q101 automobiļu diskrētiem pusvadītājiem vai MIL-STD kosmosa komponentiem nosaka stingrus pieņemamus kvalitātes ierobežojumus. Lai nodrošinātu atbilstību šiem standartiem, pareizajā montāžas stadijā ir jāievieš pareizā pārbaudes tehnoloģija.
Automatizētā optiskā pārbaude kalpo kā priekšējā aizsardzība pusvadītāju ražošanā. Tas nodrošina ātru virsmas apstākļu vizuālu pārbaudi, pirms komponenti pārvietojas pa līniju.
AOI sistēmās tiek izmantotas augstas izšķirtspējas kameras, kas savienotas pārī ar vairāku leņķu apgaismojuma blokiem. Šīs sistēmas uztver detalizētus ejošo substrātu attēlus. Mašīnredzes algoritmi analizē uzņemtos vizuālos datus. Programmatūra meklē vizuālas novirzes, salīdzinot tiešos attēlus ar iepriekš ieprogrammētu 'zelta dēli' vai precīziem CAD datiem. Uzlabotajos iestatījumos ir iekļauts mākslīgais intelekts, lai samazinātu viltus zvanu ātrumu sarežģītos ķēdes modeļos.
Ražotnes paļaujas uz AOI vairākām būtiskām pārbaudēm. Komandas izmanto šīs mašīnas, lai pārbaudītu spilventiņu izmērus un izlīdzinājumu. Optiskie sensori lieliski spēj noteikt virsmas piesārņojumu, piemēram, atlikumus vai oksidāciju. AOI ir unikāli piemērots, lai identificētu savienojuma defektus vai trūkstošo metalizāciju uz pamatnes virsmas. Tas nodrošina, ka ārējā ģeometrija precīzi atbilst paredzētajam dizainam.
Optiskā pārbaude nodrošina milzīgu ātrumu ražošanas grīdai. Tehnoloģija piedāvā ātrdarbīgu, bezberzes integrāciju tieši nepārtrauktās ražošanas līnijā. Dēļi iet caur mašīnu pa konveijeriem bez apstāšanās ilgu laiku. Šī nepārtrauktā plūsma nodrošina ļoti mērogojamu datu tveršanu. Inženieri var izmantot šos reāllaika datus tūlītējai procesa korekcijai.
Neskatoties uz tā ātrumu, AOI cieš no fundamentālām fiziskām robežām. Sistēmai ir stingra nespēja iekļūt necaurspīdīgos materiālos. Kameras nevar redzēt cauri vara slāņiem vai blīvām keramikas matricām. AOI nodrošina absolūtu nulles redzamību struktūras integritātei zem virsmas metalizācijas. Ja veidņu stiprinājuma slānī zem perfekti novietotas mikroshēmas ir liels tukšums, AOI uztver ierīci kā nevainojamu.
Ja ārējie vizuālie materiāli ir nepietiekami, inženieri pievēršas skaņai. Skenējošā akustiskā tomogrāfija kartē cieto komponentu iekšējo reljefu, atklājot slēptās strukturālās nepilnības.
SAT iekārta izstaro augstas frekvences ultraskaņas impulsus tieši substrātā. Šiem skaņas viļņiem ceļojot cauri materiālam, tie saskaras ar dažādām robežām. Akustiskās pretestības izmaiņas atspoguļo skaņas viļņus atpakaļ uz devēju. Gaisa sprauga, piemēram, tukšums vai atslāņošanās, rada milzīgu pretestības neatbilstību. Šī neatbilstība atspoguļo gandrīz 100% no akustiskās enerģijas. Sistēma ieraksta šīs atbalsis, izveidojot dziļumam raksturīgu tomogrāfisko attēlu, kas pazīstams kā C-Scan.
Akustiskās attēlveidošanas mērķis ir tilpuma integritāte. Inženieri to galvenokārt izmanto, lai noteiktu tukšumu kritiskajos lodēšanas savienojumos. Tas ir nozares standarts atslāņošanās noteikšanai tiešā savienojuma vara (DBC) vai aktīvā metāla cietlodētā (AMB) substrātā. SAT atklāj iekšējos materiālu trūkumus, kas citādi paliktu neredzami līdz lauka atteicei. Tas garantē, ka termiskais ceļš no pusvadītāja matricas caur pamatni paliek pilnībā netraucēts.
Akustiskā pārbaude rada atšķirīgas ražošanas problēmas. Lai efektīvi pārraidītu skaņas viļņus, tehnoloģijai ir nepieciešama šķidra savienojuma vide, parasti dejonizēts ūdens. Daļu iegremdēšana vai izsmidzināšana nodrošina nepieciešamos žāvēšanas un apstrādes posmus. Šīs darbības sarežģī automatizētas darbplūsmas. SAT pēc būtības rada lēnāku cikla laiku, salīdzinot ar optiskajām metodēm. Skenēšanas laiks tieši korelē ar nepieciešamo dziļuma izšķirtspēju un fiziskās sastāvdaļas izmēru. Turklāt šo iekārtu darbināšanai ir nepieciešamas augstākas operatora zināšanas. Tehniķiem ir jāsaprot, kā precīzi interpretēt akustiskās fāzes inversijas un sarežģītos viļņu formas datus.
Izvēle starp vizuālo un akustisko pārbaudi reti ir binārs lēmums. Kvalitātes vadītājiem ir jānovērtē, kā katra tehnoloģija attiecas uz konkrētiem ražošanas mainīgajiem lielumiem.
Iezīme/ defekta veids |
Automatizētā optiskā pārbaude (AOI) |
Skenējošā akustiskā tomogrāfija (SAT) |
|---|---|---|
Virsmas plaisas un skrāpējumi |
Lieliska noteikšana |
Slikti / Nav piemērojams |
Izmēru precizitāte |
Augsta precizitāte |
Zema precizitāte |
Virsmas oksidācija un piesārņojums |
Lieliska noteikšana |
Nevar noteikt |
Iekšējā atslāņošanās |
Nulles redzamība |
Lieliska noteikšana |
Pazemes tukšumi |
Nulles redzamība |
Lieliska noteikšana |
Die-Attach Integrity |
Nulles redzamība |
Nozares standarts |
Galvenais kompromiss ir ap ātrumu VS analītisko dziļumu. AOI nodrošina ātra cikla vizuālo apstrādi. Tas var skenēt visu substrātu paplāti dažu sekunžu laikā. Tomēr tas maina apjoma izpratni par šo ātrumu. SAT piedāvā laikietilpīgu mikrometru līmeņa iekšējo kartēšanu. Detalizētu akustisko datu apkopošana katrai paplātei aizņem minūtes. Augstas izšķirtspējas akustiskā skenēšana prasa, lai devējs fiziski rastrētu visu komponentu laukumu. Jūs maināt ražošanas ātrumu, lai iegūtu absolūtu strukturālo noteiktību.
Mūsdienu ražošanas realitāte nosaka visaptverošu pieeju. Paļaušanās uz vienu pārbaudes veidu atstāj nepieņemamas aklās vietas jūsu kvalitātes nodrošināšanas programmā.
Mūsdienu pusvadītāju un jaudas moduļu līnijas šīs tehnoloģijas bieži uzslāņo. Viņi reti izvēlas starp tiem. Hibrīda pārbaudes piltuve palielina caurlaidspēju, vienlaikus saglabājot uzticamību. Jūs ātri uztverat vieglos, virsmas līmeņa defektus. Jūs rezervējat lēnākas, intensīvākas pārbaudes sarežģītām iekšējām pārbaudēm.
Lai izveidotu efektīvu pārbaudes darbplūsmu, nepieciešama stratēģiska secība.
1. darbība: 100% iekļauts AOI. Tūlīt pēc drukāšanas vai montāžas veiciet optisko pārbaudi. Tas uzreiz noraida vienības ar makroskopiskiem virsmas defektiem. Jūs uztverat kļūdas, pirms tās uzkrāj papildu ražošanas izmaksas pakārtotajās krāsnīs vai stiepļu līmētājos.
2. darbība: stratēģiskā SAT izvietošana. Novietojiet akustisko pārbaudi pēc sacietēšanas vai pārplūdes posmiem, kur parasti veidojas iekšējie tukšumi. Izmantojiet statistisko paraugu ņemšanu (piemēram, 5% no partijas) standarta plaša patēriņa elektronikai. Lai garantētu absolūtu atbilstību, veiciet 100% akustisko pārbaudi misijai kritiskām automobiļu vai kosmosa partijām.
Tā kā akustiskā skenēšana pēc savas būtības ir lēnāka, tā var sašaurināt liela apjoma līnijas. Ražotāji izmanto īpašas metodes, lai optimizētu caurlaidspēju. Vairāku devēju skenēšanas sistēmas ļauj vienlaikus pārbaudīt vairākas sastāvdaļas. Paplātes līmeņa pakešu apstrāde samazina iekraušanas un izkraušanas aizkavi. Automātiskās defektu atpazīšanas (ADR) programmatūras ieviešana ir ļoti svarīga. ADR algoritmi automātiski aprēķina nederīgos procentus. Tie novērš nepieciešamību pēc manuālas operatora interpretācijas un krasi paātrina apstiprinājuma/neatbilstības lēmuma pieņemšanas procesu.
Lai pārietu no teorijas uz iekārtu iepirkumu, ir nepieciešami mērķtiecīgi iekšējie auditi. Jums ir jāsaskaņo jūsu kapitālieguldījums ar jūsu faktisko defektu patoloģiju.
Pirms sazināties ar iekārtu pārdevējiem, novērtējiet savu ražošanas realitāti.
Vai jūsu pašreizējās lauka kļūmes izraisa virsmas piesārņojums un slikta stiepļu savienošana?
Vai kļūmes izraisa termiskā degradācija, ko izraisa iekšējie tukšumi?
Vai jūsu galalietotāja atbilstība pieprasa iekšējās struktūras integritātes pierādījumu?
Vai jūsu pašreizējie cikla laiki var absorbēt bezsaistes akustisko skenēšanu?
Runājot ar iekārtu ražotājiem, vienmēr pieprasiet koncepcijas pierādījumu (PoC). Specifikāciju lapas reti stāsta visu. Nosūtiet substrātu paraugus ar zināmiem, raksturotiem defektiem vairākiem piegādātājiem. Novērtējiet viņu aprīkojumu, pamatojoties uz viltus zvanu biežumu un faktiskajiem noteikšanas sliekšņiem. Pievērsiet īpašu uzmanību tam, cik viegli viņu programmatūra integrējas jūsu esošajā ražošanas izpildes sistēmā (MES). Pieprasiet viņiem parādīt, kā viņu mašīnas apstrādā konkrētus keramikas materiālus, ko izmanto jūsu iestāde.
Jūsu tūlītējā nākamā darbība prasa datu vākšanu. Pārbaudiet pašreizējos kļūdu analīzes pārskatus. Kategorizējiet visu neseno lauku atgriešanas un ražas kritumu pamatcēloņus. Stingri sadaliet tos virsmas anomālijās VS tilpuma kļūmēs. Tikai pēc konkrēto atteices režīmu kartēšanas sāciet rakstīt aprīkojuma specifikācijas dokumentu.
Debatēs par virsmas VS iekšējo pārbaudi tehnoloģijas izrādās papildinošas, nevis konkurētspējīgas. Automatizētā optiskā pārbaude aizsargā jūsu ražošanas ātrumu. Tas saglabā stingru virsmas kvalitāti un reāllaikā uztver procesa novirzi. Skenējošā akustiskā tomogrāfija darbojas kā galīgais ugunsmūris. Tas pasargā no slēptām, katastrofālām apjoma kļūmēm, kuras vizuālās sistēmas vienkārši neredz. Abu integrēšana nodrošina visaptverošu kvalitātes nodrošināšanu.
Lai veiktu ieguldījumus pareizajās pārbaudes iespējās, ir jāpāriet uz pamata specifikāciju lapām. Jums ir jāpārbauda faktiskie keramikas substrāti gan pret optisko, gan akustisko metodiku. Analizējot empīriskās pārbaudes datus, varat noteikt patieso ieguldījumu atdevi jūsu konkrētajiem ienesīguma izaicinājumiem. Izveidojiet hibrīda pārbaudes piltuvi, optimizējiet cikla laikus un nodrošiniet visjaudīgāko moduļu termisko uzticamību.
A: Pat ar nelielu caurspīdīgumu tādos materiālos kā plāns alumīnija oksīds, AOI nevar droši izmērīt vai noteikt tilpuma defektus. Tas balstās uz virsmas atspulgu un vizuālo kontrastu. Var parādīties apakšvirsmas ēnas, taču optiskās sistēmas nevar noteikt dziļumu, izmēru vai saskarnes atdalīšanu. Tas stingri paliek virsmas līmeņa instruments.
A: Nē. SAT sistēmās kā savienojuma vidi izmanto ļoti attīrītu, dejonizētu ūdeni. Ražotāji šīs sistēmas savieno pārī ar ātrās žāvēšanas moduļiem vai vakuuma krāsnīm. Tā kā neapstrādāta keramika un metāli ir neporaini un ķīmiski stabili dejonizētā ūdenī, process ir pilnīgi drošs pirms jutīgas galīgās iepakošanas darbības.
A: Izšķirtspēja ir pilnībā atkarīga no devēja frekvences. Frekvences parasti svārstās no 15 MHz līdz 230 MHz. Augstākas frekvences atklāj mazākus defektus, bet iekļūst mazāk dziļi. Standarta DBC substrātiem augstfrekvences devēji var droši noteikt iekšējos tukšumus un atslāņošanos, kas ir pat 50 mikrometri.
A: SAM pārstāv plašāku akustiskās mikroskopijas tehnoloģiju kategoriju. SAT īpaši attiecas uz šo akustisko datu izmantošanu, lai izveidotu atšķirīgas dziļuma šķēles vai tomogrāfiskos attēlus. Apstrādes rūpniecībā tos bieži izmanto savstarpēji aizstājot.
