반도체 비 파괴 분석 Non-destructive Analysis(NDA)의 종류와 개념

반도체 비 파괴 분석 Non-destructive Analysis(NDA)의 종류

 

반도체 비 파괴 분석의 대표적인 종류로는 OM, UV-OM, 2D X-ray, 3D X-ray, SAT, OP, TDR 등이 있습니다.

 

반도체-비-파괴-분석

 

그렇다면 각 분석별 개념에 대해 알아볼까요?

 

 

 

반도체 비 파괴 분석별 개념

 

1) OM : 광학 현미경(OM)은 관심 영역에 비친 가시광선의 굴절과 반사로 인한 2D 강도 대비를 통해 시료 표면의 형태를 표시하는 데 사용됩니다. 

 

해상도는 가시광선(파장 400~700nm)의 경우 입사 파장의 약 절반 수준인 0.2μm이며 이러한 해상도로 인해 최대 배율이 X1000으로 제한되므로 광학 현미경은 샘플 표면 구조의 예비 검사를 제공할 수 있습니다.

 

2) UV-OM : 형광 투과 실험은 주로 칩 수준의 포장과 같은 것을 검사하기 위해 작은 샘플에 사용됩니다. 이 분석 방법은 더 큰 구성 요소를 검사하는 데 더 적합한 적색 염료 투과 테스트에서 파생된 분석 방법입니다. 예를 들어, 적색 염료 침투 테스트는 부품의 용접 상태를 관찰하는 데 사용할 수 있습니다.

 

그러나 샘플이 작을수록 적색 염료의 침투는 현미경으로 구별하기가 점점 더 어려워집니다. 반면 형광제는 소량이라도 자외선을 조사하면 배경과 구별되는 빛을 발산하고 따라서 시료의 용접된 접합부의 틈새를 관찰할 때 적색 염료를 형광제로 대체할 수 있습니다.

 

 UV-OM는 형광제를 사용하여 진공 상태에서 시료를 투과시킨 다음 UV-OM 광선을 사용하여 시료의 형광 반응을 관찰할 수 있습니다.

 

3) 2D 엑스레이 : 2D 엑스레이선 이미징은 관심 대상에 엑스선 방사선을 비추고 투과 대비를 촬영하는 것입니다.

본드 와이어, 은 접착제, 리드 프레임 등과 같은 IC의 내부 금속 재료 또는 구조를 검사하는 데 사용할 수 있으며 2D 엑스레이는 주로 PCB 조립 불량 검사에 사용됩니다. 액티브, 패시브 부품의 솔더 검사, 홀 수 및 비율 계산, 혼합 시스템 구성 요소 확인에도 사용됩니다. 

2D 엑스레이로 분석 가능한 디바이스로는 인덕터/센서, 릴레이, 퓨즈, 코일/권선, 본드 와이어, IC 및 다이 접착 인터페이스 검사 등이 있습니다.

 

4) 3D 엑스레이 : 3D 엑스선 현미경은 샘플을 0도에서 360도 사이로 체계적으로 회전시켜 캡처한 2D 엑스선 이미지를 계산하여 3D 단층 촬영(CT)을 구성합니다.

 

엑스선은 다양한 물질에 대한 높은 투과율로 인해 물질의 내부 구조를 검사할 수 있는 강력한 도구입니다. 생물학, 의학, 재료, 반도체 소자 검사 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며 엑스레이는 본드 와이어, 은 접착제, 전선 등과 같은 IC의 내부 구조를 관찰하는 데 사용할 수 있습니다.

 

일반적으로 2D 엑스레이이미지는 관심 있는 샘플에 엑스레이 방사선을 비추고 투과 대비를 수집하여 촬영하며 이를 기반으로 엑스선은 경로 내의 모든 재료 또는 구조물을 투과하고 상호 작용합니다. 모든 정보가 서로 중첩되어 자세한 구조(예: IC의 고장 위치)가 명확하게 드러나지 않을 수 있습니다.

 

3D엑스레이는 마이크로 일렉트로닉스, 재료 과학, 자연 자원 및 생명 과학 분야에서 사용 가능합니다. 또한 IC 패키지, MEMS, 3D IC 및 보드의 구조 이미징과 다양한 패키지의 불량 검사에도 사용됩니다.

 

이 현미경은 공간 분해능력이 최대 700nm으로 8인치 및 12인치 웨이퍼 검사에 적용 가능하며 SEM 및 FIB 이외의 대체 3D 이미징, 선명한 구성 대비로 가벼운 원소(예: Si 및 Al)를 구별할 수 있습니다.

 

5) SAT : 주사 음향 현미경(SAM)이라고도 하는 주사 음향 단층 촬영(SAT)은 20KHz 이상의 주파수로 초음속으로 IC 구조를 검사하는 데 사용됩니다.

 

프로브에서 생성된 초음파는 중간체(순수한 물)를 통해 관심 시료에 수직으로 전파된 후 특정 깊이의 시료에 침투하고 이 파동은 서로 다른 두 재료와 구조 사이의 계면에서 만나면 부분적으로 반사됩니다. 반사된 신호는 관심 있는 로컬 임베디드 아키텍처에서 샘플 3D 구조를 구성하는 데 사용됩니다.

 

프로브는 샘플의 재질과 두께에 따라 선택되며, 생성되는 초음속은 15~230 MHz까지 다양합니다. 에폭시 패키지의 침투 깊이는 약 4mm로 SAT/SAM의 응용 분야에는 마이크로 일렉트로닉스, LED, MEMS, 전력 모듈, 하이테크 디바이스 등과 같은 하이엔드 IC 제품이 포함됩니다.

 

SAT, SAM은 패키지 균열, 박리, 다이 크랙, 에폭시 보이드, 다이 접착제 불량, 납땜 불량, 접촉 불량 금속등에 적용됩니다.

 

6) OP : 광학 프로파일러(OP)는 빛과 재료 표면 사이의 상호 작용으로 인해 발생하는 백색광 간섭을 기반으로 하므로 샘플 표면의 형태를 해결하는 데 사용할 수 있습니다.

 

간섭은 빛과 재료 표면 사이의 상호 작용에 의해 발생하므로 샘플 표면의 형태를 해결하는 데 사용될 수 있으며 이 기술은 연성 인쇄 회로 기판, 마스크, 표면 결함, 발광 다이오드의 표면 거칠기 및 필름 사이의 간격을 검사하는 데 널리 적용됩니다.

 

7) TDR : TDR기술은 계단 전압을 가진 신호를 금속 와이어에 보낸 다음 반사된 신호를 측정하여 입력 신호와 반사 신호 사이의 지속 시간을 구하여 해당 반사 위치를 계산하는 방법으로 수행됩니다. 

 

오늘날 TDR은 IC 칩의 고장 분석을 위한 중요한 기술이며 이러한 분석은 더 상세한 비 파괴 불량 분석을 위한 스캐닝 음향 단층 촬영 (SAT) 및 엑스선 현미경과 같은 다른 기술과 결합될 수 있습니다.