來源：材料與測試

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X射線透射檢測是一種無需拆解芯片封裝，就能探測到內部結構的無損檢測方法。

X射線的透射率取決于材料的質量和厚度。一般情況下，鋁、硅等材料的原子質量較小，透射率高，較難分辨；金、銅、鐵、焊料（銀、鉛、鉍、錫）等的原子質量較大，透射率低，比較易于分辨。同時，X射線透過材料后的強度隨材料的吸收系數(shù)和厚度呈指數(shù)衰減。

X射線可以用于確定引線鍵合的狀態(tài)（布線狀態(tài)，是否開路、短路）、焊片狀態(tài)以及是否產(chǎn)生空洞，如圖1、圖2所示。此外，聚焦的X射線（1微米-10微米）還能用于微區(qū)分析，作為CSP(芯片尺寸封裝）和TCP（載帶封裝）的強有力的失效分析手段。

圖1 引線布線的X射線透視圖

圖2 CSP封裝中的金凸點意外連接引起的短路

相較于二維X射線檢測，三維X射線檢測更具優(yōu)勢，因為它具有分層功能。

計算機掃描層析技術可以提供傳統(tǒng)成像技術無法實現(xiàn)的二維切面或三維立體表現(xiàn)圖，且避免了影響重疊、混淆真實缺陷的現(xiàn)象，可以更準確地辨識物體內部的缺陷位置。

讓我們來看一個奔騰4處理器的失效案例。

圖3展示的是一幅二維透射成像圖。硅焊片表面有九層銅金屬化層。這張圖片是在相稱模式下拍攝得到的畫面（X射線能量8keV）。為了增加X射線的透射率，硅焊片的厚度由背面減薄至70微米左右。我們發(fā)現(xiàn)在該模式下，各層的圖像相互堆疊，很難辨別清楚不同層之間銅線的分布。

圖3 二維投影圖像。硅的厚度為70微米，在其上面分布著九層相互垂直的銅金屬化層。

但是，通過層析技術我們可以獲得三維圖像，這樣各層之間的結構就會分立開來，我們能夠清楚地判斷每一層上銅線的情況。本案例中，我們可以拍攝到140度范圍內的三維透射圖像（受樣品架旋轉角度的限制），如圖4所示。

圖4 硅襯底芯片的三維圖像

進一步通過計算機對圖像進行處理和合成，我們可以將圖4的三維圖像中的每一層都剝離開來，得到每一層上的銅線分布情況，即二維切面圖，如圖5所示。這是真正意義上的層析手法。

圖5 由上至下分別表示九個銅金屬化層。明線表示銅線，暗點表示硅或空洞。第七張圖中可觀察到銅線中夾雜著100nm左右的空洞。該處X射線成像的分辨率達到50nm，清晰地展現(xiàn)了缺陷位置。

在失效分析過程中，故障隔離和失效定位可以通過多種手段實現(xiàn)，如電子探針、I/V曲線量測儀、顯微紅外熱成像分析、液晶熱點檢測、光發(fā)射顯微分析、磁電流映射、激光掃描、電子束等。定位完成后，使用掃描電子顯微鏡（SEM）或透射電子顯微鏡（TEM）進一步分析失效區(qū)域，這一步驟需要和拋光打磨或聚焦離子束（FIB）切割配合使用，如此一來，難免對樣品造成物理破壞，甚至可能造成失效區(qū)的消失，或偽失效區(qū)的產(chǎn)生。

基于納米層析技術的X射線透射檢測能夠很好地解決物理破壞的問題。

因為利用X射線透射技術無需剝層就能直接觀察到失效區(qū)域的形貌，是一種可靠的無損檢測方法。在圖6和圖7所示的案例中，分析人員通過層析掃描定位出因為電遷移測試而消失的空洞所在的金屬化層。

圖6 二維X射線成像圖。該區(qū)域中有可能出現(xiàn)消失的空洞或者其他缺陷。

圖7 層析掃描圖。清晰定位出消失的空洞所在的金屬化層。