научная статья по теме МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ РЕНТГЕНОГРАММ МИКРОСХЕМ ДЛЯ ЗАДАЧ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ Электроника. Радиотехника

Текст научной статьи на тему «МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ РЕНТГЕНОГРАММ МИКРОСХЕМ ДЛЯ ЗАДАЧ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ»

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2014, том 43, № 4, с. 315-320

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ^^^^^^^^^^ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

УДК 621.389

МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ РЕНТГЕНОГРАММ МИКРОСХЕМ ДЛЯ ЗАДАЧ ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ

© 2014 г. Ю. А. Ожегин

Институт экстремальной прикладной электроники НИЯУМИФИ ОАО "ЭНПО СПЭЛС" E-mail: yaozh@spels.ru Поступила в редакцию 22.05.2013 г.

Предложена методика обработки рентгеновских изображений микросхем, позволяющая производить количественное сравнение изображений на этапе входного контроля в целях идентификации и выявления несоответствующей продукции. Предлагаемый способ сравнения рентгеновских изображений может служить дополнением к уже существующим способам идентификации образцов микросхем.

DOI: 10.7868/S0544126914020082

Прохождение рентгеновкого излучения через вещество приводит к ослаблению интенсивности излучения в соответствии с общеизвестным соотношением:

ln(/// 0) = -J |i(/, E)dl, (1)

где: I/I0 — отношение интенсивности рентгеновского излучения после прохождения слоя вещества к интенсивности падающего излучения; ц(1, E) — коэффициент ослабления веществом толщиной l рентгеновского излучения с энергией Е.

Предположим, что рентгеновское излучение падает на микросхему перпендикулярно поверхности с энергией E = const, и будем считать коэффициент ослабления зависящим только от материала и структуры исследуемого объекта. В качестве детектора рентгеновского излучениия рассмотрим матрицу из детекторов с характерными размерами детектирующей ячейки 20 х 20 мкм с общей площадью, превышающей площадь микросхемы [1].

Рассмотрим возможные варианты структуры микросхемы с точки зрения их рентгенографии. Эти варианты представлены на рис. 1.

На рис. 1а представлен наиболее простой случай — однородный по толщине корпус микросхемы. Для этого случая интенсивность прошедшего

В предположении плоско падающего на поверхность микросхемы рентгеновкого излучения с энергией E = const и однородности материала по толщине lt соотношение (1) можно записать в следующем виде:

ln(/// 0) = -М + И 2I2 + ... + ИА +... + И А), (2)

где: ц i — коэффициент ослабления рентгеновского излучения в слое i; lt — толщина слоя i; к — количество слоев материалов с различными ц.

Данное выражение аддитивно при небольших толщинах материалов. Характерными особенностями рентгенографии микросхем являются относительная однородность материалов и наличие плоскопаралленьных границ между ними. В этом случае можно использовать обобщенный (интегральный) коэффициент ослабления рентгеновского излучения Д:

(3)

через такой участок плоско падающего рентгеновского излучения будет постоянной.

На рис. 1б представлен разрез микросхемы в зоне одного из выводов. В этом случае присутствуют три слоя материала, но без потери общности можно считать, что коэффициенты поглощения рентгеновского излучения в зонах 1 и 3 (пла-

X ^ ilil X li.

i / i

Рис. 1. Разрез корпуса микросхемы. Материал однороден и имеет постоянный по толщине коэффициент поглощения рентгеновского излучения (а). Разрез корпуса микросхемы в зоне внешнего контакта (б): 1 — корпус; 2 — вывод; 3 — корпус. Материал однороден в зонах 1 и 3. Разрез корпуса микросхемы в зоне кристалла (в). Имеется несколько слоев с разными коэффициентами поглощения рентгеновского излучения.

стиковый корпус микросхемы) одинаковы, а в зоне 2 (металлический контакт толщины 12) — существенно отличается.

На рис. 1в представлен разрез микросхемы в зоне кристалла. Эта область представляет собой сложную структуру с различными толщинами материалов, однако, если принять во внимание, что минимальные размеры детектирующей ячейки в

матрице (или линейке) детектора рентгеновского излучения 20 х 20 мкм, что существенно больше современных топологических норм (1 мкм и ниже), в настоящей работе уместно допущение, что в этой зоне присутствует четырехслойная (корпус—кристалл—подложка—корпус) или пятислой-ная (корпус—металл—кристалл—подложка—корпус) структура.

В

о £

о о я <ч

о Я

В

Я

И

0.015

0.010

0.005

|ЛБ565Л ТО| л

У 1 ч .

50

100 ///0, отн. ед.

150

200

250

Рис. 3. Результаты обработки рентгеновского изображения микросхемы А0565А0Т.

-О О { ■

Структура А (пик № 1)

Структура Б (пик № 2)

Структура В (пик № 3)

Структура Г (пик № 4)

Рис. 4. Области микросхемы, соответствующие определенному интервалу градации яркости.

Учитывая, что верхняя и нижняя половина корпуса микросхемы изготавливается, из одного и того же материала, и согластно высказанным предположениям, что в рентгенографии можно рассматривать только следующие структуры: (А) корпус; (Б) корпус—металл; (В) корпус—металл—кристалл; (Г) корпус—металл—кристалл-подложка, при этом в силу аддитивности уравнения (2) при небольших толщинах материалов порядок следования слоев в указанных структурах не играет роли. Каждая из структур имеет постоянный в пределах структуры коэффициент ослабления рентгеновского излучения Д.

Проинтегрировав уравнение (2) по площади детектора с учетом постоянства коэффициента ослабления рентгеновского излучения Д, в рамках выбранных структур микросхемы, можно получить, что в идеальном случае (при монохроматическом рентгеновском излучении и без учета рассеянного излучения), распределение интенсивности зарегистрированного детектором рентгеновского излучения должно иметь четыре пика, каждый из которых соответствует определенной структуре микросхемы, при этом высота пиков пропорциональна площади рентгеновского изображения

данной структуры, а взаиморасположение пиков зависит от интегрального коэффициента ослабления рентгеновского излучения через структуру р„ (т = А, Б, В, Г).

Соотношения (2), (3) справедливы только в случае моноэнергетического излучения, тогда как формируемое рентгеновской трубкой энергетическое распределение излучения имеет наряду с характеристической широкую тормозную составляющую [1, 2].

Корректный подход к соотношению (1) должен учитывать и изменение коэффициента поглощения по толщине материала. Также необходимо учитывать влияние некогерентного рассеяния для рассматриваемого диапазона энергий излучения и атомных номеров материалов, неоднородность чувствительности детектирующих ячеек в матрице, вариации однородности и толшины материалов структуры и т.п.

Визуальный анализ рентгеновских изображений микросхем (один из примеров показан на рис. 2) позволяет выделить области, имеющие практически одинаковую яркость изображения, при этом можно однозначно определить области, соответствующие структурам А и Б, и отчасти В и Г.

0

2

о о я <ч S о Я

В

Я

я

о

о ^

о

н «

ч о

ч «

св Я

Л

ч

в

я

о О

£ О

0.025

0.020

0.015

0.010

0.005

---- AD9845BJSTZ

--ECP2TI32

-AD565ATD

50

100 150

I/I0, отн. ед.

200

250

Рис. 5. Результаты обработки рентгеновских изображений различных микросхем.

Образец № 30 Образец № 31

Рис. 6. Рентгеновские изображения двух образцов микросхемы ХС5210-5РС841.

Обработав определенным образом рентгеновское изображение микросхемы, можно получить распределение количества точек в изображении по их "яркости".

На практике получить указанное распределение можно, обработав определенным образом рентгеновскую фотографию микросхемы. В настоящее время наиболее распространенным видом рентгеновского изображения является файл в одном из графических форматов (bmp, tiff, jpeg и т.п.). Для получения распределения подходят только форматы без сжатия данных. При обработке изображения следует учитывать, что большинство графических форматов позволяют хранить черно-белое изображение с не более чем 256 градациями интенсивности.

В настоящей работе применялся следующий алгоритм обработки изображения: в исходном файле в формате bmp подсчитывалось количество точек, имеющих одинаковую "интенсивность"

белого цвета, а результаты подсчета выводились в таблицу, по которой строился график распределения интенсивности. На рис. 3 правое значение яркости 256 по оси абцисс соответствует полному поглощению рентгеновского излучения (1/10 = 0), а значение яркости 0 — полному пропусканию (1/1о = 1).

Видны четыре пика, предположительно соответствующие структурам А—Г. В качестве подтверждения на рис. 4 из рентгеновского изображения микросхемы выделены белым цветом области, соответствующие по яркости этим пикам. Анализ указанных областей подтверждает предположение о возможности рассмотрения только описанных выше четырех структур микросхем, которые в целях идентификации можно рассматривать как типовые.

Вследствие различия площадей, занимаемых на рентгеновском снимке микросхем различными типовыми структурами, и различий инте-

0

0

2 13

о

о н

и

о

н те

н и

о

к е

¡^

о т

« Ч

о д

«

а н

л ч

в

и

о

о

тно

От

0.015

0.010

0.005

Рис. 7. Результаты обработки рентгеновских изображений микросхемы ХС5210-5РС841.

Левый пик

Средний пик

Правый пик

Образец № 30 Образец № 31

Рис. 8. Области на образцах микросхемы ХС5210-5РС841, соответствующие разным пикам.

гральных коэфиициентов ослабления рентгеновского излучения, для разных типономиналов микросхем результаты обработки рентгеновских изображений по предлагаемому способу будут разными, что подтверждается результатами, при-

веденными на рис. 5 (рентгенография проводилась в одинаковых условиях).

Приведенные особенности рентгеновских изображений микросхем позволяют использовать их для идентификации поступающих на испытания мик-

0

росхем на этапе входного контроля (до передачи их на испытания). В частности, в ИЭПЭ НИЯУ МИФИ и ОАО "ЭНПО СПЭЛС" предварительная рентгенография является обязательным элементом входного контроля партий ЭРИ, поступающих на испытания, при этом рентгенографи-рованию подвергается каждое поступающее на испытания изделие.

Сравним данные рис. 6, 7, 8. На рис. 6 представлены рентгеновские изображения двух образцов микросхемы ХС5210-5РС841, поступивших на испытания в ОАО "ЭНПО СПЭЛС". Визуально наблюдается некоторое различие изображений. На рис. 7 представлены результаты обработки этих изображений предлагаемым способом. Хорошо видно, что при практической тождественности в области двух левых пиков,

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком