Rzadko zwracamy uwagę na wzajemne połączenia.
Ukryte głęboko w opakowaniu chipsów,
przebijają płytki krzemowe i przenikają przez podłoża szklane,
stanowiące podstawę trójwymiarowej ekspansji mocy obliczeniowej.
Rosnąca złożoność zaawansowanych opakowań powoduje ryzyko głęboko w strukturach wewnętrznych na wcześniejszym etapie produkcji. Im później wady zostaną wykryte, tym wyższe są związane z nimi koszty. W związku z tym kontrola rentgenowska ewoluowała od zwykłej kontroli jakości na końcu linii do kontroli na pierwszej linii w krytycznych węzłach produkcyjnych, koncentrując się na jednostkach połączeń – kluczowych elementach decydujących o niezawodności opakowania.
01 PTH, TSV, TGV: Połączenia wzajemne sięgają głęboko
Połączenia warstwowe stanowią niezbędny fundament dla płytek PCB, podłoży opakowaniowych, a także zaawansowanych opakowań 2,5D/3D. Konwencjonalne płytki drukowane i podłoża opakowaniowe opierają się głównie na PTH (platerowanym otworze przelotowym), aby uzyskać pionowe połączenie pomiędzy górną i dolną warstwą płytek. W miarę ewolucji opakowań w stronę większej gęstości, krótszych ścieżek trasowania i trójwymiarowego układania, pionowe połączenia wnikają głęboko w materiały krzemowe i szklane, tworząc ultracienkie, skomplikowane trójwymiarowe elementy za pośrednictwem architektur reprezentowanych przez TSV (Through-Silicon Via) i TGV (Through-Glass Via).
Gołe przezroczyste podłoże TGV (pokrycie wstępne miedzią)
TGV w odcieniu pomarańczowym po pełnej metalizacji miedzią
Zarówno TSV, jak i TGV to rozwiązania w zakresie połączeń pionowych dla zaawansowanych opakowań, różniące się głównie podstawowymi materiałami podłoża.
TSV jest produktem na bazie krzemu, powszechnie stosowanym w silikonowych przekładkach, HBM i opakowaniach 2,5D/3D. Zapewnia ultrakrótkie trasowanie połączeń wzajemnych i doskonałą gęstość integracji, idealne do układania w stosy i szybkich połączeń o krótkim zasięgu.
Natomiast TGV jest zbudowany na szklanych podłożach lub szklanych przekładkach. Korzystając z niskiej straty dielektrycznej szkła, wyjątkowej stabilności wymiarowej i możliwości produkcji dużych paneli, TGV nadaje się do zastosowań wymagających połączeń wzajemnych o wysokiej częstotliwości, wielkoformatowych i niskostratnych.
Schematyczny przekrój TGV
Kierując się dążeniem zaawansowanych opakowań do uzyskania większej powierzchni, większej przepustowości i mniejszych strat transmisji, platformy opakowań półprzewodnikowych ewoluują od podstawowej integracji w stronę integracji wysokiej jakości, na dużą skalę, przy niskich stratach i opłacalnej. Na tym tle podłoża szklane wyróżniają się swoimi naturalnymi zaletami materiałowymi i kompatybilnością z produkcją wielkoformatową, co stawia TGV w centrum uwagi jako obiecującą technologię połączeń pionowych.
02 Jakie wyzwania związane z inspekcją stawia TGV w badaniach rentgenowskich?
Rosnące zapotrzebowanie rynku i rygorystyczne wymagania dotyczące kontroli wydajności napędzają udoskonalenia techniczne kontroli rentgenowskiej w kierunku wyższej rozdzielczości, stabilnego obrazowania i analizy tomografii wielokątowej. TGV stwarza główne wyzwania związane z inspekcją, wynikające ze zminiaturyzowanej geometrii i bardzo dużej gęstości przelotowej. Przelotki są gęsto rozmieszczone wewnątrz szklanych podłoży o małych średnicach i małych odstępach między odstępami. Pojedyncze defekty często objawiają się jedynie subtelnymi przesunięciami skali szarości lub słabymi nieregularnościami krawędzi na obrazach radiograficznych. W związku z tym inspekcja TGV wymaga większego powiększenia i rozdzielczości przestrzennej, a także rygorystycznych standardów dotyczących jednolitości obrazu, optymalizacji kontrastu i tłumienia szumów.
Podpis pod zdjęciem: Schemat przekroju pojedynczego pojazdu TGV przedstawiający zminiaturyzowaną geometrię połączeń wzajemnych
Jako architektury 3D, macierze TGV charakteryzują się strukturalnym nakładaniem się w przypadku konwencjonalnej pojedynczej pionowej projekcji rentgenowskiej. Przelotki, warstwy metalizacji, podkładki łączące i ślady trasowania nakładają się na siebie na radiogramach 2D, zacierając się poprzez kontury ścian, anomalie wewnętrzne i sporadycznie wadliwe segmenty. Aby rozwiązać problem nakładania się cech podczas rzeczywistej kontroli, rutynowo stosuje się akwizycję pod kątem, obrazowanie pod wieloma kątami i skanowanie rentgenowskie CT w celu oddzielenia nakładających się na siebie struktur wewnętrznych.
Mówiąc najprościej, przeszkody w inspekcji TGV wynikają nie tylko z małych wymiarów, ale z połączenia niewielkich rozmiarów, bardzo dużej gęstości, niskiego kontrastu obrazu i szumów obrazowania. Te połączone czynniki sprawiają, że spójna identyfikacja mikrodefektów jest znacznie bardziej wymagająca.
Podpis rysunku: Obrazy rentgenowskie konstrukcji TGV
Regularnie rozmieszczone TGV o małej średnicy przelotowej i drobnym skoku
Zasłonięte granice i cechy wewnętrzne spowodowane nakładaniem się struktur
W przypadku miniaturowych architektur 3D, takich jak pojazdy TGV, zwiększenie wydajności kontroli rentgenowskiej nie zależy wyłącznie od specyfikacji sprzętu, ale także od skoordynowanej optymalizacji receptur obrazowania i algorytmów przetwarzania obrazu.
Podpis pod zdjęciem: Zdjęcia rentgenowskie TGV wykonane przez system kontroli rentgenowskiej UniXray AX9600 Microfocus z wyraźnymi konturami przelotek, wyraźnymi defektami wewnętrznymi i doskonałym kontrastem obrazu
Akwizycja pod kątem, oglądanie pod wieloma kątami i rekonstrukcja 2,5D/3D skutecznie oddzielają nakładające się cechy pomiędzy układami przelotek, podkładkami łączącymi, warstwami metalizacji i ścieżkami połączeń, wyostrzając widoczność krawędzi ścian przelotowych, anomalii wewnętrznych i sporadycznie wadliwych segmentów. Niemniej jednak pomyślne wykonanie zdjęcia nie jest równoznaczne z jednoznaczną identyfikacją defektu. Zaawansowane przetwarzanie obrazu, obejmujące redukcję szumów, regulację kontrastu, wzmocnienie krawędzi i optymalizację zakresu dynamicznego, niezawodnie eksponuje słabe krawędzie, elementy o niskim kontraście i subtelne nieprawidłowości w skali szarości.
Zbudowany z myślą o bardzo dokładnej kontroli połączeń, system rentgenowski z mikroogniskiem UniXray AX9600 zapewnia wysoką precyzję obrazowania. Wyposażony w otwarte źródło promieniowania rentgenowskiego o napięciu 160 kV, urządzenie oferuje powiększenie ponad 1500× wraz z natywną możliwością obrazowania 2,5D w celu określenia konturów strukturalnych i mikroskopijnych defektów w gęsto upakowanych matrycach. Wyposażony w opracowane przez UniXray algorytmy dużych modeli sztucznej inteligencji, zapewniające inteligentną poprawę kontrastu i tłumienie szumów, sprzęt minimalizuje artefakty obrazowania i uwypukla słabe szczegóły o niskim kontraście. Zapewnia klientom wdrażającym kontrolę front-end solidne wsparcie w zakresie dokładnego wykrywania defektów, walidacji procesów i pełnej kontroli jakości.
Podpis pod zdjęciem: System kontroli rentgenowskiej UniXray AX9600 z mikroogniskiem i otwartym źródłem promieniowania rentgenowskiego 160 kV
03 Perspektywy na przyszłość
Dane z badań rynku wskazują, że wielkość światowego rynku substratów do pojazdów TGV wyniesie 230 mln USD w 2026 r., a prognozowana wartość rynkowa wyniesie 3,72 mld USD do 2035 r., co odpowiada CAGR na poziomie około 34,2% w latach 2026–2035. W związku z przyspieszonym przyjęciem zaawansowanych technologii pakowania, rynek kontroli, napędzany rygorystycznymi wymogami dotyczącymi wydajności, jest gotowy na gwałtowny rozwój.
Ponieważ ograniczenia wydajności wpychają kontrolę głębiej w procesy pakowania, pojawia się kluczowe pytanie: jeśli defekty nie mogą czekać na wykrycie na etapie łączenia opakowań, o ile dalej w górę łańcucha dostaw można przesunąć kontrolę?
Odpowiedź może leżeć w jeszcze bardziej mikroskopijnym świecie…
UniXray w pełni przeszedł do prac badawczo-rozwojowych oraz masowej produkcji dedykowanego sprzętu inspekcyjnego do zastosowań TSV i TGV.
