新型BEX成像技术快速检测电子元件

23^rd June 2023 | Author: Matt Hiscock

2024年6月，牛津仪器推出了Unity这是一款新型成像探测器，它采用了创新的成像技术。Unity将背散射电子成像和X射线成像技术结合在一起（称为BEX技术），旨在简化和加速复杂分析过程。BEX成像技术允许用户通过彩色、高分辨率的图像观察样品的微观结构和化学成分，从而快速定位感兴趣区域。此外，BEX成像技术还能够对整个样品进行成分成像，具有较高的准确性和分辨率。本文以电子元件为例，展示Unity的BEX成像能力。

本文以电子元件为例来展示Unity强大的BEX成像能力。

目的

电子元件在许多现代设备居于核心地位，需要按照严格的标准长期服役。印刷电路板（PCB）中的结构尺度从微米到纳米不等。在生产时就要确保这些复杂元件的结构和成分符合设计要求。元件功能失常后，还需要调查和诊断失效原因或污染来源。随着设备变得越来越复杂，结构尺寸越来越小，扫描电子显微镜（SEM）在电子元件品控中扮演着越来越重要的角色。有许多方法是基于扫描电子显微镜（SEM）来研究电子元件，比如：

检查设备中受电气过载（EOS）、机械损伤等影响的区域。
检查印刷电路板（PCB）是否分层以及焊接接头是否存在裂纹；
确定不同材料处扩散的程度；
检查不良金属间化合物；
研究氧化和其他类似过程发生的位置和方式，监测PCB老化、可加工性和储存性。

解决方案

初始样品分析

如上所述，电子设备中的结构尺寸跨越多个尺度，这意味着空间分布的信息非常重要。鉴于PCB中通常使用的多种不同材料，背散射电子（BSE）和X射线成像是了解样品最有用、最直观且最省时的方式。

以往，用户先获取电子图像，了解样品的表面形貌之后再获取成分信息。在这种方式中，用户根据电子图像提供的信息来决定成分信息的采集位置。很显然，如果电子图像中没有显示出感兴趣区域的特征，在分析时很可能就错过了，从而丢失对应的成分信息。此外，如果样品中存在多个污染源，仅使用电子成像可能会误判。

解决这个问题的方法是在分析流程的第一步中，使用Unity的BEX成像同时获取电子图像和成分信息，使用户不必纠结于要分析哪些成分以及在哪里分析这些问题。当移动样品时，Unity实时显示元素分布，用户可以立即了解样品中存在的成分信息，如图1所示。

图1 PCB截面的单视场BEX成像，左图为元素叠加图，右图为单个元素分布图。

高分辨率成像

一旦通过某个特征（形貌或者成分）确定了要分析的区域，下一步通常是采集数据，用于输出报告。使用Unity时，用户单击一下就可以从任何感兴趣的位置采集高质量的图像。图2就是使用此方法采集的4K高清图像。

图2 在低倍率视野下Unity采集的4K分辨率的BEX成像

大面积BEX成像

利用全景模式（Cartography mode），BEX图像采集可以从单个视场扩展到样品上更大的区域范围。这种模式充分结合了BEX成像与Unity的高速采集能力，能够更快地获取高分辨率的电子图像和成分分布。设置全景模式的采集范围非常方便，只需用户在屏幕上拖动画框覆盖感兴趣区域，单击“开始”即可。在本文提到的PCB样品截面上，采用全景模式定义了一个包含44个视场的区域，涵盖多个焊点，如图3所示。