23rd 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。
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:
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。
图3 BEX成像的全景模式:在样品的感兴趣区域上画一个矩形框即选定采集范围
全景模式采集的BEX图像如图4所示,该图覆盖了4.2 mm x 8.2 mm的区域,仅用了2分多钟就完成了采集。结果显示该PCB板的铜层数量符合规格,焊料凸点中没有裂纹或空隙,仅在一个焊点处发现了Si的异常分布(图像左上角)。
图4 PCB界面的大面积BEX图像
Unity成像技术同时提供了成像和成分信息,这对于电子元件的表征非常有用。使用Unity的全景模式可以快速、可靠地分析不同电子元件的故障并检查这些元件是否符合产品规格。BEX成像的结果有助于发现电子元件的失效点或生产相关的缺陷,避免在生产流程的后期出现更严重的损失。
Dr Matt Hiscock,
MAG Head of Product Science, Oxford Instruments
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