From Eye to Insight
REPORT TECNICO SULLA MICROELETTRONICA PARTE 1
Come l'uso di un microscopio digitale rende
l'ispezione e analisi dei circuiti stampati veloce
ed affidabile
AUTORI
James DeRose
Scrittore scientifico, Marketing Stereomicroscopia e microscopia
digitale presso Leica Microsystems AG, Svizzera
Georg Schlaffer
Product Manager, Microscopia digitale presso Leica Microsystems
AG, Svizzera
MICROELETTRONICA PARTE 1: ISPEZIONE E ANALISI DI CIRCUITI STAMPATI VELOCE E AFFIDABILE USANDO
UN MICROSCOPIO DIGITALE
Perché eseguire un'ispezione con un microscopio digitale?
Da diversi anni la microscopia digitale si è dimostrata utile per le operazioni di ispezione, controllo e garanzia di qualità (QC/QA) e analisi dei
difetti (FA, Failure Analysis) nell'industria microelettronica, soprattutto nel campo dei circuiti stampati (PCB). I recenti miglioramenti tecnologici
hanno reso la microscopia digitale ancora più efficace e pratica per le attività di ispezione, con conseguente incremento dell'efficienza del
flusso di lavoro. In questo articolo vengono illustrati i vantaggi di alcune funzionalità dei microscopi digitali, come l'utilizzo di software intuitivi
che hanno reso semplice lo svolgimento delle operazioni di analisi, accessori che rendono veloce il cambio dell'ingrandimento e come la
codifica elettronica per richiamare i parametri renda più affidabile l'analisi.
I microscopi digitali sono microscopi ottici che funzionano senza oculari; l'immagine viene osservata direttamente su un display elettronico.
Il microscopio digitale Leica DVM6 fornisce agli utenti un modo più intuitivo e veloce di acquisire le immagini in modo affidabile e di elevata
qualità e permette di effettuare un’analisi in poco tempo, con conseguente miglioramento dell'efficienza durante l'ispezione di componenti
microelettronici.
Quali funzionalità di un microscopio digitale determinano un'analisi affidabile e una maggiore efficienza
del flusso di lavoro?
Molteplici funzionalità del microscopio digitale Leica DVM6 lo rendono facile da usare e contribuiscono a migliorare l'efficienza del flusso di
lavoro relativo a ispezioni e analisi:
>> software intuitivo per il funzionamento del microscopio e l'analisi dei dati;
>> metodo semplice ed efficiente per modificare l'ingrandimento sull'intero intervallo (da 12:1 a 2350:1);
>> Codifica (tracciamento e memorizzazione automatici) di importanti parametri come, ad esempio, tavolino, ottica, illuminazione e
impostazioni della fotocamera, per un loro rapido recupero in qualsiasi momento;
>> inclinazione semplice e veloce della testa del microscopio e rotazione del campione;
>> luce ad anello a LED (Light-Emitting Diode, diodo luminoso) integrata e illuminazione coassiale per consentire un contrasto versatile;
>> fotocamera digitale ad alte prestazioni con immagine dal vivo rapida e 10 MP di risoluzione;
>> modalità di acquisizione attivate/supportate dal software come, ad esempio, stitching XY e XYZ, HDR (High Dynamic Range, ampia
gamma dinamica) e così via.
Questa relazione analizza in che modo i primi 3 punti indicati sopra contribuiscano a ottenere un flusso di lavoro più veloce
e affidabile.
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MICROELETTRONICA PARTE 1: COME L'USO DI UN MICROSCOPIO DIGITALE RENDE L'ISPEZIONE E ANALISI
DEI CIRCUITI STAMPATI VELOCE ED AFFIDABILE
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Rapidità e facilità di installazione e avvio
Per il funzionamento del microscopio digitale Leica DVM6 sono necessari solo un cavo di alimentazione e un cavo USB collegato a un computer
su cui sia installato il software Leica Application Suite X (LAS X). Una volta montato un obiettivo, il microscopio digitale Leica DVM6 è pronto
per eseguire operazioni di ispezione, QC/QA e FA. La distanza di lavoro massima è 60 mm, la corsa del tavolino portacampione è di 70 x 50 mm
e il peso massimo del campione è 2 kg.
Qui di seguito è possibile osservare una foto del microscopio digitale Leica DVM6 con un PCB (circuito stampato) posizionato sul tavolino, una
foto del PCB e un'immagine del DVM6 a basso ingrandimento di una zona di tale PCB.
Circuito stampato (PCB) usato come campione.
Microscopio digitale Leica DVM6 con PCB (circuito stampato)
sul tavolino.
Immagine a basso ingrandimento di una parte del campione PCB
acquisita con il microscopio digitale Leica DVM6.
MICROELETTRONICA PARTE 1: ISPEZIONE E ANALISI DI CIRCUITI STAMPATI VELOCE E AFFIDABILE USANDO
UN MICROSCOPIO DIGITALE
Misurazione, analisi e funzionamento con un software intuitivo
Per ottenere un flusso di lavoro più veloce e affidabile per le attività di ispezione, QC e FA con un microscopio digitale, è essenziale disporre di
un pacchetto intuitivo software dotato di tutte le funzioni che consentano di controllare il microscopio, acquisire immagini in modo semplice
ma anche flessibile ed effettuare analisi dei campioni. Ad esempio, il software dedicato al microscopio digitale Leica DVM6, Leica Application
Suite X (LAS X), offre la possibilità di archiviare i profili di più utenti per i casi in cui molti utenti diversi lavorino con lo stesso microscopio.
La funzione Z-stack di LAS X consente agli utenti di acquisire immagini su diversi piani focali entro un intervallo di zoom (Z-range) definito in
modo da acquisire o una zona o l'intero campione in analisi. La modalità EDOF (Extended Depth Of Field, profondità di campo estesa) offre
un'immagine con messa a fuoco multipla senza dover impostare livelli iniziali o finali. Sia la modalità Z-stack che la modalità EDOF consentono
la rapida creazione ed analisi di superfici topografiche 3D [1] di un campione.
Con il software LAS X gli utenti possono inoltre scegliere differenti modalità per un'ampia scansione XY come, ad esempio, "mark & find"
(contrassegna e trova), "tile scan" (scansione a mosaico) e "spiral scan" (scansione spirale). È anche possibile usare una modalità interattiva
denominata "Live Image Builder" per le scansioni XY (immagine 2D), Z (immagine 3D) e XYZ (immagine 3D su area estesa).
Esempi di analisi 3D del campione usando LAS X sono mostrati qui di seguito con un campione ibrido di PCB (circuito stampato) e SMD
(Surface Mounted Device, dispositivo con montaggio superficiale). Viene descritta anche la creazione del report con un solo clic.
Immagine 3D di una parte di un PCB in cui vengono mostrati chip di circuiti
Stessa immagine 3D mostrata a sinistra con scala Z a colori.
integrati (IC) e un giunto di saldatura, acquisiti con un microscopio digitale
Leica DVM6 usando la funzione EDOF (profondità di campo estesa). Sulla
destra è possibile vedere la stessa immagine con una scala Z a colori.
Immagine 2D di parte di un PCB che mostra un condensatore e una
parte di chip IC. Acquisita con un microscopio digitale Leica DVM6
usando la funzione EDOF. Sulla destra è possibile vedere l'immagine
3D di questa area del PCB.
Immagine 3D della stessa area del PCB mostrata a sinistra. Sono
state eseguite diverse misurazioni come, ad esempio, altezza,
angolo e volume.
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MICROELETTRONICA PARTE 1: COME L'USO DI UN MICROSCOPIO DIGITALE RENDE L'ISPEZIONE E ANALISI
DEI CIRCUITI STAMPATI VELOCE ED AFFIDABILE
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Immagine 2D di parte di un SMD ibrido con transistor o diodi.
Acquisita con un microscopio digitale Leica DVM6 usando la
funzione EDOF.
Immagine 3D della parte di SMD mostrata a sinistra. Sono state
eseguite diverse misurazioni come, ad esempio, profilo, altezza e
volume.
Immagine 2D di parte di un PCB che mostra un chip IC e un condensatore. Acquisita con un microscopio digitale Leica DVM6 usando
la funzione EDOF. Sulla destra è possibile vedere l'immagine 3D di
questa area del PCB.
Immagine 3D della parte di PCB mostrata a sinistra. Sono state
effettuate misurazioni di area, volume, altezza, lunghezza e così
via. Cliccando su "Export" (Esporta) (evidenziato dal riquadro giallo),
viene generato un report in formato Excel.
Report generato dalle misurazioni: scheda di riepilogo del file Excel
in cui viene mostrata la 1a pagina del report con l'immagine 2D
della parte di PCB.
Report generato dalle misurazioni: scheda delle immagini del file
Excel in cui vengono mostrate le misurazioni e l'immagine 3D della
parte di PCB.
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UN MICROSCOPIO DIGITALE
Rapido cambio di ingrandimento con ampio intervallo
Gli obiettivi del microscopio digitale Leica DVM6 possono essere sostituiti velocemente e facilmente mentre si utilizza lo strumento,
senza essenzialmente influire sul flusso di lavoro. Questo video online mostra come sia semplice sostituire gli obiettivi [2].
È disponibile una selezione di 3 obiettivi (ingrandimento basso, medio ed elevato) apocromatici (correzione cromatica nelle lunghezze
d'onda del rosso, del verde e del blu e correzione della planarità sull'intero campo visivo). Viene inoltre fornita l'ottica zoom integrata
16:1 con cui si possono ottenere valori di ingrandimento totale compresi tra 12:1 e 2350:1 (con la diagonale del monitor consigliata di 27
pollici (69 cm) in conformità con la norma ISO/DIN 18221) [3]. L'ottica zoom funziona con ciascuno dei 3 obiettivi per ingrandimento
basso, medio ed elevato, rendendo possibile cambiare l'ingrandimento in modalità continua sull'intero intervallo.
È necessario tenere presente che il valore di ingrandimento finale in microscopia digitale dipenderà dalla dimensione del monitor usato
per visualizzare l'immagine [3]. Come precedentemente indicato, è consigliabile utilizzare il microscopio digitale Leica DVM6 con un
monitor da 27 pollici (69 cm). Di seguito vengono mostrate immagini di un sensore elettronico acquisite con il microscopio digitale Leica
DVM6 usando gli obiettivi a ingrandimento basso, medio ed elevato con i relativi livelli di ingrandimento.
Immagine Leica DVM6 di un sensore elettronico: campo di
ingrandimento basso (obiettivo basso).
Immagine Leica DVM6 di un sensore elettronico: campo di
ingrandimento medio (obiettivo medio).
Immagine Leica DVM6 di un sensore
elettronico: campo di ingrandimento
elevato (obiettivo elevato).
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DEI CIRCUITI STAMPATI VELOCE ED AFFIDABILE
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Parametri codificati del microscopio digitale Leica DVM6
Uno strumento il cui hardware comunica direttamente con il software sul computer per consentire tracciamento e salvataggio automatici
di specifici parametri viene definito dispositivo "codificato". La codifica è molto utile per richiamare rapidamente impostazioni e parametri
memorizzati durante l'acquisizione dei dati. La codifica è preziosa ai fini di riproducibilità ed affidabilità contribuendo nel contempo
anche ad accrescere l'efficienza del flusso di lavoro.
Per il microscopio digitale Leica DVM6, l'obiettivo e l'ottica zoom, la risoluzione in pixel della fotocamera, la posizione e l'angolo di
rotazione (movimento manuale o motorizzato) del tavolino del campione, l'angolo di inclinazione della testa del microscopio e le
impostazioni del sistema d'illuminazione vengono codificati e memorizzati tramite il software LAS X. Di seguito un esempio della codifica
di alcuni di questi parametri durante il funzionamento del microscopio digitale Leica DVM6.
La schermata di comando di LAS X per il microscopio digitale Leica DVM6. Il valore dell'ingrandimento totale (19x, <2,00>
è il fattore di zoom) dall'obiettivo e dall'ottica zoom, l'angolo di inclinazione della testa del microscopio (5°) e l'angolo di
rotazione del tavolino (20°) vengono codificati. Gli stessi parametri vengono visualizzati anche nell'angolo in basso a destra.
Angolo in basso a destra della schermata di LAS X sopra. Viene codificato anche il campo
visivo (FOV, Field Of View) o il campo oggetto (evidenziato dal rettangolo verde nelle immagini sopra) (obiettivo e ottica zoom).
MICROELETTRONICA PARTE 1: ISPEZIONE E ANALISI DI CIRCUITI STAMPATI VELOCE E AFFIDABILE USANDO
UN MICROSCOPIO DIGITALE
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Conclusioni
Con il microscopio digitale Leica DVM6 è possibile eseguire le attività di ispezione, controllo e garanzia di qualità (QA/QC) e analisi dei
difetti (FA) in modo più efficiente ed affidabile su componenti di microelettronica come, ad esempio, i circuiti stampati (PCB). Qui sono
stati analizzati tre dei vantaggi offerti dal prodotto: software intuitivo con molteplici funzioni per il funzionamento del microscopio,
l'acquisizione delle immagini e l'analisi dei dati; comodi metodi per modificare rapidamente l'ingrandimento sull'intero intervallo,
compreso tra 12:1 e 2350:1; codifica di tutti i parametri e le impostazioni importanti (ottica, fotocamera, tavolino, testa e illuminazione)
per un loro rapido e facile recupero. Queste funzionalità consentono agli utenti del microscopio digitale Leica DVM6 di acquisire dati ed
eseguire analisi più velocemente e in modo più affidabile per una maggiore efficienza del flusso di lavoro delle attività di ispezione, QC e FA.
Ulteriori letture
1.
2.
3.
D. Goeggel, G. Schlaffer, 3D Visualization of Surface Structures, Vertical Resolution – Small Steps, Big Effect, Science Lab; Leica
DVM-3D Visualisation; Vertical resolution in the balance between numerical aperture and depth of field
Sostituzione dell'obiettivo: inserite e osservate, pagina del prodotto Leica DVM6
J. A. DeRose, M. Doppler, Is a Magnification of 20,000 Times Really Useful With Digital Microscopy?; J. A. DeRose, M. Doppler,
What Does 30,000:1 Magnification Really Mean? Some Useful Guidelines for Understanding Magnification in Today’s New Digital
Microscope Era, Science Lab
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