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Applicazione dell'ispezione termica a infrarossi nell'industria dei semiconduttori

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Come la termografia aiuta l'industria dei semiconduttori？

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Data l'ampia diffusione dei semiconduttori in vari settori, l'industria dei semiconduttori è diventata un'industria nazionale fondamentale e strategica. Con il rapido sviluppo di tecnologie di alto livello come l'intelligenza artificiale, l'importanza dell'industria dei semiconduttori è diventata sempre più rilevante.

L'importanza dei semiconduttori
La tecnologia di produzione dei chip (circuiti integrati) è attualmente l'apice della tecnologia di microprocesso globale e rappresenta l'apice della competizione high-tech tra i Paesi di tutto il mondo, riflettendo in modo significativo la forza high-tech di una nazione. I materiali dei semiconduttori, in quanto materiali elettronici chiave utilizzati per la produzione di chip, sono la pietra miliare dell'intera industria dei semiconduttori.

I chip, in quanto componenti elettronici di base, sono ampiamente utilizzati in numerosi settori come i computer, le comunicazioni, il controllo industriale e la sanità, e la loro importanza è evidente. Nell'industria dei semiconduttori, in particolare nelle fasi di ricerca, sviluppo, produzione e collaudo dei chip, i requisiti di qualità e affidabilità dei prodotti sono estremamente elevati.

I metodi di ispezione tradizionali possono avere alcune limitazioni e faticano a soddisfare le esigenze di rilevamento di dispositivi a semiconduttore sempre più sofisticati.

Applicazione dell'ispezione a immagini termiche per l'industria dei semiconduttori
La tecnologia di imaging termico a infrarossi, nota per la sua assenza di contatto, l'elevata precisione e le capacità visive, è diventata uno strumento essenziale per i test sui semiconduttori. Catturando in tempo reale la distribuzione della temperatura e i segnali di radiazione termica, questa tecnologia supera efficacemente le carenze dei metodi di ispezione tradizionali, aiutando il settore ad affrontare le sfide del processo e a migliorare la resa e l'affidabilità del prodotto.

Di seguito sono riportati gli scenari applicativi principali e i casi d'uso tipici:

1. Test WLP e individuazione dei difetti di confezionamento
La termografia a infrarossi è in grado di penetrare nei materiali a base di silicio, consentendo di eseguire test non distruttivi delle strutture superficiali e interne dei wafer. Ad esempio, durante il processo di rettifica dei wafer, la radiazione infrarossa proveniente dalla parte anteriore e posteriore del substrato di silicio consente di misurare con precisione la profondità di rettifica e di ottimizzare i parametri di processo. Nel confezionamento dei flip-chip, questa tecnologia può rilevare difetti come le perdite di saldatura e la corrosione dei fili di rame penetrando nel substrato di silicio, evitando così i danni fisici che i metodi di ispezione tradizionali potrebbero infliggere ai componenti.

2. Monitoraggio della temperatura dei chip LED
Il chip LED è un dispositivo semiconduttore a stato solido. Il suo nucleo è costituito da un chip semiconduttore. Un'estremità del chip è negativa ed è fissata a una staffa, mentre l'altra estremità è collegata all'elettrodo positivo dell'alimentatore, rendendo l'intero pacchetto in resina epossidica. Durante il processo di produzione dei chip LED, si verifica un'insufficiente polimerizzazione della colla d'argento, la contaminazione delle staffe o degli elettrodi del chip, con conseguente grande resistenza di contatto o resistenza di contatto instabile e altri fenomeni negativi come l'aumento della temperatura. Rispetto alle soluzioni di monitoraggio tradizionali, le termocamere forniscono un risultato di monitoraggio più evidente e diretto, mostrando in modo più oggettivo le posizioni dei difetti dei chip LED.

Offrono un vantaggio significativo in quanto forniscono una rappresentazione visiva senza contatto e in tempo reale della distribuzione della temperatura del chip LED. Ciò consente l'identificazione immediata di punti caldi localizzati, indicativi di difetti come l'insufficiente polimerizzazione della colla d'argento o la contaminazione che causa un aumento della resistenza elettrica. L'immagine termica risultante individua oggettivamente la posizione di questi problemi, consentendo una diagnosi più rapida e azioni correttive più mirate rispetto alle misurazioni elettriche indirette o alle valutazioni visive soggettive.

3. Localizzazione precisa di difetti microscopici e punti caldi nei dispositivi a semiconduttore
Difetti come crepe e microcircuiti nei dispositivi a semiconduttore spesso portano ad anomalie di temperatura localizzate. Rilevando le variazioni nella distribuzione termica, le termocamere possono individuare rapidamente e con precisione le aree calde del chip. Le immagini termiche a infrarossi consentono di localizzare rapidamente e con precisione questi punti ad alta temperatura all'interno del dispositivo, eliminando la necessità di un'analisi dettagliata della progettazione del circuito. Questa caratteristica chiave ha alimentato l'adozione diffusa e la ricerca in corso delle immagini termiche a infrarossi nell'ispezione dei semiconduttori.

4. Progettazione della dissipazione del calore e convalida della gestione termica
Durante il processo di progettazione dei chip, le termocamere, che utilizzano il rilevamento a infrarossi senza contatto, consentono di monitorare in tempo reale l'aumento della temperatura nelle schede dei circuiti o nei componenti del packaging, aiutando gli ingegneri a ottimizzare le strutture di dissipazione del calore. Queste telecamere acquisiscono mappe termiche dettagliate, rivelando anche le più piccole variazioni di temperatura sulla superficie del dispositivo. Ad esempio, analizzando la distribuzione della temperatura dei dispositivi di potenza sottoposti a carichi dinamici, gli ingegneri possono osservare la posizione precisa e l'intensità della generazione di calore. Ciò consente di perfezionare efficacemente le soluzioni di dissipazione del calore, come il posizionamento e la progettazione dei dissipatori, per ridurre il rischio di fuga termica.

Il software sofisticato che accompagna queste termocamere fornisce spesso strumenti per l'analisi quantitativa, consentendo agli ingegneri di misurare le temperature di picco e i gradienti di temperatura e di seguire il comportamento termico nel tempo, contribuendo ulteriormente alla convalida e all'ottimizzazione dei progetti di gestione termica.

5. Test ambientale del circuito stampato
Durante la progettazione e il collaudo della scheda di circuito, i ricercatori devono monitorare la temperatura dei componenti elettronici nella scheda di circuito per capire il carico termico di ciascun componente. Durante il test, è necessario simulare l'ambiente di lavoro effettivo della scheda di circuito e osservare lo stato della temperatura dei componenti elettronici dall'accensione alla stabilizzazione. Poiché i componenti elettronici della scheda di circuito sono molto raffinati, le apparecchiature tradizionali per la misurazione della temperatura di contatto sono complicate da utilizzare e non possono soddisfare i requisiti di prova dei ricercatori scientifici.

Le termocamere, invece, offrono una soluzione molto efficace per questa applicazione. La loro natura senza contatto consente ai ricercatori di monitorare in modo sicuro e semplice la temperatura anche dei componenti elettronici più piccoli e delicati, senza alcuna interferenza fisica. Fornendo immagini termiche in tempo reale, queste termocamere consentono di osservare le variazioni di temperatura dell'intero circuito stampato mentre si accende e raggiunge uno stato stabile. I ricercatori possono monitorare simultaneamente la temperatura di più componenti, ottenendo una comprensione completa della distribuzione del carico termico. Inoltre, i dati catturati dalle termocamere possono essere facilmente registrati e analizzati, fornendo preziose informazioni sul comportamento termico della scheda di circuito e dei suoi componenti in varie condizioni operative, facilitando così una progettazione ottimizzata e prestazioni affidabili.

6. Test dinamici
La termografia a infrarossi è essenziale per i test dinamici delle prestazioni dei semiconduttori in condizioni estreme e con correnti elevate. Grazie agli ampi intervalli di temperatura e all'elevata sensibilità, le termocamere registrano in tempo reale le curve di aumento della temperatura durante i test, come l'applicazione di correnti variabili da parte di una stazione sonda. In questo modo si evitano errori di surriscaldamento e gli ingegneri possono osservare la risposta termica del dispositivo ai carichi dinamici. Un software avanzato consente un'analisi dettagliata dei gradienti di temperatura e della dissipazione di calore, rivelando potenziali meccanismi di guasto e facilitando la correlazione con i dati sulle prestazioni elettriche per ottimizzare la progettazione e l'affidabilità.

7. Monitoraggio della temperatura delle apparecchiature a semiconduttori
Il monitoraggio termico continuo con telecamere termiche fisse o portatili è fondamentale per le apparecchiature per semiconduttori di alto valore, come le macchine per litografia e gli implanter ionici, per rilevare aumenti di temperatura anomali in componenti critici come motori, cuscinetti, alimentatori e sistemi di raffreddamento, consentendo di ricevere avvisi tempestivi e di evitare costosi tempi di fermo. Questo approccio proattivo supporta la manutenzione predittiva, riducendo le spese di manutenzione e prolungando la durata delle apparecchiature.

8. Monitoraggio della temperatura dell'armadio di distribuzione dell'alimentazione
L'armadio di distribuzione dell'energia elettrica è dotato di apparecchiature e dispositivi ad alta densità, con il risultato di un ambiente elettromagnetico complicato. La resistenza locale delle parti di contatto delle apparecchiature di distribuzione dell'energia, dei cavi, dei connettori bus e dei contatti degli interruttori elettrici può aumentare e riscaldarsi a causa di un contatto inadeguato, dell'invecchiamento dei materiali, dell'usura e di altri motivi; le apparecchiature di monitoraggio tradizionali sono caratterizzate da un'installazione complessa, da una distribuzione della temperatura target poco chiara, da un'omissione di rilevamento, da una manutenzione difficile, da una risposta lenta, da tempi di conduzione del calore e da una scarsa tempestività.

A causa della complessità delle apparecchiature e dello spazio ristretto nei quadri elettrici ad alta tensione, è stata progettata una telecamera tascabile TN220, leggera e conveniente, per realizzare il monitoraggio in tempo reale, la diagnosi dei difetti, l'emissione di allarmi e altre funzioni delle apparecchiature nell'armadio. Si tratta di una soluzione affidabile a infrarossi per un funzionamento sicuro e stabile e per l'ispezione video online delle apparecchiature nell'armadio di distribuzione. Inoltre, è possibile configurare diverse applicazioni software in base ai requisiti dei vari scenari, ad esempio un client di monitoraggio leggero in tempo reale e una piattaforma cloud multimediale convergente.

Vantaggi tecnici delle termocamere a infrarossi
Test senza contatto: È in grado di evitare danni fisici ai materiali dei semiconduttori, ed è particolarmente adatta per i test di precisione dei chip di dimensioni micrometriche.
Copertura in tempo reale e ad ampio raggio: È in grado di ottenere rapidamente dati sulla distribuzione della temperatura in un'ampia area e di supportare il monitoraggio dinamico del processo.
Posizionamento accurato dei difetti: È in grado di identificare difetti invisibili come cricche e microcricche attraverso la distribuzione anomala del calore, riducendo gli errori di valutazione manuale.
Con la continua crescita della complessità e dell'integrazione dei dispositivi a semiconduttore, la tecnologia di termografia a infrarossi diventerà sempre più parte integrante dell'ecosistema di produzione intelligente, agendo come un fattore chiave per garantire l'affidabilità dei chip e promuovere l'innovazione dei processi.

Casi di applicazione della termocamera a infrarossi Raythink
1. Misurazione della temperatura nella produzione di chip LED
Durante il processo di produzione dei chip LED, si può verificare una polimerizzazione insufficiente della colla d'argento, la contaminazione delle staffe o degli elettrodi dei chip, con conseguente resistenza di contatto elevata o instabile e altri fenomeni negativi come l'aumento della temperatura. Rispetto alle soluzioni di monitoraggio tradizionali, le termocamere forniscono un risultato di monitoraggio più evidente e diretto, mostrando in modo più oggettivo le posizioni dei difetti dei chip LED. In questo progetto, la nostra termocamera TN460 viene installata sopra il chip LED per monitorare in tempo reale la temperatura nell'area centrale. Con il nostro software professionale di analisi della temperatura "TI studio", è possibile identificare chiaramente i difetti del chip.

2. Misurazione della temperatura nella produzione di circuiti stampati
Poiché i componenti elettronici dei circuiti stampati sono molto raffinati, le tradizionali apparecchiature di misurazione della temperatura a contatto sono complicate da utilizzare e non possono soddisfare i requisiti di prova dei ricercatori scientifici. In questo progetto, la termocamera AT61 per la misurazione della temperatura sintonizzata elettricamente in linea viene installata sopra la scheda di circuito per l'acquisizione di immagini e la misurazione della temperatura senza contatto. Inoltre, per simulare l'ambiente di lavoro reale delle schede di circuito, la termocamera e la scheda di circuito sono state collocate contemporaneamente in un termostato per l'osservazione. Anche quando la temperatura massima del termostato raggiunge i 60 °C, la nostra termocamera è ancora in grado di misurare con precisione la temperatura.

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