Inspección TGV en núcleo de vidrio: AOI de superficie frente a detección de grietas subsuperficiales

Aviso sobre las pruebas: esta página es una guía de ingeniería independiente basada en información de producto publicada por Spirox Corporation. No es un caso de cliente, una afirmación de base instalada, un respaldo ni una declaración de compatibilidad verificada. Los modelos de cámara y de objetivo realmente instalados en el equipo citado, y cualquier relación de compra con POMEAS, son UNKNOWN.

Un sustrato de núcleo de vidrio plantea tres preguntas de inspección distintas en un mismo panel. Las vías pasantes a través del vidrio (TGV) deben medirse en diámetro, posición, paso y conicidad. La capa acumulada sobre el vidrio, sea ABF o un dieléctrico fotosensible, debe medirse en ancho de línea, aberturas del dieléctrico y posición de pads, e inspeccionarse en busca de defectos de superficie. Y el propio vidrio debe comprobarse en busca de grietas que nunca alcanzan ninguna de las dos superficies. Cada pregunta tiene respuesta, pero ninguna se responde con la misma configuración óptica, y ahí es donde la compra suele fallar: se especifica una única estación para la «inspección de núcleo de vidrio» y luego debe entregar tres resultados que pertenecen a tres mediciones físicas diferentes.

Esta página separa los tres trabajos por razones físicas y no de marketing, y después hace la aritmética que decide qué objetivo POMEAS podría evaluarse para la parte superficial del trabajo. Indica explícitamente dónde se detiene una estación óptica de luz visible, porque el error más caro de esta aplicación es una estación que image una grieta enterrada con la nitidez suficiente para parecer convincente y no la suficiente para ser repetible.

Tres trabajos en un mismo panel, medidos por tres físicas distintas

La geometría de las vías es una medición de una característica pasante. Con retroiluminación paralela detrás del panel y un objetivo telecéntrico delante, el disco brillante de la imagen es la proyección del agujero a lo largo del eje óptico, y su borde lo define el sustrato y no la iluminación. El diámetro, la posición respecto a un dato, el paso y la regularidad del array son mediciones basadas en bordes en un único plano, que es el caso más sólido para un campo telecéntrico calibrado: la escala de imagen no cambia cuando el panel se sitúa unas décimas de milímetro más arriba o más abajo.

Las dimensiones de superficie y de la capa acumulada son una medición de un plano reflectante. Aquí la luz vuelve desde la superficie superior y el contraste procede de la diferencia entre cobre, dieléctrico y vidrio. Puede usarse el mismo objetivo telecéntrico, normalmente con iluminación coaxial para el metal e iluminación inclinada para los bordes del dieléctrico, pero el aumento es un orden de magnitud mayor que para un array de vías de panel completo, y la profundidad de campo se reduce en consecuencia.

Las grietas subsuperficiales no son una medición en absoluto en el mismo sentido. Son un problema de detección dentro de un volumen transparente: la señal es luz dispersada por una cara de grieta enterrada a decenas o cientos de micrómetros bajo la superficie, superpuesta a la textura superficial que devuelve mucha más luz. Eso implica una geometría de iluminación distinta, una banda espectral distinta y un modelo de formación de imagen distinto, y es la razón de que las dos funciones se vendan como instrumentos separados y no como opciones de uno solo.

Por qué una estación de superficie no puede reconfigurarse como inspector de grietas

Un objetivo telecéntrico de luz visible forma la imagen de un único plano objeto. Todo lo que queda fuera de ese plano aparece desenfocado y, en una muestra transparente, sigue presente en la imagen como una superposición borrosa. Una grieta bajo 300 µm de vidrio contribuye por tanto una característica borrosa y de bajo contraste sobre un patrón de superficie nítido, y ningún cambio de objetivo, apertura o número de píxeles recupera la información axial que las separaría. La discriminación en profundidad tiene que venir del esquema de iluminación y detección: iluminación entregada a través del volumen y no sobre la superficie, recogida restringida a un ángulo de dispersión definido, o una puerta confocal o de coherencia que rechace la luz procedente de fuera de una rebanada axial fina.

La especificación publicada del SP7000G muestra exactamente esta lógica. El sistema se describe como tomografía láser con iluminación de 1200-1800 nm, una banda elegida por cómo se propaga en el vidrio y cómo interactúa con las interfaces enterradas, y no por la apariencia de la superficie. Utiliza cuatro cabezales de escaneo con objetivos 4X integrados y cubre un panel máximo de 510 x 515 mm. Nada de eso es una especificación óptica que una estación AOI de superficie pudiera igualar comprando una distancia de trabajo mayor o una apertura numérica superior.

Qué establece la divulgación del equipo y qué no establece

La tabla publicada empareja un grosor de capa de escaneo con una grieta mínima detectable, y el emparejamiento es la parte útil: la capacidad de detección se degrada a medida que el volumen inspeccionado se hace más grueso. A 250 µm la grieta mínima detectable indicada es 3 µm, a 500 µm es 7 µm y a 800 µm es 15 µm.

A esa tabla se aplican tres precauciones. Primera, son afirmaciones de detección específicas del equipo obtenidas con ajustes definidos, no una ley física general, y no pueden extenderse a otro instrumento ni a otro apilado de materiales. Segunda, una grieta mínima detectable es un umbral de detección, no una exactitud dimensional: dice que una grieta de ese tamaño puede encontrarse en esas condiciones, no que el ancho de una grieta pueda medirse con ese valor. Tercera, el tiempo de escaneo de diez minutos por capa con cuatro cabezales es una afirmación de rendimiento sobre una capa de un tamaño de panel, de modo que el tiempo de inspección debe recalcularse para el número de capas, el formato de panel y la densidad de muestreo de cada línea concreta.

Aritmética de campo: qué aumento encaja con cada parte del panel

Para la mitad superficial del trabajo la restricción es campo contra resolución, y los objetivos telecéntricos POMEAS cubren todo el rango. Los valores publicados abajo son cifras de resolución en el lado del objeto para el objetivo, independientes de la cámara, y la columna de campo de visión se obtiene dividiendo el formato del sensor entre el aumento (derivado).

Lea la primera fila y la tercera juntas con atención, porque explican la mayor parte de la confusión de esta aplicación. El objetivo de 0.061X cubre un campo de 144 x 108 mm a una distancia de trabajo de 398 mm, que es lo que lo hace utilizable sobre un panel soportado con un portador debajo; su resolución en el objeto de 87.99 µm significa que una característica de 40 µm queda por debajo de lo que la óptica resuelve, de modo que la estación ve el array de vías como un array y cada vía como un disco, no como una característica con una calidad de borde medible. El objetivo de 1.0X a 85 mm de distancia de trabajo resuelve 8.39 µm y cubre 8.8 x 6.6 mm, que es un campo a nivel de dado, no de panel.

Ambas filas llevan además la misma advertencia: la escala de píxel no es la resolución. A 0.061X con un sensor de 2448 píxeles la aritmética da 58.9 µm por píxel, más fino que lo que el objetivo puede resolver, así que el muestreo es honesto pero el límite óptico se alcanza primero. A 1.0X con el mismo sensor la escala de píxel es 3.6 µm frente a una resolución del objetivo de 8.39 µm, así que el objetivo es el límite y una cámara de mayor resolución no compra nada con ese objetivo.

Cómo se lee un vía cónico bajo retroiluminación telecéntrica

Un vía más ancho arriba que abajo no produce el diámetro superior en una imagen retroiluminada. Con iluminación colimada y un objetivo telecéntrico, la silueta es la sección transversal más estrecha a lo largo del eje óptico, porque todo rayo bloqueado en cualquier punto del agujero deja de llegar al sensor. El disco brillante es por tanto la garganta del vía, que suele ser la dimensión que importa para el relleno y la resistencia, pero no es el diámetro de entrada que a menudo cita un plano de diseño.

Medir ambos extremos significa medir en ambas superficies. Enfocar en la superficie superior con iluminación reflejada para hallar el diámetro de entrada, enfocar en el fondo del vidrio para hallar el diámetro de salida y restar: la aritmética es sencilla en cuanto existen ambos diámetros. Para un agujero de 100 µm arriba y 70 µm abajo a través de 500 µm de vidrio, el semiángulo es el arcotangente de 15/500, unos 1.72 grados (derivado). Hacerlo en una sola estación requiere un eje de enfoque con un desplazamiento repetible o dos estaciones, y la elección depende de lo estricta que sea la tolerancia de conicidad: el desplazamiento axial necesario para resolver los dos planos es pequeño comparado con la profundidad de campo del objetivo de 1.0X, de modo que una solución de enfoque único suele ser la correcta para la conicidad y la incorrecta para el rendimiento.

Iluminación y sujeción de un panel de vidrio

El vidrio es transparente, así que las decisiones de iluminación no se solapan con las de una pieza metálica. Las características pasantes quieren retroiluminación paralela, que produce una silueta dura y ninguna textura superficial en la medición. Las características de superficie quieren iluminación coaxial, porque el retorno de una capa metalizada o recubierta es especular y una luz anular tiende a situar el brillo en lugar del borde. Los arañazos y las grietas abiertas en superficie quieren iluminación de ángulo bajo o de campo oscuro, donde el defecto dispersa hacia el objetivo y la superficie plana no. Mezclar todo esto en una estación significa iluminación conmutable en lugar de una luz anular fija, y significa que la receta debe registrar qué iluminación se usó para cada medición, porque los números no son comparables entre modos.

Un panel de 510 x 515 mm y menos de un milímetro de grosor es también un problema mecánico. Necesita apoyo en toda su superficie, ninguna pinza sobre la región de inspección y una superficie de referencia lo bastante plana para que la pieza no se incline fuera de la profundidad de campo. La profundidad de campo publicada del objetivo de 1.0X es 1.00 mm y la del objetivo de 0.16X es 18.75 mm, generosa a aumento bajo y ajustada a aumento alto; un portador plano a unas décimas de milímetro es adecuado para la primera y marginal para la segunda. Las piezas transparentes producen además bordes fantasma desde la segunda superficie, un modo de fallo bien documentado y que conviene comprobar en el panel real antes de congelar la receta.

Un cálculo de muestreo y lo que no demuestra

Tomemos un campo horizontal de 20 mm en un sensor de 2448 píxeles. El muestreo es 20,000 dividido entre 2448, o 8.17 µm por píxel (derivado). Una marca superficial de 40 µm abarca entonces unos 4.9 píxeles de ancho, antes de considerar desenfoque, contraste y orientación. Ese número es un criterio razonable de preselección: una característica que abarca cinco píxeles en una imagen bien iluminada y de alto contraste es un objetivo de detección cómodo, y una que abarca un píxel y medio no lo es, diga lo que diga la hoja de datos sobre la resolución.

Lo que el cálculo no hace es establecer una probabilidad de detección. La detección depende del contraste que el defecto produce contra su fondo, de si su orientación pone el borde a lo largo o a través de la retícula de píxeles, del modo de iluminación y de la regla de decisión del software. Eso se mide en paneles reales con defectos conocidos, o no se conoce en absoluto.

Protocolo de validación para una estación de inspección de superficie

Use paneles de los pasos reales del proceso, no cupones pulidos: el vidrio post-CMP, la capa acumulada post-ABF y los paneles post-RDL se comportan de manera distinta bajo la misma iluminación. Registre las clases de defectos superficiales separadas de las clases subsuperficiales, porque un único recuento de falsos positivos que mezcle un arañazo con una grieta enterrada no dice nada de ninguno. Mida la repetibilidad en al menos nueve posiciones del panel, incluidas las cuatro esquinas, y repita la pasada al principio y al final de un turno para exponer la deriva de calibración. Conserve un panel patrón con defectos confirmados por corte transversal y vuelva a imaginarlo cada vez que cambie la receta, la iluminación o la revisión del software. Antes de publicar o citar cualquier afirmación de rendimiento, capture las imágenes de muestra y una tabla de aceptación firmada.

Dónde está el límite

Los objetivos telecéntricos y la óptica de zoom POMEAS pueden evaluarse para la parte del trabajo en luz visible y en superficie: diámetro y posición de vías bajo retroiluminación, dimensiones de la capa acumulada bajo iluminación coaxial o inclinada, y geometría de bordes en el contorno del panel. No se presentan como sustituto de la tomografía de infrarrojo cercano de grietas enterradas, y no se afirma que ningún objetivo POMEAS se haya integrado en el equipo citado. Si el requisito de inspección incluye grietas subsuperficiales, la especificación debe incorporar un instrumento separado con su propio límite de detección declarado frente al grosor de capa, y los dos estándares de aceptación deben redactarse por separado, para que una estación de superficie no se firme contra un requisito de grietas que nunca pudo cumplir.

Preguntas frecuentes

¿Puede un objetivo telecéntrico normal inspeccionar grietas bajo ABF?

No por supuesto que sí. Un sistema telecéntrico de luz visible imagen un único plano objeto, de modo que una grieta enterrada bajo una capa acumulada aparece como una superposición de bajo contraste sobre el patrón de superficie, y ninguna elección de objetivo o cámara recupera la discriminación axial. Detectar una grieta enterrada requiere iluminación entregada a través del volumen y recogida restringida a una geometría de dispersión definida, junto con un límite de detección declarado frente al grosor de capa. Valide en muestras seccionadas antes de aceptar cualquier afirmación, incluida la de un proveedor.

¿Es una grieta mínima detectable de 3 µm lo mismo que una exactitud dimensional de 3 µm?

No. Una grieta mínima detectable es un umbral de detección bajo ajustes definidos y en un apilado definido, y describe si una grieta de ese tamaño puede encontrarse. La exactitud dimensional describe la cercanía de un valor medido al valor verdadero de una característica que ya se está midiendo. Los dos números provienen de ensayos distintos y nunca deben intercambiarse en una especificación.

¿Puede una sola estación medir el diámetro de vías TGV y el ancho de línea RDL?

No con el mismo aumento. Un array de vías de panel completo necesita un campo de decenas de milímetros, lo que sitúa la escala de píxel en decenas de micrómetros; una línea RDL de 3 µm necesita una escala de píxel por debajo del micrómetro. La gama POMEAS publicada cubre ambos extremos, de 144 x 108 mm a 0.061X a 8.8 x 6.6 mm a 1.0X, pero un único objetivo fijo no puede servir a ambos, y una estación que afirme hacerlo suele entregar mal una de las dos mediciones.

¿Qué área de panel cabe en un objetivo telecéntrico de 0.061X?

Con un sensor de 2/3 pulgadas el campo derivado es 144.3 x 108.2 mm, que cubre un cuarto de un panel de 510 x 515 mm pero no el panel completo en una exposición. Un requisito de panel completo se convierte por tanto en un plan de unión de imágenes o de muestreo con un conjunto definido de regiones medidas, y el informe de inspección debe indicar qué regiones se midieron. El objetivo de 0.061X lleva una distancia de trabajo de 398 mm, lo que hace viable la holgura del portador a ese tamaño de campo.

Próximo paso

Envíe el plano del panel, el apilado de capas con grosores, los diámetros del vía en ambos extremos, la lista de dimensiones superficiales con tolerancias y el defecto más pequeño que debe encontrarse. La primera respuesta es aritmética: qué mediciones encajan en qué campo y cuáles pertenecen a un instrumento distinto. Para la estación de superficie, la guía de objetivos telecéntricos para la inspección de semiconductores cubre los compromisos entre aumento y profundidad de campo, la nota sobre los bordes fantasma en vidrio cubre el artefacto de la segunda superficie que afecta a toda medición transparente, y el análisis del desenfoque del borde de microagujeros en retroiluminación explica qué limita una característica pasante pequeña. Para el trabajo de capas a nivel de panel, la comparación de metrología de encapsulado a nivel de panel trata el escaneo de línea, la interferometría de luz blanca y el grosor de película como métodos separados. La página del producto PMS-LTCM0061-398 y la gama de objetivos telecéntricos llevan los datos actuales de los modelos, y la página de contacto es a donde va el plano.