Inspection des cœurs en verre TGV : AOI de surface et détection des fissures sous-jacentes

Divulgation des sources : cette page est un guide d'ingénierie indépendant, fondé sur les informations produit publiées par Spirox Corporation. Il ne s'agit ni d'un cas client, ni d'une référence d'installation, ni d'une approbation, ni d'une déclaration de compatibilité vérifiée. Les modèles de caméra et d'objectif réellement installés sur l'équipement cité, comme tout lien d'achat avec POMEAS, sont UNKNOWN.

Un substrat cœur en verre pose trois questions d'inspection différentes sur un seul panneau. Les vias traversant le verre (TGV) doivent être mesurés en diamètre, position, pas et conicité. L'empilage déposé sur le verre, qu'il s'agisse d'ABF ou d'un diélectrique photosensible, doit être mesuré en largeur de ligne, ouvertures diélectriques et position de plots, et inspecté pour ses défauts de surface. Et le verre lui-même doit être contrôlé pour des fissures qui n'atteignent jamais aucune des deux surfaces. Chaque question a une réponse, mais aucune n'est traitée par la même configuration optique, et c'est là que les achats se trompent : une station unique est spécifiée pour « l'inspection du cœur en verre » et doit ensuite produire trois résultats qui relèvent de trois mesures physiques différentes.

Cette page sépare les trois tâches sur des critères physiques plutôt que marketing, puis fait l'arithmétique qui décide quel objectif POMEAS peut être évalué pour la partie surface du travail. Elle indique explicitement où s'arrête une station optique en lumière visible, car l'erreur la plus coûteuse dans cette application est une station qui image une fissure enfouie assez nettement pour paraître convaincante, et pas assez pour être répétable.

Trois tâches sur un panneau, mesurées par trois physiques différentes

La géométrie des vias est la mesure d'un traversant. Avec un rétroéclairage parallèle derrière le panneau et un objectif télécentrique devant, le disque lumineux dans l'image est la projection du trou le long de l'axe optique, et son contour est défini par le substrat et non par l'éclairage. Diamètre, position par rapport à un datum, pas et régularité du réseau sont toutes des mesures de contour dans un seul plan, ce qui est le cas le plus fort pour un champ télécentrique étalonné : l'échelle d'image ne change pas quand le panneau se trouve quelques dixièmes de millimètre plus haut ou plus bas.

Les dimensions de surface et d'empilage sont la mesure d'un plan réfléchissant. Ici la lumière revient de la surface supérieure, et le contraste vient de la différence entre cuivre, diélectrique et verre. Le même objectif télécentrique peut servir, généralement avec un éclairage coaxial pour le métal et un éclairage incliné pour les bords diélectriques, mais le grandissement est un ordre de grandeur plus élevé que pour un réseau de vias à l'échelle du panneau entier, et la profondeur de champ s'effondre en conséquence.

Les fissures sous-jacentes ne sont pas une mesure au même sens. C'est un problème de détection dans un volume transparent : le signal est la lumière diffusée par une face de fissure enfouie à des dizaines ou centaines de micromètres sous la surface, superposée à la texture de surface qui renvoie bien plus de lumière. C'est une géométrie d'éclairage différente, une bande de longueur d'onde différente et un modèle de formation d'image différent, et c'est la raison pour laquelle les deux fonctions sont vendues comme des instruments séparés plutôt que comme des options d'un seul.

Pourquoi une station de surface ne peut pas être reconfigurée en inspecteur de fissures

Un objectif télécentrique en lumière visible forme l'image d'un seul plan objet. Tout ce qui est hors de ce plan est défocalisé et, dans un échantillon transparent, reste présent dans l'image comme un voile flou. Une fissure sous 300 µm de verre produit donc un détail flou et peu contrasté posé sur un motif de surface net, et aucun changement d'objectif, de diaphragme ou de nombre de pixels ne retrouve l'information axiale qui permettrait de les séparer. La discrimination en profondeur doit venir du schéma d'éclairage et de détection : un éclairage délivré à travers le volume plutôt que sur la surface, une collection limitée à un angle de diffusion défini, ou une porte confocale ou de cohérence qui rejette la lumière venant d'extérieur d'une tranche axiale fine.

La spécification publiée du SP7000G suit exactement cette logique. Le système y est décrit comme une tomographie laser utilisant un éclairage à 1200-1800 nm, bande choisie pour sa propagation dans le verre et son interaction avec les interfaces enfouies plutôt que pour l'aspect de surface. Il utilise quatre têtes de balayage avec objectifs 4X intégrés et couvre au maximum un panneau de 510 x 515 mm. Rien de tout cela n'est une spécification d'objectif qu'une station AOI de surface pourrait égaler en achetant une distance de travail plus longue ou une ouverture numérique plus élevée.

Ce que la divulgation de l'équipement établit, et ce qu'elle n'établit pas

Le tableau publié associe une épaisseur de couche balayée à une fissure minimale détectable, et c'est cette association qui est utile : la capacité de détection se dégrade à mesure que le volume inspecté s'épaissit. À 250 µm, la fissure minimale détectable annoncée est de 3 µm, à 500 µm elle est de 7 µm, et à 800 µm de 15 µm.

Trois mises en garde s'appliquent à ce tableau. D'abord, ce sont des capacités de détection propres à l'équipement, obtenues sous des réglages définis, pas une loi physique générale, et elles ne s'étendent ni à un autre instrument ni à un autre empilage de matériaux. Ensuite, une fissure minimale détectable est un seuil de détection, pas une précision dimensionnelle : elle dit qu'une fissure de cette taille peut être trouvée dans ces conditions, pas que la largeur d'une fissure peut être mesurée à cette valeur. Enfin, le temps de balayage de dix minutes par couche avec quatre têtes est un énoncé de débit pour une couche d'un seul format de panneau : le temps d'inspection doit être recalculé pour le nombre de couches, le format de panneau et la densité d'échantillonnage d'une ligne donnée.

Arithmétique de champ : quel grandissement convient à quelle partie du panneau

Pour la moitié « surface » du travail, la contrainte est le champ contre la résolution, et les objectifs télécentriques POMEAS encadrent la plage. Les valeurs publiées ci-dessous sont des résolutions côté objet propres à l'objectif, indépendantes de la caméra, et la colonne de champ de vision est dérivée en divisant le format du capteur par le grandissement.

Lisez ensemble la première ligne et la troisième, car elles expliquent l'essentiel de la confusion dans cette application. L'objectif 0.061X couvre un champ de 144 x 108 mm à 398 mm de distance de travail, ce qui le rend utilisable au-dessus d'un panneau supporté avec un porteur en dessous ; sa résolution objet de 87.99 µm signifie qu'un détail de 40 µm est en dessous de ce que l'optique résout : la station voit le réseau de vias comme un réseau et chaque via comme un disque, pas comme un détail dont la qualité de contour est mesurable. L'objectif 1.0X à 85 mm de distance de travail résout 8.39 µm et couvre 8.8 x 6.6 mm, ce qui est un champ à l'échelle de la puce, pas du panneau.

Les deux lignes portent aussi le même avertissement : l'échelle de pixel n'est pas la résolution. À 0.061X avec un capteur de 2448 pixels, l'arithmétique donne 58.9 µm par pixel, plus fin que ce que l'objectif résout : l'échantillonnage est honnête mais la limite optique est atteinte en premier. À 1.0X avec le même capteur, l'échelle de pixel est de 3.6 µm contre une résolution d'objectif de 8.39 µm : l'objectif est la limite, et une caméra de plus haute résolution n'apporte rien sur cet objectif.

Comment un via conique se lit en rétroéclairage télécentrique

Un via plus large en haut qu'en bas ne produit pas le diamètre supérieur dans une image rétroéclairée. Avec un éclairage collimaté et un objectif télécentrique, la silhouette est la section la plus étroite le long de l'axe optique, car tout rayon bloqué n'importe où dans le trou n'atteint pas le capteur. Le disque lumineux est donc le col du via, habituellement la dimension qui compte pour le remplissage et la résistance, mais pas le diamètre d'entrée qu'un plan de conception cite souvent.

Mesurer les deux extrémités revient à mesurer aux deux surfaces. Faire la mise au point sur la surface supérieure avec un éclairage réfléchi pour trouver le diamètre d'entrée, puis sur la face inférieure du verre pour trouver le diamètre de sortie, et soustraire : l'arithmétique est simple une fois les deux diamètres connus. Pour un trou de 100 µm en haut et 70 µm en bas à travers 500 µm de verre, le demi-angle vaut l'arc tangente de 15/500, soit environ 1.72 degrés (dérivé). Faire cela sur une seule station exige soit un axe de mise au point à déplacement répétable, soit deux stations, et le choix dépend de la tolérance de conicité : le déplacement axial nécessaire pour séparer les deux plans est faible devant la profondeur de champ de l'objectif 1.0X, donc une solution à mise au point unique est généralement la bonne pour la conicité et la mauvaise pour le débit.

Éclairage et maintien d'un panneau en verre

Le verre est transparent, donc les choix d'éclairage ne se recouvrent pas avec ceux d'une pièce métallique. Les traversants veulent un rétroéclairage parallèle, qui produit une silhouette dure et aucune texture de surface dans la mesure. Les détails de surface veulent un éclairage coaxial, car le retour d'une couche métallisée est spéculaire et une simple lumière annulaire tend à placer le reflet plutôt que le bord. Rayures et fissures débouchantes veulent un éclairage à faible angle ou en champ sombre, où le défaut diffuse vers l'objectif et la surface plane non. Mélanger ces modes sur une station suppose un éclairage commutable plutôt qu'un anneau fixe, et suppose que la recette enregistre quel éclairage a servi à quelle mesure, car les chiffres ne sont pas comparables d'un mode à l'autre.

Un panneau de 510 x 515 mm et de moins d'un millimètre d'épaisseur est aussi un problème mécanique. Il doit être supporté sur toute sa surface, sans bridage au-dessus de la zone d'inspection, et avec une surface de référence suffisamment plane pour que la pièce ne bascule pas hors de la profondeur de champ. La profondeur de champ publiée de l'objectif 1.0X est de 1.00 mm et celle de l'objectif 0.16X de 18.75 mm, ce qui est généreux à faible grandissement et serré à fort grandissement ; un porteur plan à quelques dixièmes de millimètre près convient pour le premier et est limite pour le second. Les pièces transparentes produisent aussi des bords fantômes venus de la seconde surface, mode de défaillance bien documenté et à vérifier sur le panneau réel avant de figer la recette.

Un calcul d'échantillonnage, et ce qu'il ne prouve pas

Prenez un champ horizontal de 20 mm sur un capteur de 2448 pixels. L'échantillonnage vaut 20 000 divisé par 2448, soit 8.17 µm par pixel (dérivé). Une marque de surface de 40 µm couvre alors environ 4.9 pixels en largeur, avant de considérer le flou, le contraste et l'orientation. Ce nombre est un critère de présélection raisonnable : un détail couvrant cinq pixels dans une image bien éclairée et contrastée est une cible de détection confortable, et un détail couvrant un pixel et demi n'en est pas une, quoi qu'en dise la fiche technique sur la résolution.

Ce que le calcul ne fait pas, c'est établir une probabilité de détection. La détection dépend du contraste que le défaut produit sur son fond, de l'orientation de son bord par rapport à la grille de pixels, du mode d'éclairage et de la règle de décision du logiciel. Cela se mesure sur des panneaux réels avec des défauts connus, ou cela reste inconnu.

Protocole de validation d'une station d'inspection de surface

Utilisez des panneaux issus des étapes réelles du procédé, pas des échantillons polis : le verre post-CMP, l'empilage post-ABF et les panneaux post-RDL se comportent différemment sous le même éclairage. Enregistrez les classes de défauts de surface séparément des classes sous-jacentes, car un compteur de faux positifs qui mélange une rayure et une fissure enfouie ne renseigne ni sur l'une ni sur l'autre. Mesurez la répétabilité sur au moins neuf positions du panneau, y compris les quatre coins, et répétez la passe en début et fin d'équipe pour exposer la dérive d'étalonnage. Conservez un panneau étalon avec des défauts confirmés par coupe transversale, et ré-imaginez-le chaque fois que la recette, l'éclairage ou la révision logicielle change. Avant qu'une performance soit publiée ou citée, capturez les images d'échantillons et un tableau d'acceptation signé.

Où se situe la frontière

Les objectifs télécentriques et les optiques à zoom POMEAS peuvent être évalués pour la part en lumière visible et côté surface de ce travail : diamètre et position des vias en rétroéclairage, dimensions d'empilage en éclairage coaxial ou incliné, et géométrie des bords du contour du panneau. Ils ne sont pas présentés comme un substitut à la tomographie proche infrarouge des fissures enfouies, et aucune affirmation n'est faite qu'un objectif POMEAS ait été intégré dans l'équipement cité. Si l'exigence d'inspection inclut des fissures sous-jacentes, la spécification doit comporter un instrument séparé avec sa propre limite de détection rapportée à l'épaisseur de couche, et les deux critères d'acceptation doivent être rédigés séparément, pour qu'une station de surface ne soit pas validée contre une exigence de fissures qu'elle n'a jamais pu satisfaire.

Questions fréquentes

Un objectif télécentrique classique peut-il inspecter des fissures sous ABF ?

Pas par hypothèse. Un système télécentrique en lumière visible image un seul plan objet : une fissure enfouie sous une couche d'empilage apparaît comme un voile peu contrasté sur le motif de surface, et aucun choix d'objectif ou de caméra ne retrouve la discrimination axiale. Détecter une fissure enfouie exige un éclairage délivré à travers le volume, une collection limitée à une géométrie de diffusion définie, et une limite de détection annoncée en fonction de l'épaisseur de couche. Validez sur des échantillons coupés avant d'accepter une affirmation, y compris celle d'un fournisseur.

Une fissure minimale détectable de 3 µm équivaut-elle à une précision dimensionnelle de 3 µm ?

Non. Une fissure minimale détectable est un seuil de détection sous des réglages définis sur un empilage défini, et elle décrit si une fissure de cette taille peut être trouvée. La précision dimensionnelle décrit l'écart entre une valeur mesurée et la valeur vraie d'un détail déjà mesuré. Les deux chiffres viennent d'essais différents et ne doivent jamais être échangés dans une spécification.

Une seule station peut-elle mesurer le diamètre des TGV et la largeur de ligne RDL ?

Pas au même grandissement. Un réseau de vias à l'échelle du panneau exige un champ de dizaines de millimètres, ce qui place l'échelle de pixel en dizaines de micromètres ; une ligne RDL de 3 µm exige une échelle de pixel inférieure au micromètre. La gamme POMEAS publiée couvre les deux extrêmes, de 144 x 108 mm à 0.061X à 8.8 x 6.6 mm à 1.0X, mais un objectif fixe unique ne peut pas servir les deux, et une station qui l'affirme livre généralement l'une des deux mesures mal.

Quelle surface de panneau convient à un objectif télécentrique 0.061X ?

Avec un capteur 2/3 pouces, le champ dérivé est de 144.3 x 108.2 mm, ce qui couvre un quart d'un panneau de 510 x 515 mm mais pas le panneau entier en une seule exposition. Une exigence plein panneau devient donc un plan de raccordement ou d'échantillonnage avec un ensemble défini de régions mesurées, et le rapport d'inspection doit préciser quelles régions ont été mesurées. L'objectif 0.061X offre une distance de travail de 398 mm, ce qui rend le dégagement du porteur faisable à cette taille de champ.

Prochaine étape

Envoyez le plan du panneau, l'empilage avec ses épaisseurs, les diamètres de via aux deux extrémités, la liste des dimensions de surface avec leurs tolérances et le plus petit défaut à trouver. La première réponse est arithmétique : quelles mesures tiennent dans quel champ, et lesquelles relèvent d'un autre instrument. Pour la station de surface, le guide des objectifs télécentriques pour l'inspection des semi-conducteurs couvre les compromis grandissement et profondeur de champ, la note sur les bords fantômes sur le verre traite l'artefact de seconde surface qui touche toute mesure sur transparent, et l'analyse du flou de bord des micro-trous en rétroéclairage explique ce qui limite un petit traversant. Pour le travail d'empilage à l'échelle du panneau, la comparaison des méthodes de métrologie d'empilage au niveau panneau couvre balayage ligne, interférométrie en lumière blanche et épaisseur de couche comme méthodes distinctes. La page produit PMS-LTCM0061-398 et la gamme d'objectifs télécentriques portent les données actuelles des modèles, et la page contact est l'endroit où envoyer le plan.