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Anwendung der Infrarot-Wärmebildinspektion in der Halbleiterindustrie

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Wie die Wärmebildtechnik der Halbleiterindustrie hilft？

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Angesichts des weit verbreiteten Einsatzes von Halbleitern in verschiedenen Bereichen hat sich die Halbleiterindustrie zu einer grundlegenden und strategischen nationalen Industrie entwickelt. Mit der raschen Entwicklung von Spitzentechnologien wie der künstlichen Intelligenz ist die Bedeutung der Halbleiterindustrie immer deutlicher geworden.

Die Bedeutung von Halbleitern
Die Technologie zur Herstellung von Chips (integrierten Schaltkreisen) ist derzeit die Spitze der globalen Mikroverarbeitungstechnologie und stellt den Höhepunkt des Hightech-Wettbewerbs zwischen den Ländern weltweit dar, was die Hightech-Stärke einer Nation deutlich widerspiegelt. Halbleitermaterialien sind als die wichtigsten elektronischen Materialien, die zur Herstellung von Chips verwendet werden, der Eckpfeiler der gesamten Halbleiterindustrie.

Chips als zentrale elektronische Komponenten werden in zahlreichen Bereichen wie Computer, Kommunikation, industrielle Steuerung und Gesundheitswesen eingesetzt, und ihre Bedeutung liegt auf der Hand. In der Halbleiterindustrie, insbesondere in der Forschungs-, Entwicklungs-, Herstellungs- und Testphase von Chips, sind die Anforderungen an die Produktqualität und Zuverlässigkeit extrem hoch.

Herkömmliche Inspektionsmethoden stoßen an ihre Grenzen und können die Anforderungen an die Erkennung immer anspruchsvollerer Halbleitergeräte nur schwer erfüllen.

Anwendung der Wärmebildinspektion in der Halbleiterindustrie
Die Infrarot-Wärmebildtechnik, die für ihre berührungslosen, hochpräzisen und visuellen Fähigkeiten bekannt ist, hat sich zu einem unverzichtbaren Werkzeug bei der Halbleiterprüfung entwickelt. Durch die Erfassung von Temperaturverteilungen und Wärmestrahlungssignalen in Echtzeit überwindet diese Technologie effektiv die Unzulänglichkeiten herkömmlicher Prüfmethoden und hilft der Industrie, die Prozessherausforderungen zu bewältigen und sowohl die Ausbeute als auch die Produktzuverlässigkeit zu verbessern.

Im Folgenden werden die wichtigsten Anwendungsszenarien und typischen Anwendungsfälle vorgestellt:

1. WLP-Prüfung und Lokalisierung von Verpackungsfehlern
Die Infrarot-Wärmebildtechnik kann Materialien auf Siliziumbasis durchdringen und ermöglicht die zerstörungsfreie Prüfung sowohl der Oberflächen- als auch der inneren Strukturen von Wafern. Beim Schleifen von Wafern beispielsweise ermöglicht die Infrarotstrahlung sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite des Siliziumsubstrats eine präzise Messung der Schleiftiefe und die Optimierung der Prozessparameter. Beim Flip-Chip-Packaging kann diese Technologie Defekte wie undichte Lötstellen und Kupferdrahtkorrosion aufspüren, indem sie das Siliziumsubstrat durchdringt und so die physischen Schäden vermeidet, die herkömmliche Prüfmethoden an den Bauteilen anrichten können.

2. Temperaturüberwachung von LED-Chips
Der LED-Chip ist ein Festkörper-Halbleiterbauelement. Sein Kern ist ein Halbleiterchip. Ein Ende des Chips ist negativ und an einer Halterung befestigt, während das andere Ende mit der positiven Elektrode des Netzteils verbunden ist, wodurch das gesamte Gehäuse durch Epoxidharz ermöglicht wird. Während des Produktionsprozesses von LED-Chips kommt es zu einer unzureichenden Aushärtung des Silberklebers, zu Verunreinigungen der Halterungen oder der Chipelektroden, was zu einem hohen oder instabilen Kontaktwiderstand und anderen negativen Erscheinungen wie einem Temperaturanstieg führt. Im Vergleich zu herkömmlichen Überwachungslösungen liefern Wärmebildkameras ein deutlicheres und direkteres Überwachungsergebnis und zeigen objektiver die Fehlerstellen der LED-Chips an.

Sie bieten einen erheblichen Vorteil, da sie eine berührungslose visuelle Darstellung der Temperaturverteilung des LED-Chips in Echtzeit liefern. Dies ermöglicht die unmittelbare Identifizierung lokaler Hotspots, die auf Defekte wie unzureichende Aushärtung des Silberklebers oder Verunreinigungen, die einen erhöhten elektrischen Widerstand verursachen, hinweisen. Das sich daraus ergebende Wärmebild zeigt objektiv den Ort dieser Probleme auf und ermöglicht eine schnellere Diagnose und gezieltere Korrekturmaßnahmen im Vergleich zu indirekten elektrischen Messungen oder subjektiven visuellen Bewertungen.

3. Präzise Lokalisierung von mikroskopischen Defekten und Hotspots in Halbleiterbauteilen
Defekte wie Risse und Mikrokurzschlüsse in Halbleiterbauteilen führen häufig zu lokalen Temperaturanomalien. Durch die Erkennung von Schwankungen in der Wärmeverteilung können Wärmebildkameras Hotspot-Bereiche auf dem Chip schnell und präzise lokalisieren. Infrarot-Wärmebilder ermöglichen die schnelle und genaue Lokalisierung dieser Hochtemperaturpunkte innerhalb des Bauelements, wodurch eine detaillierte Analyse des Schaltungsdesigns überflüssig wird. Diese Schlüsseleigenschaft hat dazu beigetragen, dass die Infrarot-Wärmebildtechnik in der Halbleiterprüfung weit verbreitet ist und weiter erforscht wird.

4. Entwurf der Wärmeableitung und Validierung des Wärmemanagements
Während des Chipdesignprozesses ermöglichen Wärmebildkameras mit berührungsloser Infrarotdetektion die Echtzeitüberwachung des Temperaturanstiegs in Leiterplatten oder Gehäusekomponenten und unterstützen die Ingenieure bei der Optimierung der Wärmeableitungsstrukturen. Diese Kameras zeichnen detaillierte Wärmebilder auf, die selbst kleinste Temperaturschwankungen auf der Oberfläche des Bauteils erkennen lassen. Durch die Analyse der Temperaturverteilung von Stromversorgungsgeräten unter dynamischer Belastung können Ingenieure beispielsweise den genauen Ort und die Intensität der Wärmeentwicklung beobachten. Auf diese Weise können sie Lösungen für die Wärmeableitung, wie z. B. die Platzierung und das Design von Kühlkörpern, effektiv verfeinern, um das Risiko eines thermischen Durchgehens zu verringern.

Die hochentwickelte Software, die diesen Wärmebildkameras beiliegt, bietet häufig Tools für die quantitative Analyse, mit denen Ingenieure Spitzentemperaturen und Temperaturgradienten messen und das thermische Verhalten über einen längeren Zeitraum verfolgen können, was die Validierung und Optimierung von Wärmemanagement-Designs weiter unterstützt.

5. Umgebungsprüfung der Leiterplatte
Während des Entwurfs und der Prüfung der Leiterplatte müssen die Forscher die Temperatur der elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte überwachen, um die Temperaturbelastung der einzelnen Komponenten zu ermitteln. Während des Tests ist es notwendig, die tatsächliche Arbeitsumgebung der Leiterplatte zu simulieren und den Temperaturzustand der elektronischen Komponenten vom Einschalten bis zur Stabilisierung zu beobachten. Da die elektronischen Bauteile in der Leiterplatte sehr hochwertig sind, ist die Arbeit mit herkömmlichen Kontakttemperaturmessgeräten kompliziert und kann den Testanforderungen der Wissenschaftler nicht gerecht werden.

Im Gegensatz dazu bieten Wärmebildkameras eine äußerst effektive Lösung für diese Anwendung. Dank ihrer Berührungslosigkeit können die Forscher die Temperatur selbst der kleinsten und empfindlichsten elektronischen Bauteile sicher und einfach überwachen, ohne dass es zu physischen Eingriffen kommt. Diese Kameras liefern Wärmebilder in Echtzeit und ermöglichen die Beobachtung von Temperaturänderungen auf der gesamten Leiterplatte, während diese hochgefahren wird und einen stabilen Zustand erreicht. Forscher können die Temperatur mehrerer Komponenten gleichzeitig überwachen und erhalten so ein umfassendes Verständnis der thermischen Lastverteilung. Darüber hinaus können die von den Wärmebildkameras erfassten Daten einfach aufgezeichnet und analysiert werden, was wertvolle Einblicke in das thermische Verhalten der Leiterplatte und ihrer Komponenten unter verschiedenen Betriebsbedingungen ermöglicht, was letztlich ein optimiertes Design und eine zuverlässige Leistung erleichtert.

6. Dynamische Prüfung
Die Infrarot-Wärmebildtechnik ist für dynamische Leistungstests von Halbleitern unter extremen Bedingungen und hohen Strömen unerlässlich. Mit ihren großen Temperaturbereichen und ihrer hohen Empfindlichkeit zeichnen Wärmebildkameras die Kurven des Temperaturanstiegs in Echtzeit auf, z. B. bei Tests mit wechselnden Stromstärken durch eine Prüfstation. Dadurch werden Überhitzungsfehler vermieden und die Ingenieure können die thermische Reaktion des Bauteils auf dynamische Belastungen beobachten. Die fortschrittliche Software ermöglicht eine detaillierte Analyse der Temperaturgradienten und der Wärmeableitung, wodurch potenzielle Fehlermechanismen aufgedeckt werden und die Korrelation mit den elektrischen Leistungsdaten zur Optimierung von Design und Zuverlässigkeit erleichtert wird.

7. Temperaturüberwachung von Halbleiteranlagen
Die kontinuierliche thermische Überwachung mit fest installierten oder tragbaren Wärmebildkameras ist für hochwertige Halbleiteranlagen wie Lithografiemaschinen und Ionenimplanter von entscheidender Bedeutung, um einen abnormalen Temperaturanstieg in kritischen Komponenten wie Motoren, Lagern, Stromversorgungen und Kühlsystemen zu erkennen und so frühzeitige Warnungen zu ermöglichen und kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden. Dieser proaktive Ansatz unterstützt die vorausschauende Wartung, reduziert die Wartungskosten und verlängert die Lebensdauer der Anlagen.

8. Temperaturüberwachung im Stromverteilerschrank
Der Stromverteilerschrank ist dicht mit Geräten und Anlagen bestückt, was zu einer komplizierten elektromagnetischen Umgebung führt. Der lokale Widerstand der Kontaktteile von Stromverteilungsgeräten, Kabeln, Busanschlüssen und elektrischen Schaltkontakten kann sich aufgrund von schlechtem Kontakt, Materialalterung, Abnutzung und anderen Gründen erhöhen und erwärmen, wodurch Brandgefahr entsteht. Herkömmliche Überwachungsgeräte zeichnen sich durch eine komplexe Geräteinstallation, unklare Zieltemperaturverteilung, fehlende Erkennung, schwierige Wartung, langsame Reaktion, Wärmeleitzeit und schlechte Aktualität aus.

Aufgrund der komplexen Ausrüstung und des engen Raums in Hochspannungsschaltanlagen wurde eine leichte und praktische Taschenkamera TN220 entwickelt, um Echtzeitüberwachung, Fehlerdiagnose, Alarmausgabe und andere Funktionen der Ausrüstung im Schaltschrank zu realisieren. Es handelt sich um eine zuverlässige Infrarotlösung für den sicheren und stabilen Betrieb und die Online-Videoprüfung von Geräten im Verteilerschrank. Darüber hinaus werden verschiedene Softwareanwendungen entsprechend den Anforderungen unterschiedlicher Szenarien konfiguriert, z. B. ein leichtgewichtiger Echtzeit-Überwachungsclient und eine konvergente Medien-Cloud-Plattform.

Technische Vorteile von Infrarot-Wärmebildkameras
Berührungslose Prüfung: Sie ist in der Lage, physische Schäden an Halbleitermaterialien zu vermeiden und eignet sich besonders für die Präzisionsprüfung von Chips im Mikrometerbereich.
Echtzeit und flächendeckende Erfassung: Sie ist in der Lage, schnell großflächige Temperaturverteilungsdaten zu erhalten und unterstützt die dynamische Prozessüberwachung.
Genaue Fehlerpositionierung: Es ist in der Lage, unsichtbare Defekte wie Risse und Mikrorisse durch abnormale Wärmeverteilung zu identifizieren, um manuelle Fehleinschätzungen zu reduzieren.
Da die Komplexität und die Integration von Halbleiterbauelementen weiter zunehmen, wird die Infrarot-Wärmebildtechnik immer mehr zu einem integralen Bestandteil des intelligenten Produktionssystems werden und eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit von Chips und der Förderung von Prozessinnovationen spielen.

Anwendungsfälle der Raythink Infrarot-Wärmebildkamera
1. Temperaturmessung bei der Herstellung von LED-Chips
Während des Produktionsprozesses von LED-Chips kommt es zu einer unzureichenden Aushärtung des Silberklebers, zu Verunreinigungen der Halterungen oder der Chipelektroden, was zu einem hohen oder instabilen Kontaktwiderstand und anderen ungünstigen Phänomenen wie einem Temperaturanstieg führt. Im Vergleich zu herkömmlichen Überwachungslösungen liefern Wärmebildkameras ein deutlicheres und direkteres Überwachungsergebnis und zeigen objektiver die Fehlerstellen der LED-Chips an. In diesem Projekt wird unsere Wärmekamera TN460 oberhalb des LED-Chips eingesetzt, um die Temperatur im Kernbereich in Echtzeit zu überwachen. Mit unserer professionellen Temperaturanalysesoftware "TI Studio" lassen sich Chipdefekte eindeutig identifizieren.

2. Temperaturmessung in der Leiterplattenfertigung
Da es sich bei den elektronischen Bauteilen in der Leiterplatte um sehr hochwertige Komponenten handelt, ist die Arbeit mit herkömmlichen Kontakttemperaturmessgeräten kompliziert und wird den Prüfanforderungen der Wissenschaftler nicht gerecht. In diesem Projekt wird die elektrisch abgestimmte Online-Temperaturmess-Wärmebildkamera AT61 über der Leiterplatte installiert, um eine berührungslose Bildgebung und Temperaturmessung zu ermöglichen. Um die tatsächliche Arbeitsumgebung von Leiterplatten zu simulieren, werden die Wärmebildkamera und die Leiterplatte gleichzeitig zur Beobachtung in einem Thermostat platziert. Selbst wenn die Höchsttemperatur des Thermostats 60 °C erreicht, ist unsere Kamera noch in der Lage, die Temperatur genau zu messen.

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