Inspection et analyse rapides et fi ables des circuits imprimés montés avec un microscope numérique

AUTEURS

James DeRoseRédacteur scientifique, marketing stéréomicroscopie et microscopie numérique, Leica Microsystems AG, Suisse

Georg SchlafferChef de produit, microscopie numérique, Leica Microsystems AG, Suisse

From Eye to Insight

MICRO-ÉLECTRONIQUE – RAPPORT TECHNIQUE – PARTIE 1

MICRO-ÉLECTRONIQUE – PARTIE 1 : INSPECTION ET ANALYSE RAPIDES ET FIABLES DE CIRCUITS IMPRIMÉS MONTÉS AVEC UN MICROSCOPE NUMÉRIQUE

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Pourquoi une inspection avec un microscope numérique ?

Ces dernières années, la microscopie numérique s'est avérée utile pour l'inspection, le contrôle qualité et l'assurance qualité (Quality

Check / Quality Analysis), et pour l'analyse des défauts (Failure Analysis) dans l'industrie micro-électronique, en particulier pour les circuits

imprimés montés (PCB). Les progrès récents de l'état de l'art ont rendu la microscopie numérique encore plus puissante et pratique pour

l'inspection, augmentant ainsi l'efficience de ce processus. Sont expliqués ici les atouts de certaines caractéristiques du microscope

numérique, comme le logiciel intuitif pour l'utilisation et l'analyse, les façons simples et rapides de changer de grossissement, et l'encodage

pour un rappel fiable des paramètres.

Les microscopes numériques sont des microscopes optiques fonctionnant sans oculaire ; l'observation de l'image s'effectue directement

sur un écran électronique. Le microscope numérique Leica DVM6 offre aux utilisateurs un moyen plus simple et plus rapide d'enregistrer

des image de grande qualité et les données fiables associées, et d'en faire promptement l'analyse, permettant une meilleure efficience de

l'inspection des pièces micro-électroniques.

De quelles caractéristiques d'un microscope numérique résultent une analyse fiable et une augmentation de l'efficience de cette tâche ?

De multiples caractéristiques du Leica DVM6 en font un appareil facile à utiliser et rendent l'inspection et l'analyse plus efficientes :

> le logiciel intuitif pour l'utilisation du microscope et l'analyse des données ;

> un changement de grossissement simple et efficient sur toute la plage de grossissement (12:1 à 2350:1) ;

> l'encodage (suivi et enregistrement automatisés) des paramètres importants, comme la position de la platine, l'optique, l'éclairage et les

réglages de la caméra numérique, pour un rappel rapide, à tout moment ;

> inclinaison de la tête du microscope et rotation de l'échantillon rapides et simples ;

> l'éclairage annulaire à LED (diodes électro-luminescentes) intégré et l'éclairage coaxial procurent un réglage polyvalent du contraste ;

> la caméra numérique à haute performance fournit des images en direct rapides et offre une résolution de 10 MP ; et

> les modes de capture permis/supportés par le logiciel, comme l'assemblage XY &t XYZ d'images, la grande plage dynamique (HDR), etc.

Ce rapport expose comment les 3 premiers points ci-dessus contribuent à rendre cette tâche plus rapide et fiable.

3MICRO-ÉLECTRONIQUE – PARTIE 1 : INSPECTION ET ANALYSE RAPIDES ET FIABLES DES CIRCUITS IMPRIMÉS MONTÉS AVEC UN MICROSCOPE NUMÉRIQUE

Installation et démarrage faciles et rapides

La mise en œuvre du microscope numérique Leica DVM6 ne nécessite qu'un câble d'alimentation et un câble USB connectés à un ordinateur

équipé du logiciel Leica Application Suite X (LAS X). Une fois un des objectifs en place, le Leica DVM6 est prêt à effectuer l'inspection et les

QC/QA et FA. La distance de travail maximale est de 60 mm, la plage de déplacement de la platine est de 70 mm x 50 mm, le poids maximum

de l'échantillon est de 2 kg.

Ci-dessous, une photo du microscope numérique Leica DVM6 avec un PCB (circuit imprimé encarté) placé sur sa platine, une photo du PCB,

et une image à faible grossissement d'une région du PCB obtenue avec le DVM6.

Circuit imprimé encarté (PCB) utilisé comme échantillon.

Microscope numérique Leica DVM6 avec PCB (circuit imprimé

encarté) sur la platine.

Image à faible grossissement d'une partie du PCB, réalisée avec le

Leica DVM6.

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Mesure, analyse et utilisation avec le logiciel intuitif

Afin d'obtenir un déroulement de tâches plus rapide et fiable pour l'inspection, le contrôle qualité et l'analyse de défauts avec un microscope

numérique, un progiciel intuitif aux nombreuses fonctions de commande du microscope, d'acquisition d'image à la fois simple et flexible, et

d'analyse de l'échantillon sont essentiels. Par exemple, le logiciel du Leica DVM6, le Leica Application Suite X (LAS X), permet d'enregistrer

plusieurs profils d'utilisateurs pour permettre à de nombreux utilisateurs de travailler avec le même microscope. La fonction Empilement

en Z (Z-stack) du LAS X permet aux utilisateurs d'enregistrer les images de divers plans focaux, sur une plage Z définie pour un détail de

l'échantillon ou pour l'échantillon entier. Le mode Profondeur de champ étendue (EDOF) procure une image multi-focus sans avoir à définir

des niveaux initiaux ou finaux. Les fonctions Z-stack et EDOF permettent la création et l'analyse rapides des topographies de surface 3D [1]

d'un échantillon.

De plus, avec le logiciel LAS X, les utilisateurs peuvent choisir différents modes pour définir une large zone de balayage XY, comme « repérer

et trouver (mark & find) », « balayage mosaïque (tile scan) » et « balayage en spirale (spiral scan) ». Un mode interactif appelé « Live Image

Builder » en XY (image en 2D), Z (image en 3D), et XYZ (image en 3D sur une zone étendue) est également utilisable.

Ci-dessous, des exemples d'analyse d'échantillon en 3D avec LAS X avec un PCB (circuit imprimé équipé) et un échantillon hybride de type

CMS (composant monté en surface). La création de rapport en un seul clic est également expliquée.

Image 3D d'une portion de PCB montrant des puces et un joint de

soudure ; cette image a été acquise avec un Leica DVM6 utilisant la

fonction de profondeur de champ étendue, EDOF, de LAS X. A droite,

la même image avec une échelle Z en couleur.

Même image 3D qu'à gauche, avec une échelle Z en fausses

couleurs.

Image 2D d'une partie de PCB montrant un condensateur et une partie

d'une puce. Cette image a été acquise avec un Leica DVM6 utilisant

la fonction EDOF. A droite, l'image 3D de cette région du PCB.

Image 3D de la même région du PCB que sur l'image de gauche.

Diverses mesures telles que la mesure de hauteur de marche,

d'angle, de volume ont été réalisées.

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Image 2D d'une partie d'un hybride CMS avec transistors ou diodes. Cette image a été acquise avec un Leica DVM6 utilisant la fonction EDOF.

Image 3D de la partie de CMS montrée à gauche. Une extraction de profil, des mesures de hauteur de marche et de volume ont été réalisées.

Image 2D d'une partie de PCB montrant une puce et un condensa-teur. Cette image a été acquise avec un Leica DVM6 utilisant la fonction EDOF. Voir à droite l'image 3D de cette région du PCB.

Image 3D de la région du PCB montrée à gauche. Des mesures d'aire, de volume, de hauteur de marche, de longueur, etc., ont été réa-lisées. Un clic sur "Export" (encadré en jaune) permet de créer un rapport sous la forme d'un fichier Excel.

Rapport de mesure créé : vue de l'onglet "Résumé" du fichier Excel montrant la 1ère page du rapport avec l'image 2D de la région du PCB.

Rapport de mesures : vue de l'onglet "Image" du fichier Excel mon-trant les éléments de calculs et l'image 3D de la région du PCB.

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Changement de grossissement rapide sur une grande plage

Les objectifs de Leica DVM6 peuvent être changés simplement et rapidement en cours de fonctionnement, avec pratiquement aucun

impact sur la durée de la tâche. Cette vidéo en ligne montre comme il est facile de changer d'objectif [2].

Il est possible de choisir parmi 3 objectifs planapochromatiques (correction chromatique sur les longueurs d'onde du rouge, du vert et du

bleu, et correction de la planéité sur l'étendue du champ de vision), avec des grossissements faible, moyen et fort. Avec le zoom intégré

16:1, les utilisateurs peuvent obtenir des valeurs de grossissement total de 12:1 à 2350:1 (avec la diagonale d'écran recommandée de

27 pouces [69 cm] en conformité avec la norme ISO/DIN 18221) [3]. Le zoom fonctionne avec chacun des 3 objectifs, grossissements

faible, moyen et fort, ce qui permet de changer de grossissement de manière continue sur toute la plage.

Gardons à l'esprit que la valeur finale du grossissement en microscopie numérique dépend de la taille du moniteur utilisé pour l'affichage

de l'image [3]. Comme indiqué plus haut, il est recommandé d'utiliser le Leica DVM6 avec un moniteur dont la diagonale est de 27 pouces

(69 cm). Les images d'un capteur électronique acquises avec le Leica DVM6 utilisant les objectifs faible, moyen, et fort, à un grossisse-

ment faible, moyen, et fort, sont présentées ci-dessous.

Image d'un capteur électronique prise par le Leica DVM6 : plage

de grossissement faible (objectif faible).

Image d'un capteur électronique prise par le Leica DVM6 : plage

de grossissement moyen (objectif moyen).

Image d'un capteur électronique

prise par le Leica DVM6 : plage de

grossissement fort (objectif fort).

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Encodage des paramètres du microscope numérique Leica DVM6

Un instrument dont la partie électronique (Hardware) est développée pour être en lien direct avec la partie logicielle (Software) afin de

suivre et d'enregistrer automatiquement les paramètres spécifiques est appelé un système « encodé ». L'encodage est très utile pour le

rappel rapide des paramètres et des réglages enregistrés lors de l'acquisition des données. L'encodage est particulièrement déterminant

pour la reproductibilité et la fiabilité des résultats, et il contribue aussi à rendre les tâches plus efficientes.

Sur le Leica DVM6, l'objectif et la valeur de zoom, la résolution (en pixels) de la caméra numérique, la position de la platine porte-

échantillon et son angle de rotation (que le déplacement soit manuel ou motorisé), l'angle d'inclinaison de la tête du microscope, et les

réglages du système d'éclairage sont encodés et enregistrés au moyen du logiciel LAS X. Un exemple d'encodage de quelques paramètres

lors du fonctionnement du Leica DVM6 est présenté ci-dessous.

Tableau de commande de LAS X pour le Leica DVM6. La valeur du grossissement total (19x, <2.00> est le facteur de zoom)

issue de l'objectif et du zoom, l'angle de pivotement de la tête du microscope (5°) et l'angle de rotation de la platine (20°)

sont encodés. Les mêmes paramètres sont également affichés dans l'angle inférieur droit.

Ci-dessus, l'angle inférieur droit de l'interface de LAS X. Encadrés en vert ci-dessus, la taille

de champ (FOV) et le champ objet sont eux aussi encodés (objectif et valeur de zoom).

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Conclusions

Grâce au microscope numérique Leica DVM6, les inspections, les contrôles qualité et l'assurance qualité (QC/QA), ainsi que les analyses

de défaillances (FA) d'éléments micro-électroniques tels que des circuits imprimés montés (PCB) s'avèrent plus efficients et fiables. Trois

des avantages du DVM6 ont été présentés ici : le logiciel intuitif avec ses nombreuses fonctions pour faciliter l'utilisation du microscope,

l'acquisition d'image et l'analyse des données ; la facilité avec laquelle chacun peut changer rapidement de grossissement sur toute la

plage, de 12:1 à 2350:1 ; et l'encodage de tous les paramètres et réglages importants (optique, caméra numérique, platine, tête et

éclairage) pour un rappel facile et rapide. Ces caractéristiques permettent aux utilisateurs du Leica DVM6 d'acquérir et analyser les

données plus rapidement et de façon fiable, et ce faisant, d'augmenter l'efficience des tâches d'inspection, de contrôle qualité et

d'analyse de défauts.

Lecture complémentaire

1. 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

2. Objective change: plug and see, Leica DVM6 product page

3. 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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