Application de l'inspection par imagerie thermique infrarouge dans l'industrie des semi-conducteurs by RaythinkDirectIndustry

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Compte tenu de l'utilisation généralisée des semi-conducteurs dans divers domaines aujourd'hui, l'industrie des semi-conducteurs est devenue une industrie nationale fondamentale et stratégique. Avec le développement rapide des technologies de pointe telles que l'intelligence artificielle, l'importance de l'industrie des semi-conducteurs est devenue de plus en plus grande.

L'importance des semi-conducteurs
La technologie de fabrication des puces (circuits intégrés) est actuellement au sommet de la technologie mondiale de microtraitement et représente le point culminant de la concurrence en matière de haute technologie entre les pays du monde entier, reflétant ainsi de manière significative la force d'une nation en matière de haute technologie. En tant que matériaux électroniques clés utilisés pour fabriquer les puces, les matériaux semi-conducteurs sont la pierre angulaire de l'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs.

Les puces, en tant que composants électroniques essentiels, sont largement utilisées dans de nombreux domaines tels que l'informatique, les communications, le contrôle industriel et les soins de santé, et leur importance est évidente. Dans l'industrie des semi-conducteurs, en particulier aux stades de la recherche, du développement, de la fabrication et de l'essai des puces, les exigences en matière de qualité et de fiabilité des produits sont extrêmement élevées.

Les méthodes d'inspection traditionnelles peuvent avoir certaines limites et peinent à répondre aux besoins de détection de dispositifs semi-conducteurs de plus en plus sophistiqués.

Application de l'inspection par imagerie thermique à l'industrie des semi-conducteurs
La technologie d'imagerie thermique infrarouge, connue pour son absence de contact, sa grande précision et ses capacités visuelles, est devenue un outil essentiel dans les essais de semi-conducteurs. En capturant en temps réel la distribution de la température et les signaux de rayonnement thermique, cette technologie permet de surmonter efficacement les lacunes des méthodes d'inspection traditionnelles, aidant ainsi l'industrie à relever les défis du processus et à améliorer à la fois le rendement et la fiabilité des produits.

Les principaux scénarios d'application et les cas d'utilisation typiques sont présentés ci-dessous :

1. Test WLP et localisation des défauts d'emballage
L'imagerie thermique infrarouge peut pénétrer les matériaux à base de silicium, ce qui permet un contrôle non destructif des structures internes et de surface des plaquettes. Par exemple, au cours du processus de meulage des plaquettes, le rayonnement infrarouge provenant de l'avant et de l'arrière du substrat de silicium permet de mesurer avec précision la profondeur de meulage et d'optimiser les paramètres du processus. Dans l'emballage des puces, cette technologie permet de détecter des défauts tels que les fuites de soudure et la corrosion des fils de cuivre en pénétrant dans le substrat de silicium, évitant ainsi les dommages physiques que les méthodes d'inspection traditionnelles pourraient infliger aux composants.

2. Surveillance de la température des puces LED
La puce LED est un dispositif semi-conducteur à l'état solide. Son cœur est une puce semi-conductrice. Une extrémité de la puce est négative et fixée à un support, tandis que l'autre extrémité est connectée à l'électrode positive de l'alimentation, ce qui permet à l'ensemble de l'emballage d'être recouvert de résine époxy. Au cours du processus de production des puces LED, le durcissement de la colle à l'argent est insuffisant, les supports ou les électrodes des puces sont contaminés, ce qui entraîne une résistance de contact importante ou instable, ainsi que d'autres phénomènes indésirables tels que l'augmentation de la température. Par rapport aux solutions de contrôle traditionnelles, les caméras thermiques fournissent un résultat de contrôle plus évident et plus direct, affichant plus objectivement les défauts des puces LED.

Elles offrent un avantage significatif en fournissant une représentation visuelle sans contact et en temps réel de la distribution de la température de la puce LED. Cela permet d'identifier immédiatement les points chauds localisés indiquant des défauts tels qu'un durcissement insuffisant de la colle d'argent ou une contamination entraînant une augmentation de la résistance électrique. L'image thermique obtenue localise objectivement ces problèmes, ce qui permet un diagnostic plus rapide et des actions correctives plus ciblées par rapport aux mesures électriques indirectes ou aux évaluations visuelles subjectives.

3. Localisation précise des défauts microscopiques et des points chauds dans les dispositifs semi-conducteurs
Les défauts tels que les fissures et les microcircuits courts dans les dispositifs à semi-conducteurs entraînent souvent des anomalies de température localisées. En détectant les variations de la distribution thermique, les caméras thermiques peuvent rapidement et précisément localiser les points chauds sur la puce. Les images thermiques infrarouges permettent de localiser rapidement et précisément ces points de haute température dans le dispositif, ce qui élimine la nécessité d'une analyse détaillée de la conception du circuit. Cette caractéristique essentielle a favorisé l'adoption généralisée et la recherche continue de l'imagerie thermique infrarouge dans l'inspection des semi-conducteurs.

4. Conception de la dissipation thermique et validation de la gestion thermique
Au cours du processus de conception des puces, les caméras thermiques, qui utilisent la détection infrarouge sans contact, permettent de surveiller en temps réel l'augmentation de la température dans les cartes de circuits imprimés ou les composants d'emballage, ce qui aide les ingénieurs à optimiser les structures de dissipation de la chaleur. Ces caméras capturent des cartes thermiques détaillées, révélant les variations de température les plus subtiles à la surface de l'appareil. Par exemple, en analysant la distribution de la température des dispositifs de puissance soumis à des charges dynamiques, les ingénieurs peuvent observer l'emplacement précis et l'intensité de la production de chaleur. Cela leur permet d'affiner efficacement les solutions de dissipation thermique, telles que l'emplacement et la conception des dissipateurs thermiques, afin de réduire le risque d'emballement thermique.

Les logiciels sophistiqués qui accompagnent ces caméras thermiques fournissent souvent des outils d'analyse quantitative, permettant aux ingénieurs de mesurer les températures maximales et les gradients de température et de suivre le comportement thermique dans le temps, ce qui facilite encore la validation et l'optimisation des conceptions de gestion thermique.

5. Test environnemental de la carte de circuit imprimé
Au cours de la conception et du test de la carte de circuit imprimé, les chercheurs doivent surveiller la température des composants électroniques de la carte de circuit imprimé afin de déterminer la charge thermique de chaque composant. Pendant le test, il est nécessaire de simuler l'environnement de travail réel de la carte de circuit imprimé et d'observer l'état de la température des composants électroniques depuis la mise sous tension jusqu'à la stabilisation. Les composants électroniques de la carte de circuits imprimés étant très sophistiqués, les équipements traditionnels de mesure de la température par contact sont difficiles à utiliser et ne peuvent pas répondre aux exigences des chercheurs scientifiques en matière de tests.

En revanche, les caméras thermiques offrent une solution très efficace pour cette application. Leur nature sans contact permet aux chercheurs de surveiller facilement et en toute sécurité la température des composants électroniques les plus petits et les plus délicats, sans aucune interférence physique. Fournissant une imagerie thermique en temps réel, ces caméras permettent d'observer les changements de température sur l'ensemble de la carte de circuit imprimé pendant qu'elle s'allume et atteint un état stable. Les chercheurs peuvent surveiller simultanément la température de plusieurs composants, ce qui leur permet de mieux comprendre la répartition de la charge thermique. En outre, les données capturées par les caméras thermiques peuvent être facilement enregistrées et analysées, ce qui permet d'obtenir des informations précieuses sur le comportement thermique de la carte de circuit imprimé et de ses composants dans diverses conditions de fonctionnement, facilitant ainsi l'optimisation de la conception et la fiabilité des performances.

6. Test dynamique
L'imagerie thermique infrarouge est essentielle pour les tests dynamiques de performance des semi-conducteurs dans des conditions extrêmes et avec des courants élevés. Grâce à leur large plage de températures et à leur sensibilité élevée, les caméras thermiques enregistrent en temps réel les courbes d'élévation de la température pendant les tests, comme les applications de courants variables par une station de sondes. Cela évite les erreurs de surchauffe et permet aux ingénieurs d'observer la réponse thermique de l'appareil aux charges dynamiques. Un logiciel avancé permet une analyse détaillée des gradients de température et de la dissipation thermique, révélant les mécanismes de défaillance potentiels et facilitant la corrélation avec les données de performance électrique pour une conception et une fiabilité optimisées.

7. Surveillance de la température des équipements semi-conducteurs
La surveillance thermique continue à l'aide de caméras thermiques fixes ou portables est cruciale pour les équipements de semi-conducteurs de grande valeur tels que les machines de lithographie et les implanteurs d'ions. Elle permet de détecter les hausses de température anormales dans les composants critiques tels que les moteurs, les roulements, les blocs d'alimentation et les systèmes de refroidissement, ce qui donne lieu à des alertes précoces et prévient les temps d'arrêt coûteux. Cette approche proactive favorise la maintenance prédictive, réduisant les dépenses de maintenance et prolongeant la durée de vie de l'équipement.

8. Surveillance de la température de l'armoire de distribution électrique
L'armoire de distribution d'énergie est composée d'un grand nombre d'équipements et de dispositifs, ce qui crée un environnement électromagnétique complexe. La résistance locale des pièces de contact des équipements de distribution d'énergie, des câbles, des connecteurs de bus et des contacts des interrupteurs électriques peut augmenter et chauffer en raison d'un mauvais contact, du vieillissement des matériaux, de l'usure et d'autres raisons. Les équipements de surveillance traditionnels se caractérisent par une installation complexe des équipements, une distribution peu claire de la température cible, une omission de détection, une maintenance difficile, une réponse lente, un temps de conduction de la chaleur et une mauvaise ponctualité.

En raison de la complexité des équipements et de l'étroitesse de l'espace dans les installations de commutation HT, une caméra de poche TN220, légère et pratique, a été conçue pour assurer la surveillance en temps réel, le diagnostic des défauts, l'émission d'alarmes et d'autres fonctions de l'équipement dans l'armoire. Il s'agit d'une solution fiable d'équipement infrarouge pour un fonctionnement sûr et stable et une inspection vidéo en ligne de l'équipement dans l'armoire de distribution. En outre, différentes applications logicielles sont configurées en fonction des exigences des différents scénarios, à savoir un client léger de surveillance en temps réel et une plateforme multimédia convergente en nuage.

Avantages techniques des caméras thermiques infrarouges
Test sans contact : Elle est capable d'éviter les dommages physiques aux matériaux semi-conducteurs, et convient particulièrement aux tests de précision des puces de la taille d'un micron.
Couverture en temps réel et sur une large zone : Elle permet d'obtenir rapidement des données sur la distribution de la température dans de vastes zones et de prendre en charge la surveillance dynamique des processus.
Positionnement précis des défauts : Il est capable d'identifier les défauts invisibles tels que les fissures et les microfissures par le biais d'une distribution anormale de la chaleur afin de réduire les erreurs d'appréciation manuelles.
La complexité et l'intégration des dispositifs semi-conducteurs ne cessant de croître, la technologie d'imagerie thermique infrarouge fera de plus en plus partie intégrante de l'écosystème de fabrication intelligente, jouant un rôle clé pour garantir la fiabilité des puces et faire progresser l'innovation en matière de processus.

Cas d'application de la caméra thermique infrarouge Raythink
1. Mesure de la température dans la fabrication de puces LED
Au cours du processus de production des puces LED, le durcissement de la colle à l'argent est insuffisant, les supports ou les électrodes des puces sont contaminés, ce qui entraîne une résistance de contact importante ou instable, ainsi que d'autres phénomènes indésirables tels que l'augmentation de la température. Par rapport aux solutions de contrôle traditionnelles, les caméras thermiques fournissent un résultat de contrôle plus évident et plus direct, affichant plus objectivement les emplacements des défauts des puces LED. Dans ce projet, notre caméra thermique TN460 est déployée au-dessus de la puce LED pour surveiller la température dans la zone centrale en temps réel. Avec notre logiciel professionnel d'analyse de la température "TI studio", elle peut clairement identifier les défauts de la puce.

2. Mesure de la température dans la fabrication des circuits imprimés
Les composants électroniques des circuits imprimés étant très sophistiqués, les équipements traditionnels de mesure de la température par contact sont compliqués à utiliser et ne peuvent pas répondre aux exigences des chercheurs scientifiques en matière de tests. Dans ce projet, la caméra thermique AT61 de mesure de la température à accord électrique en ligne est installée au-dessus de la carte de circuit imprimé pour l'imagerie et la mesure de la température sans contact. En outre, pour simuler l'environnement de travail réel des circuits imprimés, la caméra thermique et le circuit imprimé sont placés dans un thermostat pour être observés en même temps. Même lorsque la température maximale du thermostat atteint 60 °C, notre caméra est toujours capable de mesurer la température avec précision.