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Elementverteilungsanalyse elektronischer Komponenten

Mikro-RFA - Hohe Ortsauflösung, hohe Elementempfindlichkeit

Mikroelektronische Komponenten werden immer komplexer. Die Größe und die Abstände der oberflächenmontierten Bauteile (SMD) und integrierten Schaltungen (ICs) werden kleiner und die Drähte und Anschlüsse werden in mehreren Schichten innerhalb der Leiterplatten (PCB) implementiert. Daher benötigen Analysemethoden, um sich dieser Art von Proben anzunähern, sowohl eine hohe räumliche Auflösung als auch die Fähigkeit, in die Tiefe der Probe zu schauen. Die Mikro-RFA ist ein bildgebendes Verfahren, das eine räumliche Auflösung von etwa 20 µm mit einer sehr hohen Elementempfindlichkeit für die meisten Metalle kombiniert. Sie kann daher ein Begleiter im gesamten Lebenszyklus elektronischer Komponenten sein, von der Forschung und Entwicklung für neue Designs und Materialien bis hin zum Recycling von edelmetallhaltigen Komponenten. Die Hauptanwendung ist die Fehleranalyse und das Qualitätsmanagement, inklusive Schichtdickenmessungen; zum Beispiel für Au-Kontakte und Bondinseln oder Lötpunkte. Die Methode kann für ein qualitatives Pre-Screening von RoHS- und WEEE-relevanten Bauteilen eingesetzt werden. Die Suche nach der Häufigkeit und den Positionen von Edelmetallen oder Schadstoffen unterstützt die effiziente Abfallaufbereitung oder das Recycling elektronischer Komponenten.

Bestückte Leiterkarte eines Mobiltelefons. Die Kunststoffgehäuse der ICs sind transparent für die höherenergetische Strahlung der schweren Elemente wie Gold, Silber und auch Arsen. Die Bonddrähte mit ihren Durchmessern von nur ca. 10 µm werden gut aufgelöst, ohne dass Teile der Probe abgetragen werden müssen.
Diese beiden Bilder eines RAM-Bausteins zeigen die Intensitäten von rückgestreuter nieder- und hochenergetischer Röntgenstrahlung. Der Compton-Streuprozess ist in leichterer Matrix stärker ausgeprägt. Daher erscheint schwere Materie in diesem Bild dunkler. Die niederenergetischen Photonen werden an der Oberfläche der Probe gestreut und sind (durch ihre energetische Überlappung mit der Chlorfluoreszenz) sogar für Fingerabdrücke auf den Kunststoffen empfindlich. Auch Farbpigmente beeinflussen die Streueigenschaften der Probe. Das untere Bild ergibt sich aus dem Mapping der Intensitätsverteilung der hochenergetischen Streuung. Diese Photonen interagieren in größerer Tiefe und offenbaren im Inneren der ICs sogar noch die filigranen Bonddrahtstrukturen. Bei den energiedispersiven SDDs werden die Informationen über die gestreuten Röntgenstrahlen aus denselben Spektren entnommen wie die Fluoreszenzsignale der einzelnen Elemente.