Einblicke in elektronische Bauteile Raster-Ultraschallmikroskopie ermöglicht fehlerfreie Analyse

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Zerstörungsfreie Einblicke in das Innere von mikroelektronischen Bauteilen sind mit einem Raster-Ultraschallmikroskop möglich. Damit lassen sich Fehler aufspüren. Kombiniert wird die Analyse durch maschinelles Lernen und menschliche Expertise.

Wer träumt nicht vom ultimativen fehlerfreien Bauteil. Defekte und Fehler in Bauteilen können während der Produktion entstehen. Die Frage ist: Kann man diese rechtzeitig erkennen? Frühes Versagen des Bauteils im Einsatz bei einem Nichterkennen kann die Folge sein. Je nach Einsatz kann das kleine bis katastrophale Auswirkungen haben.

Für die moderne zerstörungsfreie Fehleranalyse, wie etwa in der Leistungselektronik oder Mikroelektronik, sind computergestützte bildgebende Verfahren von großer Bedeutung. Ultraschall, wie er auch in der Medizin eingesetzt wird, zeigt ein großes Potenzial, um zerstörungsfrei in das Innere von mikroelektronischen Bauteilen blicken zu können. Ermöglicht wird das mit der Raster-Ultraschallmikroskopie (Scanning Acoustic Microscope, kurz SAM) der PVA TePla Analytical Systems.

Seit 2012 arbeitet das deutsche Unternehmen mit dem österreichischen Forschungszentrum Materials Center Leoben (MCL), das sich auf Werkstoffe, Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse sowie innovative Werkstoffanwendungen spezialisiert hat, an gemeinsamen wissenschaftlichen Projekten. Auf Initiative von Dr. Roland Brunner (MCL) und Dr. Peter Czurratis (Geschäftsführer PVA TePla Analytical Systems) hat sich daraus eine enge Kooperation entwickelt.

High-End-Mikroskop bietet Auflösungen bis zu 0,5 µm

Die Zusammenarbeit soll weiter vertieft und ein Referenzlabor mit dem Raster-Ultraschallmikroskop SAM 302 HD² am MCL eingerichtet werden. Die Leitung des Labors wird Dr. Tatjana Djuric-Rissner aus Graz übernehmen. „Das neue High-End-Mikroskop zeichnet sich durch eine neuartige, von PVA entwickelte Anregungselektronik für Frequenzen bis 1.000 MHz aus. Das ist die weltweit höchste Frequenz für hochauflösende akustische Bildgebung und Analyse. Damit können an geeigneten Proben Auflösungen bis zu 0,5 µm erreicht werden.

Darüber hinaus ist ein Dynamic Through Scan mit Frequenzen bis zu 100 MHz möglich, was eine hohe Auflösung auch bei Transmissionsmessungen erlaubt“, freut sich Dr. Tatjana Djuric-Rissner über das aktuelle gemeinsame Forschungsprojekt mit dem MCL.

Hier geht es darum, das Raster-Ultraschallmikroskop SAM 302 HD² für die Mikroelektronik und Leistungselektronik weiterzuentwickeln. Bisherige Analyse der Bilder beruhten hauptsächlich auf menschlicher Expertise. Die erzeugten Datenmengen werden aber immer größer und komplexer.

Maschinelles Lernen und menschliche Expertise

„Die Anwendung von künstlicher Intelligenz (maschinelles Lernen) in Kombination mit menschlicher Expertise kann einen Mehrwert für die Fehleranalyse bringen“, erklärt Dr. Roland Brunner vom MCL. Möglich wird dies durch eine vollautomatische Fehlerlokalisierung und -klassifizierung, was wiederum zu mehr Nachhaltigkeit und Effizienz in der industriellen Fertigung von Mikro- und Leistungselektronik beiträgt.

Davon ist auch Dr. Peter Czurratis überzeugt und betont: „Die Messtechnik, insbesondere die Ultraschallmikroskopie als zerstörungsfreies Analyseverfahren, wird in den kommenden Jahren bei der Entwicklung von 3D-Fertigungstechnologien für die Mikroelektronik eine entscheidende Rolle bei der Qualitätssicherung spielen. Insbesondere das Hybridbonden erfordert die zerstörungsfreie Defektanalyse der Bondgrenzfläche mittels hochauflösender Ultraschallmikroskopie. Das MCL bietet exzellente wissenschaftliche Möglichkeiten für die gemeinsame Entwicklung neuer Algorithmen zur Datenanalyse und wird uns methodisch schneller voranbringen“. (heh)

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