SQUID 현미경 스캔

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SQUID 현미경 스캐닝은 초전도 양자 간섭 장치(SQUID)를 사용해 표면 자기장 강도를 마이크로미터 스케일 해상도로 영상화하는 기법이다. 작은 SQUID가 측정될 샘플 표면 근처에 있는 팁에 장착된다. SQUID는 이용 가능한 자기장의 가장 민감한 검출기로서 리터그래피를 통해 서브미크로미터 폭에서 구성될 수 있기 때문에 스캐닝 SQUID 현미경은 자기장을 비교할 수 없는 분해능과 감도로 측정할 수 있다. 최초의 스캔 SQUID 현미경은 1992년 블랙 외 연구진에 의해 제작되었다.^[2] 그 이후로 이 기술은 YBCO와 BSCCO 화합물을 포함한 몇몇 고온의 초전도체에서 파격적인 초전도성을 확인하는 데 사용되었다.

작동 원리

스캔 SQUID 현미경은 박막 DC SQUID를 기반으로 한다. DC SQUID는 두 개의 약한 링크인 조셉슨 접합부로 연결된 고리 패턴의 초전도 전극으로 구성된다(그림 참조). Josephson 접합부의 임계 전류 이상으로, 전극 사이의 이상화된 전압 차이는 다음과^[3] 같다.

${\displaystyle {\reasoned}V&={\frac{R}{2}}-\sqrt {I^{2}-I_{0}^{2}},\&={\frac {R}{2}}\좌측(I^{2}-)I_{c}\cos \left(\pi {\frac {\Phi }{\\)Phi _{0}}\오른쪽)^{2}\오른쪽)^{\frac {1}{1}:{1}:{n2}},\end{arged}}}}$

여기서 R은 전극 사이의 저항, 나는 전류, 나는₀ 최대 초전류, 나는_c 조셉슨 접합부의 임계 전류, φ은 링을 통과하는 총 자속, φ은₀ 자속 양자다.

따라서 DC SQUID는 플럭스 대 전압 변환기로 사용될 수 있다. 그러나 그림에서 설명한 것처럼 전극을 가로지르는 전압은 장치를 통과하는 자속의 양과 관련하여 사인파적으로 진동한다. 결과적으로, 자기장이나 장치 크기가 < < φ₀>만큼 매우 작지 않은 한, SQUID만 알려진 값으로부터 자기장의 변화를 측정하는 데 사용할 수 있다. DC SQUID를 사용하여 표준 자기장을 측정하려면, 실제로 매우 어려운 전장이 변경될 때 전압의 진동 수를 세거나 장치에 평행한 별도의 DC 바이어스 자기장을 사용하여 일정한 전압을 유지하고 결과적으로 루프를 통해 일정한 자속을 유지해야 한다. 그러면 측정되는 전장의 강도는 SQUID를 통과하는 편향 자기장의 강도와 같게 된다.

SQUID의 두 단자 사이의 DC 전압을 직접 판독할 수는 있지만, DC 측정에서 노이즈가 문제가 되는 경향이 있기 때문에 교류 기법을 사용한다. DC 바이어스 자기장 이외에도 자기장 강도가 φ << φ₀>을 생성하는 일정한 진폭의 AC 자기장이 바이어스 코일에서도 방출된다. 이 AC 필드는 SQUID의 DC 구성요소에 비례하는 진폭을 가진 AC 전압을 생성한다. 이 기술의 장점은 전압 신호의 주파수가 모든 잠재적 소음원의 주파수에서 멀리 떨어져 있도록 선택할 수 있다는 것이다. 장치는 잠금 증폭기를 사용하여 다른 많은 소음원을 무시한 채 자기장에 해당하는 주파수만 읽을 수 있다.

계측

스캐닝 SQUID 현미경은 초전도 양자 간섭 장치(SQUID)를 영역 전체로 이동하여 약한 자기장을 측정하는 민감한 근거리 영상 시스템이다. 현미경은 전류에 의해 생성되는 자기장을 측정하여 매립되는 전류 운반선을 설계하거나 자성 물질에 의해 생성되는 자기장을 영상화하는 데 사용할 수 있다. 집적회로나 패키지에 전류를 매핑하면 단락을 국산화할 수 있고 칩 설계도 검증해 예상대로 전류가 흐르는지 확인할 수 있다.

SQUID 재료는 초전도성이어야 하므로 저온에서 측정을 수행해야 한다. 일반적으로 헬륨-3 냉장고나 희석 냉장고에서 액체 헬륨 온도(4.2K) 이하에서 실험을 실시한다. 그러나 고온 초전도체 박막 성장의 발전으로 상대적으로 저렴한 액체 질소 냉각을 대신 사용할 수 있게 되었다. 높은 T오징어를_c 식히고 샘플로 열분리를 유지하는 것만으로 실온 시료를 측정할 수도 있다. 어느 경우든 SQUID 프로브가 표류 자기장에 대해 극도로 민감하기 때문에 일반적으로 어떤 형태의 자기 차폐가 사용된다. 가장 흔한 것은 mu-metal로 만들어진 방패인데, 아마도 초전도체 "캔"과 결합되어 있을 것이다(모든 초전도체는 마이스너 효과를 통해 자기장을 밀어낸다).

실제 SQUID 탐침은 일반적으로 박막 증착을 통해 만들어지며, SQUID 영역은 석판화를 통해 윤곽을 그린다. 매우 다양한 초전도 물질을 사용할 수 있지만, 열순환으로 인한 손상 저항성이 상대적으로 뛰어나 니오비움, 다른 높은 T_c 초전도체에 비해 T_c > 77K가 높고 상대적으로 침전성이 용이해 YBCO가 가장 많이 사용된다. 어느 경우든 작동 온도보다 임계 온도가 높은 초전도체를 선택해야 한다. SQUID 자체는 자기장 측정을 위한 픽업 코일로 사용될 수 있으며, 이 경우 기기의 분해능은 SQUID의 크기에 비례한다. 그러나 SQUID 내부 또는 근처의 전류는 자기장을 생성하며, 그 다음 코일에 등록되어 소음원이 될 수 있다. 이러한 효과를 줄이기 위해 SQUID 자체의 크기를 매우 작게 만드는 것도 가능하지만, 장치를 SQUID에서 멀리 떨어져 있는 더 큰 외부 초전도 루프에 부착하는 것도 가능하다. 그런 다음 루프를 통과하는 플럭스를 감지하여 측정하여 SQUID에 전압을 유도한다.

장치의 분해능과 감도는 모두 SQUID의 크기에 비례한다. 작은 장치는 분해능은 더 크지만 감도는 낮다. 유도 전압의 변화는 기기의 인덕턴스에 비례하며, 전자 문제뿐만 아니라 바이어스 자기장 제어의 한계로 인해 항상 완벽하게 일정한 전압이 유지되는 것을 방지한다. 그러나 실제로 대부분의 스캔 SQUID 현미경의 민감도는 많은 용도의 거의 모든 SQUID 크기에 충분하며, 따라서 해상도를 높이기 위해 SQUID를 가능한 작게 만드는 경향이 있다. 전자빔의 석판화 기법을 통해, 수십에서 수백 평방 마이크로미터의 장치가 더 흔하지만, 총 면적이 1~10μm인² 장치를 제작할 수 있다.

SQUID 자체는 캔틸레버에 장착되며 샘플 표면과 직접 접촉하거나 바로 위에서 작동한다. SQUID의 위치는 보통 어떤 형태의 전동 스테핑 모터에 의해 제어된다. 특정 용도에 따라 기기 높이에서 서로 다른 정밀도가 필요할 수 있다. 낮은 팁의 샘플 거리에서 작동하면 장치의 감도와 분해능은 증가하지만 프로브의 높이를 제어하는 데 있어 보다 진보된 메커니즘이 필요하다. 또한 그러한 기기는 정확한 높이 제어를 유지하려면 광범위한 진동 감쇠가 필요하다.

고온 스캔 SQUID 현미경

YBCO SQUID를 이용한 고온 스캐닝 SQUID 현미경은 20pT(지구 자기장보다 약 200만배 약함) 정도의 자기장을 측정할 수 있다. SQUID 센서는 1초 평균으로 SQUID 센서로부터 100µm 거리에서 10nA의 전류만 운반해도 와이어를 감지할 수 있을 정도로 민감하다. 현미경은 SQUID 센서가 진공상태인 상태에서 크라이오 쿨러를 이용해 80K 이하로 냉각되는 동안 조사 중인 샘플이 실온과 공기 중에 있을 수 있도록 특허받은 디자인을 사용한다. 액체 질소는 사용되지 않는다. 공기 중 실온 샘플의 비접촉, 비파괴 영상촬영 중 시스템은 센서와 현재 또는 센서의 유효 크기 중 더 큰 거리에 해당하는 가공되지 않은 원시 공간 분해능을 달성한다. 그러나 매립 층에서 와이어 단락을 가장 잘 찾기 위해 FFT(Fast Fourier Transform) 백-진화 기법을 사용하여 자기장 이미지를 통합 회로 또는 인쇄 배선 보드의 전류 등가 지도로 변환할 수 있다.^[4][5] 그런 다음 결과 전류 지도를 회로도와 비교하여 고장 위치를 결정할 수 있다. 이 자석 이미지의 후처리와 SQUID 영상에 존재하는 저소음 처리로 근거리 제한 자석 영상에 걸쳐 5개 이상의 인자에 의한 공간 분해능을 높일 수 있다. 시스템의 출력은 자기장 강도 또는 전류 크기(처리 후) 대 샘플의 위치의 거짓 색상 영상으로 표시된다. 이 현미경은 전류 크기를 얻기 위해 처리한 후 150µm의 센서 전류 거리에서 ±16µm 이내의 도체에서 반바지를 찾는 데 성공했다.^[6]

작전

스캔 SQUID 현미경 작동은 단순히 프로브와 샘플을 냉각시키고, 측정이 필요한 부위에 팁을 래스터링하는 것으로 구성된다. 측정된 자기장에 해당하는 전압의 변화가 상당히 빠르므로 편향 자기장의 강도는 일반적으로 피드백 전자장치에 의해 제어된다. 이 자기장 강도는 프로브의 위치를 추적하는 컴퓨터 시스템에 의해 기록된다. 광학 카메라는 또한 샘플에 대한 SQUID의 위치를 추적하는 데 사용될 수 있다.

이름에서 알 수 있듯이, SQUID는 초전도 물질로 만들어진다. 따라서 고온 SQUID의 경우 90K(액질소 온도) 이하, 저온 SQUID의 경우 9K(액체 헬륨 온도) 이하 극저온으로 냉각해야 한다. 자전류 영상 시스템의 경우 소형(폭 약 30µm) 고온의 SQUID가 사용된다. 이 시스템은 YBaCuO로₂₃₇ 만들어진 고온의 SQUID를 80K 이하로 냉각하고 시험 대상 장치가 실온과 공기 중에 있는 동안 진공 상태로 유지하도록 설계되었다. SQUID는 초전도 루프에서 서로 연결된 두 개의 Josephson 터널 접합부로 구성된다(그림 1 참조). 조셉슨 교차로에는 얇은 절연 장벽에 의해 분리된 두 개의 초전도 지역에 의해 형성된다. 전류는 임계 전류 I라고 하는 최대값까지_o 전압 강하 없이 접속부에 존재한다. SQUID가 접합부의 임계 전류를 초과하는 정전류로 편향된 후 자속 φ에서 변화하면 SQUID 루프를 나사산 처리하면 SQUID 전체의 전압 강하 변화가 발생한다(그림 1 참조). 그림 2(a)는 외부 자기장으로 인해 ofV가 SQUID의 변조 깊이인 SQUID의 I-V 특성을 나타낸다. SQUID에 걸친 전압은 적용된 자기장의 비선형 주기 함수로, 1₀ 플럭스 양자 quantum=2.07×10Tm의⁻¹⁵² 주기성이 있다(그림 2(b) 참조). 이 비선형 응답을 선형 응답으로 변환하기 위해, SQUID를 통한 총 유량을 일정하게 유지하기 위해 SQUID에 피드백 유량을 가하기 위해 음의 피드백 회로를 사용한다. 이러한 플럭스 잠금 루프에서 이 피드백 플럭스의 크기는 SQUID에 적용된 외부 자기장에 비례한다. SQUIDs와 SQUID 현미경 검사에 대한 자세한 설명은 다른 곳에서 찾아볼 수 있다.^{[7][8][9][10]}

SQUID를 이용한 자기장 검출

자기 전류 이미징은 전자기기에서 전류에 의해 생성되는 자기장을 사용하여 그러한 전류의 이미지를 얻는다. 이것은 자기장과 전류 사이의 근본적인 물리학 관계를 통해 이루어진다. 바이오 사바트 법칙:

${\displaystyle d{\vec{B}={\frac {\mu_{0}{4\pi }{\frac {Id{\vec{l}}\time{\bec}{r^{r^}}}}}}}},}}},.}$

B는 자기 유도, Idℓ은 전류의 원소, 상수 µ는₀ 자유 공간의 투과성, r은 전류와 센서 사이의 거리.

그 결과 전류와 자기장 센서의 분리만을 알고 있는 자기장에서 전류를 직접 계산할 수 있다. 이 수학적 계산의 세부사항은 다른 곳에서 찾아볼 수 있지만 여기서 알아야 할 중요한 것은 이것은 다른 물질이나 효과에 영향을 받지 않는 직접적인 계산이며, Fast Fourier Transforms의 사용을 통해 이러한 계산이 매우 빠르게 수행될 수 있다는 것이다.^[11] 자기장 영상은 약 1~2초 만에 전류 밀도 영상으로 변환할 수 있다.

적용들

스캔 SQUID 현미경은 원래 고온의 컵 레이트 초전도체 YBCO의 페어링 대칭을 시험하기 위한 실험을 위해 개발되었다. 표준 초전도체는 그들의 초전도 특성에 관하여 등방성이며, 즉 초전도체에서 전자$$ $모멘텀{\displaystyle }$ k ${\displaystyle k}$의 어떤 방향에서도 순서 매개변수의 크기와 결과적으로 초전도 에너지 갭은 동일할 것이다. However, in the high-temperature cuprate superconductors, the order parameter instead follows the equation ${\displaystyle \Delta (k)=\Delta _{0}(cos(k_{x}a)-(k_{y}a))}$, meaning that when crossing over any of the [110] directions in momentum space one will observe a sign change in the주문 매개변수 이 함수의 형태는 l = 2 구형 고조파 함수와 동일하며 d파 초전도도라는 이름을 부여한다. 초전도 전자는 exp(-iφ)에 비례하는 단일한 정합성 파동함수로 설명되므로, 여기서 φ은 파동함수의 위상으로 알려져 있으므로, 이 성질은 90도 회전하에서의 phase의 위상변동으로도 해석할 수 있다.

이 재산은 Tsuei 등에 의해 이용되었다. Josephson 접합부는 [110] Bragg 평면을 가로지르는 일련의 YBCO 고리 조셉슨 접합부를 제조하여, 하나의 YBCO 결정(그림)으로 이용되었다.^[13] Josephson 접합점에서 초전도 전자는 초전도체에서와 마찬가지로 일관성 있는 파동 함수를 형성한다. 파동함수는 각 지점에서 하나의 값만 가져야 하므로 전체 조셉슨 회로를 가로지른 후 얻은 전체 위상 계수는 2㎛의 정수배수여야 하며 그렇지 않으면 링을 가로지른 횟수에 따라 확률밀도의 다른 값을 얻는다.

YBCO에서 모멘텀(및 실제) 공간에서 [110] 평면을 횡단할 때 파동 기능은 phase의 위상 변화를 겪게 된다. 따라서 이 평면이 교차하는(2n+1) 조셉슨 링 장치를 형성할 경우 두 접합부 사이에 위상 차이가 (2n+1)³ 관찰된다. B, C, D와 같이 2n 또는 짝수 교차 횟수에 대해서는 (2n)π의 위상 차이가 관찰된다. 위상 편이 관찰되지 않는 표준 s파 접합의 경우와 비교하면, B, C, D 사례에서는 단일의 가치 있는 속성이 보존되기 때문에 변칙적인 영향은 예상되지 않았지만, 장치 A의 경우 φ=2n³ 조건이 유지되도록 시스템이 조치를 취해야 한다. 스캔 SQUID 현미경 뒤에 있는 동일한 속성에서 파동 기능의 위상은 Δδ==(φ₀) 관계를 따라 접합부를 통과하는 자속의 양에 의해서도 변한다. 시그리스트와 라이스가 예측한 바와 같이 위상 조건은 그 후 값 value₀/2의 접점에서 자발적 유량에 의해 접속부에서 유지될 수 있다.^[14]

츠에이 외 스캔 SQUID 현미경을 사용하여 그림의 각 장치에서 국소 자기장을 측정하고, A가 링의 영역인 크기₀ //2A에서 대략 같은 크기의 링 A의 필드를 관찰했다. 장치는 B, C, D에서 영점을 관측했다. 그 결과는 YBCO에서 d파 쌍의 초기 및 가장 직접적인 실험 확인 중 하나를 제공했다.

SQUID 현미경을 스캔하면 균열 또는 배뇨된 요철, 탈색된 비아, 균열된 흔적/쥐 물림, 균열된 관통 구멍(PST) 등 저항성 개구부(RO) 결함 등 모든 유형의 반바지 및 전도성 경로를 감지할 수 있다. 3D 집적회로(IC)는 물론 TSV(Through-Silicon Via), SiP(System in Package), MCM(Multi-Chip Module) 및 스택 다이(Stacked Die) 등 패키지의 전력 분배를 매핑할 수 있다. 또한 SQUID 스캐닝은 조립된 장치나 PCB(인쇄회로기판)에서 결함이 있는 구성품을 분리할 수 있다.^[15]

고급 와이어본드 반도체 패키지의 짧은 현지화

기존 BGA(Ball Grid Array) 패키지와 달리 고급 와이어 본드 패키지는 다이에는 패드 행이 여러 개, 기판에는 계층이 여러 개 있다. 이 패키지 기술은 실패 분석에 새로운 도전을 가져왔다. 현재까지 스캐닝 어쿠스틱 현미경(SAM), 시간대 반사측정(TDR) 분석, 실시간 X선(RTX) 검사는 짧은 결함을 감지하는 데 사용되는 비파괴 도구였다. 불행히도, 이러한 기술은 고급 유선 연결 패키지에서 잘 작동하지 않는다. 첨단 와이어 본드 패키지의 고밀도 와이어 본딩 때문에 기존의 RTX 검사로는 쇼트 국산화하기가 극히 어렵다. 단락이 발생할 수 있는 위치에 대한 자세한 정보가 없으면 다이 표면과 본드 와이어를 모두 노출하기 위해 파괴적인 디캡슐을 시도하는 것은 위험으로 가득 차 있다. 넓은 면적의 곰팡이 화합물을 제거하기 위한 습식 화학 식각은 종종 과잉을 유발한다. 나아가 패키지가 성공적으로 디코딩되더라도 다단 본드 와이어에 대한 육안 검사는 맹목적인 검색이다.

스캐닝 SQUID 현미경(SSM) 데이터는 현재 밀도 영상과 현재 피크 영상이다. 전류 밀도 영상은 전류의 크기를 제공하는 반면, 전류 피크 영상은 ± 3μm 분해능으로 전류 경로를 나타낸다. 고급 와이어 본드 패키지를 스캔하여 SSM 데이터를 얻는 것은 과제의 절반에 불과하며, 고장 현지화는 여전히 필요하다. 중요한 단계는 SSM 전류 영상 또는 전류 경로 영상을 본딩 다이어그램 또는 RTX 영상과 같은 CAD 파일로 오버레이하여 고장 위치를 정확히 파악하는 것이다. 오버레이 정렬을 가능하게 하기 위해 광학 2점 기준 정렬이 이루어진다. 패키지 가장자리와 패키지 기구는 정렬하기에 가장 편리한 패키지 표시다. 데이터 분석에 기초하여 SSM에 의한 결함 국산화에서는 다이, 본드 와이어 또는 패키지 기질에서 단락을 분리해야 한다. 모든 비파괴적 접근법이 소진된 후, SSM 데이터를 검증하기 위한 파괴적 감퇴가 최종 단계다. 결함 격리에 따라, 감속 기법에는 디캡슐화, 평행 래핑 또는 단면이 포함된다.

다중 스택 패키지의 쇼트

다중 적층 다이 패키지의 전기 반바지는 비파괴적으로 격리하는 것이 매우 어려울 수 있다. 특히 많은 수의 본드 와이어가 어떻게든 단락되는 경우 더욱 그러하다. 예를 들어, 전기 단락이 서로 접촉하는 두 개의 본드 와이어에 의해 생성되는 경우, X선 분석은 잠재적 결함 위치를 식별하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나 와이어본드 패드에서 생성된 금속 이동이나 다른 전도성 구조물에 닿는 본드 와이어와 같은 결함은 다음과 같은 비파괴 기법으로 포착하기가 매우 어려울 수 있다. 전기적인 것이 아니다. 여기서, 패키지 내부의 전류 흐름을 파악할 수 있는 분석 도구의 가용성은 고장 분석가를 잠재적 결함 위치로 안내하는 데 유용한 정보를 제공한다.

그림 1a는 세 겹으로 구성된 다이 패키지로 구성된 첫 번째 사례 연구의 도식을 보여준다. 그림 1b의 X선 이미지는 고장 분석가로 대표되는 잠재적 짧은 위치를 찾는 어려움을 설명하기 위한 것이다. 특히 이것은 신뢰성 시험에서 불합리하게 고장나 복구되고 있었던 일련의 장치들 중 하나이다. 이들 장치에 대해 시간영역 반사측정 및 X선 분석이 수행되었으나 결함을 분리하는 데 성공하지 못했다. 또한 관찰된 전기적 단락 고장 모드를 잠재적으로 발생시킬 수 있는 결함에 대한 명확한 표시가 없었다. 그 중 두 단위는 SSM으로 분석되었다.

고장 핀을 접지 핀에 전기적으로 연결하면 그림 2와 같은 전류 경로가 생성된다. 이 전기 경로는 포장의 상단 아래 보기에서 와이어본드 패드에 매우 가까운 전도성 경로를 통해 어떻게든 모든 접지망을 통해 전류가 흐르고 있음을 강력히 시사한다. 포장의 전기적 및 레이아웃 분석에 기초하여 와이어본드 패드를 통해 전류가 흐르거나 와이어본드가 지정된 위치의 전도성 구조물에 어떻게든 닿아 있음을 유추할 수 있다. 테스트 중인 두 장치에 대해 유사한 SSM 결과를 얻은 후, 작은 잠재적 단점을 중심으로 추가 파괴 분석을 수행했으며, 실패한 핀 와이어본드가 SSM 분석으로 강조된 특정 XY 위치에서 쌓인 주사위 중 하나의 바닥에 닿고 있다는 것을 보여주었다. 이러한 장치 중 하나의 단면뷰는 그림 3에 나와 있다.

두 번째 유닛에서도 비슷한 결함이 발견되었다.

몰딩 컴파운드 패키지의 핀 간 단락

이 예에서의 실패는 인접한 두 핀 사이의 8옴 단락으로 특징지어졌다. 관심 핀에 대한 본드 와이어는 외부 핀에서 측정한 바와 같이 단락에 아무런 영향도 주지 않고 잘렸으며, 이는 패키지에 단락이 있음을 나타낸다. 기존 방사선 분석으로 고장을 식별하려는 초기 시도는 성공하지 못했다. 거의 틀림없이 이 절차에서 가장 어려운 부분은 짧은 부분의 소재를 밝히기 위해 파괴적인 기법을 사용할 수 있을 만큼 충분히 높은 신뢰도로 짧은 부분의 물리적 위치를 확인하는 것이다. 다행히 현재 고장 위치 확인 프로세스의 효율성을 크게 높일 수 있는 두 가지 분석 기법이 이용 가능하다.

초전도 양자 간섭 장치(SQUID) 검출

모든 반바지의 공통점은 전자가 높은 전위에서 낮은 전위로 이동하는 것이다. 전하의 이러한 물리적인 움직임은 전자 주위에 작은 자기장을 만들어 낸다. 충분한 전자가 움직이면 초전도 센서로 골재 자기장을 감지할 수 있다. 그러한 센서가 장착된 기기는 부품을 통해 코스를 따라 단락의 경로를 따라갈 수 있다. SQUID 검출기는 수 년 동안 고장 분석에 사용되어 왔으며,^[19] 현재 패키지 레벨에서 상업적으로 사용할 수 있다. SQUID가 전류의 흐름을 추적할 수 있는 기능은 패키지의 단락 재료 평면도에서 위치를 포함하여 단전의 가상 로드맵을 제공한다. 네오세라의 SQUID 설비를 이용해 1.47밀리암페어의 핀을 2볼트로 운반하는 등 관심 패키지의 고장을 조사했다. 부품에 대한 SQUID 분석 결과, 두 핀을 연결한 전도성 물질의 위치를 포함하여 관심 있는 두 핀 사이의 명확한 전류 경로가 밝혀졌다. 부품의 SQUID 스캔은 그림 1에 나와 있다.

저전력 방사선 촬영

두 번째 고장 위치 기법은 SQUID 분석 후 이 고장을 장비 공급업체의 평가 샘플로 특성화하는 데 사용되었기 때문에 다소 역전될 것이다. 저전력 X선의 초점을 맞추고 해결하는 능력과 그 존재와 부재를 감지하는 능력은 방사선 촬영이 현재까지는 검출이 불가능했던 특징을 식별하는 데 사용될 수 있을 정도로 향상되었다. Xradia의 장비는 이 분석에 대한 관심의 실패를 검사하는 데 사용되었다. 그들의 발견의 예는 그림 2에 나와 있다. 표시된 특징(고장의 원인이 되는 물질이기도 하다)은 단면적으로 대략 3마이크로미터의 폭의 구리 필라멘트로, 우리 사내 방사선 장비에서는 해결이 불가능했다.

이 기법의 주된 단점은 장의 깊이가 극히 짧아 매우 작은 입자나 필라멘트를 검출하기 위해 주어진 표본에 많은 '절단'이 필요하다는 것이다. 마이크로미터 크기의 기능을 해결하기 위해 요구되는 높은 확대율에서, 이 기술은 수행하는데 시간과 비용 면에서 엄청나게 비싸질 수 있다. 실제로, 이를 최대한 활용하기 위해 분석가는 실패가 어디에 있는지 이미 알아야 한다. 이것은 저전력 방사선 촬영이 SQUID의 유용한 보충물이 되기는 하지만 일반적으로 효과적인 대체물은 아니다. SQUID가 위치를 정확히 파악한 후에는 SQUID 직후에 단락 재료의 형태학 및 깊이를 특성화하는 것이 최선일 것이다.

3D 패키지의 쇼트

고장 분석 실험실의 그림 1에 표시된 모듈을 검사한 결과 고장에 대한 외부 증거가 발견되지 않았다.^[20] 장치의 좌표 축은 그림 1과 같이 선택되었다. 방사선 촬영은 그림 2와 같이 측면, 엔드 및 하향의 세 가지 직교 보기에서 수행되었다. 이 문서의 목적을 위해 하향식 X선 보기는 모듈의 x-y 평면을 보여준다. 측면도에는 x-z 평면이 표시되고, 종단도에는 y-z 평면이 표시된다. 방사선 영상에서 이상 징후는 관찰되지 않았다. 미니 보드의 구성요소를 완벽하게 정렬하여 미니 회로 보드의 덮개가 없는 하향식 뷰를 허용했다. 모듈의 내부 구조는 각각 마이크로 회로와 캐패시터가 하나씩 있는 8개의 적층 미니 보드로 구성되었다. 패키지의 금도금 외관을 사용하여 외부 모듈 핀과 연결된 미니 보드. 외부 검사 결과 레이저 절단 참호는 장치에 외부 회로를 생성해 캡슐화된 수직 스택에 있는 8개의 EEPROM 장치 중 하나를 활성화, 판독 또는 쓰기하는 데 사용되는 것으로 나타났다. 명명법에 대해서는 포장 외벽에 레이저 렌치 금 판넬에 핀 번호가 붙어 있었다. 8개의 미니보드는 장치 핀 근처의 패키지 하단에서 시작하여 TSOP01에서 TSOP08까지로 라벨이 붙여졌다.

핀투핀 전기 테스트 결과 Vcc 핀 12, 13, 14 및 15가 전기적으로 공통적인 것으로 확인되었으며, 아마도 포장 벽면에 있는 공통 외부 금 패널을 통해 확인되었다. 마찬가지로 VSS Pins 24, 25, 26, 27도 일반적이었다. X선 영상과 비교했을 때, 이 네 개의 핀이 미니 보드의 하나의 넓은 트레이스로 흘러들어갔다는 것을 보여주었다. 모든 VSS 핀은 ESD 결함 이외의 것을 나타내는 낮은 저항인 약 1.74Ω의 I-V 기울기에 의해 결정된 저항으로 Vcc 핀에 단락되었다. 마찬가지로 전기적 과압은 부품이 공장에서 자격을 획득한 이후 전원이 공급되지 않았기 때문에 발생할 가능성이 낮은 고장 원인으로 간주되었다. EEPROM 모듈의 3차원 기하학에서는 모듈 내에서 단락의 전류 경로를 구성하기 위해 3개 이상의 평면에 자기 전류 영상화(MCI)를 사용할 것을 제안했다. 전술한 바와 같이, 이 분석을 위해 선택된 좌표 축은 그림 1에 나타나 있다.

자기 전류 이미징

SQUID는 알려진 가장 민감한 자기 센서다.^[4] 이를 통해 약 400마이크로미터의 작동 거리에서 500nA의 전류를 스캔할 수 있다. 소프트웨어 및 데이터 수집 개선으로 3마이크로미터 이내의 전류를 찾을 수 있지만, 모든 근거리 현장 상황에 대해 분해능은 스캔 거리 또는 센서 크기(일반적인 SQUID는 약 30μm 폭)에 의해 제한된다. 작동하려면 SQUID 센서를 냉각하고(약 77K) 진공 상태로 유지해야 하며, 샘플은 상온에서 얇고 투명한 다이아몬드 윈도우에 의해 SQUID 인클로저에서 분리되어 작동 거리 z의 센서 아래에서 래스터 스캔해야 한다. 이를 통해 센서 자체로부터 스캐닝 거리를 수십 마이크로미터로 줄여 공구의 분해능을 높일 수 있다.

일반적인 MCI 센서 구성은 수직 z 방향의 자기장에 민감하다(즉, DUT의 평면 내 xy 전류 분포에 민감하다). 이것은 우리가 수직 정보를 놓치고 있다는 것을 의미하는 것이 아니다; 가장 단순한 상황에서 전류 경로가 한 평면에서 다른 평면으로 점프하여 그 과정에서 센서에 더 가까워지면 이는 센서에 더 가까운 섹션에 대한 강한 자기장 강도 및 현재 밀도 지도에서 더 높은 강도로 드러날 것이다. 이렇게 하면 현재 밀도 영상에서 수직 정보를 추출할 수 있다. MCI에 대한 자세한 내용은 다른 곳에서 확인할 수 있다.^[21]

참고 항목

• 조셉슨 효과
• BCS 이론
• 저온 물리학
• 오징어
• 고장분석
• 반도체

참조

외부 링크

• SQUID 현미경 스캔의 선구자 중 한 명인 존 커틀리.
• 스캔 SQUID 현미경의 설계 및 응용
• 메릴랜드 대학교 초전도 연구 센터
• 네오세라 LLC