Aplicación de la inspección por termografía infrarroja en la industria de semiconductores by RaythinkDirectIndustry

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Dado el uso generalizado de los semiconductores en diversos campos en la actualidad, la industria de los semiconductores se ha convertido en una industria nacional fundamental y estratégica. Con el rápido desarrollo de tecnologías de gama alta como la inteligencia artificial, la importancia de la industria de los semiconductores es cada vez mayor.

La importancia de los semiconductores
La tecnología de fabricación de chips (circuitos integrados) es actualmente la cúspide de la tecnología mundial de microprocesamiento y representa la cúspide de la competencia de alta tecnología entre países de todo el mundo, reflejando de forma significativa la fortaleza de alta tecnología de una nación. Como materiales electrónicos clave utilizados para fabricar chips, los materiales semiconductores son la piedra angular de toda la industria de los semiconductores.

Los chips, como componentes electrónicos básicos, se utilizan ampliamente en numerosos campos como la informática, las comunicaciones, el control industrial y la sanidad, y su importancia es evidente. En la industria de los semiconductores, especialmente en las fases de investigación, desarrollo, fabricación y prueba de chips, los requisitos de calidad y fiabilidad del producto son extremadamente altos.

Los métodos de inspección tradicionales tienen ciertas limitaciones y luchan por satisfacer las necesidades de detección de los dispositivos semiconductores, cada vez más sofisticados.

Aplicación de la inspección por termografía en la industria de semiconductores
La tecnología de imágenes térmicas por infrarrojos, conocida por sus capacidades visuales, de alta precisión y sin contacto, se ha convertido en una herramienta esencial en las pruebas de semiconductores. Al captar en tiempo real la distribución de la temperatura y las señales de radiación térmica, esta tecnología supera eficazmente las deficiencias de los métodos de inspección tradicionales, ayudando a la industria a afrontar los retos del proceso y a mejorar tanto el rendimiento como la fiabilidad del producto.

A continuación se describen sus principales escenarios de aplicación y casos de uso típicos:

1. Pruebas de WLP y localización de defectos de embalaje
Las imágenes térmicas por infrarrojos pueden penetrar en los materiales a base de silicio, lo que permite realizar pruebas no destructivas de las estructuras superficiales e internas de las obleas. Por ejemplo, durante el proceso de esmerilado de obleas, la radiación infrarroja procedente tanto de la parte delantera como de la trasera del sustrato de silicio permite medir con precisión la profundidad de esmerilado y optimizar los parámetros del proceso. En el empaquetado de flip-chips, esta tecnología puede detectar defectos como fugas de soldadura y corrosión del hilo de cobre penetrando en el sustrato de silicio, evitando así los daños físicos que los métodos de inspección tradicionales podrían infligir a los componentes.

2. Control de la temperatura del chip LED
El chip LED es un dispositivo semiconductor de estado sólido. Su núcleo es un chip semiconductor. Un extremo del chip es negativo y está unido a un soporte, mientras que el otro extremo está conectado al electrodo positivo de la fuente de alimentación, lo que permite que todo el paquete mediante resina epoxi. Durante el proceso de producción de los chips LED, habrá un curado insuficiente del pegamento de plata, contaminación de los soportes o de los electrodos del chip, lo que provocará una gran resistencia de contacto o una resistencia de contacto inestable, y otros fenómenos adversos como el aumento de temperatura. En comparación con las soluciones de supervisión tradicionales, las cámaras térmicas proporcionan un resultado de supervisión más obvio y directo, mostrando de forma más objetiva las ubicaciones de los defectos de los chips LED.

Ofrecen una ventaja significativa al proporcionar una representación visual sin contacto y en tiempo real de la distribución de la temperatura del chip LED. Esto permite la identificación inmediata de puntos calientes localizados indicativos de defectos como un curado insuficiente de la cola de plata o una contaminación que causa un aumento de la resistencia eléctrica. La imagen térmica resultante señala objetivamente la ubicación de estos problemas, permitiendo un diagnóstico más rápido y acciones correctivas más específicas en comparación con las mediciones eléctricas indirectas o las evaluaciones visuales subjetivas.

3. Localización precisa de defectos microscópicos y puntos calientes en dispositivos semiconductores
Defectos como grietas y microcortocircuitos en dispositivos semiconductores suelen provocar anomalías de temperatura localizadas. Al detectar las variaciones en la distribución térmica, las cámaras térmicas pueden localizar con rapidez y precisión las zonas calientes del chip. Las imágenes térmicas por infrarrojos permiten localizar con rapidez y precisión estos puntos de alta temperatura dentro del dispositivo, eliminando la necesidad de un análisis detallado del diseño del circuito. Esta característica clave ha impulsado la adopción generalizada y la investigación en curso de la termografía por infrarrojos en la inspección de semiconductores.

4. Diseño de la disipación de calor y validación de la gestión térmica
Durante el proceso de diseño de chips, las cámaras térmicas, que utilizan la detección por infrarrojos sin contacto, permiten supervisar en tiempo real el aumento de temperatura en placas de circuitos o componentes de embalaje, lo que ayuda a los ingenieros a optimizar las estructuras de disipación del calor. Estas cámaras capturan mapas térmicos detallados que revelan incluso las variaciones de temperatura más sutiles en la superficie del dispositivo. Por ejemplo, al analizar la distribución de la temperatura de los dispositivos de potencia bajo cargas dinámicas, los ingenieros pueden observar la ubicación precisa y la intensidad de la generación de calor. Esto les permite perfeccionar eficazmente las soluciones de disipación térmica, como la colocación y el diseño de disipadores de calor, para reducir el riesgo de fuga térmica.

El sofisticado software que acompaña a estas cámaras térmicas a menudo proporciona herramientas para el análisis cuantitativo, lo que permite a los ingenieros medir las temperaturas máximas y los gradientes de temperatura y realizar un seguimiento del comportamiento térmico a lo largo del tiempo, ayudando aún más en la validación y optimización de los diseños de gestión térmica.

5. Pruebas ambientales de la placa de circuito
Durante el diseño y la prueba de la placa de circuito, los investigadores necesitan controlar la temperatura de los componentes electrónicos de la placa de circuito para averiguar la carga de temperatura de cada componente. Durante la prueba, es necesario simular el entorno de trabajo real de la placa de circuito y observar el estado de temperatura de los componentes electrónicos desde el encendido hasta la estabilización. Dado que los componentes electrónicos de la placa de circuitos son muy exquisitos, los equipos tradicionales de medición de temperatura por contacto son complicados de manejar y no pueden satisfacer los requisitos de prueba de los investigadores científicos.

En cambio, las cámaras térmicas ofrecen una solución muy eficaz para esta aplicación. Su naturaleza sin contacto permite a los investigadores controlar de forma segura y sencilla la temperatura incluso de los componentes electrónicos más pequeños y delicados sin ninguna interferencia física. Al proporcionar imágenes térmicas en tiempo real, estas cámaras permiten observar los cambios de temperatura en toda la placa de circuitos a medida que se enciende y alcanza un estado estable. Los investigadores pueden supervisar simultáneamente la temperatura de múltiples componentes, obteniendo una comprensión exhaustiva de la distribución de la carga térmica. Además, los datos captados por las cámaras térmicas pueden grabarse y analizarse fácilmente, lo que proporciona información valiosa sobre el comportamiento térmico de la placa de circuito y sus componentes en diversas condiciones de funcionamiento, facilitando en última instancia un diseño optimizado y un rendimiento fiable.

6. Pruebas dinámicas
La termografía por infrarrojos es esencial para las pruebas dinámicas de rendimiento de semiconductores en condiciones extremas y corrientes elevadas. Con amplios rangos de temperatura y alta sensibilidad, las cámaras térmicas registran en tiempo real las curvas de aumento de temperatura durante pruebas como las aplicaciones de corriente variable mediante una estación de sondas. Esto evita errores de sobrecalentamiento y permite a los ingenieros observar la respuesta térmica del dispositivo a cargas dinámicas. Un software avanzado permite analizar en detalle los gradientes de temperatura y la disipación de calor, revelando posibles mecanismos de fallo y facilitando la correlación con los datos de rendimiento eléctrico para optimizar el diseño y la fiabilidad.

7. Control de temperatura de equipos semiconductores
La supervisión térmica continua mediante cámaras térmicas fijas o portátiles es crucial para que los equipos de semiconductores de alto valor, como las máquinas de litografía y los implantadores de iones, detecten un aumento anormal de la temperatura en componentes críticos como motores, rodamientos, fuentes de alimentación y sistemas de refrigeración, lo que permite advertir con antelación y evitar costosos tiempos de inactividad. Este enfoque proactivo favorece el mantenimiento predictivo, reduciendo los gastos de mantenimiento y prolongando la vida útil de los equipos.

8. Supervisión de la temperatura del armario de distribución eléctrica
El armario de distribución de energía está dispuesto con equipos y dispositivos de forma densa, lo que da lugar a un entorno electromagnético complicado. La resistencia local de las piezas de contacto de los equipos de distribución de energía, cables, conectores de bus y contactos de interruptores eléctricos puede aumentar y calentarse debido a un contacto deficiente, el envejecimiento de los materiales, el desgaste y otras razones, lo que genera riesgos de incendio; los equipos de supervisión tradicionales presentan una instalación de equipos compleja, una distribución de la temperatura objetivo poco clara, omisión de la detección, mantenimiento difícil, respuesta lenta, tiempo de conducción del calor y poca puntualidad.

Debido a la complejidad de los equipos y a la estrechez del espacio en los armarios de distribución de alta tensión, se ha diseñado una cámara de bolsillo TN220 ligera y cómoda para realizar la supervisión en tiempo real, el diagnóstico de defectos, la salida de alarmas y otras funciones de los equipos en el armario. Se trata de una solución fiable de equipos de infrarrojos para el funcionamiento seguro y estable y la inspección de videovigilancia en línea de los equipos del armario de distribución. Además, se configuran diferentes aplicaciones de software en función de los requisitos de cada escenario, es decir, cliente ligero de supervisión en tiempo real y plataforma de nube de medios convergentes.

Ventajas técnicas de las cámaras térmicas de infrarrojos
Pruebas sin contacto: Es capaz de evitar daños físicos a los materiales semiconductores, especialmente adecuado para pruebas de precisión de chips de tamaño micrométrico.
Cobertura de área amplia y en tiempo real: Es capaz de obtener rápidamente datos de distribución de temperatura en grandes áreas y apoyar la monitorización dinámica del proceso.
Localización precisa de defectos: Es capaz de identificar defectos invisibles como grietas y microgrietas a través de una distribución anormal del calor para reducir los errores de apreciación manuales.
A medida que aumenten la complejidad y la integración de los dispositivos semiconductores, la tecnología de termografía por infrarrojos se irá integrando cada vez más en el ecosistema de fabricación inteligente, actuando como motor clave para garantizar la fiabilidad de los chips y avanzar en la innovación de los procesos.

Casos de aplicación de la cámara térmica infrarroja Raythink
1. Medición de temperatura en la fabricación de chips LED
Durante el proceso de producción de chips LED, habrá un curado insuficiente del pegamento de plata, contaminación de los soportes o de los electrodos del chip, lo que provocará una gran resistencia de contacto o una resistencia de contacto inestable, y otros fenómenos adversos como el aumento de la temperatura. En comparación con las soluciones de supervisión tradicionales, las cámaras térmicas proporcionan un resultado de supervisión más obvio y directo, mostrando de forma más objetiva las ubicaciones de los defectos de los chips LED. En este proyecto, nuestra cámara térmica TN460 se instala sobre el chip LED para controlar la temperatura en la zona del núcleo en tiempo real. Con nuestro software profesional de análisis de temperatura "TI studio", puede identificar claramente los defectos del chip.

2. Medición de la temperatura en la fabricación de placas de circuitos
Dado que los componentes electrónicos de las placas de circuitos son muy exquisitos, los equipos tradicionales de medición de temperatura por contacto son complicados de manejar y no pueden satisfacer los requisitos de ensayo de los investigadores científicos. En este proyecto, la cámara térmica AT61 de medición de temperatura con sintonización eléctrica en línea se instala sobre la placa de circuito para obtener imágenes y medir la temperatura sin contacto. Además, para simular el entorno de trabajo real de las placas de circuitos, la cámara térmica y la placa de circuitos se colocan en un termostato para su observación al mismo tiempo. Incluso cuando la temperatura máxima del termostato alcanza los 60 °C, nuestra cámara sigue siendo capaz de medir la temperatura con precisión.