FT160XRF橫空出世應對晶片級材料分析極限挑戰

　　分析測試百科網訊 芯片已經超過原油，成為我國第一進口商品大類，年進口超3000億美元，芯片對于我國的重要性不言而喻。芯片數量如此之多，面積越做越小，如何快速、精確測定芯片表面納米級厚度的鍍層？難度可想而知。今年2月，日立推出FT160 XRF分析儀，專門針對晶片級封裝檢測。近日，分析測試百科網小編采訪了日立分析儀器公司鍍層分析產品經理馬特?克林納（Matt Kreiner），他將帶我們一覽FT 160的幾大亮點，分享應用實例；并通過該產品，帶我們更深入地認識日立分析儀器，這個材料和鍍層領域測試的高手。

日立分析儀器公司鍍層分析產品經理馬特?克林納(Matt Kreiner)

日立分析的光輝歷程

　　馬特(Matt Kreiner) 首先介紹了日立分析儀器公司，他說：“日立分析儀器公司是日立高新技術會社下屬的分支機構，主要從事分析和測量儀器的制造和銷售。全球集團的使命是幫助我們的客戶成為快速、成功、尖端的企業。在中國，我們在上海、北京、廣州、東莞設有辦事處 。我們的國際實力帶來了創新的產品，我們的全國業務使我們能夠在當地交付和支持業務。”

　　XRF 45年創新史

　　成立45年來，日立分析儀器公司一直專注于高科技分析解決方案，旨在應對快速發展的工業部門的嚴峻挑戰，尤其是材料分析領域。作為材料分析領域的先驅者，日立有著悠久的傳統。馬特?克林納 (Matt Kreiner)回溯了日立在XRF和鍍層測厚領域的光輝歷程，他說：日立的第一臺臺式XRF（X射線熒光）儀器的歷史可以追溯到1972年，第一臺便攜式XRF分析儀可以追溯到1976年。自那時起，日立便為客戶提供了一系列材料測試解決方案。

　　例如鍍層厚度產品線，日立早在1978年就推出了SFT155/156，全球第一臺使用X射線管的微焦斑臺式XRF鍍層分析儀。2011年，日立分析推出了第八代產品FT110，實現了自動定位、自動對焦功能。2012年推出了X-Strata920；2015年推出了FT150。不僅如此，日立還開發了許多其它型號，以應對行業不斷變化的需求并進行了大量創新。

新產品：應對晶片級封裝檢測 FT160 XRF橫空出世

　　馬特?克林納 (Matt Kreiner)表示：XRF是一項成熟的技術，可用于分析晶圓、引線框架和PCB上的沉積層。然而，隨著樣品特征變得非常小，老式XRF儀器給出可靠結果的能力正受到挑戰。日立分析儀器已開發出XRF分析儀，專門用于驗證IC基板、凸塊冶金、引線框架電鍍和PCB電鍍。

　　近年來，給分析帶來挑戰的最重要的發展是使用晶圓級封裝(WLP)減小了芯片的總體組裝尺寸。這種制造方法確保芯片和連接器盡可能小，但芯片本身的面積限制了設備的尺寸。

　　日立分析在2020年2月推出專門為晶片級封裝(WLP)分析而設計的FT160 XRF分析儀。最新的X射線聚焦技術，可提供納米級電鍍的高精度測量。小于30μm的束流直徑可實現高精度的電鍍厚度測量和成分分析，這對于在整個半導體制造過程中分析焊料凸起、金屬沉積和電鍍至關重要。

FT160 XRF分析儀

　　FT160 XRF專門為微焦斑和超薄鍍層分析設計，可準確可靠地測量最小部件上的鍍層，具有以下優點：

　　（1）應對超薄鍍層（納米級鍍層）測試挑戰，例如當今日益縮小的電子元件（尺寸小于50μm）中的鍍層。

　　（2）高通量測試，這得益于內部的多毛細管光學和高精度前沿XRF檢測器（SDD檢測器）。

采用多毛細管光學技術測量小于50 μm的特征，對較小的特征可獲得更高的精度

　　（3）高精度測量，FT160可提供小于30μm的束流直徑，從而實現高精度的電鍍厚度測量和成分分析，這對于在整個半導體制造過程中分析焊料凸起、金屬沉積和電鍍至關重要。

　　（4）符合IPC規范，滿足質控分析需求

　　可用于印制板（PCB）制造以驗證鎳基鍍層。它使用先進的檢測器技術和多毛細管光學技術，使質量控制部門能夠可靠、準確地測量尺寸小于50μm的部件上的納米級特征鍍層厚度。它還具有模式識別軟件和自動特征搜索器，可加快XRF分析速度。

　　（5）FT160具有大樣品臺，寬敞開的門和堅固的觀察窗，可輕松裝載各種尺寸的零件并專注于測量點。新設計的控制器軟件可實現增強和精確的測試，并將結果方便地捕獲到數據庫中以供導出。FT160可產生快速、準確和可重復的結果，提高了生產效率并降低了PCB、半導體和微型連接器上的超標鍍層的成本。

　　（6）16倍數字變焦高清相機，更容易觀察半導體和PCB表面并易于導航。

使用高分辨率相機觀察小型特征

　　兩大現實應用，例證性能優勢

　　馬特?克林納 (Matt Kreiner)談到了FT160當前的兩大重要的應用：首先是同時測量浸金層下的化學鍍鎳厚度和成分，大幅提高了電子器件行業的常見表面處理ENIG（化學鎳金）沉積的測試效率。使用早期的XRF等技術，用戶需進行兩次測試：一次是完全驗證化學鎳鍍層的兩種特性（厚度和成分），另一次是測試金層厚度。這在生產環境中有時是可以接受的，但下游制造商無法驗證來料。使用FT160后，用戶可以減少或消除生產中的一些測試，讓供應鏈測試更全面

　　另一項應用是塑料上的鍍鎳分析。伴隨著對輕質組件需求的增長，塑料電鍍成為增長型行業，尤其是在追求不斷減輕車身重量的汽車市場；塑料電鍍也是不銹鋼的廉價替代品。塑料電鍍可提供塑料組件的裝飾性表面。鎳鍍層可直接做為表面層，或者做為鉻鍍層的底層。XRF具有完全無損分析特征，是檢測高級裝飾性部件鍍層厚度的理想技術。FT160配備有大型樣品臺，是測量各種部件的理想XRF分析儀。一鍵式自動聚焦可加快測量通量，并能在測量不同形狀和尺寸的部件時保持準確度。

日立材料和鍍層分析全系列產品

　　馬特?克林納 (Matt Kreiner)還展開介紹了日立分析儀器全系列的產品：日立的實驗室和現場測試儀器都能提供材料和鍍層分析，在整個生產生命周期中增加價值。實現從原料勘探到來料檢驗，從生產和質量控制到回收，都可以使用。

　　例如，日立的OE750，FOUNDRY-MASTER，PMI-MASTER和TEST-MASTER系列分析儀被世界各地的行業用于快速、精確的金屬分析。借助光發射光譜（OES）技術，可以測定所有具有低檢測限和高精度的重要元素，包括鋼中的碳以及幾乎所有金屬中所有與技術相關的主要和微量元素。

　　采用LIBS激光技術的Vulcan手持式分析儀僅需一秒鐘即可識別金屬合金，使其成為世界上最快的分析儀之一。這為處理大量金屬以進行來料檢驗或分類的企業帶來了巨大的好處。同時， X-MET8000系列手持式分析儀已被成千上萬的企業用來通過精密XRF技術提供簡單，快速和無損的合金分析，廢金屬分類和金屬品位篩選分析。

　　此外，日立擁有一系列微焦斑XRF臺式分析儀，從X-Strata920到FT110A，再到最新推出的FT160。這些分析儀測量單層和多層鍍層(包括合金層)的鍍層測厚儀，設計用于納入質量控制或工藝控制程序以及研究實驗室。

　　最近的一個趨勢是：提高分析速度，提高分析精度。比如新推出的FT160使用SDD探測器、多毛細管光學器件和更新的XRF控制器軟件。

　　首先，與傳統系統相比，FT160的創新型多毛細管體系結構通過將更多的信號導向樣品，允許多個光源并行地從樣品傳遞到分析器，提高了分析速度和精度；而傳統系統使用準直儀來阻擋某些X射線管輸出，在減小光束尺寸的同時損失了精度。

FT 160 XRF使用的多毛細管聚焦技術

　　其次，新型SDD探測器使計數速率翻倍，從而提高生產率。此外，高端XRF線的另一個關鍵功能是基于Windows10?的直觀軟件，可最大限度地提高用戶工作效率。最后，由于XRF測量幾乎不需要樣品準備就可以完成，因此安裝過程同樣快速簡便。

　　推出EA8000A XRF分析儀則是日立分析為滿足電動汽車動力電池質量控制的不斷增長的需求，它可以快速檢測鋰離子電池中的金屬顆粒污染物，有助于防止存在這些顆粒時發生災難性故障。EA8000結合了兩種強大的X射線檢測技術，可以定位和識別電池中的有害金屬顆粒，從而對尺寸，分布和顆粒類型進行全面分析，這對于控制電池質量至關重要。快速分析，易用性和自動化支持大批量生產，幫助客戶實現交付目標。

EA8000A XRF分析儀

　　XRF的原理

　　馬特?克林納 (Matt Kreiner)還稍微“普及”了一下XRF的原理：當所需的定量限度高于1ppm(μg/g)時，或鍍層分析需要進行無損分析時，XRF是最佳的分析技術。X射線熒光光譜法具有速度快、成本低、無損分析等優點。這項技術還可以放在臺式和手持分析儀中，這使得它們可以部署到生產線上。

　　這是XRF流程的工作方式：

　　●一次X射線照射樣品。

　　●當X射線與原子碰撞時，電子從其軌道彈出。

　　●來自高能軌道的電子填充這些空隙，釋放出元素和特定躍遷所特有的X射線（習慣上稱之為熒光X射線或者二次X射線）。

　　●X射線由探測器收集和處理。

　　XRF用于無機元素的元素分析或鍍層分析，通常在Mg（12）和U（92）之間，這些元素是汽車零部件制造中常用的鍍層。

日立分析儀器在中國

　　談到中國和國外用戶需求的對比，馬特?克林納 (Matt Kreiner)表示：全球供應鏈現在是真正全球化的，這導致了質量標準真正全球化，這意味著世界各地有許多相似之處。2015年發布的“中國制造2025”(MIC 2025)計劃，為這個傳統上享有全球低成本制造基地美譽的國家制定了雄心勃勃的計劃。

　　“我們的母公司日立高新技術公司于1964年在香港開設了辦事處，并于1994年在上海設立了第一個內地辦事處。日立分析儀器于2004年在上海開設了工廠。目前，我們在中國有5個銷售和服務辦事處，40多名現場服務工程師，為客戶的日常業務運營提供支持。我們繼續開發我們的產品以滿足市場需求，并投資于我們在中國的客戶服務能力。”馬特?克林納 (Matt Kreiner)說。

　　談到XRF在中國的具體市場，馬特?克林納 (Matt Kreiner)表示：

　　首先是汽車市場，據統計，全球汽車業的年復合增長率預計將達到7.7%，預計2025年將達到5230億美元以上，制造、售后服務和備件市場都在增長。中國汽車市場作為全球增長最快之一，是日立分析儀器在全球的關鍵領域。

　　眾所周知，汽車售后市場將越來越需要快速、準確的分析，以確保汽車不會使用假冒零部件。使用假冒汽車部件會給司機、乘客和其他道路使用者帶來風險。我們知道，汽車行業正在努力從線上和線下網點清除假冒產品，隨著這個市場在中國的增長，當地公司確保質量和管理風險是很重要的。

　　其次，日立分析專注于材料分析技術，為客戶提供XRF、OES、LIBS和TA(熱分析)儀器，用于日常的QA/AC分析。應用范圍覆蓋國內各行業、科研院所，面向不同層次的客戶進行物質分析。例如，日立的手持XRF X-MET8000系列是中國流行的儀器之一，因為它可以對不同的材料進行無損和快速的分析，如金屬、塑料、礦物和液體樣品。

　　此外，馬特?克林納 (Matt Kreiner)還談到為應對歐盟推出RoHS2.0日立推出的新品，他說：“我們密切關注RoHS和其他受限制材料法規的要求。隨著RoHS2.0的采用和實施，除了更新一些產品分類外，最實質性的變化是在限制物質清單中增加了四種鄰苯二甲酸酯。HM1000熱脫附質譜儀是為響應新的測試要求而開發的，能夠以簡化的軟件和較低的操作成本進行高通量鄰苯二甲酸鹽測試。”

HM1000A：熱脫附質譜儀（鄰苯二甲酸酯篩選裝置）

材料分析行業4.0

　　最后，馬特?克林納 (Matt Kreiner)談到快速無損材料分析檢測技術未來的發展趨勢，他表示：近年來，材料分析領域一直在快速變化，因為它跟上了行業內的新法規、標準和創新。OES、XRF、LIBS和TA等技術的不斷發展和應用，使各行各業的公司更容易進行分析。

　　盈利能力最大的消耗之一可能是緩慢的供應鏈。在購買原材料或廢料后，將其留在倉庫中，或者因為無法核實其組成而將其處理掉，這會消耗營運資金。此外，使用雜質水平未知的未經測試的材料可能會導致更換部件，甚至賠償客戶。這是昂貴的，而且對商業和環境都有潛在的危害。

　　當談到電子元件分析時，最明顯的挑戰是特征尺寸太小。簡單地找到要測量的特征可能很耗時，因為它們通常位于相對較大的PCB或晶片上。公司需要一種光斑尺寸小的超高精度儀器。

　　無論是用于質量保證/質量控制程序(QA/QC)、材料可靠性鑒定(PMI)、鍍層厚度分析、科學或高靈敏度熱分析，日立分析儀器產品都將使制造商能夠在現場、移動中測試材料，并作為行業4.0就緒組織的一部分實時共享數據。

　　被訪人簡介：

　　馬特?克林納（Matt Kreiner）是日立分析儀器公司鍍層分析產品的產品經理。

　　他有17年的X射線熒光技術工作經驗，職業生涯始于應用工程師。

　　馬特（Matt）居住在芝加哥，擁有西北大學化學工程學學位。