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MICROELECTRÓNICA, INFORME TÉCNICO, PARTE 1

Inspeccionar y analizar placas de circuito impreso (PCB) de forma rápida y fiable con un microscopio digital AUTORES James DeRose Escritor científico, marketing de microscopía estereoscópica y digital, Leica Microsystems AG, Suiza

Georg Schlaffer Director de productos, microscopía digital, Leica Microsystems AG, Suiza

MICROELECTRÓNICA PARTE 1: INSPECCIONAR Y ANALIZAR PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO DE FORMA RÁPIDA Y FIABLE CON UN MICROSCOPIO DIGITAL

¿Por qué observar con un microscopio digital? En los últimos años, la microscopía digital ha demostrado ser de gran utilidad para llevar a cabo la inspección, el control y la garantía de calidad (CC/GC) y el análisis de fallos (AF) en la industria electrónica, especialmente en el caso de las placas de circuito impreso (PCB). Recientemente, unas mejoras vanguardistas han hecho que la microscopía digital sea todavía más potente y práctica para la inspección, llevando a cabo un flujo de trabajo más eficaz. Aquí explicamos las ventajas de ciertas características de los microscopios digitales, es decir, software intuitivo para operación y análisis, maneras rápidas y sencillas de modificar el aumento y codificación para realizar una recuperación fiable de parámetros. Los microscopios digitales son microscopios ópticos que funcionan sin oculares; la imagen se observa directamente en la pantalla. El microscopio digital Leica DVM6 proporciona a los usuarios una forma todavía más rápida y sencilla de registrar datos de imagen fiables y de alta calidad y llevar a cabo un análisis rápido que desemboque en una mayor eficacia a la hora de examinar los elementos electrónicos.

¿Qué funciones de un microscopio digital conducen a un análisis fiable y a una mayor eficacia en el flujo de trabajo? Varias de las funciones del microscopio Leica DVM6 facilitan su uso y se traducen en una mejora en el flujo de trabajo de la inspección y el análisis: >> Software intuitivo para el uso del microscopio y el análisis de datos; >> una forma eficaz y sencilla de cambiar el aumento a lo largo de todo el rango (12:1 a 2350:1); >> codificación (tracking y almacenamiento automatizado) de parámetros importantes como, por ejemplo, la platina, la óptica, la iluminación y la configuración de la cámara para poder realizar una recuperación rápida de parámetros en cualquier momento; >> inclinación del cabezal del microscopio y rotación de la muestra rápida y sencilla; >> anillo de luz de LED (diodo electroluminiscente) integrado e iluminación coaxial que permite un contraste versátil; >> cámara digital de alto rendimiento que ofrece una visualización rápida de imágenes en vivo con una resolución de 10 megapíxeles; y >> software activado/modos de captura compatibles como, por ejemplo, imágenes panorámicas en XY y XYZ e imágenes de alto rango dinámico (HDR, por sus siglas en inglés), etc.

Este informe analiza cómo los tres primeros puntos indicados arriba contribuyen a que el flujo de trabajo sea más rápido y fiable.

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Rápido y fácil de configurar y de iniciar El manejo del microscopio digital Leica DVM6 solo requiere un cable de alimentación y un cable USB conectado a un ordenador que ejecute el software Leica Application Suite X (LAS X). Una vez que la lente del objetivo está en su sitio, el microscopio Leica DVM6 está listo para llevar a cabo la inspección. La distancia máxima de trabajo es de 60 mm, el rango de desplazamiento de la platina portamuestras es de 70 x 50 mm y el peso máximo de la muestra es de 2 kg. Más abajo encontramos una imagen del microscopio digital Leica DVM6 con una PCB (placa de circuito impreso) colocado sobre la platina, así como una foto del PCB y una imagen con un aumento bajo de un área de la placa de circuito impreso tomada con el DVM6.

Circuito impreso (PCB) utilizado como muestra.

Microscopio digital Leica DVM6 con una muestra de PCB (placa de circuito impreso) sobre la platina.

Imagen con un aumento bajo de un área de la PCB tomada con el microscopio Leica DVM6.

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Medición, análisis y manejo con software intuitivo Para conseguir un flujo de trabajo más rápido y fiable para la inspección, el CC y el AF con un microscopio digital, es fundamental un paquete de software intuitivo con numerosas funciones para el control del microscopio, una toma de imágenes fácil y flexible y el análisis de muestras. Por ejemplo, el software empleado con el microscopio Leica DVM6, Leica Application Suite X (LAS X), ofrece almacenamiento para varios perfiles de usuario para aquellos casos en los que diferentes usuarios trabajan con el mismo microscopio. La función de pila Z del LAS X permite a los usuarios tomar imágenes en distintos planos focales, mediante un rango Z definido para una zona de interés de la muestra o para toda la muestra completa. El modo de profundidad de campo ampliada (EDOF, por sus siglas en inglés) proporciona una imagen multienfoque sin la necesidad de establecer ni el nivel inicial ni el final. Tanto la pila Z como la EDOF permiten la creación rápida y el análisis de relieves topográficos en 3D de una muestra [1]. Además, con el software LAS X se podrá elegir entre diferentes modos, como el "marca y encuentra", el "escaneado de placa" y el "escaneado espiral", para obtener un amplio escaneo XY. También puede emplearse un modo interactivo denominado “Live Image Builder” (generador de imágenes en vivo) para XY (imagen en 2D), Z (imagen en 3D) y XYZ (imagen en 3D sobre una zona ampliada). Más abajo se muestran ejemplos de análisis de muestras en 3D haciendo uso del software LAS X, con una PCB (placa de circuito impreso) y una muestra híbrida de SMD (dispositivo de montaje superficial). También se explica la elaboración de informes con solo un clic.

Imagen en 3D de un fragmento de PCB en la que se muestran los chips de un circuito integrado (CI) y una soldadura. Tomada con un microscopio Leica DVM6, haciendo uso de la función EDOF (profundidad de campo ampliada) del software LAS X. Véase también la misma imagen a la derecha con escala de colores Z.

La misma imagen en 3D que podemos encontrar a la izquierda, con escala de colores Z.

Imagen en 2D de un fragmento de una PCB, en la que se muestra un condensador y una parte de un chip de un circuito integrado (CI). Tomada con un microscopio Leica DVM6 y empleando la función EDOF. Véase la imagen en 3D a la derecha de esta zona de la PCB.

Imagen en 3D de la misma zona de la PCB que podemos ver a la izquierda. Se han tomado distintas medidas, tales como la altura (step height), el ángulo y el volumen.

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Imagen en 2D de un fragmento de un SMD híbrido con transistores o diodos. Tomada con un microscopio Leica DVM6 y empleando la función EDOF.

Imagen en 3D del fragmento de SMD mostrado a la izquierda. Se han tomado distintas medidas, tales como el perfil, la altura (step height) y el volumen.

Imagen en 2D de un fragmento de una PCB, en la que se muestra un condensador y un chip de un circuito integrado (CI). Tomada con un microscopio Leica DVM6 y empleando la función EDOF. Véase la imagen en 3D a la derecha de esta zona de la PCB.

Imagen en 3D de la zona de la PCB mostrada a la izquierda. Se han tomado medidas de área, volumen, altura (step height), longitud, etc. Se ha generado un informe en un archivo Excel, haciendo clic en “export” (marcado con un recuadro en amarillo).

Informe elaborado a partir de las mediciones: ficha resumen de la tabla de Excel, en la que se muestra la 1.a página del informe con una imagen en 2D de la zona de la PCB.

Informe elaborado a partir de las mediciones: ficha resumen de la tabla de Excel, en la que se muestran las mediciones y una imagen en 3D de la zona de la PCB.

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Cambio rápido de aumento, cubriendo un amplio espectro Los objetivos del microscopio Leica DVM6 se pueden cambiar de forma rápida y fácil mientras se maneja el instrumento, sin que eso suponga un incremento sustancial en el flujo de trabajo. Este vídeo en línea muestra lo sencillo que resulta cambiar de objetivo [2]. Existe una selección de 3 objetivos (de aumento pequeño, mediano y alto) apocromáticos planos (corrección cromática de longitudes de onda roja, verde y azul). Junto con el zoom 16:1 integrado, los usuarios pueden obtener unos valores de aumento total que van desde 12:1 hasta 2350:1 (siguiendo la recomendación de una pantalla con 69 cm de diagonal en conformidad con la norma ISO/DIN 18221) [3]. El mismo rango de zoom funciona con cada uno de los 3 objetivos para aumento pequeño, mediano y alto haciendo posible cambiar el aumento de un modo continuo sobre el rango completo. Se deberá tener en cuenta que el valor final de aumento para microscopía digital dependerá del tamaño de pantalla empleado para la visualización de imágenes [3]. Tal y como se ha mencionado más arriba, se recomienda que el microscopio Leica DVM6 se maneje con un monitor de 69 cm de diagonal de la pantalla. A continuación, se muestran las imágenes de un sensor electrónico tomadas con el microscopio Leica DVM6 a aumento bajo, medio y alto, haciendo uso del objetivo con aumento pequeño, mediano y grande.

Imagen de un sensor electrónico tomada con el microscopio Leica DVM6: rango bajo de aumentos (objetivo pequeño).

Imagen de un sensor electrónico tomada con el microscopio Leica DVM6: rango medio de aumentos (objetivo medio).

Imagen de un sensor electrónico del microscopio Leica DVM6: rango alto de aumentos (objetivo alto).

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Parámetros codificados del microscopio digital Leica DVM6 Un dispositivo codificado es un instrumento con un hardware que está en comunicación directa con el software del ordenador y que permite un tracking y una grabación automática de unos parámetros específicos. La codificación es muy útil para la rápida recuperación de parámetros y ajustes que se almacenan durante la toma de datos. La codificación resulta valiosa en cuanto a reproducibilidad y fiabilidad y también contribuye a un flujo de trabajo más eficaz. Para el microscopio Leica DVM6, el objetivo y las ópticas de zoom, la resolución de píxeles de la cámara, la posición de la platina de muestreo y el ángulo de rotación (ya sea con movimiento manual o motorizado), el ángulo de inclinación del cabezal del microscopio y los ajustes del sistema de iluminación se codifican y almacenan por medio del software LAS X. Más abajo, se muestra un ejemplo de codificación de algunos de estos parámetros durante el manejo del microscopio Leica DVM6.

Panel de control del software LAS X del microscopio Leica DVM6. El valor de aumento total (19x, es el factor de zoom) del objetivo y de las ópticas de zoom, ángulo de inclinación del cabezal del microscopio (5°) y ángulo de rotación de la platina (20°) están codificados. Los mismos parámetros se pueden visualizar también en la esquina inferior derecha.

Arriba, imagen de la esquina inferior derecha del panel del LAS X. El campo de visión (FOV por sus siglas en inglés) o campo visual (marcado con un recuadro en verde en la imagen superior) también se encuentra codificado (objetivo y óptica de zoom).

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Conclusiones Con el microscopio digital Leica DVM6, se obtiene una inspección más eficaz y fiable, un control y garantía de calidad (CC/GC) y un análisis de fallos (AF) para los componentes microelectrónicos, tales como placas de circuito impreso (PCB). Estos son tres de sus beneficios que se trataron: software intuitivo con muchas funciones para operaciones con microscopio, toma de imágenes y análisis de datos; formas prácticas de cambiar rápidamente el aumento sobre un rango total que va desde 12:1 hasta 2350:1; y codificación de todos los parámetros y ajustes importantes (ópticas, cámara, platina, cabezal e iluminación) para una recuperación fácil y rápida. Estas características permiten a los usuarios del microscopio Leica DVM6 llevar a cabo una toma de datos y un análisis más rápido y fiable para una inspección, QC y FA de la eficacia del flujo de trabajo mayor.

Lectura adicional 1.

2. 3.

D. Goeggel, G. Schlaffer, 3D Visualization of Surface Structures, Vertical Resolution – Small Steps, Big Effect (Visualización de las estructuras de la superficie, resolución vertical: pequeños pasos, gran efecto), Science Lab; Leica DVM, visualización en 3D; Resolución vertical en el equilibrio entre la apertura numérica y la profundidad de campo Cambio de objetivo: conecte y vea, página de productos del microscopio Leica DVM6 J. A. DeRose, M. Doppler, Is a Magnification of 20,000 Times Really Useful With Digital Microscopy? (¿Son realmente útiles 20.000 aumentos en microscopía digital?); J. A. DeRose, M. Doppler, What Does 30,000:1 Magnification Really Mean? (¿Qué significa realmente un aumento de 30.000:1?) Some Useful Guidelines for Understanding Magnification in Today’s New Digital Microscope Era (Algunas indicaciones útiles para entender los aumentos en la actual nueva era de la microscopía digital), Science Lab

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