Nell'industria elettronica e dei semiconduttori la misura accompagna tutto il ciclo del prodotto: dal lingotto di silicio al wafer, dalla litografia al packaging, dalla scheda nuda all'assemblaggio e al collaudo, fino alle prove di affidabilità in fase di sviluppo. Le tolleranze sono di pochi micrometri o nanometri, i pezzi sono piccoli, delicati e spesso trasparenti o riflettenti, e molti processi avvengono in camera pulita o sotto vuoto. Luchsinger seleziona sensori e strumenti di misura per l'elettronica adatti a queste condizioni e affianca produttori di componenti, costruttori di macchine e laboratori di sviluppo nella scelta della tecnologia e nella sua integrazione.
Nella produzione elettronica la misura deve convivere con condizioni molto diverse tra loro. Nei processi di front-end si lavora su wafer lucidi e fragili, in camera pulita o sotto vuoto, con risoluzioni nanometriche e senza generare particolato. Nell'assemblaggio delle schede si misurano componenti di pochi millimetri a tempi ciclo brevi, su superfici che cambiano colore e riflettività da un punto all'altro. Nella saldatura e nei processi termici i sensori devono resistere a calore, fumi e metallo fuso. Per questo nel settore prevalgono le tecniche senza contatto: ottiche, confocali, capacitive, a correnti parassite e a infrarossi.
Nella produzione dei wafer si controllano geometria dei lingotti, taglio, spessore, planarità e difetti superficiali, insieme alla temperatura dei processi di deposizione e ricottura. Nelle macchine litografiche servono misure di posizione nanometriche per stage, maschere ed elementi ottici. Nell'assemblaggio dei circuiti stampati si verificano presenza e altezza dei componenti, coplanarità dei pin, spessore dei rivestimenti, saldatura e dosaggio di adesivi e paste, mentre nel packaging contano planarità e pressione di contatto tra chip, substrati e dissipatori. In sviluppo e qualifica, infine, si misurano deformazioni, vibrazioni e distribuzione termica delle schede per individuare le criticità prima della produzione.
Per distanze e spessori su wafer, vetri e strati trasparenti si usano i sensori confocali e gli interferometri; per posizioni nanometriche in vuoto i sensori capacitivi e i sensori a correnti parassite; per altezze e distanze sulle linee di assemblaggio i sensori laser a triangolazione. Profili, pin e geometrie si controllano con gli scanner laser di profilo, le superfici con i sensori 3D e le posizioni dei bordi con i micrometri ottici. Per la temperatura si scelgono i pirometri a infrarossi nei processi termici e le termocamere per la distribuzione termica di schede e chip. Colore e LED si verificano con i sensori di colore e gli analizzatori LED; nelle prove di affidabilità si impiegano gli estensimetri, i vibrometri laser e i sensori a matrice di pressione.
Ogni processo ha tolleranze, ambienti e spazi di installazione propri, dalla camera pulita alla linea di assemblaggio. I nostri ingegneri analizzano l'applicazione e indicano la tecnologia adatta tra sensori di spostamento e distanza, sensori per il controllo dimensionale, sensori di temperatura e sistemi di mappatura della pressione, seguendo anche l'integrazione nella macchina e la messa in servizio.
Il metodo più diffuso usa due sensori di distanza capacitivi posti uno sopra e uno sotto il wafer: la somma delle due distanze fornisce lo spessore anche se il wafer non è perfettamente centrato, e dalla stessa misura si ricava la deflessione. Per l’uniformità su tutta la superficie (TTV, bow e warp) si scansiona il wafer con sensori confocali. Quando serve una precisione ancora maggiore si impiegano interferometri a luce bianca.
Con la termografia a infrarossi. Una termocamera mostra in tempo reale la distribuzione della temperatura su tutta la scheda, senza applicare termocoppie che con la loro massa altererebbero la misura sui componenti piccoli. Lo stesso metodo permette di localizzare i cortocircuiti negli strati interni dei PCB multistrato. Sui chip e sui MEMS si usano ottiche microscopiche, che risolvono dettagli di pochi micrometri.
Si usano sensori senza contatto compatibili con il vuoto: sensori capacitivi e sensori a correnti parassite, che raggiungono risoluzioni nanometriche e non risentono dei campi elettromagnetici di motori e attuatori. Quando serve una misura assoluta, anche su superfici trasparenti, si impiegano interferometri a luce bianca. La scelta dipende dal materiale della superficie di misura e dal numero di assi da controllare.
Con sensori tattili a matrice, sottili, che si inseriscono tra le due superfici a contatto e restituiscono la mappa della distribuzione della pressione. Così si vede se il contatto tra chip e dissipatore è uniforme, se la testa di lucidatura CMP o le spazzole post-CMP premono in modo omogeneo e se un robot pick-and-place è allineato. I dati servono a regolare macchine e attrezzature prima della produzione.
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