คนมักคิดว่าการทดสอบชิ้นส่วนอย่าง IC (Integrated Circuit) หรือ Substrate จบลงแค่การเปิดเครื่องแล้วดูว่า ทำงานไหม แต่ในความเป็นจริง การทดสอบที่แท้จริงซับซ้อนและลึกกว่านั้นมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโลกที่ความผิดพลาดระดับไมโครเมตรสามารถทำให้ระบบทั้งระบบล้มเหลวได้ ความสามารถในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกชิ้นงานผ่านเกณฑ์คุณภาพ จึงต้องพึ่งพากระบวนการทดสอบที่แม่นยำ ตั้งแต่ระดับอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงระดับโครงสร้าง 3 มิติของวัสดุ และนั่นคือที่มาของหัวข้อวันนี้ — การทดสอบจาก ATE ถึง X-ray CT
เริ่มจาก Automated Test Equipment (ATE) การทดสอบทางไฟฟ้าแบบแม่นยำ
ATE หรือ Automated Test Equipment คือด่านแรกที่ทุก IC ต้องผ่านก่อนจะออกจากไลน์การผลิต เป้าหมายของ ATE คือการตรวจวัดพฤติกรรมทางไฟฟ้าของ IC ว่าตรงตามสเปกหรือไม่ เช่น ความสามารถในการสลับสถานะลอจิก ความแม่นยำของแรงดันและกระแส การตอบสนองต่อสัญญาณนาฬิกา หรือแม้แต่ค่าความต้านทานในสายสัญญาณที่เฉพาะเจาะจง
ที่ระดับนี้ ความท้าทายหลักคือความเร็วและความถูกต้อง ATE ต้องสามารถตรวจสอบไอซีหลายพันชิ้นต่อชั่วโมง โดยที่ยังต้องรักษาความละเอียดของข้อมูลในระดับนาโนวินาที ความผิดเพี้ยนเพียงเล็กน้อยของ timing ก็อาจทำให้ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดถูกจัดเป็น “ตกเกณฑ์” ทันที ดังนั้นการออกแบบ test program และ fixture ของ ATE จึงต้องแม่นยำและผ่านการคาลิเบรตอย่างเข้มงวด
Substrate Inspection โครงสร้างที่ซ่อนอยู่ใต้วงจร
แม้ว่า ATE จะสามารถยืนยันได้ว่า IC ทำงานตามสเปก แต่มันไม่สามารถบอกได้ว่า Substrate ซึ่งเป็นโครงสร้างรองรับและเชื่อมต่อสัญญาณระหว่างชิปกับภายนอกนั้นมีข้อบกพร่องหรือไม่ ปัญหาอย่างเช่น voids (ช่องว่างภายในชั้นทองแดง), delamination (การแยกชั้นของวัสดุ), หรือ crack (รอยแตกร้าว) ใน Substrate สามารถทำให้เกิด open หรือ short circuit ได้ แม้ว่า IC จะผ่าน ATE แล้วก็ตาม
การตรวจสอบ Substrate ขั้นสูงจึงต้องใช้เครื่องมือที่เฉพาะทางมากขึ้น หนึ่งในวิธีที่เริ่มนำมาใช้กันมากขึ้นคือการใช้ X-ray Inspection โดยเฉพาะแบบ 2D และ 2.5D ซึ่งสามารถแสดงภาพด้านในของโครงสร้างแบบไม่ต้องทำลายชิ้นงาน สำหรับกรณีที่ต้องการความละเอียดสูงถึงระดับ microvia หรือขนาดรูเชื่อมต่อระดับไมโครเมตร ก็ต้องพึ่งพาเทคโนโลยี X-ray CT
X-ray CT เห็นโครงสร้างในเชิงลึกโดยไม่ต้องผ่า
X-ray Computed Tomography (CT) ทำงานโดยการยิงรังสีเอ็กซ์จากหลายมุม และใช้การประมวลผลแบบ reconstruction เพื่อสร้างภาพ 3 มิติของโครงสร้างภายใน ตัวอย่างที่ใช้ทดสอบจะถูกหมุนไปรอบ ๆ ในขณะที่รังสีเอ็กซ์ผ่านทะลุเข้าไปในเนื้อวัสดุ การวัดค่าการดูดกลืนของรังสีที่แตกต่างกันในแต่ละจุด ช่วยให้เรา “มองเห็น” ได้ว่าใน Substrate หรือแม้แต่ใน IC มีช่องว่าง รอยร้าว หรือความผิดปกติอื่นๆ อยู่หรือไม่
สิ่งที่ทำให้ X-ray CT มีประโยชน์มากคือความสามารถในการวิเคราะห์เชิงลึกแบบไม่ทำลายชิ้นงาน (Non-Destructive Testing – NDT) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่เราต้องการวิเคราะห์ข้อบกพร่องเฉพาะราย (failure analysis) หรือในงานวิจัยและพัฒนา ซึ่งต้องการความเข้าใจเชิงโครงสร้างอย่างละเอียด
ในบางสถานการณ์ เราใช้ CT เพื่อตรวจสอบความต่อเนื่องของเส้นทางไฟฟ้าภายใน Layer ที่สายตามองไม่เห็น เช่น การเกิด short circuit ระหว่าง layer ที่ไม่ได้เชื่อมกันโดยตั้งใจ หรือการหลุดของ micro bump ที่อยู่ใต้ชิปโดยตรง ซึ่งแม้แต่ AOI (Automatic Optical Inspection) ก็ไม่สามารถตรวจพบได้
จากการทดสอบเชิงหน้าที่สู่การทดสอบเชิงโครงสร้าง
การทดสอบ IC และ Substrate จึงไม่ใช่แค่การวัดว่าใช้งานได้หรือไม่ แต่คือการยืนยันว่าโครงสร้างทั้งหมดของอุปกรณ์อยู่ในสภาพที่สมบูรณ์ ไม่มีข้อบกพร่องที่อาจกลายเป็นจุดล้มเหลวในอนาคต กระบวนการนี้ต้องอาศัยความร่วมมือระหว่างวิศวกรหลายฝ่าย ทั้งด้านไฟฟ้า เครื่องกล วัสดุศาสตร์ และแม้กระทั่งการประมวลผลภาพขั้นสูง
ในโรงงานผลิตที่มีระดับคุณภาพสูง การนำเทคโนโลยีเช่น ATE และ X-ray CT มาใช้ร่วมกันเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์ที่มีความเสี่ยงหลุดรอดไปถึงมือผู้ใช้ และหากมีข้อบกพร่องเกิดขึ้น เทคโนโลยีเหล่านี้ยังช่วยให้เราย้อนรอยปัญหาได้อย่างแม่นยำ และแก้ไขกระบวนการผลิตในจุดที่ผิดพลาดได้ทันท่วงที
จากภายนอก IC อาจดูเหมือนแค่ชิ้นส่วนเล็ก ๆ ที่เสียบอยู่ในบอร์ดวงจร แต่ภายในมันเต็มไปด้วยชั้นข้อมูล ความแม่นยำ และความเสี่ยงที่เรามองไม่เห็น การทดสอบคุณภาพจึงไม่ใช่แค่เครื่องมือตรวจสอบ แต่เป็นด่านสำคัญของความน่าเชื่อถือในโลกที่เทคโนโลยีขับเคลื่อนทุกการสื่อสาร ทุกการคำนวณ และทุกการตัดสินใจของผู้คน
เราต้องแน่ใจว่า ทุกชิ้นส่วน จะยังทำงานได้แม้เวลาผ่านไปนานหลายปี และนั่นคือเหตุผลที่เราทดสอบตั้งแต่ระดับไฟฟ้า จนถึงระดับโครงสร้างลึกที่สุดที่เครื่องมือเราจะเข้าถึงได้
