Das Verständnis der inneren Struktur moderner elektronischer Komponenten und fortschrittlicher Materialien erfordert mehr als nur ein geschultes Auge. Es bedarf Technologien, die verborgene Schichten sichtbar machen können, ohne dass eine zerstörende Präparation notwendig ist. Das von Sigray entwickelte Apex-Hybrid-System stellt einen bedeutenden Fortschritt in der zerstörungsfreien 3D-Bildgebung dar, indem es Röntgenlaminographie und Computertomographie (CT) in einem flexiblen System vereint. Dieser hybride Ansatz ermöglicht es Forschern und Ingenieuren, sowohl komplette Leiterplatten als auch einzelne Mikrolötstellen mit bislang unerreichter Klarheit zu untersuchen.

Die klassische Computertomographie erzeugt dreidimensionale Rekonstruktionen, indem eine Probe über einen vollständigen Winkelbereich rotiert wird, während sie mit Röntgenstrahlen durchleuchtet wird. Diese Methode funktioniert gut bei kompakten, symmetrischen Objekten wie biologischen Proben oder kleinen mechanischen Bauteilen, stößt jedoch bei großen, flachen Proben wie Halbleiterwafern oder Leiterplatten an ihre Grenzen. Bei starken Neigungswinkeln absorbieren solche Proben zu viel Strahlung, was zu Bildartefakten und einer verminderten Auflösung führt.
Die Laminographie verfolgt einen anderen Ansatz, indem sie die Abbildungsgeometrie anpasst. Anstatt die Probe über große Winkelbereiche zu drehen, werden Röntgenquelle und Detektor in einem flachen Winkel zur Probenoberfläche angeordnet. Diese Geometrie eignet sich besonders für planare und schichtartige Strukturen und ermöglicht die Untersuchung empfindlicher Baugruppen ohne zerstörende Dünnung oder Schnittpräparation. Allerdings erreicht die Laminographie allein in der Regel nicht die Submikrometer-Auflösung der klassischen Tomographie. Das Apex-Hybrid-System überbrückt diese Lücke, indem es beide Verfahren in einem Gerät kombiniert, zwischen denen per Knopfdruck gewechselt werden kann.
Im Zentrum des Systems steht Sigrays patentierte Precision Angle Laminography (PAL)-Architektur. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen entweder die schwere Röntgenquelle oder die Probe bewegt wird, bleiben bei PAL sowohl Quelle als auch Detektor fest positioniert, während die Probe auf einer hochstabilen Luftlager-Drehbühne montiert ist. Dieses Design minimiert mechanische Instabilitäten und Positionsfehler und ermöglicht sehr kleine Neigungswinkel von bis zu zehn Grad. Diese sind entscheidend, um den sogenannten „Missing Cone“-Effekt zu reduzieren, der laminographische Rekonstruktionen üblicherweise einschränkt. Das Ergebnis ist eine deutlich verbesserte Darstellung vertikaler Verbindungen, Redistribution Layers und Through-Silicon Vias bei gleichzeitig reduzierten Artefakten und höherer Messgenauigkeit.

Das Apex-Hybrid erreicht eine räumliche Auflösung von unter 400 Nanometern bei Voxelgrößen von bis zu etwa 100 nm. Die offene Röntgenquelle verfügt über integrierte Kalibrierstrukturen, die die Fokusgröße kontinuierlich überwachen und anpassen, sodass auch über lange Betriebszeiten hinweg eine konstante Messgenauigkeit gewährleistet ist. Das modulare Detektorsystem bietet verschiedene Konfigurationen – von großflächigen, hochdurchsatzfähigen Sensoren bis hin zu hochauflösenden Kameras für nanoskalige Anwendungen – und erlaubt so eine optimale Anpassung an unterschiedliche Anforderungen.
Ein weiterer Vorteil des Systems ist die umfassende Automatisierung. Ein integrierter Probenhandhabungsroboter kann bis zu zehn Proben im Format 100 × 100 mm automatisch laden und sequenziell vermessen, wodurch ein unbeaufsichtigter, rezeptbasierter Betrieb möglich wird. Für kleinere Proben erlaubt der große Verfahrweg der Bühne eine virtuelle Automatisierung ohne physisches Umspannen, was die Effizienz bei Messreihen mit vielen Proben deutlich erhöht.
Die Softwareplattform von Sigray integriert Datenerfassung, Rekonstruktion und Analyse in einem durchgängigen Workflow. Die Benutzeroberfläche XRM Companion führt Anwender durch optimierte Messabläufe, während GigaRecon, eine GPU-beschleunigte Rekonstruktionssoftware, Rohdaten innerhalb weniger Minuten in volumetrische Datensätze umwandelt. Diese können anschließend in 3D mit dem Sigray Viewer visualisiert oder in Analyseumgebungen wie Dragonfly oder Avizo exportiert werden. Zusätzlich ermöglicht eine offene Python-Schnittstelle die Integration in individuelle Automatisierungs- und Auswerteprozesse.

Obwohl das Apex-Hybrid ursprünglich für die Fehleranalyse in der Halbleitertechnik und für Advanced Packaging entwickelt wurde, reicht sein Anwendungsspektrum weit darüber hinaus. In der Materialwissenschaft, Geologie und Biologie profitieren unterschiedlichste Proben von der dualen Bildgebungsstrategie: Dünne Gewebeschnitte, Verbundwerkstoffe und geschichtete Materialien eignen sich besonders für die Laminographie, während dichtere Proben im Tomographiemodus hochkontrastreich dreidimensional analysiert werden können. Die Möglichkeit, die Bildgebungsgeometrie flexibel an die Probengeometrie anzupassen, macht das System zu einem vielseitigen Werkzeug für Labore mit heterogenen Proben.
Durch die Kombination zweier komplementärer Bildgebungsverfahren in einem präzise konstruierten System beseitigt das Sigray Apex-Hybrid den klassischen Zielkonflikt zwischen Auflösung und Probengröße. Seine mechanische Stabilität, die hohe Automatisierung und die quantifizierbare Auflösung im Nanometerbereich machen es zu einem Schlüsselwerkzeug für die Forschung der nächsten Generation sowie für die Qualitätssicherung in der modernen Fertigung. Für alle, die Unsichtbares sichtbar machen wollen – von komplexen Halbleiterstrukturen bis hin zur inneren Architektur anspruchsvoller Materialien – bietet das Apex-Hybrid eine neue Dimension der Analyse: präzise, zuverlässig und zerstörungsfrei.

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