超聲波掃描顯微鏡及原理介紹

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     超聲波掃描顯微鏡，英文是：Scanning Acoustic Microscope，簡(jiǎn)稱(chēng)SAM，由于它的主要工作模式是C模式，因此也簡(jiǎn)稱(chēng)：C-SAM?，F(xiàn)在做失效分析的實(shí)驗(yàn)室里，這個(gè)設(shè)備直接被通稱(chēng)為C-SAM。

上個(gè)世紀(jì)的90年代中，微電子器件的大規(guī)模生產(chǎn)制程中，發(fā)現(xiàn)IC的Die上下表面脫層，錫球/芯片裂縫、或填膠中的裂縫、封裝材料（很多塑封材料）內(nèi)部的氣孔等缺陷，無(wú)法用常規(guī)的X-ray失效分析手段檢測(cè)到，此時(shí)，安賽斯（）有限公司引入一種*的測(cè)試技術(shù)用于芯片的后封裝測(cè)試，它就是超聲波顯微鏡。超聲波顯微鏡的全稱(chēng)是：超聲波掃描顯微鏡，或者叫掃描式超聲波顯微鏡。

超聲波顯微鏡的工作原理

超聲波掃描顯微鏡有兩種工作模式：基于超聲波脈沖反射和透射模式工作的。反射模式是主要的工作模式，它的特點(diǎn)是分辨率高，對(duì)待測(cè)樣品厚度的沒(méi)有限制。透射模式只在半導(dǎo)體企業(yè)中用作器件篩選。

超聲顯微鏡的核心就是帶壓電陶瓷的微波鏈，壓電陶瓷在射頻信號(hào)發(fā)生的激勵(lì)下，產(chǎn)生短的聲脈沖，隨后這些聲脈沖被聲透鏡聚焦在一起，超聲波掃描顯微鏡的這個(gè)帶壓電陶瓷的部件叫換能器，英文是：Transducer。換能器既能把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波信號(hào)，又能把從待測(cè)樣品反射或透射回來(lái)的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送回系統(tǒng)進(jìn)行處理。

換能器負(fù)責(zé)將電磁脈沖轉(zhuǎn)換成聲脈沖，離開(kāi)換能器后，聲波被聲透鏡通過(guò)耦合介質(zhì)（一般是去離子水或無(wú)水酒精等）聚焦在樣品上。耦合介質(zhì)是為了防止超聲波信號(hào)快速衰減，因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)在一些稀疏介質(zhì)中傳播是，會(huì)快速衰減。樣品置于耦合介質(zhì)中，只要聲波信號(hào)在樣品表面或者內(nèi)部遇到聲波阻抗介面（如遇到孔隙、氣泡、裂紋等），就會(huì)發(fā)生反射。

換能器接收到反射信號(hào)后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換成電脈沖，超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖后表征為256級(jí)灰度值。每只換能器都有其特定的超聲波頻率，安賽斯（ANALYSIS）公司可以針對(duì)用戶(hù)的需要特別配置。這個(gè)過(guò)程就是超聲波掃描顯微鏡反射工作模式的基本過(guò)程。

另一種超聲顯微鏡的工作模式叫透射模式。透射掃描時(shí)，樣品下方要安裝另外一只換能器，這只換能器會(huì)接收所有完全穿透樣品的超聲波信號(hào)。根據(jù)接收的信號(hào)就能還原出各種超聲波C掃圖像。

超聲波顯微鏡在失效分析中的應(yīng)用

• 晶圓面處分層缺陷
• 錫球、晶圓、或填膠中的開(kāi)裂
• 晶圓的傾斜
• 各種可能之孔洞（晶圓接合面、錫球、填膠…等）

超聲波顯微鏡的在失效分析中的優(yōu)勢(shì)

• 非破壞性、無(wú)損檢測(cè)材料或IC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
• 可分層掃描、多層掃描
• 實(shí)施、直觀的圖像及分析
• 缺陷的測(cè)量及缺陷面積和數(shù)量統(tǒng)計(jì)
• 可顯示材料內(nèi)部的三維圖像
• 對(duì)人體是沒(méi)有傷害的
• 可檢測(cè)各種缺陷（裂紋、分層、夾雜物、附著物、空洞、孔洞等）

超聲波掃描顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域

• 半導(dǎo)體電子行業(yè)：半導(dǎo)體晶圓片、封裝器件、大功率器件IGBT、紅外器件、光電傳感器件、SMT貼片器件、MEMS等;
• 材料行業(yè)：復(fù)合材料、鍍膜、電鍍、注塑、合金、導(dǎo)材料、陶瓷、金屬焊接、摩擦界面等；
• 生物醫(yī)學(xué)：活體細(xì)胞動(dòng)態(tài)研究、骨骼、血管的研究等.

安賽斯公司提供的超聲波掃描顯微鏡主要有V400-E，V700-E，V1000-E等主流型號(hào)，其中在市場(chǎng)上應(yīng)用*多的型號(hào)為V400-E，V-400E超聲波掃描顯微鏡是一款用于質(zhì)量及工藝控制、科研方面的*無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，具有高工作效率，比常規(guī)機(jī)器要快30%以上。采用了*的射頻和超聲換能器技術(shù)，頻率可高達(dá)550MHz。特別為用戶(hù)定制簡(jiǎn)體中文界面語(yǔ)言，使*人員、或產(chǎn)線作業(yè)員均可輕松應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的超聲無(wú)損檢測(cè)工作。

安賽斯V-400E是基于*的產(chǎn)品技術(shù)和研究成果為用戶(hù)量身定制的一套符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的核心平臺(tái)，其掃描臺(tái)采用高速線性馬達(dá)和磁懸浮技術(shù)，可處理樣品的尺寸*達(dá)400mm×400mm（長(zhǎng)x寬），*小能做到：0.2mm×0.2mm。超聲頻率范圍達(dá)1MHz~550MHz，換能器頻率范圍為1-550MHz，系統(tǒng)內(nèi)建高精度自準(zhǔn)直系統(tǒng)。

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