技術(shù)能力 | 無損檢測之超聲掃描顯微鏡檢查

背景簡介

        超聲掃描成像檢測，是無損檢測領(lǐng)域的核心檢測手段之一。在大眾比較熟悉的醫(yī)療領(lǐng)域，基于超聲成像當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展出了超聲醫(yī)療及超聲探傷兩大領(lǐng)域。而在第三方檢測應(yīng)用里，主要應(yīng)用場景還是基于超聲成像的電子元器件的超聲掃描檢查以發(fā)現(xiàn)電子元器件無法直接觀察的內(nèi)部缺陷。

基本原理

        超聲波一般是指頻率大于20KHz的聲波,具有頻率高，波長短的特性，使其能夠沿著直線在介質(zhì)中傳播:直線傳播的特性給通過超聲定點(diǎn)掃描提供了基礎(chǔ)。

        超聲波作為一種機(jī)械波，其傳播是以介質(zhì)材料內(nèi)分子的機(jī)械振動而產(chǎn)生的。介質(zhì)內(nèi)的分子間距越小，則超聲波傳播的速度越快，因此不同介質(zhì)的分子間距差異導(dǎo)致其聲阻抗存在差異。這種聲阻抗差異使得超聲波在不同材料的界面發(fā)生可被記錄的反射及透射。

        超聲掃描顯微鏡正是利用超聲波的直線傳播，界面反射及透射的特性進(jìn)行工作。

        具體而言，超聲波換能器向電子元器件表面發(fā)射一束超聲脈沖信號，通過耦合液向器件內(nèi)部進(jìn)行傳播。信號每通過一層界面都會反射一部分信號由超聲換能器接收進(jìn)行成像，這種成像方式被稱之為反射式掃描。另有一部分信號透過界面繼續(xù)向下層傳播，最后穿過所有界面由樣品下方的信號接收探頭接收，這種方式被稱為透射式掃描（T掃）。

        通過反射式掃碼及透射式掃描，超聲掃描顯微鏡即可記錄超聲波的變化從而對電子元器件進(jìn)行無損檢測。

 超聲掃描顯微鏡

設(shè)備參數(shù)

        1、掃描范圍≤320mmX320mm；最小掃描范圍 200μm×200μm；

        2、X、Y軸掃描速度：不小于1000mm/s，速度可調(diào)；

        3、重復(fù)精度 ±0.1μm；

        4、主要掃描模式包括：A掃描(點(diǎn)掃描)、B掃描（縱向掃描）、C掃描（水平掃描）、多層C掃描、多重門限掃描、透射掃描、托盤掃描。

掃描模式

        A掃模式：A-掃為點(diǎn)掃模式，對當(dāng)前界面某一點(diǎn)進(jìn)行掃描，可以用來對當(dāng)前界面一些異常位置進(jìn)行確認(rèn)。

A 掃描模式

        B掃模式：B-掃描相當(dāng)于觀察樣品的橫截面，可以用來確定缺陷在縱向方向上的位置和深度。

B 掃描模式

        C掃模式：C-掃描相當(dāng)于觀察樣品的剖面，通過時(shí)間窗口的選擇可以確定剖面的位置和寬度，并將窗口選擇在所需觀察的界面位置，從而得到缺陷的數(shù)量和外形尺寸。

C 掃描模式

        X掃模式：X-掃描相當(dāng)于多次等分的不同層面C-掃描，通過一次掃描的方式得到多個(gè)不同深度位置的圖像，適合與多層結(jié)構(gòu)的器件檢測。

X 掃描模式

        T掃模式：T-掃描是在樣品底部加裝一個(gè)接收探頭，在做C-掃描的同時(shí)進(jìn)行透射T-掃描，可以用來確認(rèn)C-掃描圖像中的無法判明的缺陷。

T 掃描模式

缺陷判定

        超聲波入射到樣品中，具有如下的特性：當(dāng)超聲波從密度高的介質(zhì)進(jìn)入密度低的介質(zhì)時(shí)會發(fā)生半波損失，或稱為“相位翻轉(zhuǎn)"。

        當(dāng)電子元器件樣品內(nèi)有空隙分層時(shí)，樣品內(nèi)空隙分層位置的介質(zhì)密度通常小于其它介質(zhì)密度，通過超聲波的半波損失原理可以用來判斷樣品內(nèi)的分層缺陷。

典型案例

服務(wù)能力

        超聲掃描顯微鏡的檢測能力主要與超聲掃描探頭的頻率相關(guān)，頻率越高，分辨率越高，穿透能力越差；焦距越長，分辨率越低，穿透能力越強(qiáng)。

        廣電計(jì)量元器件篩選及失效分析實(shí)驗(yàn)室目前配備了15/30/35/110/125/230 MHZ的探頭，能夠?qū)ζ胀ㄋ芊馄骷CBGA高階封裝器件、功率器件、IGBT模塊等各種不同封裝尺寸及應(yīng)用領(lǐng)域的器件進(jìn)行檢測分析。可基于超聲掃描顯微鏡進(jìn)行元器件質(zhì)量抽檢、批次性元器件篩選、封裝失效定位、潮濕敏感等級、可靠性試驗(yàn)后輔助分析等。