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超声波扫描显微镜KSI v-700E

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超声波扫描显微镜,英文是:Scanning Acoustic Microscope,简称SAM,由于它的主要工作模式是C模式,因此也简称:C-SAM。现在做失效分析的第三方实验室里,这个设备直接被通称为C-SAM,就像X射线透射机被通称为X-Ray一样。

 

上个世纪的90年代中,微电子器件的大规模生产制程中,发现IC的Die上下表面脱层,锡球/芯片裂缝、或填胶中的裂缝、封装材料(很多塑封材料) 内部的气孔等缺陷,无法用常规的X-ray失效分析手段检测到,此时,一种新型的测试技术被引入到芯片的后封装测试领域,它就是超声波扫描显微镜。说是显 微镜,其实它与常规的光学显微镜两者没有任何关系,只是因为这个设备最早是由国外厂家先行研发并投入到生产领域,这个名字也是直接从外文直译过来,因此中 文严格可以称为:中高频超声波无损检测系统,或许更为合适。

工作原理

超声波扫描显微镜有两种工作模式:基于超声波脉冲反射和透射模式工作的。反射模式是主要的工作模式,它的特点是分辨率高,对待测样品厚度的没有限制。透射模式只在半导体企业中用作器件筛选。

该系统的核心就是带压电陶瓷的微波链,压电陶瓷在射频信号发生的激励下,产生短的声脉冲,随后这些声脉冲被声透镜聚焦在一起,超声波扫描显微镜的这 个带压电陶瓷的部件叫换能器,英文是:Transducer。换能器既能把电信号转换成声波信号,又能把从待测样品反射或透射回来的声波信号转换成电信 号,送回系统进行处理。

换能器负责将电磁脉冲转换成声脉冲,离开换能器后,声波被声透镜通过耦合介质(一般是去离子水或无水酒精等)聚焦在样品上。耦合介质是为了防止超声 波信号快速衰减,因为超声波信号在一些稀疏介质中传播是,会快速衰减。样品置于耦合介质中,只要声波信号在样品表面或者内部遇到声波阻抗介面(如遇到孔 隙、气泡、裂纹等),就会发生反射。

换能器接收到反射信号后,会将其转换成电脉冲,超声波信号转换成电脉冲后表征为256级灰度值。每只换能器都有其特定的超声波频率,凯斯安公司可以针对用户的需要特别配置。这个过程就是超声波扫描显微镜反射工作模式的基本过程。

另一种工作模式叫透射模式。透射扫描时,样品下方要安装另外一只换能器,这只换能器会接收所有完全穿透样品的超声波信号。根据接收的信号就能还原出各种超声波C扫图像。

在失效分析中的应用

  • 晶圆面处分层缺陷
  • 锡球、晶圆、或填胶中的开裂
  • 晶圆的倾斜
  • 各种可能之孔洞(晶圆接合面、锡球、填胶…等)

在失效分析中的优势

  • 非破坏性、无损检测材料或IC芯片内部结构
  • 可分层扫描、多层扫描
  • 实施、直观的图像及分析
  • 缺陷的测量及缺陷面积和数量统计
  • 可显示材料内部的三维图像
  • 对人体是没有伤害的
  • 可检测各种缺陷(裂纹、分层、夹杂物、附着物、空洞、孔洞等)

应用领域

  • 半导体电子行业:半导体晶圆片、封装器件、大功率器件IGBT、红外器件、光电传感器件、SMT贴片器件、MEMS等;
  • 材料行业:复合材料、镀膜、电镀、注塑、合金、超导材料、陶瓷、金属焊接、摩擦界面等;
  • 生物医学:活体细胞动态研究、骨骼、血管的研究等.