技術能力 | 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，是無損檢測領域的核心檢測手段之一。在大眾比較熟悉的醫療領域，基于超聲成像當前已經發展出了超聲醫療及超聲探傷兩大領域。而在第三方檢測應用里，主要應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現電子元器件無法直接觀察的內部缺陷。

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中傳播:直線傳播的特性給通過超聲定點掃描提供了基礎。

        超聲波作為一種機械波，其傳播是以介質材料內分子的機械振動而產生的。介質內的分子間距越小，則超聲波傳播的速度越快，因此不同介質的分子間距差異導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行工作。

        具體而言，超聲波換能器向電子元器件表面發射一束超聲脈沖信號，通過耦合液向器件內部進行傳播。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行無損檢測。

 超聲掃描顯微鏡

設備參數

        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；

        3、重復精度 ±0.1μm；

        4、主要掃描模式包括：A掃描(點掃描)、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-掃為點掃模式，對當前界面某一點進行掃描，可以用來對當前界面一些異常位置進行確認。

A 掃描模式

        B掃模式：B-掃描相當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-掃描相當于觀察樣品的剖面，通過時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，從而得到缺陷的數量和外形尺寸。

C 掃描模式

        X掃模式：X-掃描相當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不同深度位置的圖像，適合與多層結構的器件檢測。

X 掃描模式

        T掃模式：T-掃描是在樣品底部加裝一個接收探頭，在做C-掃描的同時進行透射T-掃描，可以用來確認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：當超聲波從密度高的介質進入密度低的介質時會發生半波損失，或稱為“相位翻轉"。

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

典型案例

服務能力

        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，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。

        廣電計量元器件篩選及失效分析實驗室目前配備了15/30/35/110/125/230 MHZ的探頭，能夠對普通塑封器件、FCBGA高階封裝器件、功率器件、IGBT模塊等各種不同封裝尺寸及應用領域的器件進行檢測分析。可基于超聲掃描顯微鏡進行元器件質量抽檢、批次性元器件篩選、封裝失效定位、潮濕敏感等級、可靠性試驗后輔助分析等。