技术能力 | 无损检测之超声扫描显微镜检查

背景简介

        超声扫描成像检测，是无损检测领域的核心检测手段之一。在大众比较熟悉的医疗领域，基于超声成像当前已经发展出了超声医疗及超声探伤两大领域。而在第三方检测应用里，主要应用场景还是基于超声成像的电子元器件的超声扫描检查以发现电子元器件无法直接观察的内部缺陷。

基本原理

        超声波一般是指频率大于20KHz的声波,具有频率高，波长短的特性，使其能够沿着直线在介质中传播:直线传播的特性给通过超声定点扫描提供了基础。

        超声波作为一种机械波，其传播是以介质材料内分子的机械振动而产生的。介质内的分子间距越小，则超声波传播的速度越快，因此不同介质的分子间距差异导致其声阻抗存在差异。这种声阻抗差异使得超声波在不同材料的界面发生可被记录的反射及透射。

        超声扫描显微镜正是利用超声波的直线传播，界面反射及透射的特性进行工作。

        具体而言，超声波换能器向电子元器件表面发射一束超声脉冲信号，通过耦合液向器件内部进行传播。信号每通过一层界面都会反射一部分信号由超声换能器接收进行成像，这种成像方式被称之为反射式扫描。另有一部分信号透过界面继续向下层传播，最后穿过所有界面由样品下方的信号接收探头接收，这种方式被称为透射式扫描（T扫）。

        通过反射式扫码及透射式扫描，超声扫描显微镜即可记录超声波的变化从而对电子元器件进行无损检测。

 超声扫描显微镜

设备参数

        1、扫描范围≤320mmX320mm；最小扫描范围 200μm×200μm；

        2、X、Y轴扫描速度：不小于1000mm/s，速度可调；

        3、重复精度 ±0.1μm；

        4、主要扫描模式包括：A扫描(点扫描)、B扫描（纵向扫描）、C扫描（水平扫描）、多层C扫描、多重门限扫描、透射扫描、托盘扫描。

扫描模式

        A扫模式：A-扫为点扫模式，对当前界面某一点进行扫描，可以用来对当前界面一些异常位置进行确认。

A 扫描模式

        B扫模式：B-扫描相当于观察样品的横截面，可以用来确定缺陷在纵向方向上的位置和深度。

B 扫描模式

        C扫模式：C-扫描相当于观察样品的剖面，通过时间窗口的选择可以确定剖面的位置和宽度，并将窗口选择在所需观察的界面位置，从而得到缺陷的数量和外形尺寸。

C 扫描模式

        X扫模式：X-扫描相当于多次等分的不同层面C-扫描，通过一次扫描的方式得到多个不同深度位置的图像，适合与多层结构的器件检测。

X 扫描模式

        T扫模式：T-扫描是在样品底部加装一个接收探头，在做C-扫描的同时进行透射T-扫描，可以用来确认C-扫描图像中的无法判明的缺陷。

T 扫描模式

缺陷判定

        超声波入射到样品中，具有如下的特性：当超声波从密度高的介质进入密度低的介质时会发生半波损失，或称为“相位翻转"。

        当电子元器件样品内有空隙分层时，样品内空隙分层位置的介质密度通常小于其它介质密度，通过超声波的半波损失原理可以用来判断样品内的分层缺陷。

典型案例

服务能力

        超声扫描显微镜的检测能力主要与超声扫描探头的频率相关，频率越高，分辨率越高，穿透能力越差；焦距越长，分辨率越低，穿透能力越强。

        广电计量元器件筛选及失效分析实验室目前配备了15/30/35/110/125/230 MHZ的探头，能够对普通塑封器件、FCBGA高阶封装器件、功率器件、IGBT模块等各种不同封装尺寸及应用领域的器件进行检测分析。可基于超声扫描显微镜进行元器件质量抽检、批次性元器件筛选、封装失效定位、潮湿敏感等级、可靠性试验后辅助分析等。