高頻超聲波掃描顯微鏡

一、   概述

   FireEye-8 超聲掃描顯微鏡主要利用高頻的超聲波(5MHz 以上)檢測材料,、晶圓或半導(dǎo)體封裝 器件內(nèi)部的缺陷位置,、大小和分布狀態(tài)等，對(duì)粘接層面非常敏感,，能夠檢測出氣孔,、裂紋,、夾 雜和分層等缺陷，以波形,、圖形為顯示方式的一種無損檢測工具,，可以保留在破壞性檢測中被 丟失的細(xì)微缺陷，樣品通過檢測后可以繼續(xù)使用,；可通過對(duì)材料密度的分布檢測,，從而推導(dǎo)出 應(yīng)力場、裂紋變化趨勢等材料的力學(xué)性能,，在判別材料密度差異,、彈性模量、厚度等特性和幾 何形狀的變化方面也具有一定的能力,，主要用于對(duì)微電子,，航空航天領(lǐng)域的器件、組件和材料 進(jìn)行檢測,，實(shí)現(xiàn)失效分析,、可靠性分析、過程控制,、品質(zhì)控制,、產(chǎn)品研發(fā)、工藝提升等,。

     圖 1 火眼 FireEye-8 超聲掃描顯微鏡

二,、   技術(shù)特點(diǎn)   高頻芯片超聲波掃描顯微鏡

●   掃描軸采用線性電機(jī)閉環(huán)控制，高速靜音,，定位精度高,，能實(shí)現(xiàn)快速精確掃描，另外 其掃描范圍高達(dá) 400mm x 400mm,，不僅適用單個(gè)器件的快速掃描分析,，也可放置批量 器件同步掃描，配合自動(dòng)缺陷識(shí)別功能,，可快速篩選出不合格品,。

     圖 2  掃描軸電機(jī)

●   分離式超聲波發(fā)射接收系統(tǒng)，配備信號(hào)高,、低頻前置放大裝置,，高、低通濾波器,，保 證信號(hào)質(zhì)量,，所有參數(shù)均可通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置，超聲系統(tǒng)信號(hào)線進(jìn)行良好屏蔽， 可屏蔽內(nèi)外部噪音,，信噪比高,。

       圖 3  超聲系統(tǒng)

●   采用的高速 A/D 數(shù)據(jù)采集卡支持雙通道內(nèi)存結(jié)構(gòu)，板載緩存大,，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集和處理 同步進(jìn)行,，極大提高了掃描效率，采樣頻率高達(dá) 1GSample/s,，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確還原,。

        圖 4  高速 AD 采集卡   高頻芯片超聲波掃描顯微鏡

●  支持的超聲探頭頻率高，最高可達(dá) 300MHz,，其圖像分辨率可達(dá)幾微米,，另外由于其 超聲系統(tǒng)帶寬范圍廣：5-300MHz，適配的探頭頻率范圍大：5-300MHz,，可根據(jù)器件種 類靈活選用合適的超聲探頭,，取得*的檢測效果。

        圖 5  超聲探頭

●  檢測模式豐富：A,、B,、C 掃描、體掃描,、多層掃描,、逐層掃描、離線分析,、JEDEC 托盤 掃描,，3D 成像等，可用圖像的方式顯示被測件內(nèi)部缺陷的位置,、形狀和大小,，在此基 礎(chǔ)上,，通過不同模式組合使用,，從不同

圖 6  檢測模式

        ●   系統(tǒng)配置有水路循環(huán)自凈過濾系統(tǒng)，具備微米級(jí)水路循環(huán)過濾系統(tǒng),，保持水的清潔,。

        ●   系統(tǒng)具有安全門開關(guān)、限位保護(hù)和急停斷電功能,，保護(hù)人身安全,。

三、   設(shè)備主要性能指標(biāo)

●   X/Y 檢測范圍：400mm×400mm,；

●   Z 方向聚焦行程：100mm,；

●   最大掃描速度：1000mm/s；

●   掃描軸最高分辨率：0.5μm；

●   重復(fù)精度：±1μm,；

●   脈沖發(fā)射,、接收器最高接收帶寬：5-300MHz；

●   換能器適配范圍：5-300MHz,；

●  高速數(shù)據(jù)采集卡（A/D 卡）采樣頻率：1GSample/s,；

四、   安裝條件

●   設(shè)備主機(jī)尺寸：890mm（寬）* 1000mm（深）* 1300mm（高）,；

●   電力供應(yīng)：～220V±22V,，50Hz；

●  水源：設(shè)備需要去離子水,，定期更換,；

●   凈化間：建議 100000 級(jí)以上；

●  環(huán)境溫度：15℃ - 35℃,；

五,、   主要軟件功能

             ● 掃描模式：A 掃描、B 掃描,、C 掃描,、輪廓掃描，多層掃描,，相位掃描,，逐層掃描， 塊掃描模式,，托盤掃

                   描,，   離線分析，3D 掃描,，透射掃描（選配）等,；

●  掃描過程中 A 波形實(shí)時(shí)顯示，方便實(shí)時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)門,；

●   通過軟件設(shè)置掃描軌跡參數(shù),B,、C       掃描的起始位置可在掃描范圍內(nèi)任意設(shè)置；

●  系統(tǒng)具有開機(jī)自檢,、故障診斷和故障報(bào)警指示功能;

●  多層掃描模式支持高達(dá) 100 層同時(shí)掃描,；

●  高掃描圖像分辨率可達(dá) 10000 * 10000；

●   前表面跟隨功能,，在器件稍有不平整的情況下能正常完成掃描,；

●   正、負(fù),、全峰值圖像,、相位圖像,、TOF     圖像實(shí)時(shí)切換；

●   信號(hào)增益等參數(shù)均可在掃描過程中更改,，實(shí)時(shí)生效,；

●   自動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)置參數(shù)，支持提取掃描結(jié)果的參數(shù)設(shè)置,，方便二次掃描,，減少后期相 同器件的參數(shù)設(shè)置時(shí)間，  

    提升工作效率,；

●  通過相位掃描,，可實(shí)現(xiàn)缺陷自動(dòng)判別，缺陷尺寸和面積統(tǒng)計(jì),，自動(dòng)計(jì)算缺陷占測 量面積的百分比,，可對(duì)分  

     層缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)著色；

●   支持超過多個(gè)檢測結(jié)果圖像同時(shí)顯示,，并能重新進(jìn)行分析處理,；

●   系統(tǒng)可對(duì)材料聲阻抗、聲速進(jìn)行測量;

●   支持掃描結(jié)果進(jìn)行長度測量,，可實(shí)現(xiàn)樣品厚度測量,；

●   支持對(duì)掃描結(jié)果進(jìn)行文字注釋功能；

●   支持掃描圖像實(shí)時(shí)縮放功能,，方便觀測,；

●   強(qiáng)大的圖像處理軟件包：圖像的縮放、拖動(dòng),、測量注釋,、圖像的中值濾波，均值 濾波,，反色處理,，浮雕處  

    理，增強(qiáng)對(duì)比度,、增強(qiáng),、偽彩色等處理功能；

● 掃描結(jié)果可保存為：bmp,、jpg 圖像,，也可保存為帶掃描參數(shù)的 csam 文件,；

●  強(qiáng)大的自動(dòng)出報(bào)告功能,，支持一鍵掃描結(jié)果和 A 波形保存，方便檢測人員后期制 作檢測報(bào)告,。

六,、應(yīng)用領(lǐng)域

       ●   半導(dǎo)體器件及封裝

塑封 IC,、FipChip、芯片級(jí)封裝 CSP,、BGA（金屬,、塑封）、Molded Underfill (MUF),、混合多 芯片模組（MCM）,、堆疊芯片成像（SDI）、分立器件,、IGBT 等大功率半導(dǎo)體器件等,；

       ●   晶圓

鍵合晶圓、MEMS,、LED,、BSI Sensors、 TSV 等,；

   ●   其他微電子 多層陶瓷電容（MLCC）,、陶瓷封裝管殼、半導(dǎo)體電子制冷器,、航空航天組件等,；

   ●   材料檢測 金剛石復(fù)合片、陶瓷,、玻璃,、金屬、焊接件等,；

七,、   應(yīng)用案例

      1、 塑封IC

     2,、PBGA

       3,、FlipChip

  4、大功率整流器件55

      5,、晶閘管和IGBT

   6,、半導(dǎo)體制冷器

 7、陶瓷電容

       8,、封裝管殼

高頻超聲波掃描顯微鏡