KSI超声波扫描显微镜在半导体行业的应用
KSI超声波扫描显微镜在半导体行业的应用
科视达
半导体领域常见的应用范围
• Flip Chips • Chip Scale Packages (CSP) • Plastic Ball Grid Arrays • Metal Ball Grid Arrays • Plastic Encapsulated Integrated Circuits • Hybrids, Power Devices and Multi-Chip Modules • Automotive Applications • Bonded and Bumped Wafers • Ceramic Chip Capacitors • Ceramics • Printed Circuit Boards • Miscellaneous Applications
孔洞导致一个更强的超声波反 射信号，在上面的C-Scan中明 亮的区域(某些样品中用红色的 圆圈来表示)
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Die top
粘晶层表面检测
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封装Die top分层示例（一）
样品一
样品二
Die上表面，在 图中明亮的区 域表示分层缺 陷（图中的红 色箭头所指）
分层缺陷位 置被红色标 识出来
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Flip Chip的分层缺陷（四）
明亮的区域表示Bond 间的分层缺陷。 分层缺陷导致了很强的 超声波反射，对应到左 面的C-Scan图像中的 明亮的区域（用红色箭 头标识）
检查的失效类型： Non-bonded interfaces Die tilt or cupping or carcks Porous die attach Delaminations Lack or insufficient die attach Molding compound voids Package cracks (Popcorning) Lead frame delamination Encapsulant material characterization
电子扫描显微镜在半导体工业中的应用
电子扫描显微镜在半导体工业中的应用摘要：本文介绍了扫描电镜的基本理论，对各组成部分逐一阐述，探讨特殊半导体样品的制备和电镜操作技巧，从而实现最佳的观测结果。
1.扫描电镜的系统组成下图详细的勾勒了扫描电镜系统组成，各个组成的子系统环环相扣，共同决定了成像的质量，比如放大倍数，分辨率，景深，对比度和亮度。
1.1.真空系统真空环境对于电子束是极为重要的，没有足够的真空，会气体分子，从而无法产生受控的电子束，电子束会被气体分子撞击从而产生散射。
扫描电镜的真空度需要控制在10-4 托以下，大多数电镜需要10-6 托或者更高的真空度。
真空度越高，从而能产生更加精细的电子束，扫描电镜的成像性能就会提升。
为了将大气压降低到10-6托，通常会使用两级泵，低级真空泵（从大气压降至10-3托）和高级真空泵（从10-3托降至10-6托或者更低）。
1.1.电子束的产生下图显示了热发射和场发射形成电子束的机理，电子枪产生电子束以后，施加电场加速至1-40千伏，然后通过电磁透镜将电子束聚焦成一个更为精细的斑点至样本表面。
1.1.电子束处理电子枪形成的电子束由电磁透镜和其线圈组件进行处理，电磁透镜的作用是缩小电子束斑的大小，扫描线圈提供入射电子束在样品表面已经阴极射线管内电子束在荧光屏上的同步信号，控制电子束扫描位置和扫描振幅，获得所需放大倍数。
1.1.电子束与样品产生的信号电子束与样品撞击产生的信号量好比一粒‘水滴’的形状，如下图所示，趋于样品表面，信号覆盖范围小，但分辨率高，趋于样品内部，则相反。
下图对常用的检测信号简要说明。
1.1.背散射电子。
是从样品中反射出的入射电子束，其产额随原子序数的增加而增加，因而对于分析样品形貌特征和显示原子序数衬度的定向成分分析非常有用。
其一般在50-200纳米深处逸出。
1.1.二次电子。
二次电子是入射电子撞击出的样品的核外电子。
此散射过程发生在样品表层5-10纳米的区域，其溢出量与样品表面的形貌相关，所以可以用来观测样品表面的微观结构。
超声波检测在半导体工艺中的应用
Technological Innovation32《华东科技》超声波检测在半导体工艺中的应用张育坤，罗 璨（中国振华集团永光电子有限公司，贵州 贵阳 550000）摘要：超声波检测是常见的无损检测技术，广泛地应用于半导体工艺，管道无损检测等方面。
本文结合实际案例，对半导体工艺中的超声检测技术进行分析，研究超声检测在器件焊接，半导体封装等方面的应用，期望为相关研究提供参考。
关键词：半导体工艺；超声波检测；应用分析半导体生产与封装过程中，由于半导体制造工艺复杂，因此会产生填充胶孔洞，塑料蜂胶和封面产生裂纹等问题。
工业上常用的无损检测方法包括超声检测法，X 射线检测法等多种方法。
综合对比不同的无损检测法，超声可用于半导体技术的应用与分析。
采用超声波扫描仪进行检测，在全自动检测模式下，可以通过分析接收的信号，与正常的信号进行对比，从而能够自动识别半导体工艺中的缺陷。
但是由于半导体工艺复杂，而且半导体工艺内部结构复杂，因此简单地超声回声法的应用存在缺陷。
本文通过对比不同的无损检测法，在对超声扫描检测原理研究的基础上，对不同半导体封装失效模式进行研究，包括对半导体内部裂纹，硅通孔和倒装焊工艺中的填充胶孔洞进行检测，从而分析超声检测的应用价值同时探讨半导体工艺中的超声检测的应用情况。
1 半导体无损检测技术 工业上常用的无损检测技术包括超声检测技术，X 线检测技术，微波无损检测技术等。
对于半导体工艺而言，不同的无损检测技术具有不同的特点，而且可应用于不同的方面。
1.1 超声检测技术 超声检测技术是利用超声波的工作原理，在超声扫描的作用下，探头发射出超声波透过界面样品，并且由此穿透界面，同时部分声波反射被载体吸收。
通过分析反射吸收的超声信号，能够了解界面的情况，为无损检测提供依据。
从超声检测来看，不同材料吸收超声信号以及反射超声信号的能力不同如果材料中存在缺陷时，会出现回声信号的倒转。
在超声扫描检测中，通过识别物体的缺陷区域，并且标记为红色部位，能够为后续的判断和研究提供参考。
声学扫描显微镜检查在塑封器件检测中的应用
声学扫描显微镜检查在塑封器件检测中的应用陈章涛;潘凌宇【摘要】随着塑封器件在武器系统中的使用越来越广泛，塑封器件在使用中也暴露出了一些问题，如塑封器件易打磨、翻新，内部易进入水汽产生爆米花效应或内部界面分层等。
作者总结近几年塑封器件DPA试验中出现的各种失效，重点对塑封器件内部界面分层以及分层产生的原因、危害进行了论述。
同时，论述了声学扫描显微镜检查对内部界面分层的辨别、原理及其相关试验标准等，提出了塑封器件在型号产品中的使用建议。
%With the widespread use of the Plastic Encapsulated Microcircuit(PEM)in weapon system, the PEM in use also exposed some problems, For example the PEM is easy to burnish or Face-lift, and the inside is easy to enter the water vapor produce popcorn effect or internal interface delaminate, etc. The author collected the DPA tests of PEM appeared in all kinds of failure in recent years, focus discussion on internal interface delamination, the reason of internal interface delamination and the harm. At the same time, discussing the SAM to internal interface delaminated discrimination, principle, related standard etc, put forward the PEM in the use of type of product advice.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P9-12)【关键词】塑封器件;DPA;超声扫描【作者】陈章涛;潘凌宇【作者单位】湖北航天计量测试技术研究所，湖北孝感 432100;湖北航天计量测试技术研究所，湖北孝感 432100【正文语种】中文【中图分类】TN4061 引言随着集成电路封装、焊接技术的发展，塑封器件由于其体积小、重量轻、成本低、集成度高、易采购等特点，其应用也越来越广泛。
超声扫描检测技术在半导体行业中的应用
超声扫描检测技术在半导体行业中的应用摘要：超声扫描检测技术应用越来越广泛,半导体、材料和生物医学等方面均利用了超声扫描技术。
论文主要对超声扫描检测技术在半导体行业中的应用进行了简单的介绍,同时介绍了塑封微电路的超声扫描检测标准,并提供了一些数据以及建议作为参考。
关键词：超声扫描; 半导体; 缺陷; 塑封微电路; 分层Class Number TN305.971 引言超声扫描检测技术是应用最广泛的无损检测方法之一[1]。
超声扫描检测技术利用进入被检样品的超声波对材料表面或内部缺陷进行检测。
超声扫描检测系统不仅能检测分层、气孔、裂缝和夹杂等缺陷,而且在判别密度差异、弹性模量、厚度等特性和几何形状的变化方面也具有一定的能力。
在半导体领域内,可以用于检测半导体材料内部多种缺陷:裂纹、分层、夹杂物、附着物、空隙等;通过图像对比度可以判别材料内部声阻抗差异、确定缺陷形状和尺寸、确定缺陷方位[2]。
本文主要讲述超声扫描检测技术在半导体中的应用。
2 超声扫描检测技术超声扫描检测的工作原理:脉冲发生器产生信号脉冲,激励压电传感器,由传感器产生特定频率的超声波,经由耦合介质(如去离子水)传播到达样品。
超声波在传播过程中需要均匀而连续的介质,因此在遇到不同介质时,将发生反射。
空洞、分层、裂纹等不连续界面都会干扰超声信号传播或导致超声信号发生反射。
传感器发射出超声波,同时也对界面反射回的超声波进行接收,经信号处理,最后得到一张高分辨率的超声波图像,而图像包含样品超声扫描检测层面各点信息。
通过图像,最后对所关注区域进行判断。
超声扫描检测的方式主要以透射扫描和反射扫描为主。
透射扫描是一种基本的检测方式,发射和接收的传感器分别位于样品上下两侧,超声波通过样品到达接收传感器,和X射线检测相似,使用超声波透射检测可快速观察到样品内部的缺陷,而且容易操作,但是无法对缺陷的尺寸和位置进行测试,只能确定缺陷的存在与否。
透射扫描中超声波透过样品全部厚度,这种操作模式提供的是该部件全部的投影图像。
超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用
超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用随着科技的不断发展，半导体晶片逐渐成为人们生活中不可或缺的基础元件。
在半导体晶片生产中，检测是至关重要的一步，因为只有通过严格的检测才能保证生产出来的晶片质量稳定可靠。
而超声波检测技术则成为了半导体晶片检测中的一种常用技术，下面我们就来了解一下超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用。
一、超声波检测技术的原理及特点超声波检测技术是指通过超声波在被测物体中进行传播、反射、衍射等过程，来检测物体的性质和结构的一种技术手段。
这种技术主要可分为脉冲回波法和多普勒效应法两种。
超声波检测技术具有以下几个显著的特点：1、非接触性：由于其探测原理，超声波检测技术不需要与被测物体有任何接触，只需将探头靠近被测物体即可进行检测。
2、高精度：超声波检测技术具有较高的精度，可检测到微小的变化，并可对被测物体进行精确定位。
3、高效率：超声波检测技术在检测速度方面非常快，能够实现快速的检测和诊断。
二、超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用超声波检测技术在半导体晶片检测中的应用主要体现在以下几个方面：1、晶片的外壳检测：半导体晶片在生产过程中，通常需要进行外包装，这就需要对外包装进行检测。
超声波检测技术可以通过对外包装进行超声波探测，检测出外包装是否完好，以及是否存在裂口、孔洞等问题，从而保证晶体芯片包装过程的质量。
2、结合层检测：半导体晶片通常都是由不同的层级结合而成，如晶圆、芯片、电极等，并需要通过焊接等方式进行连接。
这就需要在生产过程中对这些连接进行检测。
超声波检测技术可以通过对芯片与电极之间的结合层进行超声波探测，来检测结合层的质量，从而保证芯片电极连接的可靠性。
3、芯片的缺陷检测：在半导体晶片生产过程中，由于种种原因，可能会出现芯片的缺陷，例如裂缝、气泡、金粒等。
这些缺陷会严重影响芯片的性能。
超声波检测技术可以通过对芯片进行超声波探测，检测出芯片内部是否存在缺陷，从而保证芯片性能的稳定。
半导体芯片常用失效分析方法
半导体芯片常用失效分析方法失效分析赵工半导体工程师 2022-10-12 09:06 发表于北京显微镜分析OM 无损检测:蔡司金相显微镜OM服务介绍：可用来进行器件外观及失效部位的表面形状，尺寸，结构，缺陷等观察。
金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。
服务范围：可供研究单位、冶金、机械制造工厂以及高等工业院校进行金属学与热处理、金属物理学、炼钢与铸造过程等金相试验研究之用服务内容：1.样品外观、形貌检测2.制备样片的金相显微分析3.各种缺陷的查找体视显微镜OM 无损检测:蔡司服务介绍：体视显微镜，亦称实体显微镜或解剖镜。
是一种具有正像立体感的目视仪器，从不同角度观察物体，使双眼引起立体感觉的双目显微镜。
对观察体无需加工制作，直接放入镜头下配合照明即可观察，成像是直立的，便于操作和解剖。
视场直径大，但观察物要求放大倍率在200倍以下。
服务范围：电子精密部件装配检修，纺织业的品质控制、文物、邮票的辅助鉴别及各种物质表面观察服务内容：1.样品外观、形貌检测2.制备样片的观察分析3.封装开帽后的检查分析4.晶体管点焊、检查X－Ray无损检测:德国依科视朗服务介绍：X-Ray是利用阴极射线管产生高能量电子与金属靶撞击，在撞击过程中，因电子突然减速，其损失的动能会以X-Ray形式放出。
而对于样品无法以外观方式观测的位置，利用X-Ray穿透不同密度物质后其光强度的变化，产生的对比效果可形成影像，即可显示出待测物的内部结构，进而可在不破坏待测物的情况下观察待测物内部有问题的区域。
服务范围：产品研发，样品试制，失效分析，过程监控和大批量产品观测服务内容：1.观测DIP、SOP、QFP、QFN、BGA、Flipchip等不同封装的半导体、电阻、电容等电子元器件以及小型PCB印刷电路板2.观测器件内部芯片大小、数量、叠die、绑线情况3.观测芯片crack、点胶不均、断线、搭线、内部气泡等封装缺陷，以及焊锡球冷焊、虚焊等焊接缺陷C-SAM（超声波扫描显微镜)，无损检测:sonix1.材料内部的晶格结构，杂质颗粒．夹杂物．沉淀物．2. 内部裂纹.3.分层缺陷.4.空洞,气泡,空隙等.I/V Curve advanced smart-1服务介绍：验证及量测半导体电子组件的电性、参数及特性。
超声波显微镜在无损检测中的应用
超声波显微镜在无损检测中的应用陈昌华马钢股份有限公司技术中心摘要介绍了三种显微镜的原理及超声波显微镜在产品检测中的应用。
声学显微镜是无损、精细、高灵敏度地分析物体内部及表层结构的新型检测设备，利用时间门电路技术可以区分和获得材料内部不同深度的尺寸为微米到百微米的结构和缺陷。
研究结果表明，超声波显微检测技术具有层间结构图像直观等特点,可用于电子工业、化工行业及钢铁工业等领域材料质量等方面的检测。
检测过程中可实时显示被测材料的A ,B 和C三种扫描图像,缺陷检测结果直观。
主题词超声波；显微镜；C-SAM；连续谱；灰度谱；深度C扫描；幅度C扫描1.前言超声波显微镜(SAM)是以现代微波声学、硬件信号处理和计算机软件为基础，可以无损、精密地观察材料内部结构三维图像(3D Image)的新型声学设备。
超声波检测具有良好的穿透性、反射性，易于穿透不透明的物体及二种声阻抗之间易形成反射波（声压反射率公式：rp=（Z2cosα-Z1cosβ）/（Z2cosα+Z1cosβ），式中：Z1-介质的声阻抗；Z2-介质的缺陷声阻抗；α-入射角；β-反射角，当超声波垂直入射时，cosα=cosβ=1；当入射波与反射波同为一种波型时，α=β，上述公式简化为：rp=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)），超声波显微反差的机理是被测材料微观声学参数或力学参数的差异与分布。
传统超声检测技术的工作频率是1～10MHz ,由于其使用频率较低,检测分辨率不高；而超声显微检测技术最常用的工作频率为10～100MHz，甚至可以达到2GHz, 检测分辨率极高。
超声波扫描显微镜的特点在于能够精确的反映出材料声波和微小的弹性介质之间的相互作用，并对从材料内部反馈声阻抗的信号进行分析，图像上（B-Scan, C-Scan）的每一个象素点对应着材料内某一特定深度的一个二维空间坐标点上的信号反馈。
一副完整的图像逐行逐列的扫描材料完成，反射回来的超声波信号调理后送出检波或射频，这样就可以用信号传输的时间反映出材料的深度，用户可通过屏幕上的数字波形展示出接收到的反馈信息（A-Scan，TOFD）。
试论半导体工艺技术中如何进行超声波的检测及应用
试论半导体工艺技术中如何进行超声波的检测及应用作者：包祯美来源：《科技风》2017年第07期摘要：半导体工艺在医院的医疗设备中的应用较为广泛，那么针对当前半导体工艺技术的发展，如何在进行超声波的检测中提升半导体的工艺技术，优化技术水平，从而为患者提升检测结果等方面具有积极的意义。
因此，本文就此进行了分析论述，并在论述中结合相关案例提出了相关对策和建议。
关键词：半导体；工艺技术；超声波超声扫描检测技术是被广泛应用于各行各业的无损检测方法之一。
该技术广泛应用于裂缝、气孔检测等缺陷，又能判定弹性模量、密度差异等特性。
对于半导体材料，可用来检测其内部多种缺陷；还可利用图像对比度确定缺陷的具体情况。
本文主要阐述超声扫描检测技术在半导体中如何应用。
一、超声扫描检测技术工作原理：脉冲发生器产生脉冲信号，触动压电传感器，压电传感器产生某频率的超声波，超声波再经过耦合介质传到样品。
不断裂的媒介是必不可少的，所以在传播过程中若遇到不同介质将会产生反射。
断断续续的界面也会干扰超声信号，甚至出现反射现象。
传感器不仅发射超声波，还接收超声波，对信号进行处理后可得到一张分辨率较高的超声波图像，该图像将展现样品层面的各点信息。
然后根据图像显示的内容确定其情况。
透射扫描属于基本的检测方式，样品上部的发射传感器发射超声波，超声波透过样品到达处于样品下侧的接收传感器，整个过程便于操作，且能迅速观察到样品的内部缺陷，但只能确定缺陷是否存在而缺陷的位置与大小无从而知。
透射扫描的结果展现的是该部件所有的投影图像。
由于超声波无法通过空隙，因此这些位置在图像上显示为黑色，很有可能出现漏检情况，一般很少使用[ 2 ]。
同样，在反射时，部分材料的声阻抗在界面处与空洞等缺陷相同，无法直接观察缺陷的情况，可对样品进行透射扫描。
反射扫描时，超声波遇到不同的阻抗界面，会产生反射现象。
对反射波进行分析，能够确定缺的尺寸及位置，有很多种检测方法，详见下图。
扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用
扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用随着半导体技术的发展，人们对于半导体器件的质量和性能要求越来越高，因此需要一些高精度的检测方法来保证其质量。
其中，扫描隧道显微镜是一种非常有效的检测方法。
本文将会探讨扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用。
一、扫描隧道显微镜的原理扫描隧道显微镜是一种基于量子效应的显微镜，可以用来观察分子、原子和表面的拓扑结构等微观结构。
其原理是利用物体表面的电荷分布对隧道电流的影响，从而得出物体表面的拓扑信息。
扫描隧道显微镜主要由扫描隧道探针、样品平台、信号采集和处理系统等组成。
扫描隧道探针具有极小的针尖和针尖下方的导电面。
在测量过程中，将探针保持在距离样品表面0.4纳米左右的位置，然后将探针沿着样品表面移动，这样就可以得到一系列的隧道电流信号。
这些信号会被放大、数字化和处理，最终得到一张图像，显示样品表面的拓扑结构。
二、扫描隧道显微镜在半导体器件中的应用半导体器件通常具有复杂的微观结构和尺寸特征，因此需要高精度的检测方法来评估其质量和性能。
扫描隧道显微镜正是一种可以提供高精度、高分辨率的器件检测方法，广泛应用于半导体器件制造和研究中。
1.器件表面检测扫描隧道显微镜可以对半导体器件表面的微观结构进行高精度的检测，包括表面形貌、表面粗糙度、表面组成等参数。
这些参数对于器件制造和性能评估非常重要，可以保证器件的质量和可靠性。
2.器件物理性能检测扫描隧道显微镜可以用于器件物理性能的检测，例如电子输运性质、磁性等。
电子输运性质是衡量器件性能的关键指标之一，而扫描隧道显微镜可以实现局部电学特性的检测，并能够用于局部失效分析和电学特性研究。
3.器件加工过程监控扫描隧道显微镜可以用于半导体器件加工过程的监控和调整。
例如，在微电子加工中，使用扫描隧道显微镜可以判断化学反应和表面形貌的变化，以便进行及时的调整和控制。
三、扫描隧道显微镜的优缺点扫描隧道显微镜作为一种高精度的检测方法，具有以下优点：1. 高精度和高分辨率扫描隧道显微镜可以提供极高的分辨率，可以达到亚纳米级，同时还可以提供非常精确的拓扑信息。
超声波检测在半导体工艺中的应用
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超声波扫描显微镜发展及应用综述
计算机测量与控制!"#"$!$%!&"!!"#$%&'()'*+%('#',&-!",&(".!!#%!#收稿日期 "#"$#'#($!修回日期 "#"$#'#)%作者简介 高!媛!%)*)"&女&山东东营人&博士&高级工程师&主要从事测试技术方向的研究%引用格式 高!媛&杨!敬&李!立&等!超声波扫描显微镜发展及应用综述'+(!计算机测量与控制&"#"$&$%!&")%)!文章编号 %'*%,()& "#"$ #&###%#)!!-./ %#!%'("' 0!1234!%%5,*'" 67!"#"$!#&!##%!!中图分类号 89,%%!*!!文献标识码 :超声波扫描显微镜发展及应用综述高!媛% 杨!敬" 李!立" 胡志臣"!%;装备发展部某中心&北京!%###$"$";北京航天测控技术有限公司&北京!%###,%"摘要 超声波扫描显微镜是一种利用超声波为传播媒介的无损检测成像设备&相对于传统的破坏性检测&超声显微镜不会对样品造成损伤$主要介绍了超声波显微镜的发展现状*关键技术现状*应用领域和未来发展方向等内容$关键技术主要包括纳秒级窄脉冲产生技术*高频信号调理技术*高频聚焦式换能器研制技术和超声<扫描成像技术$应用领域主要从材料科学检测行业*半导体测试行业*新能源行业进行了详细描述$最后&对超声波扫描显微镜的发展进行了展望$随着超声波技术的发展&声频会越来越高&超声显微镜的能力将越来越大$可以预料&它与其他尖端技术结合&将会发挥出更大*更独特的作用%关键词 超声波扫描显微镜$半导体测试$超声波$探头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引言材料内部缺陷有大有小&目前工业探伤所能发现的缺陷尺寸在(##!M左右&要想观察到更为细小的缺陷&只能通过破坏的方法做金相或者电子扫描显微镜&且仅仅能观察到特定的表面缺陷情况&无法识别出样品中整个体积内的缺陷'%"(%同时常规超声由于分辨率的原因还存在对较薄材料难于检测的缺点%超声扫描显微镜![:R&Q1?2242A?1I>Q641M41H I UQ1I7G"&又称[:8&它是一种利用超声波为传播媒介的无损检测成像设备%超声波扫描显微镜的工作模式主要为<U[1?2模式&所以称为<U[:R%超声波扫描显微镜利用高频超声换能器将脉冲超声送入工件样品&当超声波通过被测工件时&会在不同材料间对结合面产生反射以及透射&如液体与固体的结合面*固体与气体结合面*金属与塑料之间的结合面及固体材料内部缺陷!如分层*孔洞*裂纹*夹杂等"会造成较大的振幅回波%超声波换能器接收反射波转换成电信号传给计算机&计算机系统准确辨识和提取反射回波信号%经过图像化处理&可对工件内部精准扫描成像'$(%超声波扫描显微镜的硬件包括三轴运动控制平台*超声激励接收仪*数字化仪*超声波换能器!探头"及工控机等组成%超声波扫描显微镜按信号接收模式可分为反射模式和透射模式%反射式又称为脉冲回波法&即利用反射波成像&可以具体的聚焦到某一层&从而可以判断缺陷深度%脉冲回波主要包括:扫描!:U[1?2"*P扫描!P U[1?2"*<扫描!<U[1?2"%三种扫描方式如图%所示'$(%:扫描波形代表了样品上某一点深度方向上的全部回波信号&即从样品顶部道底部!投稿网址 V V V!0Q01O T3\!1I MCopyright©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#"!#的点到点波形图$通过换能器在样品某一方向移动&且在移动过程中逐点做:扫描&所最终得到的图像即为P 扫描%<扫描相当于对样品某一深度的截面进行扫描&通过该界面上的反射声波形成二维图像%从空间的扫描轨迹上看&可分别称为点扫描*线扫描和面扫描%多个:扫描可形成P 扫描&多个P 扫描可形成<扫描%层析扫描可生成任意深度的<扫描%图%!三种扫描方式示意图与射线检测相比&超声波扫描技术具有灵敏度高*适用范围广*检测成本低&检测速度快*对人体和环境无害等优点&但同时具备一定的局限性&如对缺陷的取向有要求&不易检测与声束方向平行的缺陷&对不规则的或复杂形状的试件检测有一定的困难%超声波扫描显微镜被广泛应用在物料检测!/]<"*失效分析!X :"*质量控制!]<"*质量保证及可靠性分析!]:+^K B "以及研发!^_-"等领域%可检测电子元器件*B K -*金属基板的分层*裂纹等缺陷!裂纹*分层*空洞等"%通过图像对比度判别材料内部声阻抗差异*确定缺陷形状和尺寸*确定缺陷方位%检测精度可达微米级别%=!超声波扫描显微镜国内外发展现状=>=!国外发展现状第一台声学显微镜于%)*$年研制出来&随着技术的进步&超声波扫描显微镜的频率由%#!M 提升至%(2M &频率也提升至近$9C \%目前&超声波扫描显微镜已有成熟的商业产品&但该技术被国外厂家垄断%国外生产超声波扫描显微镜的主要由德国*美国和日本的厂家垄断',(%德国公司生产的超声波扫描显微镜被广泛地应用于材料科学&半导体行业&生物学&太阳能以及晶圆键合缺陷检测等领域&给传统的精细结构观察带来了全新的方法%如单探头超声波扫描显微镜[:R ,#%%该扫描显微镜的信号采样率最大可选(9C \&超高速*线性驱动扫描平台的最大扫描速度达%(##M M +Q &!*"轴的重复精度为`#;%!M %同时&用户还可以根据工作需求选用多探头扫描的超声波扫描显微镜&可以使用多个超声探头同时对不同样品进行扫描&以提高无损检测效率%如[:R ,#,四探头超声波扫描显微镜'((%美国某公司生产的超声波扫描显微镜应用于微电子学*材料检测*电力能源*微机电系统与半导体测试等行业%如超声波扫描显微镜9G 2*%9G 2*提供了先进的硬件系统&具有极高的像素分辨率!%9像素"%!*"*#轴的精度达到#;(!M %系统的超声激励接收带宽为(##RC \&最高可以支持频率为,##RC \的超声波探头使用&有效扫描面积最大可以扫描$(#M Ma $(#M M 的试件'((%美国某公司生产的超声波扫描显微镜设备被广泛应用于各种材料的无损检测&包括半导体&汽车零件和其他先进元件%如K <C .b [8R 的超声波扫描显微镜%此设备的扫描分辨率小于%!M &在高分辨率下&扫描速度是传统超声波扫描显微镜的";(倍$专门为更高精度要求&更复杂元器件设计的新一代设备%广泛应用内在X O 471F 47Q *[6?13G S S 4G *P >M 7G SS 4G &P I 2S G SV ?J G H Q 等%该公司研制了全自动超声扫描设备K <C .c H I8R &主要用于集成电路微电子封装中细微缺陷识别的先进超声扫描显微镜%该系统支持%("$##RC \的超声波探头使用&最小能够检测薄至%#!M 的空气缺陷''(%=>?!国内发展现状国内也开展了超声显微镜的研究&取得了一定的研究成果%如从"#世纪&#年代起就有研究机构开展了超声波扫描显微镜的研究工作&先后研制出了8C [:R %U **8C U[:R U R 等一系列的超声波扫描显微镜''(%文献'*(和文献'&(设计了一款基于c </总线的超声扫描显微镜&采样速度达到"(#RC \%该系统使用<c B -芯片对回波信号进行处理&并结合计算机计算对测试数据进行存储*处理和显示&使该系统可检测#;"M M 的缺陷'*&(%文献')(开发了一台适用于微小缺陷检测的高频超声扫描显微系统&该系统的扫描范围为"&#M M a ",#M M &采样频率为(9C \&能够满足(##RC \的高频超声换能器的成像需求')(%文献'%#(搭建了一套高效率扫描超声显微成像检测系统&并提出了,回-型扫描等扫描方法&将扫描效率提高了约")d %同时提出以相位谱法增强缺陷或边缘点&提高检测效率和精度'%#(%国内也有一些生产超声波扫描显微镜镜产品等%产品主要集中在(#RC \以下的检测能力&个别产品可以达到"$#RC \&但超声激励接收设备和探头主要为国外进口产品%超声波扫描显微镜的扫描速率最大为%###M M +Q &定位精度最小达%!M %与国外相比&国内对超声波扫描显微镜的研究起步较晚且研究成果较少&许多企业和研究所在科研和生产中所使用的高频超声波扫描显微镜主要依赖于进口产品%组成的关键部件如超声激励接收仪和超声波探头&国内目前没!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期高!媛&等)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""超声波扫描显微镜发展及应用综述#$!#有可以达到国外产品水平的可替代产品%基于上述情况&国内有单位研制了国产的四探头超声波扫描显微镜:R <:R U ,#%%该产品可进行单谈头*双探头及四探头的扫描方式&机械运动平台的重复精度可达`%!M &超声激励接收仪采样分频设计的思想&激励和接收带宽覆盖了(##RC \%数据采集卡采用c </G 接口&每通道的采样频率最大为"9C \%!超声波扫描显微镜关键技术超声波扫描显微镜有三轴运动控制平台*超声激励接收仪*数字化仪*超声换能器和工控机等组成%超声波扫描显微镜商业成熟产品主要被国外公司垄断&亟需突破关键技术&实现国产化替代%关键技术主要集中于超声激励接收仪*超声波换能器和超声波扫描成像方法的研究%>=!纳秒级窄脉冲产生技术针对高频宽带的激励需求&激励方法通常为编码激励'%%%"(或脉冲激励'%$%,(%编码激励不需要高激励电压&可以在保证分辨率的情况下提高信噪比&可用于甚高频和特高频带宽范围内的激励&但编码激励信号产生和接收相对复杂且持续时间长%脉冲激励包括尖峰激励*方波激励等%为了提高信噪比&在传感器的安全工作范围内&脉冲激励电压应尽可能高&可达到电压至数百伏%脉冲激励简单*经济*高频*宽带*应用范围广'%((的优势常应用于频率较高的工作范围内使用%文献'%'(通过编码任意波形发生器再加功率放大器激励出了"##RC \超声信号&在接收后通过互相关后减少了电反射造成的干扰&但是相对而言降低了信噪比'%'(%文献'%*(利用逻辑门的竞争冒险现象使得数字逻辑器件产生窄脉冲&以此产生了脉冲宽度可调的纳秒级窄脉冲信号'%*(%文献'%&(实现了基于场效应管的低成本单极性脉冲发生器%利用分立元件构成了场效应管驱动器&并基于高速大功率金属氧化物半导体场效应管!X ?Q 6U c I V G H U R.[U X K 8"和5$(#b 的恒定直流源构成了负脉冲信号发生装置&可以产生脉冲宽度为%#"(##2Q *带宽%"'#RC \的脉冲信号'%&(%文献'%)(基于9?@半导体器件设计了单极性脉冲激励装置&将脉冲信号的上升速率提高到%##b +2Q &该设计可以用来激励中心频率为(#RC \的换能器&并实现了自激自收和一激一收两种工作方式'%)(%文献'"#(通过控制场效应管的通断控制电容的充放电状态实现了脉冲宽度为$(#2Q &峰值,##b 的负脉冲信号&并通过对放电电容*输出电阻与超声换能器之间进行匹配&实现脉冲振幅的最佳值'"#(%文献'"%(等人采用雪崩三极管!:N ?O ?21F G6H ?2Q 4Q 6I H "设计出一款输出峰值电压,##b *脉冲宽度'##7Q &重频大于"(3C \的%"级R ?H Z 电路脉冲源&利用结构紧凑的c <P 电路设计保证了输出波形的稳定性!宽带抖动小于%d "'"%(%文献'""(使用基于三极管雪崩特性的窄脉冲产生电路输出了上升时间低于%2Q 级别的脉冲&并成功应用在了煤矿井下通道超宽带通信中'""(%文献'"$(比对了单管*双管以及R ?H Z 脉冲产生电路之间的区别&并通过对三极管选型*电路c <P 以及充电电容的优化设计&抑制了电路在实际使用过程中容易发生的脉冲触发抖动现象'"$(%文献'",(提出了一种采用基极触发方法的新型基于雪崩三极管的R ?H Z 电路拓扑电路&解决高电压输出和高重复率操作之间的矛盾'",(%文献'"((等利用三极管的雪崩击穿效应产生了9C \级别的窄脉冲波形'"((%超窄脉冲产生电路大多应用在超宽带通信领域&该领域所用电压较小但带宽要求较高&上升时间甚至低于2Q 级别%目前该方式的脉冲产生电路在超声上的应用较少&需要进一步的研究%>?!高频超声信号调理技术高速数据采集技术是当前信息技术领域热门的研究方向之一&对信号的前期调理直接决定了后期所采集数据的性能&故而信号调理电路的研发则尤为重要%信号调理电路的内容主要分为增益与滤波两方面&目前国内外研究人员针对不同的应用需求&对高频信号采集系统进行了大量研究'"'(%";";%!增益放大电路的研究针对增益放大电路的研究由多种方法&但对于超声信号的放大电路&需要考虑信号的带宽%文献'"*(使用两种放大器串联的方式&对信号进行了两级放大&提高了系统对信号的适应性$同时&针对超声信号强度受很多因素影响且变化范围广的特点&使用二极管阵列对电路进行保护&能够有效防止电压及电流对系统的瞬态干扰'"*(%文献'"&(提出了一种紧凑的数控可变增益放大器!-b 9:"&该放大器具有温度补偿线性分贝增益控制和直流偏移消除!-<.<"功能&集成了温度补偿S P 线性增益控制*输出共模反馈*'位数字增益控制%该设计-b 9:的测量增益范围为%&;,S P &平均步长为#;$S P &"RC \至%;)9C \的$S P 带宽'"&(%另外&文献'")(使用:-/公司的电压控制放大芯片:-'#$)#RC \带宽下增益变化范围为5%%"$%S P 典型的增益调整精度为#;(S P '")(%";";"!滤波电路的研究滤波电路方面通常有两种设计思路&一种是无源滤波!X <&J H G L >G 21T 1I 26H I O J 4O 6G H "&另一种是有源滤波!:c X &164N G 7I V G H J 4O 6G H&"%针对超声换能器中心频率不固定的特点&信号带宽需要根据需要进行调节&程控滤波器主要有以下三种方法)第一种通过模拟开关或单位器切换电阻网络$第二种是有先用有源集成滤波芯片%最后一种是直接使用-[c 芯片!S 4A 46?O Q 4A 2?O 7H I 1G Q Q I H 1F 47"对模数换器!S 4A 46?O U 6I U ?2?O I A!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.!!计算机测量与控制!第$%""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷#,!#1I 2N G H 6G H "采集到的信号进行数字滤波再由-:<输出&速度受到所用器件的限制'$#(%文献'$%(通过低温共烧陶瓷!B 8<<"技术设计了一款低损耗高抑制双工器&实现了对单个信号进行分割输出&其内部由仅B <无源网络构成低+高通滤波器&在通带内插入损耗小于";(S P &阻带内抑制大于"$S P 的性能'$%(%文献'$"(选用最典型的有源滤波电路是巴特沃斯滤波器&增加其滤波阶数&通过仿真实现了上限截止频率%#RC \&通带增益"&S P 的六阶巴特沃斯低通滤波器'$"(%文献'$$(等通过串联二极管通断改变并联电容的值&进而改变电感之间的耦合关系从而改变其滤波效果&该方法的优势在于功率几乎不损失&可用在功率较大的应用场景中'$$(%综上所述&可变增益放大器因其方便控制的方式被广泛应用于可控增益领域内&但是超声信号因其激励幅值过大不能直接接入可控可变增益放大器内部%有关可控滤波方面依然较为薄弱&若使用无源滤波依然需要采用电子开关进行切换&在高频信号工作范围内没有稳定可靠的截止频率连续可控滤波方式&有待进一步研究%>@!高频聚焦式换能器研制技术高频聚焦式换能器!探头"是超声波扫描显微镜的关键部件%换能器的频率越高&超声波扫描显微镜的检测分辨率越高%在实际应用中&超声波换能器的性能常由于传播中的衰减而无法达到期望中的效果&如何提升超声波换能器性能将是超声波扫描显微镜发展的主要问题%高频超声波换能器在制造过程中&压电材料的选择是最关键的步骤%如何选择压电材料&从两个方面考虑%一方面是材料的制备工艺%压电材料的厚度通常在工作频率的半波长处&才能制造出性能好的换能器%当工作频率达到超高频时&压电层的厚度加工是一个大问题%因此&当选择材料时&要考虑其生长情况*加工过程&加工难度&以及是否能更好与换能器的制备工艺相适应%另外一方面是压电材料的性能%压电材料的机电耦合系数*介电常数和声阻抗等是换能器设计中关键参数'$,(%目前&常用于做高频或超高频的聚焦换能器&常用的由B 4@W .$单晶材料!铌酸锂"*E 2.薄膜材料和:B @薄膜材料'$((%";$;%!B4@W .$单晶换能器单晶具有很高的压电常数$$$和机电耦合系数%&&在高性能传感器制作方面&使其具有良好的应用前景%此外&与多晶铁电陶瓷不同&单晶是不受晶粒和孔隙度等因素的限制%B 4@W .$单晶具有较高的声速*优异的压电性能和较小的介电常数&在制造高频大孔径超声换能器方面具有优势%文献'$'(利用B 4@W .$材料研制了%##"$##RC \的高频聚焦换能器%$##RC \的换能器的压电层厚度只有)!M '$'(%文献'$*(利用B 4@W .$材料研制出了,##RC \的超声换能器&压电层厚度只有*;%!M '$*(!文献'$&(研制了中心频率为("'RC \的超声换能器&B 4@W .$材料的压电层厚度只有'!M %上述的超声换能器的频率高&波长小&可应用于生物领域检测细胞结构%但是&将B 4@W .$的厚度加工至微米级别&加工难度极大&因此&这种方法很难推广及应用%";$;"!薄膜式换能器超声波扫描显微镜系统中所用的换能器常为透镜聚焦式换能器%通常在超高频范围内&透镜是基于在蓝宝石或硅衬底上研磨或刻蚀形成球形空腔以实现聚焦效果'$),#(&并在透镜另一面溅射E 2.或:O @薄膜作为压电材料%E 2.或:O @薄膜材料是使用R K R [工艺加工的&由于这种压电薄膜材料的性能不如传统的铁电材料的压电性能&因此&在镀膜过程中需要掺杂其他材料来提高压电性能%如文献',%(和文献',"(将<H 掺杂到:O @中制作薄膜来提高其压电性能',%,"(%文献',$(使用掺杂<H 的:O @薄膜研制了,#"&#RC \的超声换能器',$(%文献',,(研制出了"##RC \的掺杂<H 的:O @薄膜超声换能器%图"为:O @薄膜超声换能器的实物图',,(%图"!:O @薄膜超声换能器文献',((研制了基于R K R [工艺的E 2.薄膜超声换能器&中心频率为"##RC \',((%文献','(研制了在硅透镜上镀E 2.薄膜材料&研制出了中心频率为$$#RC \的超声换能器&该换能器在生物学上具有很大潜力%图$为研制的E 2.薄膜换能器的实物图','(%文献',*(提出了一种削弱边缘回波的透镜结构&如图,所示%从而使边缘回波在时间轴上远离来自反射体的回波',*(%然而&E 2.材料因其在超高频范围内信号幅值过小而导致换能器性能较差%为解决这一问题&后来有学者提出了一种金属有机气相淀积及溶胶5凝胶等方法',&(&给使用透镜聚焦的超高频换能器提出一种新的解决思路%国外具有成熟的生产中心频率"##RC \以下的超声换!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第&期高!媛&等)""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""超声波扫描显微镜发展及应用综述#(!#图$!E 2.薄膜超声换能器图,!削弱边缘回波的透镜结构能器的生产工艺&"##RC \以上也可定制生产&目前已报道的国外可生产的高频超声换能器的最高频率为"9C \&可以实现对生物活体细胞的检测%以下为骨骼细胞的检测结果%图(!骨骼细胞检测结果',(国内目前成熟的技术可生产"(RC \以下的高频超声换能器%"(RC \以上的高频超声换能器&由于生产工艺的限制&未有成熟的产品&但有公司正在开展生产工艺的研究工作%>A !超声!扫描成像技术高频超声<扫描成像技术&可以获得被测试件表面以及内部在不同深度层面上的二维声学图像%常规的超声<扫描成像技术如图'所示&首先将被测试件放置于水槽中&在扫描过程中&高频超声换能器在预设的路径下进行扫查&通常采用蛇形扫方式%换能器采用反射工作模式&当超声波透过被测试件表面*遇到缺陷!如孔隙*裂纹等"时&会发生部分反射&反映在时域信号当中即为直达波*缺陷回波以及底面回波&如图*所示',)(%图'!超声波<扫描式示意图图*!超声波传播路径示意图将不同位置的回波信号的幅值或时间值作为成像的特征值&将同一深度上的特征值按照位置关系列为二维数值矩阵&即为对应深度处的<扫描成像结果',)(%在常规超声<扫描的成像基础上&也发展使用不同特征值或信号处理技术的成像方法&如8.X !64M G Q I J J O 4A F 6"成像*频域成像*相位成像等技术%超声回波信号除了时间和幅值信息外&还包括其他的特征参量&如脉冲宽度*到达时间8.X *相位等%回波的8.X 值&一般取时窗范围内绝对值最大的峰值对应的时间值%8.X 成像主要用来判断结构的深度信息&使用相对较少'(#(%提出了基于傅立叶变换的频域成像的概念&选取特定的频率来进行成像&从而提高了图像的分辨率'(%(%利用频域成像的概念&选取闸门内时域波形上数据进行X X 8变换&用当前超声换能器中心频率对应的数据成分进行成像'("(%这种方法因其计算过程复杂*数据量庞大和计算时间长等问题无法应用于实时检测成像%使用了相位成像模式&是将回波信号中对应的相位信息提取出来%此方法需要提取某一位置的信号作为参考信号&根据反射回波与参考信号相比是否发生相位反转来设置用于成像的颜色值'($(%提出了基于极值统计理论的数据处理算法&依据实验测得信号的幅值添加置信区间来确定缺陷回波的位置'(,(%提出利用基于:^模型的频谱外推方法&有效改善了时域信号的质量&且提高了成像结果的信噪比'(((%!投稿网址 V V V!0Q 01O T3\!1I M Copyright ©博看网. 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超声扫描检测技术在半导体行业中的应用
孝感 ４ ３ ２ ０ ０ ０ ） （ 湖北航 天技术研究院计量测试技术研究所
摘
要
超声扫描检测技术应用越来越广泛 ， 半导体 、 材料和生 物医学等方 面均利用 了超 声扫描技术 。论文主要对 超
声 扫 描 检 测 技 术 在 半 导 体 行 业 中 的应 用 进 行 了 简单 的介 绍 ， 同时 介 绍 了塑 封 微 电 路 的超 声 扫 描 检 测 标 准 ， 并 提 供 了 一 些 数
的超声波 ， 经由耦合介质（ 如去离子水） 传播到达样 品 。超 声 波在传 播过 程 中需 要 均匀 而 连续 的介质 ，
因此 在遇 到不 同介 质时 ， 将 发 生反 射 。空 洞 、 分层 、
裂纹 等不 连续 界 面都 会 干扰 超 声 信 号 传 播 或 导 致
超声信号发生反射 。传感器发射出超声波， 同时也 对界 面反 射 回 的超 声 波 进行 接 收 ， 经 信 号 处理 ， 最
超声 扫描 检 测 的 方 式 主要 以透 射 扫 描 和 反 射
扫 描为 主 。 透射 扫 描是一 种基 本 的检测 方式 ， 发射 和接 收
图像对 比度 可 以判别 材料 内部 声 阻抗 差 异 、 确定 缺 陷形状 和 尺寸 、 确定 缺 陷方位 ［ ２ ］ 。本文 主要讲 述 超
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｄ ｅ ｓ ｐ ｒ ｅ ａ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，ｓ ｅ ｍｉ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ，ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｅ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｌ ｌ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ
超声波清洗设备在半导体行业的应用考核试卷
B.清洗硅片
C.清洗光刻胶
D.替代光刻机
5.以下哪个因素不会影响超声波清洗效果？（）
A.超声波频率
B.清洗液温度
C.清洗时间
D.超声波发生器的功率
6.超声波清洗设备中，清洗液的温度一般控制在（）
A. 20-30℃
B. 30-40℃
C. 40-50℃
D. 50-60℃
7.以下哪种清洗剂不适用于超声波清洗设备？（）
5.清洗液的温度越高，超声波清洗效果越好。（）
6.超声波清洗设备可以用于清洗光学镜头。（）
7.在超声波清洗设备中，清洗槽的材料不会影响清洗效果。（）
8.超声波清洗设备在半导体行业的应用中，只能清洗表面的污染物。（）
9.超声波清洗设备的运行成本高于传统清洗方法。（）
10.超声波清洗设备对所有的污染物都有很好的清洗效果。（）
A.清洗速度快
B.清洁度高
C.对器件损害大
D.能耗低
2.影响超声波清洗效果的因素包括以下哪些？（）
A.超声波频率
B.清洗时间
C.清洗液温度
D.清洗槽的形状
3.以下哪些材料可以作为超声波清洗设备中的清洗槽材料？（）
A.铜
B.不锈钢
C.塑料
D.铝
4.以下哪些污染物可以通过超声波清洗设备有效去除？（）
A.硅藻土
A.半导体器件的材料
B.污染物的种类பைடு நூலகம்
C.清洗设备的型号
D.清洗工艺的要求
16.以下哪个条件不是超声波清洗设备在半导体行业应用中的优势？（）
A.高效的清洗能力
B.节能环保
C.适用于各种半导体器件
D.可以实现自动化生产
17.在超声波清洗设备中，以下哪个参数与清洗液的更换频率无关？（]
光学仪器在半导体工业中的应用研究
光学仪器在半导体工业中的应用研究随着半导体工业的快速发展，光学仪器在该领域中的应用也越来越受到重视。
在半导体工业中，光学仪器的应用涵盖了多个方面，包括制造过程的监测与控制、材料表征与分析、设备维护与检修等。
本文将探讨光学仪器在半导体工业中的应用研究，并分析其在提高生产效率、保证产品质量以及推动行业创新方面的重要作用。
首先，光学仪器在半导体制造过程中的应用不可忽视。
半导体制造是一个复杂的工艺过程，需要高度精确的控制。
光学仪器如光刻机、光学测量仪等可以用于制造过程的监测与控制。
例如，光刻机利用光学投影技术将图案投射到硅片上，用于制造微细结构。
光学测量仪可以用于测量硅片的厚度、表面粗糙度等参数，以确保制造过程的准确性和一致性。
这些光学仪器的应用可以大大提高制造过程的效率和稳定性，减少生产中的浪费和误差。
其次，光学仪器在半导体材料表征与分析中的应用也具有重要意义。
半导体材料的性能直接影响着器件的性能和质量。
因此，对半导体材料进行精确的表征和分析是非常关键的。
光学仪器如拉曼光谱仪、激光扫描共聚焦显微镜等可以用于研究材料的结构、成分和性质。
例如，拉曼光谱仪可以通过测量样品散射光的频移来分析材料的化学成分和晶格结构。
激光扫描共聚焦显微镜可以实现对材料的高分辨率成像，揭示微观结构和缺陷。
这些光学仪器的应用可以帮助研究人员深入了解材料的特性，并为材料的优化和改进提供指导。
此外，光学仪器在半导体设备维护与检修中也发挥着重要作用。
半导体设备的维护和检修对于确保设备的正常运行和延长使用寿命至关重要。
光学仪器如红外热像仪、显微镜等可以用于设备的故障诊断和维护。
红外热像仪可以通过检测设备表面的热分布来发现潜在的故障点，从而及时采取维修措施。
显微镜可以用于观察设备的微观结构和缺陷，帮助工程师找出设备故障的原因。
这些光学仪器的应用可以提高设备的可靠性和稳定性，减少设备的停机时间，提高生产效率。
综上所述，光学仪器在半导体工业中的应用研究具有重要意义。
超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用
超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用单位省市：贵州省贵阳市单位邮编：550018摘要：随着电子产业的飞速发展，大功率半导体器件在航空航天、能源转换、电动车辆、光伏发电等领域的应用越来越广泛。
大功率半导体器件的制造工艺对其性能和可靠性具有决定性的影响。
因此，为实现高质量、高效率的制造过程，提高产品可靠性和降低成本，不断探索和引入新的制造工艺技术迫在眉睫。
超声波扫描技术是一种基于声波传播原理的非破坏性测试方法，已经在多个领域得到广泛应用。
本文将对超声波扫描技术在大功率半导体制造工艺中的应用进行简单探讨。
关键词：超声波扫描技术；大功率半导体；制造工艺；应用1.超声波扫描技术简介超声波扫描技术是一种基于声波传播原理的非破坏性测试方法，它通过产生和接收高频声波，对材料表面或内部进行无损检测和分析，具有精度高、速度快、操作方便等优点。
超声波扫描技术的基本原理是：通过发射探头向被测物体发射一定频率范围的超声波，然后由接收探头接收从物体内部反射回来的超声波，通过对反射波的分析和处理，得到被测物体的内部结构和缺陷等信息。
超声波扫描技术被广泛应用于多个领域，如航空航天、能源转换、电动车辆、光伏发电等。
在这些领域中，超声波扫描技术可以对大功率半导体器件的制造工艺进行检测和分析，包括芯片缺陷、晶圆翘曲、划痕、沾污等。
通过对这些缺陷和问题的检测和分析，可以有效地提高大功率半导体器件的制造质量和可靠性，同时降低生产成本。
2.超声波扫描技术在半导体制造工艺中的应用优势2.1非破坏性检测超声波扫描技术是一种非破坏性检测方法，不会对被测物体造成损伤。
这使得超声波扫描技术在半导体制造工艺中具有很高的应用价值，可以有效地提高产品的可靠性和降低成本。
2.2高精度和高效率超声波扫描技术具有高精度和高效率的优点。
通过对反射波的分析和处理，可以得到被测物体的内部结构和缺陷信息，同时可以在短时间内对大量产品进行检测和分析，提高了生产效率。
超声扫描检测技术在半导体封装中的实践探讨
脉冲信号，激励压电传感器产生频率一定的超声波，经去耦合介质向样品传播。
在传播过程中，超声波会经过连续均匀介质，而一旦遭遇不同介质，会引发反射现象，通过这样的方式来发现分层、裂纹等缺陷。
反射的超声波会被传感器接收并进行相应的信号处理，自动生成高分辨率超声波图像，检测人员可以结合图像来对检测对象进行分析和判断[1]。
超声波检测作为一种无损检测技术，具有适用性强、穿透力强、定位准确、灵敏度高、成本低廉等非常显著的优势。
2 超声扫描检测技术的应用方式2.1 透射扫描透射扫描中，用于发射和接收超声波的传感器分别位于被检测样品的上下两侧，检测方式与X 射线检测类似，能够迅速找出样品中存在的缺陷，操作简单，不过无法明确缺陷的具体位置和尺寸。
透射扫描会使得超声波透过整个样品，因此能够得到样品的全部投影图像，而从超声波无法通过空气隙的特点分析，一旦出现信号阻断，呈现在投影图像上会是一片漆黑，可能漏判部分缺陷[2]。
2.2 反射扫描反射扫描中，一旦发射出的超声波遭遇阻抗不同的截面，会产生反射，被传感器接收，通过对反射超声波的分析，能够准确判定缺陷的位置和尺寸。
在实际操作环节，反射扫描存在三种不同的扫描方式，一是A 扫描，采用单点扫描模式，能够为图像的创建和解释奠定基础，在检测波形的同时，也可以将反射波相位、大小等在示波器上显示出来，方便进行缺陷判断。
A 扫描是最为精确的检测方式，不过仅仅只能针对单个点，无法完成平面分析，一般被用于检测结果确认；二是B 扫描，采用纵向截面模式，能够对确定[3]；三是C 扫描，包含扫描平面内所有点的相位和振幅信息，可以对分层、空洞和裂纹等缺陷进行检测，是反射扫描中最为常用的检测方式，配合A 扫描，能够准确实现缺陷判断。
3 超声扫描检测技术在半导体封装中的实践这里以塑封微电路为例，对超声扫描检测技术在半导体封装中的应用进行简单分析。
塑封微电路本身的特殊性导致其无论是在前期注塑成型阶段还是后期贮存以及使用环节，都很容易产生内部缺陷，因此《军用电子元器件破坏性物理分析方法》（GJB 4027A-2006）中明确提出，在对塑封微电路DPA 进行试验的过程中，需要运用超声扫描检测。
浅析半导体工艺中超声波检测应用
浅析半导体工艺中超声波检测应用发表时间：2019-07-24T14:17:21.563Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：杨波[导读] 摘要：本文根据相关的实践经验和相关数据的搜集和整理，对实际的案例进行了相关的分析和探讨。
（中国振华集团永光电子有限公司贵州省贵阳市 550018）摘要：本文根据相关的实践经验和相关数据的搜集和整理，对实际的案例进行了相关的分析和探讨。
超声波检测在实际的应用中越来越广泛，半导体工艺在其中发挥着至关重要的作用，二者之间相辅相成、缺一不可。
本文根据实际的操作和试验对半导体进行了全方位的研究，通过分析得出了半导体在超声波检测中的实际应用和其具有的功效。
关键词：半导体工艺；超声波检测；实际应用；分析和探索半导体工艺的制作过程是复杂的，这样的特点也就造成了其内部电子元件在制作中会出现一定的缺陷和问题，针对这样的现状，只能利用超声波扫描对封装体进行相关的检测，一般情况下对半导体检测的方法为回声检测法。
回声检测法能直接检测出封装体内部的多种缺陷，如：裂纹、夹杂物、分层、空隙和附着物等。
通过超声波的检测能在图像中对比材料内部的声阻抗差异，也能及时确定材料内部的缺陷，对缺陷和问题第一时间调整方案，制定相关的补救措施。
1 超声波扫描检测技术超声波检测的实际工作原理是超声波在传播过程中需要同介质，一旦介质不同超声波就无法进行传递，会发生反射的现象。
所以在检测半导体封装体的时候就会因为介质的不同，产生干扰信号，超声波就会发生反射的现象。
在经过一系列的处理之后，就会得到一张高清的超声波图像，在图像中能直观地看到图像内的信息，通过图像能对需要改进的区域做出改动。
超声波扫描的方式分为两种，一种是透射扫描，一种是反射扫描。
1.1透射扫描透射扫描在超声波扫描中属于最基本的扫描检测的方式。
透射扫描有自身的优势，也有自身的不足之处，在实际的应用中超声波检测能最直观的发现半导体中的问题所在，但是因为其缺陷，导致在扫描中无法直接对出现问题的部位继续检测，只能确定半导体是否存在问题。
扫描电子声显微镜在半导体材料分析中的应用
扫描电子声显微镜在半导体材料分析中的应用
张冰阳;江福明;惠森兴;杨阳;姚烈;殷庆瑞
【期刊名称】《半导体学报：英文版》
【年(卷),期】1996(17)9
【摘要】本文利用国际上近几年发展起来的一种新型显微成像工具──扫描电子声显微镜（ＳＥＡＭ－ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＡｃｏｕｓｔｉｃＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）对几种类型的半导体材料进行了电子声成像观察与研究．文中简述了扫描电子声显微镜的电子声成像机理和其工作原理．从获得的电子声图像上，反映出扫描电子声显微成像技术在对半导体材料的亚表面缺陷和掺杂分布方面有着直接观察与显示的能力．同时与相应位置所获得的二次电子像进行了比较，显示出了电子声显微成像技术的独特之处和潜在的应用价值．
【总页数】5页(P659-663)
【关键词】扫描;电子声显微镜;半导体材料;显微镜
【作者】张冰阳;江福明;惠森兴;杨阳;姚烈;殷庆瑞
【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能材料实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TN304
【相关文献】
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5.扫描电子显微镜在非金属材料分析中的应用 [J], 王蕾;张静;靖丽丽
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明亮的和暗的区域在中间的A-scan窗 口中可见清晰的看到反射波形有一个 180°的相位反转。这主要是由于材料 的声阻抗不同引起的（高的声阻抗材 料到低的声阻抗材料会引起相位反转， 如由Mold Compuond材料到一个空气 层就会发生相位反转）。
使用相位检测功能，可以使用特 殊的逻辑计算法则来自动的标识 出分层缺陷。如上图中，分层缺 陷用红色标识。
样品一 Die上表面，在 图中明亮的区 域表示分层缺 陷（图中的红 色箭头所指） 样品二
分层缺陷位 置被红色标 识出来
科视达
封装Die top分层示例（二）
样品三 Die top 局部区域放大图像
明亮的区域指示出分层缺陷（有很强的超声波反射信号），暗的区域是比较好的结合区域。
科视达
封装Die top分层示例（二）
科视达
IC 研究
分层
使用相位检测功能，上图中的红色区域 表示有分层缺陷
科视达
连接线的分层
Bonding线 相位检测图像
图像尺寸：20.3 mm ×15.7 mm 在左图中，明亮区域指示出分层缺陷。 在右侧的使用相位检测功能得到的图像中，这些分 层缺陷自动用红色标识出。
A-Scan窗口
科视达
X-Scan扫描方式对样品不同层面的观察
科视达
印制后Wafer上的分层缺陷（二）
分层缺陷
分层缺陷
无缺陷结构
分层缺陷
• 检测到的细小分层主要是位于Die下面 的分层 • 扫描面积: 123mm × 105 mm
分层缺陷
分层缺陷
科视达
Mold Compound
封装塑封材料的检测
科视达
封装材料中的裂纹（一）
裂纹
• 使用超声波显微镜可以检测到
检测半导体材料内部多种缺陷
Defects 缺陷 — Cracks 裂纹 — Delaminations 分层 — Inclusion 夹杂物 — Die Attach 附着物 — Voids 空隙
Contrast causing properties 通过图象对比度可以判别 — Differences in the acoustic impedances (reflection of the ultrasonic beam) 材料内部声阻抗差异（通过反射波幅度） — Defect shape and size 确定缺陷形状和尺寸 — Defect orientation 确定缺陷方位
3com_3b.bmp
3com_g2.b mp
X-Scan扫描模式可以一次同时扫描样品的不同层面，从而可以完整地观测到 样品内部缺陷，如分层缺陷在不同层面上的分布情况
科视达
器件内部不同层面的超声波图象
Connecting wires
连接线
科视达
Flip Chip
倒装焊芯片的检测
Package Type：
检查的失效类型： Non-Bonded wafers Micro-cracks Bump integrity Contamination (excess flux) Delaminations
科视达
Wafer涂层上的分层缺陷（一）
第一层 (110ns深度) 第二层 (330ns深度) 第三层 (550ns深度)
引线框的检测示例（二）
分层
分层 分层
分层导致了很强的超声波反射，在上面的C-Scan图像中明亮 的区域表示分层缺陷（用红色箭头标识）
科视达
Plastic Encapsulated Integrated Circuits 塑封集成电路
Package Type： PLCC, PQFP, SOIC, TQFP, TSOP, PAKs 检查的失效类型： Non-bonded interfaces Die tilt or cupping or carcks Porous die attach Delaminations Lack or insufficient die attach Molding compound voids Package cracks (Popcorning) Lead frame delamination Encapsulant material characterization
科视达
封装材料中的孔洞（二）
Mold compound
扫描尺寸： 16.4mm ×12.7 mm 箭头指向的亮的区域 是孔洞，孔洞是清晰 可见的。
孔洞导致一个更强的超声波反 射信号，在上面的C-Scan中明 亮的区域(某些样品中用红色的 圆圈来表示)
科视达
Die top
粘晶层表面检测
科视达
封装Die top分层示例（一）
Flip Chip Underfill
Flip Chip Interconnect Bonded Wafer Bonded Wafer
100-230 MHz
230-400 MHz 100-230 MHz 230-400 MHz
科视达
半导体领域检测器件的检查项目图例(一)
科视达
半导体领域检测器件的检查项目图例(二)
科视达
半导体领域常见检测项目使用的换能器频率范围
样品应用
T/X Receiver PLCC, QFP, PQFP Hybrids, Power Pak BGA Capacitors TSOP
换能器
10 MHz 15-50 MHz 15-50 MHz 50-100 MHz 75-100 MHz 75-100 MHz
样品分层缺陷的位置
Sample2a_50ksi.bmp
科视达
Wafer涂层上的分层缺陷（二）
着色功能可增加对比度
样品一 分层缺陷
分层缺陷
样品二
科视达
印制后Wafer上的分层缺陷（一）
所选区域的放大图象
• 单个晶圆的分层 • 在Wafer边缘上有大面积的分层缺陷(用绿色 箭头表示) • 在晶片中间单个晶圆的分层缺陷（用蓝色箭 头表示） • 在无分层晶圆上可以清晰地看到接触 点
用普通光学显微镜所检测不到 的封装材料内部裂纹
• 封装器件内部结构可以被清晰
地看到
科视达
封装材料中的裂纹（二）
裂纹
分层
填充物(mold compound)中的裂纹和分层能用超声波扫描显微镜检测出来
科视达
封装材料中的孔洞（一）
Mold compound中的孔洞 着色后的孔洞
填充物(mold compound)呈现粒状结构。左图中亮的区域是填充物(mold compound)中的孔洞，在 右上角呈现出比较有规律的线性分布。在右图中，孔洞可以用特殊的运算标识成彩色(如右图中的红 色)。
数据门限设置在不同深度的三层。在每层中用箭头标示的白色 亮的区域是分层缺陷。 右下角的图片是第三层的局域部分放大的精细图像。 扫描尺寸：123mm × 105 mm
科视达
Wafer涂层上的分层缺陷（二）
C-Scan图象
由于分层位置声阻抗的差别，超声 波将会在分层界面处反射，因此超 声波扫描图象中白色区域表示分层 缺陷的存在
科视达
压焊点的压焊质量分析（三）
使用伪着色和3D图像处理，可以更加清 晰的看到Bond界面的分层缺陷，图中用 红色表示分层缺陷
科视达
滤波功能增强图像对比度ຫໍສະໝຸດ 一）明亮区域为分层缺陷采用不同的滤波功能可以提高判别分层缺陷或其他结构的图象的对比度
科视达
滤波功能增强图像对比度（二）
明亮区域为分层缺陷
采用不同的滤波功能可以提高判别分层缺陷或其他结构的图象的对比度
科视达
封装Die top分层示例（三）
五个结构现同的样品 三个结构现同的IC
分层
三个结构现同的IC
分层导致了非常强的超声波反射，在上面的C-Scan图像中明亮的区域表示分层缺陷（用 红色箭头指出）。
科视达
封装Die top分层示例（四）
无分层缺陷样品
在边界上的分层缺陷
在分层位置将会有反射波，因此对应 在图象上会显示出比较亮的区域 在顶部的分层缺陷
科视达
压焊点的压焊质量分析（一）
放大的图象
Hkgut1.bmp
压焊点的情况可以通过超声波反射波来检测。 ◎ 左图中有缺陷的压焊点用绿色圆圈标识出来。 ◎ 右侧的图像局部放大并着色后，可以看到压焊点的更精细的结构。
科视达
压焊点的压焊质量分析（二）
分层缺陷区域可 以被自动标识出 来（图中蓝色所 标识的区域）
高通滤波图像
裂纹
sampleB_x2_pt80_back_mag_hpf.bmp
下图是使用相位检测图像
在使用相位检测得到的图像中，分层是用红色标 识的。一些裂纹也能被观察到（图中用红色箭头 标识）。在上面的高通滤波图像中，一些更精细 的结构能被观察到（如裂纹是清晰可见的）。
裂纹
图像尺寸：10.9 mm × 10.6 mm
Scanning Acoustic Microscopy 超声波扫描显微镜
Present by Dr. Ing. Klaus Krämer
Krämer Scientific Instruments
科视达
Application examples for semiconductors
在半导体领域的应用举例
科视达
封装Die top分层示例（五）
在Die top界面上，分层缺陷是上图 中显示的比较亮的区域（红色圆圈指 出的部分）
在Die top界面下，分层缺陷（箭头标 出）在上图中显示的比较暗的区域， 是由于超声波在分层缺陷界面上所留 下的底纹（阴影）
科视达
封装Die top分层示例（六）
用伪着色和伪3D处理得到的图像，使得有缺陷的结构得到更强的对比效果