超声波扫描显微镜在失效分析中的应用

超声波扫描显微镜介绍

超声波扫描显微镜是一种利用超声波作为传播媒介的无损检测设备，在工作中采用反射或者透射等扫描方式来检查元器件、材料、晶圆等样品内部的分层、空洞、裂缝等缺陷。作为无损检测分析中的一种，它可以实现在不破坏物料电气能和保持结构完整性的前提下对物料进行检测。被广泛的应用在物料检测（IQC）、失效分析（FA）、破坏性物理分析（DPA）、可靠性分析、元器件二次筛选、质量控制(QC)、质量保证及可靠性(QA/REL)、研发(R&D)等领域。

定义及原理

超声波在介质中传播时，若遇到不同密度或弹性系数的物质，会产生反射回波，而此种反射回波强度会因材料密度不同而有所差异，扫描声学显微镜利用此特性来检出材料内部的缺陷并依所接收的信号变化将之成图像，超声换能器能发出一定频率的超声波，经过声学透镜聚焦，由耦合介质传到样品上。超声换能器由电子开关控制，使其在发射方式和接收方式之间交替变换。超声脉冲透射进入样品内部并被样品内的某个界面反射形成回波，其往返的时间由界面到换能器的距离决定，回波由示波器显示，其显示的波形是样品不同界面的反射强度与时间（或距离）的关系。通过控制时间窗口的时间，采集某一特定界面的回波而排除其它回波，超声换能器在样品上方以二维方式作机械扫描，通过改变换能器的水平位置，在平面上以接卸扫描的方式产生一幅反射声波随反射平面分布的图像。

超声波显微镜的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）

实际应用

失效分析是扫描显微镜最常见的应用，其中晶圆面处分析缺陷，这是扫描显微镜的主要任务，随着超声波设备融入的技术含量逐渐升高，在开裂检测中也有所应用，除此以外，各种可能的孔洞都可以使用超声波扫描显微镜进行失效分析，分析的权威性强，而且性价比高的扫描显微镜有两种工作模式，比如透射模式以及、反射工作模式，使工作更加灵活，也让用户在进行失效分析时更加简单。

应用领域

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。

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