高频超声波扫描显微镜

一、   概述

   FireEye-8 超声扫描显微镜主要利用高频的超声波(5MHz 以上)检测材料、晶圆或半导体封装 器件内部的缺陷位置、大小和分布状态等，对粘接层面非常敏感，能够检测出气孔、裂纹、夹 杂和分层等缺陷，以波形、图形为显示方式的一种无损检测工具，可以保留在破坏性检测中被 丢失的细微缺陷，样品通过检测后可以继续使用；可通过对材料密度的分布检测，从而推导出 应力场、裂纹变化趋势等材料的力学性能，在判别材料密度差异、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，主要用于对微电子，航空航天领域的器件、组件和材料 进行检测，实现失效分析、可靠性分析、过程控制、品质控制、产品研发、工艺提升等。

     图 1 火眼 FireEye-8 超声扫描显微镜

二、   技术特点

●   扫描轴采用线性电机闭环控制，高速静音，定位精度高，能实现快速精确扫描，另外 其扫描范围高达 400mm x 400mm，不仅适用单个器件的快速扫描分析，也可放置批量 器件同步扫描，配合自动缺陷识别功能，可快速筛选出不合格品。

     图 2  扫描轴电机

●   分离式超声波发射接收系统，配备信号高、低频前置放大装置，高、低通滤波器，保 证信号质量，所有参数均可通过计算机软件进行设置，超声系统信号线进行良好屏蔽， 可屏蔽内外部噪音，信噪比高。

       图 3  超声系统

●   采用的高速 A/D 数据采集卡支持双通道内存结构，板载缓存大，支持数据采集和处理 同步进行，极大提高了扫描效率，采样频率高达 1GSample/s，确保数据准确还原。

        图 4  高速 AD 采集卡

●  支持的超声探头频率高，最高可达 300MHz，其图像分辨率可达几微米，另外由于其 超声系统带宽范围广：5-300MHz，适配的探头频率范围大：5-300MHz，可根据器件种 类灵活选用合适的超声探头，取得*的检测效果。

        图 5  超声探头

●  检测模式丰富：A、B、C 扫描、体扫描、多层扫描、逐层扫描、离线分析、JEDEC 托盘 扫描，3D 成像等，可用图像的方式显示被测件内部缺陷的位置、形状和大小，在此基 础上，通过不同模式组合使用，从不同

图 6  检测模式

        ●   系统配置有水路循环自净过滤系统，具备微米级水路循环过滤系统，保持水的清洁。

        ●   系统具有安全门开关、限位保护和急停断电功能，保护人身安全。

三、   设备主要性能指标

●   X/Y 检测范围：400mm×400mm；

●   Z 方向聚焦行程：100mm；

●   最大扫描速度：1000mm/s；

●   扫描轴最高分辨率：0.5μm；

●   重复精度：±1μm；

●   脉冲发射、接收器最高接收带宽：5-300MHz；

●   换能器适配范围：5-300MHz；

●  高速数据采集卡（A/D 卡）采样频率：1GSample/s；

四、   安装条件

●   设备主机尺寸：890mm（宽）* 1000mm（深）* 1300mm（高）；

●   电力供应：～220V±22V，50Hz；

●  水源：设备需要去离子水，定期更换；

●   净化间：建议 100000 级以上；

●  环境温度：15℃ - 35℃；

五、   主要软件功能

             ● 扫描模式：A 扫描、B 扫描、C 扫描、轮廓扫描，多层扫描，相位扫描，逐层扫描， 块扫描模式，托盘扫

                   描，   离线分析，3D 扫描，透射扫描（选配）等；

●  扫描过程中 A 波形实时显示，方便实时调整数据门；

●   通过软件设置扫描轨迹参数,B、C       扫描的起始位置可在扫描范围内任意设置；

●  系统具有开机自检、故障诊断和故障报警指示功能;

●  多层扫描模式支持高达 100 层同时扫描；

●  高扫描图像分辨率可达 10000 * 10000；

●   前表面跟随功能，在器件稍有不平整的情况下能正常完成扫描；

●   正、负、全峰值图像、相位图像、TOF     图像实时切换；

●   信号增益等参数均可在扫描过程中更改，实时生效；

●   自动储存设置参数，支持提取扫描结果的参数设置，方便二次扫描，减少后期相 同器件的参数设置时间，  

    提升工作效率；

●  通过相位扫描，可实现缺陷自动判别，缺陷尺寸和面积统计，自动计算缺陷占测 量面积的百分比，可对分  

     层缺陷进行实时着色；

●   支持超过多个检测结果图像同时显示，并能重新进行分析处理；

●   系统可对材料声阻抗、声速进行测量;

●   支持扫描结果进行长度测量，可实现样品厚度测量；

●   支持对扫描结果进行文字注释功能；

●   支持扫描图像实时缩放功能，方便观测；

●   强大的图像处理软件包：图像的缩放、拖动、测量注释、图像的中值滤波，均值 滤波，反色处理，浮雕处  

    理，增强对比度、增强、伪彩色等处理功能；

● 扫描结果可保存为：bmp、jpg 图像，也可保存为带扫描参数的 csam 文件；

●  强大的自动出报告功能，支持一键扫描结果和 A 波形保存，方便检测人员后期制 作检测报告。

六、应用领域

       ●   半导体器件及封装

塑封 IC、FipChip、芯片级封装 CSP、BGA（金属、塑封）、Molded Underfill (MUF)、混合多 芯片模组（MCM）、堆叠芯片成像（SDI）、分立器件、IGBT 等大功率半导体器件等；

       ●   晶圆

键合晶圆、MEMS、LED、BSI Sensors、 TSV 等；

   ●   其他微电子 多层陶瓷电容（MLCC）、陶瓷封装管壳、半导体电子制冷器、航空航天组件等；

   ●   材料检测 金刚石复合片、陶瓷、玻璃、金属、焊接件等；

七、   应用案例

      1、 塑封IC

     2、PBGA

       3、FlipChip

  4、大功率整流器件55

      5、晶闸管和IGBT

   6、半导体制冷器

 7、陶瓷电容

       8、封装管壳

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