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、晶圓或半導體封裝 器件內部的缺陷位置、大小和分布狀態等，對粘接層面非常敏感，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 丟失的細微缺陷，樣品通過檢測后可以繼續使用；可通過對材料密度的分布檢測，從而推導出 應力場、裂紋變化趨勢等材料的力學性能，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，主要用于對微電子，航空航天領域的器件、組件和材料 進行檢測，實現失效分析、可靠性分析、過程控制、品質控制、產品研發、工藝提升等。

     圖 1 火眼 FireEye-8 超聲掃描顯微鏡

二、   技術特點

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

     圖 2  掃描軸電機

●   分離式超聲波發射接收系統，配備信號高、低頻前置放大裝置，高、低通濾波器，保 證信號質量，所有參數均可通過計算機軟件進行設置，超聲系統信號線進行良好屏蔽， 可屏蔽內外部噪音，信噪比高。

       圖 3  超聲系統

●   采用的高速 A/D 數據采集卡支持雙通道內存結構，板載緩存大，支持數據采集和處理 同步進行，極大提高了掃描效率，采樣頻率高達 1GSample/s，確保數據準確還原。

        圖 4  高速 AD 采集卡

●  支持的超聲探頭頻率高，最高可達 300MHz，其圖像分辨率可達幾微米，另外由于其 超聲系統帶寬范圍廣：5-300MHz，適配的探頭頻率范圍大：5-300MHz，可根據器件種 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部缺陷的位置、形狀和大小，在此基 礎上，通過不同模式組合使用，從不同

圖 6  檢測模式

        ●   系統配置有水路循環自凈過濾系統，具備微米級水路循環過濾系統，保持水的清潔。

        ●   系統具有安全門開關、限位保護和急停斷電功能，保護人身安全。

三、   設備主要性能指標

●   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；

●   重復精度：±1μm；

●   脈沖發射、接收器最高接收帶寬：5-300MHz；

●   換能器適配范圍：5-300MHz；

●  高速數據采集卡（A/D 卡）采樣頻率：1GSample/s；

四、   安裝條件

●   設備主機尺寸：890mm（寬） 1000mm（深） 1300mm（高）；

●   電力供應：～220V±22V，50Hz；

●  水源：設備需要去離子水，定期更換；

●   凈化間：建議 100000 級以上；

●  環境溫度：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 波形實時顯示，方便實時調整數據門；

●   通過軟件設置掃描軌跡參數,B、C       掃描的起始位置可在掃描范圍內任意設置；

●  系統具有開機自檢、故障診斷和故障報警指示功能;

●  多層掃描模式支持高達 100 層同時掃描；

●  高掃描圖像分辨率可達 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、全峰值圖像、相位圖像、TOF     圖像實時切換；

●   信號增益等參數均可在掃描過程中更改，實時生效；

●   自動儲存設置參數，支持提取掃描結果的參數設置，方便二次掃描，減少后期相 同器件的參數設置時間，  

    提升工作效率；

●  通過相位掃描，可實現缺陷自動判別，缺陷尺寸和面積統計，自動計算缺陷占測 量面積的百分比，可對分  

     層缺陷進行實時著色；

●   支持超過多個檢測結果圖像同時顯示，并能重新進行分析處理；

●   系統可對材料聲阻抗、聲速進行測量;

●   支持掃描結果進行長度測量，可實現樣品厚度測量；

●   支持對掃描結果進行文字注釋功能；

●   支持掃描圖像實時縮放功能，方便觀測；

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

    理，增強對比度、增強、偽彩色等處理功能；

● 掃描結果可保存為：bmp、jpg 圖像，也可保存為帶掃描參數的 csam 文件；

●  強大的自動出報告功能，支持一鍵掃描結果和 A 波形保存，方便檢測人員后期制 作檢測報告。

六、應用領域

       ●   半導體器件及封裝

塑封 IC、FipChip、芯片級封裝 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、半導體電子制冷器、航空航天組件等；

   ●   材料檢測 金剛石復合片、陶瓷、玻璃、金屬、焊接件等；

七、   應用案例

      1、 塑封IC

     2、PBGA

       3、FlipChip

  4、大功率整流器件55

      5、晶閘管和IGBT

   6、半導體制冷器

 7、陶瓷電容

       8、封裝管殼

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