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超聲波掃描顯微鏡在失效分析中的應用

超聲波掃描顯微鏡介紹

超聲波掃描顯微鏡是一種利用超聲波作為傳播媒介的無損檢測設備，在工作中采用反射或者透射等掃描方式來檢查元器件、材料、晶圓等樣品內部的分層、空洞、裂縫等缺陷。作為無損檢測分析中的一種，它可以實現在不破壞物料電氣能和保持結構完整性的前提下對物料進行檢測。被廣泛的應用在物料檢測（IQC）、失效分析（FA）、破壞性物理分析（DPA）、可靠性分析、元器件二次篩選、質量控制(QC)、質量保證及可靠性(QA/REL)、研發(R&D)等領域。

定義及原理

超聲波在介質中傳播時，若遇到不同密度或彈性系數的物質，會產生反射回波，而此種反射回波強度會因材料密度不同而有所差異，掃描聲學顯微鏡利用此特性來檢出材料內部的缺陷并依所接收的信號變化將之成圖像，超聲換能器能發出一定頻率的超聲波，經過聲學透鏡聚焦，由耦合介質傳到樣品上。超聲換能器由電子開關控制，使其在發射方式和接收方式之間交替變換。超聲脈沖透射進入樣品內部并被樣品內的某個界面反射形成回波，其往返的時間由界面到換能器的距離決定，回波由示波器顯示，其顯示的波形是樣品不同界面的反射強度與時間（或距離）的關系。通過控制時間窗口的時間，采集某一特定界面的回波而排除其它回波，超聲換能器在樣品上方以二維方式作機械掃描，通過改變換能器的水平位置，在平面上以接卸掃描的方式產生一幅反射聲波隨反射平面分布的圖像。

超聲波顯微鏡的在失效分析中的優勢：

非破壞性、無損檢測材料或IC芯片內部結構

可分層掃描、多層掃描

實施、直觀的圖像及分析

缺陷的測量及缺陷面積和數量統計

可顯示材料內部的三維圖像

對人體是沒有傷害的

可檢測各種缺陷（裂紋、分層、夾雜物、附著物、空洞、孔洞等）

實際應用

失效分析是掃描顯微鏡最常見的應用，其中晶圓面處分析缺陷，這是掃描顯微鏡的主要任務，隨著超聲波設備融入的技術含量逐漸升高，在開裂檢測中也有所應用，除此以外，各種可能的孔洞都可以使用超聲波掃描顯微鏡進行失效分析，分析的權威性強，而且性價比高的掃描顯微鏡有兩種工作模式，比如透射模式以及、反射工作模式，使工作更加靈活，也讓用戶在進行失效分析時更加簡單。

應用領域

半導體晶圓片、封裝器件、大功率器件IGBT、紅外器件、光電傳感器件、SMT貼片器件、MEMS等；

材料行業：復合材料、鍍膜、電鍍、注塑、合金、超導材料、陶瓷、金屬焊接、摩擦界面等；

生物醫學：活體細胞動態研究、骨骼、血管的研究等。

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