超聲無(wú)損檢測(cè)在集成電路中的應(yīng)用

董榮耀

摘要：集成電路芯片已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，但是制造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷會(huì)直接影響集成電芯片的壽命和可靠性。傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，存在耗時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，誤檢率高等缺點(diǎn)，已無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)的需求。而機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)通過(guò)機(jī)器視覺(jué)的方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析處理，只能檢測(cè)出產(chǎn)品表面的裂痕和破損等[1]。超聲無(wú)損檢測(cè)卻能探測(cè)材料內(nèi)部如裂紋、夾渣、氣泡等這些內(nèi)部和表面缺陷，并探測(cè)出它們的大小、形狀和分布情況，以及測(cè)定材料的性質(zhì)。超聲波在媒質(zhì)中傳播會(huì)產(chǎn)生衰減、反射、聲阻抗等，而超聲檢測(cè)技術(shù)就是利用超聲波在媒質(zhì)中的這些傳播特性對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行濃度、密度、強(qiáng)度、硬度、溫度和缺陷等這些非聲學(xué)量的測(cè)定。超聲波因其波長(zhǎng)短、分辨率高，所以能探測(cè)到0.02毫米以下的內(nèi)部缺陷。

關(guān)鍵詞：超聲檢測(cè)；信號(hào)處理；集成電路；無(wú)損檢測(cè)；

引言：

隨著國(guó)家的發(fā)展，我國(guó)的高新技術(shù)也日新月異，材料成本越來(lái)越高。尤其是集成電路的生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，因此無(wú)損檢測(cè)顯得尤為重要。這里介紹了一種無(wú)損傷技術(shù)，用于集成電路的生產(chǎn)和工作等。大大提高了集成電路的成品率與優(yōu)質(zhì)率，對(duì)國(guó)民生產(chǎn)和大國(guó)崛起有著重要作用。

一、超聲無(wú)損檢測(cè)概述

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它具有方向性好、穿透力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，并能引起空化作用，在未來(lái)的21世紀(jì)，隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)成本的提高，無(wú)損檢測(cè)會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用前景，探索研究超聲波技術(shù)及其應(yīng)用必將成為是下世紀(jì)的熱門(mén)課題。超聲波在媒質(zhì)中傳播會(huì)產(chǎn)生衰減、反射、聲阻抗等，而超聲檢測(cè)技術(shù)就是利用超聲波在媒質(zhì)中的這些傳播特性對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行濃度、密度、強(qiáng)度、硬度、溫度和缺陷等這些非聲學(xué)量的測(cè)定。超聲波因其波長(zhǎng)短、分辨率高，所以能探測(cè)到0.02毫米以下的內(nèi)部缺陷，材料內(nèi)部缺陷的聲學(xué)性質(zhì)對(duì)超聲波的傳播具有一定的影響，而超聲檢測(cè)就是利用者一點(diǎn)，在不破壞原材料或元件的前提下，探測(cè)材料內(nèi)部如裂紋、夾渣、氣泡等這些內(nèi)部和表面缺陷，并探測(cè)出它們 的大小、形狀和分布情況，以及測(cè)定材料的性質(zhì)。超聲波檢測(cè)所用到的設(shè)備 比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用條件和安全性能也很好。

二、超聲檢測(cè)的適用范圍

超聲檢測(cè)的適用范圍很廣，從制造工藝來(lái)看，被檢測(cè)的對(duì)象可能是鑄件、 鍛件、焊接件等等，也有可能是膠結(jié)件、復(fù)合材料構(gòu)件中的任一種；被檢測(cè)的構(gòu)件形狀也是多種多樣的，無(wú)論是板材、管材還是棒材，均可被用于超聲波檢測(cè)[2]，超聲檢測(cè)即可用于非金屬材料，也可用于金屬材料，被檢對(duì)象的厚度也可從幾米大得厚度小至大片1毫米左右。

三、超聲檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)與局限性

與其他無(wú)損檢測(cè)方法相比，超聲檢測(cè)方法的主要優(yōu)點(diǎn)有：

1.靈敏度高，對(duì)于材料內(nèi)部尺寸很小的缺陷也能檢測(cè)。

2.超聲波有很好的穿透能力，可對(duì)整個(gè)試件的體積進(jìn)行掃查。對(duì)于較大厚 度的試件，可對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)于金屬材料，可檢測(cè)幾米長(zhǎng)的剛鍛件，也可檢測(cè)1～2毫米的板材和薄壁管材。

3.它可檢測(cè)金屬、非金屬、復(fù)合材料等等，因此它適用于多種材料的無(wú)損檢測(cè)。

4.一般情況下，超聲檢測(cè)只需要從一側(cè)接近試件。

5.能準(zhǔn)確的測(cè)定缺陷的深度和位置。

四、超聲波檢測(cè)的局限性

1.因?yàn)槿毕萑∠蛴绊憴z測(cè)的靈敏度并且縱波脈沖反射存在盲區(qū)，因此優(yōu)勢(shì)難于檢測(cè)非常接近表面和位于表面上的某些缺陷。

2.材料的某些內(nèi)部缺陷，會(huì)使得儀器的靈敏度降低，如晶粒度、非均勻性、相組成、非致密性等。

五、超聲檢測(cè)原理

聲波在傳播的過(guò)程中有許多特性，當(dāng)聲波傳播的時(shí)候遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，聲波會(huì)發(fā)生反射；當(dāng)聲波通過(guò)材料時(shí)也會(huì)有能量損失，而就是依據(jù)超聲波在材料中傳播的這些特性，可以對(duì)材料中的宏觀缺陷進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷存在時(shí)，通常以來(lái)自材料內(nèi)部的反射信號(hào)及其幅度，聲波在入射和接收信號(hào)之間的傳播試件以及通過(guò)材料后聲波的衰減作為評(píng)估缺陷的基本信息。其主要過(guò)程如下：

1.將超聲波引入被測(cè)的試件當(dāng)中。

2.在試件中傳播的超聲波由于華融試件材料及試件內(nèi)部其他物體的相互作用，改變了聲波的傳播方向和特征。

3.通過(guò)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到改變后的超聲波，并對(duì)其進(jìn)行分析和處理。

4.分析處理所接收的超聲波特征，評(píng)價(jià)試件內(nèi)部及其本身的缺陷特征。

六、超聲無(wú)損檢測(cè)在集成電路生產(chǎn)方面的應(yīng)用

集成電路（integrated circuit）是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。

由于集成電路的制作周期長(zhǎng)，制作成本高，為了保證產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)率，無(wú)損技術(shù)的檢測(cè)顯得尤為重要。集成電路易損壞、高度集中化的特點(diǎn)適合超聲無(wú)損檢測(cè)。通過(guò)對(duì)集成電路的無(wú)損檢測(cè)，了解集成電路缺陷的特點(diǎn)與環(huán)節(jié)，可對(duì)集成電路的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并及時(shí)對(duì)集成電路進(jìn)行修改與挽救，減小了集成電路的開(kāi)發(fā)與制作成本。

七、我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，超聲無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)應(yīng)用到了幾乎所有工業(yè)部門(mén)，其用途也正日趨擴(kuò)大。與此同時(shí)，我國(guó)對(duì)超聲檢測(cè)的基礎(chǔ)性研究也正有條不紊的展開(kāi)，對(duì)其相關(guān)理論、方法和應(yīng)用也正逐漸深入研究，與傳統(tǒng)超聲技術(shù)不同，新的超聲技術(shù)可以具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：在不破壞媒質(zhì)特征的情況下實(shí)現(xiàn)非接觸性測(cè)量，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。我國(guó)的超聲無(wú)損檢測(cè)事業(yè)在近年來(lái)也取得了巨大的發(fā)展。其中最為重要是便是用微機(jī)控制的自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)的研究，我國(guó)開(kāi)展了許多這方面的研究，如擁有用戶(hù)友好界面操作系統(tǒng)軟件的計(jì)算機(jī)化超聲設(shè)備：通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、相位補(bǔ)償、模式識(shí)別對(duì)超聲數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理；多通道、多坐標(biāo)的自動(dòng)超聲檢測(cè)系統(tǒng)；高頻超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)；超聲機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)；各種掃描成像技術(shù)以及對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的自動(dòng)掃描成像檢測(cè)等。其中，有許多已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，像開(kāi)發(fā)研究多維（5維以上）探頭調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)等輔助設(shè)備等，更有許多已應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，這些研究奠定了我國(guó)超聲無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)[4]，為我國(guó)的超聲無(wú)損檢測(cè)的可持續(xù)發(fā)展提供了保證。目前我國(guó)在檢測(cè)儀器的圖像化和系列化的工作都取得了很大發(fā)展，對(duì)無(wú)損 檢測(cè)人員的培訓(xùn)工作也逐漸與國(guó)際接軌。但是從整體而言，我國(guó)無(wú)損檢測(cè)的發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)達(dá)國(guó)家之間依然存在很大差距。

八、超聲波檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

超聲檢測(cè)一直以來(lái)都是全世界致力于無(wú)損檢測(cè)研究人員的研究熱點(diǎn)，這在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、制造、檢測(cè)以及設(shè)備服役的各個(gè)階段均有體現(xiàn)，它在改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也保證產(chǎn)品的各個(gè)零件的安全性和可靠性。電子學(xué)技術(shù)、計(jì) 算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展為超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)注入了新鮮的血液，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）技術(shù)與無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合[5]，把機(jī)器人技術(shù)、激光技術(shù)、人工智能技術(shù)和信息融合等技術(shù)有效的應(yīng)用到無(wú)損檢測(cè)技術(shù)當(dāng)中去，來(lái)進(jìn)行對(duì)于發(fā)雜形面的復(fù)合材料構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)，成為了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)于無(wú)損檢測(cè)研究的前沿課題[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳凱《集成電路芯片表面缺陷視覺(jué)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究》

[2]劉福順，湯明《無(wú)損檢測(cè)基礎(chǔ)》

[3]胡建愷《超聲波探傷》

[4]李淑蓮《超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用》

[5]鄧志明《基于FPGA的超聲檢測(cè)系統(tǒng)的研究》

[6]沈建中《超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展》