超聲無損檢測在集成電路中的應用

董榮耀

摘要：集成電路芯片已廣泛應用于多個領域，但是制造過程中產生的缺陷會直接影響集成電芯片的壽命和可靠性。傳統(tǒng)的人工檢測方法，存在耗時長，勞動強度大，誤檢率高等缺點，已無法適應生產的需求。而機器視覺檢測技術通過機器視覺的方法對產品進行分析處理，只能檢測出產品表面的裂痕和破損等[1]。超聲無損檢測卻能探測材料內部如裂紋、夾渣、氣泡等這些內部和表面缺陷，并探測出它們的大小、形狀和分布情況，以及測定材料的性質。超聲波在媒質中傳播會產生衰減、反射、聲阻抗等，而超聲檢測技術就是利用超聲波在媒質中的這些傳播特性對被測對象進行濃度、密度、強度、硬度、溫度和缺陷等這些非聲學量的測定。超聲波因其波長短、分辨率高，所以能探測到0.02毫米以下的內部缺陷。

關鍵詞：超聲檢測；信號處理；集成電路；無損檢測；

引言：

隨著國家的發(fā)展，我國的高新技術也日新月異，材料成本越來越高。尤其是集成電路的生產周期長，生產成本高等問題，因此無損檢測顯得尤為重要。這里介紹了一種無損傷技術，用于集成電路的生產和工作等。大大提高了集成電路的成品率與優(yōu)質率，對國民生產和大國崛起有著重要作用。

一、超聲無損檢測概述

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，易于獲得較集中的聲能，并能引起空化作用，在未來的21世紀，隨著科技的發(fā)展和生產成本的提高，無損檢測會有更為廣闊的應用前景，探索研究超聲波技術及其應用必將成為是下世紀的熱門課題。超聲波在媒質中傳播會產生衰減、反射、聲阻抗等，而超聲檢測技術就是利用超聲波在媒質中的這些傳播特性對被測對象進行濃度、密度、強度、硬度、溫度和缺陷等這些非聲學量的測定。超聲波因其波長短、分辨率高，所以能探測到0.02毫米以下的內部缺陷，材料內部缺陷的聲學性質對超聲波的傳播具有一定的影響，而超聲檢測就是利用者一點，在不破壞原材料或元件的前提下，探測材料內部如裂紋、夾渣、氣泡等這些內部和表面缺陷，并探測出它們 的大小、形狀和分布情況，以及測定材料的性質。超聲波檢測所用到的設備 比較簡單，價格低廉，使用條件和安全性能也很好。

二、超聲檢測的適用范圍

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

三、超聲檢測優(yōu)點與局限性

與其他無損檢測方法相比，超聲檢測方法的主要優(yōu)點有：

1.靈敏度高，對于材料內部尺寸很小的缺陷也能檢測。

2.超聲波有很好的穿透能力，可對整個試件的體積進行掃查。對于較大厚 度的試件，可對內部缺陷進行檢測；對于金屬材料，可檢測幾米長的剛鍛件，也可檢測1～2毫米的板材和薄壁管材。

3.它可檢測金屬、非金屬、復合材料等等，因此它適用于多種材料的無損檢測。

4.一般情況下，超聲檢測只需要從一側接近試件。

5.能準確的測定缺陷的深度和位置。

四、超聲波檢測的局限性

1.因為缺陷取向影響檢測的靈敏度并且縱波脈沖反射存在盲區(qū)，因此優(yōu)勢難于檢測非常接近表面和位于表面上的某些缺陷。

2.材料的某些內部缺陷，會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、超聲檢測原理

聲波在傳播的過程中有許多特性，當聲波傳播的時候遇到兩種介質的分界面時，聲波會發(fā)生反射；當聲波通過材料時也會有能量損失，而就是依據超聲波在材料中傳播的這些特性，可以對材料中的宏觀缺陷進行檢測。當發(fā)現(xiàn)缺陷存在時，通常以來自材料內部的反射信號及其幅度，聲波在入射和接收信號之間的傳播試件以及通過材料后聲波的衰減作為評估缺陷的基本信息。其主要過程如下：

1.將超聲波引入被測的試件當中。

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

3.通過檢測設備檢測到改變后的超聲波，并對其進行分析和處理。

4.分析處理所接收的超聲波特征，評價試件內部及其本身的缺陷特征。

六、超聲無損檢測在集成電路生產方面的應用

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體晶片或介質基片上，然后封裝在一個管殼內，成為具有所需電路功能的微型結構。

由于集成電路的制作周期長，制作成本高，為了保證產品的優(yōu)質率，無損技術的檢測顯得尤為重要。集成電路易損壞、高度集中化的特點適合超聲無損檢測。通過對集成電路的無損檢測，了解集成電路缺陷的特點與環(huán)節(jié)，可對集成電路的生產實現(xiàn)實時監(jiān)控，并及時對集成電路進行修改與挽救，減小了集成電路的開發(fā)與制作成本。

七、我國超聲無損檢測發(fā)展現(xiàn)狀

目前，超聲無損檢測已經應用到了幾乎所有工業(yè)部門，其用途也正日趨擴大。與此同時，我國對超聲檢測的基礎性研究也正有條不紊的展開，對其相關理論、方法和應用也正逐漸深入研究，與傳統(tǒng)超聲技術不同，新的超聲技術可以具有以下幾個特點：在不破壞媒質特征的情況下實現(xiàn)非接觸性測量，環(huán)境適應能力強，可以實現(xiàn)在線測量。我國的超聲無損檢測事業(yè)在近年來也取得了巨大的發(fā)展。其中最為重要是便是用微機控制的自動超聲檢測系統(tǒng)的研究，我國開展了許多這方面的研究，如擁有用戶友好界面操作系統(tǒng)軟件的計算機化超聲設備：通過神經網絡、相位補償、模式識別對超聲數(shù)字信號進行處理；多通道、多坐標的自動超聲檢測系統(tǒng)；高頻超聲無損檢測技術；超聲機器人檢測系統(tǒng)；各種掃描成像技術以及對復雜構件的自動掃描成像檢測等。其中，有許多已達到國際先進水平，像開發(fā)研究多維（5維以上）探頭調節(jié)結構等輔助設備等，更有許多已應用于實際生產，這些研究奠定了我國超聲無損檢測的基礎[4]，為我國的超聲無損檢測的可持續(xù)發(fā)展提供了保證。目前我國在檢測儀器的圖像化和系列化的工作都取得了很大發(fā)展，對無損 檢測人員的培訓工作也逐漸與國際接軌。但是從整體而言，我國無損檢測的發(fā)展狀況與發(fā)達國家之間依然存在很大差距。

八、超聲波檢測的發(fā)展趨勢

超聲檢測一直以來都是全世界致力于無損檢測研究人員的研究熱點，這在產品的設計、加工、制造、檢測以及設備服役的各個階段均有體現(xiàn)，它在改進產品質量的同時，也保證產品的各個零件的安全性和可靠性。電子學技術、計 算機科學技術的迅猛發(fā)展為超聲無損檢測技術注入了新鮮的血液，計算機輔助設計（CAD）技術、計算機輔助制造（CAM）技術與無損檢測技術的有機結合[5]，把機器人技術、激光技術、人工智能技術和信息融合等技術有效的應用到無損檢測技術當中去，來進行對于發(fā)雜形面的復合材料構件的無損檢測，成為了近年來國內外對于無損檢測研究的前沿課題[6]。

參考文獻：

[1]陳凱《集成電路芯片表面缺陷視覺檢測關鍵技術研究》

[2]劉福順，湯明《無損檢測基礎》

[3]胡建愷《超聲波探傷》

[4]李淑蓮《超聲檢測技術的發(fā)展與應用》

[5]鄧志明《基于FPGA的超聲檢測系統(tǒng)的研究》

[6]沈建中《超聲無損檢測技術的新發(fā)展》