超聲掃描檢測技術在半導體封裝中的實踐探討

彭強

（汕尾職業(yè)技術學院，廣東汕尾，516600）

1 超聲掃描檢測技術概述

超聲掃描檢測技術的基本工作原理，是利用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，激勵壓電傳感器產(chǎn)生頻率一定的超聲波，經(jīng)去耦合介質(zhì)向樣品傳播。在傳播過程中，超聲波會經(jīng)過連續(xù)均勻介質(zhì)，而一旦遭遇不同介質(zhì)，會引發(fā)反射現(xiàn)象，通過這樣的方式來發(fā)現(xiàn)分層、裂紋等缺陷。反射的超聲波會被傳感器接收并進行相應的信號處理，自動生成高分辨率超聲波圖像，檢測人員可以結合圖像來對檢測對象進行分析和判斷[1]。超聲波檢測作為一種無損檢測技術，具有適用性強、穿透力強、定位準確、靈敏度高、成本低廉等非常顯著的優(yōu)勢。

2 超聲掃描檢測技術的應用方式

2.1 透射掃描

透射掃描中，用于發(fā)射和接收超聲波的傳感器分別位于被檢測樣品的上下兩側，檢測方式與X射線檢測類似，能夠迅速找出樣品中存在的缺陷，操作簡單，不過無法明確缺陷的具體位置和尺寸。透射掃描會使得超聲波透過整個樣品，因此能夠得到樣品的全部投影圖像，而從超聲波無法通過空氣隙的特點分析，一旦出現(xiàn)信號阻斷，呈現(xiàn)在投影圖像上會是一片漆黑，可能漏判部分缺陷[2]。

2.2 反射掃描

反射掃描中，一旦發(fā)射出的超聲波遭遇阻抗不同的截面，會產(chǎn)生反射，被傳感器接收，通過對反射超聲波的分析，能夠準確判定缺陷的位置和尺寸。在實際操作環(huán)節(jié)，反射掃描存在三種不同的掃描方式，一是A掃描，采用單點掃描模式，能夠為圖像的創(chuàng)建和解釋奠定基礎，在檢測波形的同時，也可以將反射波相位、大小等在示波器上顯示出來，方便進行缺陷判斷。A掃描是最為精確的檢測方式，不過僅僅只能針對單個點，無法完成平面分析，一般被用于檢測結果確認；二是B掃描，采用縱向截面模式，能夠?qū)Υ怪狈较虻亩S截面圖進行檢測，在裂縫、空洞和傾斜等缺陷的檢測中效果顯著，可以對界面數(shù)量、界面深度和缺陷深度等進行確定[3]；三是C掃描，包含掃描平面內(nèi)所有點的相位和振幅信息，可以對分層、空洞和裂紋等缺陷進行檢測，是反射掃描中最為常用的檢測方式，配合A掃描，能夠準確實現(xiàn)缺陷判斷。

3 超聲掃描檢測技術在半導體封裝中的實踐

這里以塑封微電路為例，對超聲掃描檢測技術在半導體封裝中的應用進行簡單分析。塑封微電路本身的特殊性導致其無論是在前期注塑成型階段還是后期貯存以及使用環(huán)節(jié)，都很容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，因此《軍用電子元器件破壞性物理分析方法》（GJB 4027A-2006）中明確提出，在對塑封微電路DPA進行試驗的過程中，需要運用超聲掃描檢測。相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2013年，塑封微電路DPA超聲檢測不合格率達到9.4%以上，與空封電路3.9%的不合格率相比遠遠超出，而分析超聲掃描檢測不合格的原因，電路內(nèi)部界面分層占據(jù)的比例達到了99%，而在分層以及分層過程中，會引發(fā)應力作用，造成器件鍵合退化、金屬化臺階退化以及芯片開裂等問題。從提升塑封微電路產(chǎn)品質(zhì)量，保證其使用可靠性的角度，需要將超聲掃描檢測技術引入其中，在針對塑封微電路進行掃描的過程中，技術人員需要高度重視芯片分層、引線鍵合、引線框架和芯片粘接區(qū)域。

事實上，對于塑封微電路的超聲掃描檢測，《方法》中提出了專門的要求和判據(jù)，GJB 548B中則就芯片粘接問題的超聲掃描檢測提出了有效方法和檢測標準，在實際操作中，技術人員可以根據(jù)具體情況來選擇相關標準。通常來講，我國塑封微電路DPA實驗中，超聲掃描檢測主要參照兩個標準，即GJB 4027A和GJB 548B，要求較高。

需要注意的是，伴隨著技術的發(fā)展，電子封裝與電路組裝技術開始逐漸朝著高速化、高密度和高可靠性的方向發(fā)展，器件厚度不斷變薄，結構也越發(fā)復雜，缺陷尺寸的縮小，要求在超聲掃描檢測中，必須更換高頻率探頭，提升圖像分辨率。

4 超聲掃描檢測設備的發(fā)展趨勢

具體來講，超聲掃描檢測設備的發(fā)展呈現(xiàn)出幾種顯著趨勢，一是檢測靈敏度越來越高，半導體部件/封裝尺寸的不斷壓縮，使得缺陷尺寸越來越小，必須提高超聲掃描檢測設備的靈敏度，提升超聲探頭信噪比及超聲波發(fā)射功率，同時推動相關檢測技術發(fā)展，確保在回波信號低于噪聲的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對于信息的有效提取；二是檢測速度越來越快，對于各類器件也提出了更加嚴格的要求，也可以對一些形狀復雜的器件進行有效檢測；三是檢測方式越來越多，超聲檢測技術以及檢測產(chǎn)品的發(fā)展，使得其系列化程度越發(fā)顯著，檢測方式也開始趨于多樣化。大量的實踐表明，無損檢測能夠帶來非常明顯的經(jīng)濟效益，而超聲掃描檢測作為無損檢測技術的一種，在越來越多的產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮著重要作用；四是檢測模式越發(fā)智能化，從目前來看，超聲檢測設備多數(shù)需要依賴人的操作經(jīng)驗，而通過將不同產(chǎn)品檢測經(jīng)驗輸入計算機數(shù)據(jù)庫的方式，能夠逐步實現(xiàn)檢測模式的智能化，簡化產(chǎn)品檢測難度，進一步提升產(chǎn)品檢測效率。

5 結語

超聲掃描檢測技術作為一種無損檢測技術，能夠在不對產(chǎn)品造成損壞的情況下，完成對于產(chǎn)品缺陷的有效識別和分析，為缺陷處理提供參考，促進產(chǎn)品合格率的提高，保證產(chǎn)品使用的安全性和可靠性。有理由相信，在未來發(fā)展中，超聲掃描檢測技術必然能夠取得新的突破，掃描靈敏度越來越高，掃描速度越來越快、檢測方式也會朝著多樣化和智能化的方向發(fā)展，為其在更多行業(yè)和領域的應用奠定良好基礎。

參考文獻

[1]潘凌宇,張吉.超聲掃描檢測技術在半導體行業(yè)中的應用[J].計算機與數(shù)字工程,2015,(1):124-127.

[2]曹德峰,王昆黍,祝偉明,等.超聲波檢測技術在塑封元器件中的應用[J].半導體技術,2014,39(5):383-387.

[3]劉杰.淺議半導體工藝中超聲波檢測的應用[J].電子技術與軟件工程,2014,(2):143.