來源：《半導(dǎo)體芯科技》雜志

掃描聲學(xué)顯微鏡(SAM，Scanning Acoustic Microscopy)已成為半導(dǎo)體供應(yīng)鏈完整性、在線制造、研發(fā)、質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室中不可或缺的測(cè)試設(shè)備，甚至可以對(duì)所有制造材料進(jìn)行100%全面檢查。

制造商測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、研發(fā)中心、材料研究小組和質(zhì)量控制部門，尋找微小缺陷正在刺激對(duì)掃描聲學(xué)顯微鏡(SAM)設(shè)備的投資。失效分析和可靠性檢測(cè)計(jì)量技術(shù)已變得至關(guān)重要，現(xiàn)在SAM與X射線和掃描電子顯微鏡(SEM)等其他實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和測(cè)量儀器并駕齊驅(qū)。在當(dāng)前電子元器件供應(yīng)鏈極其受限的市場條件下，SAM是一種非常高效的工具，可以幫助減少半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中假冒元器件的擴(kuò)散。

制造商測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、研發(fā)中心、材料研究小組和質(zhì)量控制部門，尋找微小缺陷正在刺激對(duì)掃描聲學(xué)顯微鏡(SAM)設(shè)備的投資。失效分析和可靠性檢測(cè)計(jì)量技術(shù)已變得至關(guān)重要，現(xiàn)在SAM與X射線和掃描電子顯微鏡(SEM)等其他實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和測(cè)量儀器并駕齊驅(qū)。在當(dāng)前電子元器件供應(yīng)鏈極其受限的市場條件下，SAM是一種非常高效的工具，可以幫助減少半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中假冒元器件的擴(kuò)散。

SAM也被稱為超聲波無損檢測(cè)(NDT，Non-Destructive Testing)，在工業(yè)中用于識(shí)別制造過程中產(chǎn)品或組件中的小缺陷，并用于在現(xiàn)場器件發(fā)生失效時(shí)分析失效的特定根本原因。對(duì)這種強(qiáng)大的失效檢測(cè)能力的需求，正在刺激該技術(shù)在消費(fèi)、工業(yè)和軍用電子器件制造商中的使用日漸增加。

SAM提供強(qiáng)大的非侵入式、非破壞性成像和材料分析，用于檢查不透明材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它可以提取特定深度的信息并將其應(yīng)用于創(chuàng)建二維和三維圖像，而無需耗時(shí)的斷層掃描程序或昂貴的X射線設(shè)備。專家可以分析SAM圖像以檢測(cè)和表征器件缺陷，例如鍵合界面中的裂紋、分層、夾雜物和空隙，以及評(píng)估PCB上的焊接和其他界面連接。

SAM的最新進(jìn)展有助于檢測(cè)比以前小得多的缺陷。

“先進(jìn)的相控陣SAM系統(tǒng)可以提高失效分析的水平，因?yàn)樗岣吡藱z測(cè)的水平和精度。過去的目標(biāo)是檢測(cè)到500微米的缺陷；現(xiàn)在的目標(biāo)已經(jīng)變成了檢測(cè)50微米的缺陷。通過這種類型的測(cè)試，我們可以檢查材料并發(fā)現(xiàn)以前未被發(fā)現(xiàn)的缺陷，”總部位于弗吉尼亞州的工業(yè)SAM超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)制造商OKOS的總裁Hari Polu說。OKOS公司服務(wù)于電子制造、航空航天和金屬/合金/復(fù)合材料制造商以及終端用戶的市場。

當(dāng)制造商利用更高級(jí)別的失效檢測(cè)和分析工具時(shí)，電子器件的生產(chǎn)良率和整體可靠性都會(huì)顯著提高。同時(shí)項(xiàng)目會(huì)加快進(jìn)度，現(xiàn)場的潛在失效點(diǎn)也能夠被消除。

由于使用SAM的顯著優(yōu)勢(shì)，越來越多的制造商正在為研發(fā)和QA實(shí)驗(yàn)室配備SAM計(jì)量設(shè)備，并將其集成到生產(chǎn)線中以進(jìn)行100%的全檢。

SAM滿足半導(dǎo)體和電子元器件行業(yè)需求

在半導(dǎo)體和電子元器件行業(yè)，對(duì)無損失效分析和可靠性測(cè)試的需求正在加速增長。在這些行業(yè)中，具有極高的一致性而且沒有缺陷或雜質(zhì)對(duì)于制造是至關(guān)重要的。無論產(chǎn)品是晶圓、分立電子元器件產(chǎn)品，還是手機(jī)、視頻游戲、EV汽車子系統(tǒng)或火箭子系統(tǒng)中使用的封裝組件，情況都是如此。

SAM滿足了半導(dǎo)體和電子元器件行業(yè)的這一需求。該測(cè)試已經(jīng)成為對(duì)半導(dǎo)體組件進(jìn)行100%檢測(cè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用于識(shí)別微電子器件中的空隙、裂紋和不同層的分層等缺陷。

除了半導(dǎo)體組件本身，當(dāng)今的電子元器件產(chǎn)品還包含各種特種金屬、合金、塑料和玻璃元件。所有半導(dǎo)體組件都需要以消費(fèi)者可用的形式進(jìn)行整合和封裝。因此，SAM設(shè)備得以同步發(fā)展，現(xiàn)在正用于檢測(cè)構(gòu)成半導(dǎo)體組件的“封裝”中這些類型材料表面下的缺陷、脫粘、裂紋和其他不規(guī)則現(xiàn)象。

由于用這些材料制成的許多組件的關(guān)鍵性質(zhì)，高純合金應(yīng)該高度一致，雜質(zhì)和污染水平要達(dá)到極低。鋁、鋅、鈷、銅、鈦、鋯、鉬、鎂和不銹鋼等高純金屬和合金是電子元器件、航空航天和醫(yī)療設(shè)備等許多行業(yè)的支柱。

SAM設(shè)備節(jié)省成本和時(shí)間

掃描聲學(xué)顯微鏡的功能是將來自換能器的聚焦聲音引導(dǎo)到目標(biāo)物體上的一個(gè)小點(diǎn)。撞擊物體的聲音被散射、吸收、反射或傳輸。通過檢測(cè)散射脈沖的方向和“飛行時(shí)間”，可以確定邊界或物體的存在及其距離。

為了生成圖像，樣品會(huì)逐點(diǎn)、逐行掃描。掃描模式范圍從單層視圖到托盤掃描和橫截面。多層掃描最多可包含50個(gè)獨(dú)立層?？梢蕴崛√囟ㄉ疃鹊男畔⒉⑵鋺?yīng)用于創(chuàng)建二維和三維圖像，而無需耗時(shí)的斷層掃描程序或昂貴的X射線設(shè)備。然后人們可以分析圖像以檢測(cè)和表征裂紋、夾雜物和空隙等缺陷。

較小的制造商和獨(dú)立測(cè)試實(shí)驗(yàn)室可以選擇桌面型SAM，該型設(shè)備提供超過300毫米的掃描范圍，最大掃描速度為500毫米/秒，精度和可重復(fù)性為+/-5.0微米。其軟件允許使用保存的數(shù)據(jù)以虛擬方式重新掃描、查看和分析數(shù)據(jù)，以進(jìn)行同步實(shí)時(shí)分析或收集后重新查看。通常，此類臺(tái)式設(shè)備用于分析數(shù)據(jù)以進(jìn)行失效分析、產(chǎn)品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制、研發(fā)、過程驗(yàn)證，以及確定產(chǎn)品可靠性、過程質(zhì)量控制和供應(yīng)商資格。

隨著要求的提高，為了適應(yīng)更高水平生產(chǎn)方面的測(cè)試，制造商通常會(huì)使用具有高速檢測(cè)能力的更大系統(tǒng)。然而，這時(shí)的挑戰(zhàn)在于要以極高的吞吐量執(zhí)行此檢查，并且還要通過100%的檢查來識(shí)別和移除不符合質(zhì)量要求的組件。這需要更先進(jìn)的設(shè)備，這些設(shè)備可以同時(shí)檢查多層，通常也是在多個(gè)通道上以自動(dòng)方式掃描處理托盤中的多個(gè)樣本以加速該過程。

根據(jù)Polu的說法，SAM還可以定制設(shè)計(jì)以完全集成到大批量制造系統(tǒng)中。先進(jìn)的相控陣系統(tǒng)可檢測(cè)特種金屬和合金中的微小缺陷，從而對(duì)所有材料進(jìn)行100%的檢查。半導(dǎo)體工廠現(xiàn)在可以對(duì)托盤中的晶圓、面板和分離組件進(jìn)行100%的檢查。

幸運(yùn)的是，SAM技術(shù)的最新進(jìn)展顯著提高了吞吐速度和缺陷檢測(cè)能力。當(dāng)100%檢查需要高吞吐量時(shí)，可使用超快速單或雙龍門掃描系統(tǒng)以及128個(gè)傳感器進(jìn)行相控陣掃描。多個(gè)換能器也可用于同時(shí)掃描以獲得更高的吞吐量。

“傳統(tǒng)的5MHz傳感器最多可能需要45分鐘來檢查8-10英寸的方形或圓形合金。然而，如今，帶有64-128個(gè)傳感器的先進(jìn)相控陣和用于渲染圖像的創(chuàng)新軟件可以將檢查時(shí)間縮短至五分鐘，并且可以更精細(xì)地檢測(cè)小雜質(zhì)或缺陷。”Polu說。

與進(jìn)行掃描的物理和機(jī)械方面的硬件同樣重要的是，軟件對(duì)于提高分辨率和分析信息以生成詳細(xì)掃描至關(guān)重要。

多軸掃描選項(xiàng)支持對(duì)復(fù)合材料、金屬和合金進(jìn)行A、B和C掃描、輪廓跟蹤、離線分析和虛擬重新掃描。這時(shí)的能夠通過檢查軟件對(duì)缺陷和厚度測(cè)量進(jìn)行高精度的內(nèi)部和外部檢查。

各種軟件模式可以實(shí)現(xiàn)簡單和易用，可以進(jìn)行詳細(xì)分析，也可以自動(dòng)化進(jìn)行生產(chǎn)掃描。離線分析模式也可用于虛擬掃描。

Polu估計(jì)OKOS的軟件驅(qū)動(dòng)模型使他們能夠降低SAM測(cè)試的成本，同時(shí)還能提供相同質(zhì)量的檢查結(jié)果。因此，即使是一般的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室也可以使用這種類型的設(shè)備。

“由于當(dāng)今對(duì)檢測(cè)和精度的嚴(yán)格要求，每家公司最終都會(huì)轉(zhuǎn)向更高水平的失效分析，”Polu說。“工業(yè)SAM設(shè)備的成本優(yōu)勢(shì)和時(shí)間節(jié)省使得這種要求成為可能。”

OKOS在加利福尼亞州圣克拉拉、亞利桑那州鳳凰城和弗吉尼亞州馬納薩斯設(shè)有實(shí)驗(yàn)室，提供符合現(xiàn)有工業(yè)和軍事標(biāo)準(zhǔn)的合同分析和測(cè)試服務(wù)。該服務(wù)還使客戶能夠在投資設(shè)備之前審查技術(shù)和可行性。

如今，在眾多行業(yè)中，與傳統(tǒng)方法相比，SAM提供的失效分析細(xì)節(jié)水平極高，從而具有最佳價(jià)值。因此，人們現(xiàn)在普遍認(rèn)為先進(jìn)的SAM系統(tǒng)是研發(fā)和質(zhì)量保證實(shí)驗(yàn)室以及高速生產(chǎn)線中必不可少的工具。

審核編輯黃宇