在電子封裝、材料科學(xué)以及芯片制造等前沿領(lǐng)域，超聲波掃描顯微鏡（Scanning Acoustic Microscopy，簡(jiǎn)稱 SAM）作為一種基于超聲波技術(shù)的非破壞性檢測(cè)工具，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在 AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q006 等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，明確要求在應(yīng)力前后對(duì)核心部件進(jìn)行 SAM 掃描，以此來細(xì)致檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變化。接下來，SGS帶你深入了解 SAM 的工作原理及其在實(shí)際中的應(yīng)用。

超聲波掃描顯微鏡(SAM)的工作原理

（一）超聲波的發(fā)射與接收

SAT通過壓電換能器發(fā)射高頻超聲波（通常為5-300MHz），穿透被測(cè)樣品（如芯片封裝結(jié)構(gòu)）。當(dāng)超聲波遇到材料界面或缺陷（如分層、空洞）時(shí)，會(huì)因聲阻抗差異產(chǎn)生反射或投射信號(hào)，接收器捕獲這些信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

（二）成像機(jī)制

1脈沖回波模式（Pulse-Echo）

通過分析反射波的振幅和時(shí)間延遲，重建樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的橫截面（C-Scan）或縱向截面（B-Scan）圖像。如下圖，通過聚焦不同相位的波形，可以聚焦顯示不同層面的結(jié)構(gòu)，在波形時(shí)間圖中，從左到右，波形依次為compound表面-compound內(nèi)部-die表面-underfill填充-pad表面，通過框選die表面部分的波形和Pad表面部分的波形進(jìn)行掃描，便能分別得到Die表面的SAT圖像和Pad表面的SAT圖片

案例圖

2透射模式（Through Transmission）

檢測(cè)穿透樣品的超聲波能量，適用于高衰減材料的缺陷檢測(cè)。

檢測(cè)案例分享

1利用高頻探頭檢查chip與bump連接

掃描Flip chip的bump球時(shí)，通常要選取采用120MHz~ 200MHz，來兼顧較高的穿透能力和較好的圖像質(zhì)量。

200MHz 以上探頭由于穿透能力較差且焦距較短，無法穿透Compound& Die層面從而掃描出bump，一般僅用于裸die的Flip chip掃描。

2利用SAM檢測(cè)Lead Frame邊緣的分層

部分Lead Frame樣品在試驗(yàn)后出現(xiàn)lead邊緣分層，在SAM圖像中，表現(xiàn)為引腳缺失部分，這是由于分層的存在，導(dǎo)致水可以更快進(jìn)入lead與compound中的gap中，從而導(dǎo)致lead掃描時(shí)不完整。通過烘烤蒸發(fā)水分后，快速掃描定位即可發(fā)現(xiàn)lead邊緣處的分層。

案例圖

SAM與X-RAY的關(guān)系

SAM與X-Ray是互不矛盾、相互補(bǔ)充的非破壞性檢測(cè)手段和工具。

X-Ray射線成像操作采用的是穿透模式，得到整個(gè)樣品厚度的一個(gè)合成圖像。

SAM基于反射回波模式（CSAM）產(chǎn)生的圖像可以清晰的將產(chǎn)品不同層面展現(xiàn)出來。

X-Ray對(duì)材料內(nèi)部分層、微小裂紋和虛焊等缺陷非常不敏感，難以反映產(chǎn)品內(nèi)部輕微的分層。

SAM對(duì)物體內(nèi)部的分層非常的敏感，分層能阻斷超聲波的傳播；確定焊接層、結(jié)合層的完整性是SAM獨(dú)特的性能。

案例圖