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超声波扫描显微镜(SAT) 发布时间:2014-07-16 14:58:29



一、仪器名称

超声波扫描显微镜(SONIX ECHO-LS)


01.jpg

  

二、超声波扫描显微镜原理

超声波在介质中传播时,若遇到不同密度或弹性系数的物质,会产生反射回波,而此种反射回波强度会因材料密度不同而有所差异,扫描声学显微镜(SAT)利用 此特性来检出材料内部的缺陷并依所接收的信号变化将之成图像,超声换能器能发出一定频率(1MHz~500MHz)的超声波,经过声学透镜聚焦,由耦合介质传到样品上。超声换能器由电子开关控制,使其在发射方式和接收方式之间交替变换。超声脉冲透射进入样品内部并被样品内的某个界面反射形成回波,其往返的 时间由界面到换能器的距离决定,回波由示波器显示,其显示的波形是样品不同界面的反射强度与时间(或距离)的关系。通过控制时间窗口的时间,采集某一特定 界面的回波而排除其它回波,超声换能器在样品上方以二维方式作机械扫描,通过改变换能器的水平位置,在平面上以接卸扫描的方式产生一幅反射声波随反射平面 分布的图像。


Sam利用声波对于不同介质反射或者透射强度的不同来进行测试。C-sam是c型反射,可以用来扫描某一层的性状,其分析如下:一般情况下如果聚焦的2层之间区域是黑色的说明这相交面一直到器件表面某处有空洞;如果是红色的,就代表在所检测的那层相交面上是有空洞的。颜色是根据其特有color map来判断,从正波到负波颜色变化为白色一红色,可以通过图片左侧颜色条看出来。白色代表遇到从密度小的物质进入密度很大的物质,红色正好相反,黑色代表遇到空气或者真空,声波没有反射或者透射过去,导致接收声波的探头没有接收到信号。T-scan就是through scall.是检测体内,也就是从上表面到下表面所有层面的检测。根据color map,如果发现黑色区域就代表包含区域的垂直体内含有空洞。


IMG_20230524_161416(1) 副本.jpg

 

三、仪器参数

发射探头:35MHz

接收探头:25MHz

分辨率:0.1μm

扫描范围:0.25~300mm

扫描速度:5 mm/s,10 mm/s,20 mm/s,50 mm/s,100 mm/s,150mm/s

扫描模式:A-Scan,B-Scan,C-Scan,TAMI,T-Scan

 

四、应用范围

塑料封装IC、晶片、PCB、LED


五、测试步骤

确认样品类型→选择频率探头→放置测量装置中→选择扫描模式→扫描图像→缺陷分析


六、依据标准

IPC/JEDEC J-STD-035 ,IPC/JEDEC J-STD-020, MIL-STD 883G, GJB 548B


七、适用样品

我司现配有35MHz频率的发射探头以及25MHz频率的接收探头,适用于常见的IC电子器件(PLCC,QFP,FQFP),LED灯珠等产品,可无损检测IC电子器件、LED灯珠的内部分层、裂纹、空洞等缺陷,通过图像对比度判别材料内部声阻抗差异、确定缺陷形状和尺寸、确定缺陷方位。


由于不同产品之间的材料密度不同,因此需要合适的发射频率才能穿透不同的材料,但每种探头的发射频率固定,不同的产品需要采用合适频率地探头,才能测出理想的结果。


下表为常见的产品对应不同频率的探头:


常见样品

探头发射频率

T/X接收器

10 MHz

IC(PLCC, QFP, PQFP);LED灯珠

15~35 MHz

BGA Top

50-75 MHz

电容

75 MHz

TSOP封装

75 MHz

倒装芯片底部填充

110MHz

键合晶片

110MHz

 

八、典型案例

1.A-Scan模式

定义:检测出某一个点的波形并显示在显示屏上

优点:最精确的检测方式

缺点:只能对于一个点进行分析不能对于一个平面分析

案例:测试点1第二个波形为正波,表明该测试点塑封胶与芯片无剥离分层异常,测试点2第二个波形为负波,表明该测试点塑封胶与芯片存在剥离分层异常。


03.png 


2.B-Scan模式

定义:检测垂直x方向的二维截面图

优点:检测裂纹和空洞

缺点:成像结果不清晰,容易造成误判。

案例:对异常位置采用B-Scan进行测试,可观察到异常位置内部存在空洞。


04.png 

 

3.C-Scan模式

定义:检测水平x方向的二维截面图

优点:最精确的检测方式

缺点:对样品要求较为苛刻,样品表面以及测试界面要平整。


案例一:C-Scan测试结果显示回流焊后出现色温漂移的灯珠封装胶与支架镀层出现剥离分层,未回流焊的灯珠则无剥离分层异常。

①回流焊后出现色温漂移的灯珠C-Scan测试图


05.png 

备注:红色代表分层


②未回流焊的灯珠C-Scan测试图

 

06.png 

备注:红色代表分层

 

案例二:C-Scan测试结果显示死灯灯珠封装胶与支架镀层剥离,良品灯珠封装胶与支架镀层无剥离异常。

①死灯灯珠C-Scan测试图

07.png 

备注:红色代表分层

 

②良品灯珠C-Scan测试图

08.png 

备注:红色代表分层

 

4.TAMI模式

定义:可以同时扫描出2-999层C-Scan

优点:不需要聚焦,可以检测任何细微的界面。

缺点:测试较为繁琐,需要随时调整红色框对应的每个波

案例:TAMI测试结果显示,送检mini LED灯珠内部无分层异常。


09.png 

 

5. T-scan模式

定义:检测透射信号

优点:操作简单,无需聚焦

缺点:①无法对缺陷的尺寸和位置进行测试,只能确定缺陷的存在与否。

          ②要求探头频率需完整穿透测试样品,并接收到相应信号。

案例:T-Scan模式测试样品,呈现黑色区域为异常位置。


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