本课题所使用的超声波检测设备是一种型号为 Sonoscan D9500 的扫描声显 微镜，来检测倒装芯片的缺陷，其设备图如图 2。1 所示。

 超声波扫描设备  Sonoscan D9500

该设备是由美国公司 Sonoscan 公司发明的一种超声显微成像（AMI）仪器， 它利用了超声波的反射原理，即材料不一致，吸收的超声波与折射回来的声波能 量是有差别的，因此来检测半导体和元件的结构，并定性研究缺陷的种类。它超 高的精度和稳定性是关键的优点，最适合用来进行工艺开发，材料分析和小批量 生产。因为它的超声波传输和反射是同时进行的，所以一种更适合用来广泛推广 和研究的设备系统。

2。2 SAM 检测原理及其测试芯片

扫描声显微镜（SAM）检测技术是非常创新的一项技术，它既可以探测到芯 片里面，而且对于分层缺陷方面很有优势，因此，很适合用于检测微电子封装中 的缺陷，此项技术已被广泛推广。扫描声显微镜有两种类型，透射型和反射型。 但是，透射型能检测的样件有厚度限制要求，而反射型却完全相反，厚度完全不 受限制，应用领域变得更宽泛了[19-20]。

扫描声显微镜检测主要是通过超声波穿透不同介质时的特性来检测的，该超 声波通常是 10MHz-2GMHz 范围内的高频率超声波，扫描被测材料表面或内部 的细微结构，然后在显微镜上成像。后期可以对扫描图片来分析处理，并且凭借 其产生的缺陷做好后续解决手段。当超声波透过不同的介质时，接收到的声波能 量也会不同，而且不同种类和大小的缺陷也会影响声波的反射，其扫描声显微镜 的原理图如图 2。2 所示。因为倒装芯片的表面是比较平缓的，很适合这个检测方

法，可以检测出很多难以发现的缺陷，比如说，内部结构的杂质垃圾、沉淀；裂 纹和层次之间的缺陷；气泡孔隙等。对于倒装封装缺陷的检测还是具有很多优点 的，可以深入研究的检测方法。

SAM 检测原理图

当微波信号从信号源中发射出来后，经过脉冲调制器，变成了脉冲调制微波 信号，并利用环形器施加到压电换能器上，这样，高频脉冲信号变成了声脉冲， 然后超声波探头对它们聚焦,经过耦合介质，反射到表面并激励产生声波。声波 经过样件的反射、散射或吸收时，重新回到换能器，随之转化成电信号。该电信 号会经历以下工作过程：放大，检波，采样，再送入计算机处理，最后会得到一 个像素。随后声波在样件表面上进行 xy 方向扫描，就可以获取一幅完整的图像。 扫描声显微镜的关键部件是声透镜，因为透镜体的材料影响着像素差异和声波的 聚焦，所以慎重地选材非常重要，需要经过严格地校验。有两种因素能影响声显 微的穿透能力，一是声波的频率，二是样件的材料。当频率越大时，穿透力能力 越弱，能检测到的深度越浅。

但是，并不是所有穿透的声波都能得到百分百聚焦，因为空气对声波也有衰 弱功能，所以利用耦合介质将透镜与样件连起来。多次实验证明，利用低温耦合 介质，比如液氮等，是最合适的，但是材料有限制，不是普通的材料，到现在为 止，只有为数不多的实验室能用低温耦合介质。文献综述

扫描声显微镜检测的分辨力与超声波频率息息相关，它们互相是形成正比例 的关系，频率提高了，分辨率也高了，上文中也提到过，穿透能力与频率的关系 正好与分辨力与频率的关系相反，因此，这是扫描声显微检测的缺陷所在，需要 不断地改进和实验。

在本课题中，我们使用的测试样片为 FA10-200×200 的倒装芯片，它是由 超声波焊球缺陷检测信号重构及应用(6):http://www.youerw.com/jixie/lunwen_82733.html