收稿日期:2020-11-04
扫描声学显微镜的扫描技巧探讨
刘玲玲，范丹丹，纪帆，谭伟，李文祥
(江苏华海诚科新材料股份有限公司，江苏连云港222047)
摘
要：探讨了在SAT(Scanning Acoustic Technology)扫描过程中对分层扫描结果有显著影响的
探头频率、探头下部的气泡、样品表面的气泡、气泡的处理方法及浸泡时间等进行了讨论，结果表明，合适频率的探头、有效的气泡去除及在最佳浸泡时间内才能得到正确的分层扫描结果。关键词：分层；探头频率；气泡中图分类号:TN247
文献标志码:B
文章编号:1004-4507(2020)06-0042-05
Scanning Technical Discussion of Scanning Acoustic Microscope
LIU Lingling ,FAN Dandan ,JI Fan ,TAN Wei ,LI Wenxiang
(Jiangsu HHCK Advanced Materials Co.,Ltd.,Lianyungang 222047,China )
Abstract:The probe frequency ，the bubbles in the lower part of the probe ，the bubbles on the surface of the sample ，the treatment methods of the bubbles and optimum soaking time which have a significant influence on the results of SAT scanning are discussed in this paper.The results show that the correct delamination scanning results can be obtained when the proper probe frequency is selected and the bubbles are removed well.
Key words:Delamination ；Frequency of probe ；Bubbles
扫描声学显微镜(SAM)在无损检测器件分层中应用越来越广，随着电子产品日趋小型化、集成化，分层对集成电路的影响得到高度重视，尤其是在高温高湿的器件经过回流焊、波峰焊等一系列高温实验处理后分层现象更为严重，影响器件长期可靠性[1]。因而扫描声学显微镜在电子封装中的地位越来越重要，已成为IC 产品在日常监控、质量控制、研发、可靠性分析及失效分析中不可缺少的一个环节。掌握扫描声学显微镜操作的技能技巧，具备娴熟的技术才能扫描出正确精准的图
像。扫描图像是判断IC 产品是否分层或孔洞及其它缺陷的直接依据，本文讨论了扫描过程中的操作技巧，即如何正确地扫描出IC 产品的扫描图。
1SAT 探头频率的正确选择
扫描声学显微镜的穿透能力主要取决于探头的频率和样品材料（样品表层材料为环氧塑封料）及其厚度，它的工作频率一般在5～400MHz 。表1为不同探头频率与穿透深度、理论分辨率及焦
距的关系。从表1中可知，频率越低，其焦距越大；理论分辨率越低，穿透深度越深。在扫描前，需要根据所扫描样品的厚度选择合适频率的探头，以达到足够的穿透深度及良好的分辨率，从而获得清晰的透射及反射扫描图形。表2为常见的几种封装形式及其常用的探头频率。
本文对一颗SOP8分别用15MHz、35MHz、75MHz探头进行扫描。聚焦层均为基岛层（理论上应该对基岛表面、芯片表面和引线脚表面分别聚焦，但由于SOP8厚度小，因此可以简单地使用基岛表面的聚焦来同时对3个表面进行扫描）。扫描C图如图1所示，扫描T图如图2所示。从图1(c)和图1(a)比较可知，使用75MHz的探头进行扫描，其图像边缘明显比使用15MHz的探头清晰，而图2中3个透射图基本相同，这是由于SOP8的厚度小，对于75MHz探头来说，也很容
易穿透。图3为SOP8不同部位（X
1
为芯片峰；X
2
为基岛峰；X
3
为拐脚峰；X
4
为内引脚峰）进行波形的确认图。图3表明，使用15MHz的探头时虽然分辨率为最低，但并不影响波形的判断，同时3种不同频率探头扫描结果的波形图分析的结果完全
一致，X
1
为芯片正峰；X
2
为基岛正峰；X
3
为拐脚反
峰（此处分层）；X
4
为内引脚反峰（此处分层）。
2气泡的影响
由于超声波在气体和真空中均无法传播，并在界面处全反射形成反峰，因此扫描系统中样品之外的气泡会对分层的判定造成干扰。这种干扰会造成对样品内部的气孔或者分层的误判，因此必须在扫描前将系统中的气泡排除。
2.1探头底部的小气泡
图4为探头下附着有小气泡和无附着小气泡
表1不同频率探头的穿透深度、理论分辨率和焦距
探头频率/MHz
5
10
15
75
110穿透深度/mm
15.0
10.0
5.1
3.4
2.2
理论分辨/μm
300
150
100
20
14
焦距/mm
19
15
19
12
8
表2常见的几种封装形式及其常用的探头频率
封装形式
Wafer、Flip chip等
SOT/SOD/SOP/ESOP/QFN/DFN/BGA/ QFP/SSOP/LQFP等薄小型
SOP/ESOP/TO/DIP等中等厚度
TO/DIP/ESOP/SOP/厚模组/厚桥块探头频率/MHz ≥110（高频）
50～75（中高频）
15～35
（中频）
≤15（低频
）
图1不同频率下
SOP8
的
扫描C图
(c)75MHz探头扫描C图(a)15MHz探头扫描C图(b)35MHz探头扫描C图
图2不同频率下SOP8的扫描T图
(c)75MHz探头扫描T图(a)15MHz探头扫描T图(b)35MHz探头扫描T图
的扫描对比图，图中表明，当探头上附着有小气泡时，在C 扫描图中会出现黑水划线。这是由于在扫描时，探头在运动过程中小气泡的漂移造成。
2.2样品表面的气泡
由于集成电路外层的环氧塑封料表面含有疏水性的脱模剂，其表面能较大，因此将集成电路封装体直接放入水中时，在封装体表面会形成一些小气泡，这种现象在冬季更明显，如图5(a)所示。当超声波遇到小气泡时会全反射，使得超声波不能进入封装体内部，从而造成扫描图中大量的黑点，如图5(b)所示；当小气泡在封装体背部时如图6(a)、6(b)所示，会造成T 扫描的异常黑点（如图6(d)所示），这是由于当超声波到达封装体背部时，遇到封装体背部的气泡后被全反射，使得透射探头无法接收到含有样品信息
的有效信号，从而造成T 扫描图上出现黑点，但此样品内部扫描图不会受到影响，如图6(c)所示。因此不管是封装体正面还是背面的气泡，均会造成扫描图上的黑点，从而造成封装体内部气孔或分层的误判，需要在进行扫描前对其进行去除。
3浸泡时间的影响
目前，去除小气泡的常用方法为使用乙醇溶剂对封装体进行提前浸泡，降低封装体的表面张力，从而达到去除小气泡的目的。
但是当封装体引线脚(a )15MHz 探头对应波形图
（横坐标轴μs 为飞行时间；纵坐标轴%FSH 为阈值）(b )35MHz 探头对应波形图（横坐标轴μs 为飞行时间；纵坐标轴%FSH 为阈值）
(c )75MHz 探头对应波形图
（横坐标轴μs 为飞行时间；纵坐标轴%FSH 为阈值）图3不同频率探头的
在
不同位置的波形图
图4探头下不同气泡情况下的CSAM 扫描图electronic去掉ic是什么
(a )探头下附着小气泡
(b )探头下无附着气泡
100.0
50.00.0-50.0-100US 1516100.050.00.0-50.0-100US 14100.050.00.0-50.0-100US 14100.050.00.0-50.0-100US 14
100.050.00.0
-
50.0-100
US 1414.214.414.614100.050.00.0
-50.0
-100
US 1313.213.413.613.8100.050.00.0
-50.0-100
US 1313.213.413.613.8100.050.00.0
-50.0-100
US 1313.213.413.613.8100.050.00.0
-50.0-100
US 14.214.414.614.8
100.050.00.0
-50.0-100
US 14.214.414.614.8
100.050.00.0
-50.0-100
US 14.214.414.614.8
100.050.00.0
-50.0-100
US 14.214.414.614.8
图5样品正面气泡及其扫描图
图6样品背面气泡及其扫描图
有分层时，会产生严重未分层误判，如图7所示。图7(b)酒精浸泡后扫描图中左侧两颗SOT23的分层明显比图7(a)直接吹扫气泡扫描图分层面积小。这是因为乙醇作为溶剂，极性比水要小，更容易与封装体表面进行作用，更容易进入封装体的分层缝
隙，并填补了分层缝隙，使得超声波得以从分层界面通过，从而造成无分层的假象。因此，在SAT 时，尽量避免使用乙醇等溶剂对分层样品进行预处理。
另外，由于水也是一种极性介质，当封装体引线脚及基岛等部位有分层时，封装体在水中浸泡时间也不宜过长。当封装体在水介质中浸泡时间过长时，水容易通过缝隙浸入分层区域进行填充，也会造成未分层的假象，影响扫描结果，造成错误的分析结果。样品刚放入水中的初始扫描图如图8所示，样品在水介质浸泡120min 后扫描图如图9所示，从图8可以看出该样品在引线脚及基
岛边缘处有严重的分层，而图9中在水介质中浸泡120min 后在引线脚及基岛边缘处的分层消失，这是由于水分子沿着树脂与引线框架的界面逐渐渗透进入并填充，使得超声波得以通过，从而造成无分层的假象[2]。当浸泡时间过长的样品（图9中样品）放在干燥鼓风箱中，125℃下烘干24
h
后
，再次进行扫描，得到如图10所示的分层扫描图，图10
表明
，
其
引线脚及基岛分层与图8所示
(a )样品正面气泡
(b )样品正面气泡时扫描C 图(
a )
样品正面(b )样品背部(气泡)
(c )扫描C 图
(
d )扫描T 图
图7不同表面
气泡去除方法对扫描图的影响
(a )直接吹赶气泡扫描图
(b )酒精浸泡后扫描图
图8样品刚放入水中的初始C 扫描图
图9分层样品在水中浸泡2h 后的C 扫描图
(下转第55页)
化趋势来看，随着钢线速度的升高，回线率差异越来越小。切割厚度越大，硅片数越少，单位时间切割总面积越小，回线率越高。同时，通过等线损工艺，能够保证整个加工过程中钢线的磨损量保持基本一致，对于工业化生产具有很好的指导借鉴作用。
参考文献:
[1]
Jung M ，Mitra J ，Pan D.Z ，et al.TSV tress-aware full-chip mechanical reliability analysis and optimization for 3D IC[J].Communications of the ACM ，2014，57(1)：107-115.[2]Moor G.E.Cramming more components integrated cir-cuits[J].Electronics ，1965，38(8)：114-117.
[3]
Pei Z.J ，Kassir S ，Bhagavat M ，et al.An experimental investigation into soft-pad grinding of wire-sawn silicon wafers[J].International Journal of Machine Tools and
Manufacture ，2004，44(2-3)：299-306.
[4]
Bhagavat S ，Kao I.Ultra-low load multiple indentation response of materials ：In purview of wire saw slicing and other free abrasive machining(FAM)processes[J].Inter-national Journal of Machine Tools and Manufacture ，2007，47(3-4)：666-672.
[5]迎九.全球及中国集成电路产业的市场动向[J].电子产品世界，2018，25(5)：3-9.[6]Buijs M ，Korpel K.Three-body abrasion of brittle mate-rials as studied by lapping[J].Wear ，1993(166)：237-245.[7]
王小军，孙振亚.硅片切割技术的现状和发展趋势[J].超硬材料加工，2011，23(6)：19-23.作者简介:
杨玉梅(1989－)，女，陕西榆林人，工程师，本科，主要从事半导体衬底材料制备与加工。
的样品刚放入水中的初始扫描图基本相同，说明图9中分层的消失是由于样品在水中浸泡时间过长，水份进入了分层间隙造成。
4结束语
在使用声学扫描显微镜的过程中，探头的选择及扫描状态、样品表面的情况、
气泡处理方式及样品的浸泡时间对扫描的结果有显著的影响，不正确的探头频率和样品表面，会造成对分析样品的误判，在日常扫描工作中需要格外注意。参考文献:
[1]张延赤.水汽或结构对塑封电子器件可靠性的影响研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2010(1)：1-5.
[2]
吴建忠，陆志芳.塑封集成电路分层研究[J].电子与封装，2009，9(3)：36-40.作者简介:
刘玲玲（1987－），女，江苏省连
云港人，工程师，学士学位，主要研究环氧塑封料的客户应用及失效分析。
图10125℃烘干24h 后再次扫描
时又弥补线性反锐化掩模的缺陷。线性反锐化掩模算法虽然有不足之处，但在医学诊断领域仍然被广泛应用。
参考文献:
[1]刘艳莉.工业X 射线图像锐化技术算法研究[D].太原：中北大学，2015.
[2]
王晏.工业X 射线图像目标自动检测方法研究[D].
大连：大连理工大学，2014.
[3]
阮秋琦，仵冀颖.数字图像处理中的偏微分方程方法[J].信号处理，2012，28(3)：301-314.
[4]王保平.基于模糊技术的图像处理方法研究[D].西安：西安电子科技大学，2004.
作者简介:
刘骏(1968－)，男，陕西西安人，物理学副教授，双博士学位，研究方向为射线物理的核心技术及应用。
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