超声扫描检测技术在半导体封装中的实践探讨

彭强

（汕尾职业技术学院，广东汕尾，516600）

1 超声扫描检测技术概述

超声扫描检测技术的基本工作原理，是利用脉冲发生器产生脉冲信号，激励压电传感器产生频率一定的超声波，经去耦合介质向样品传播。在传播过程中，超声波会经过连续均匀介质，而一旦遭遇不同介质，会引发反射现象，通过这样的方式来发现分层、裂纹等缺陷。反射的超声波会被传感器接收并进行相应的信号处理，自动生成高分辨率超声波图像，检测人员可以结合图像来对检测对象进行分析和判断[1]。超声波检测作为一种无损检测技术，具有适用性强、穿透力强、定位准确、灵敏度高、成本低廉等非常显著的优势。

2 超声扫描检测技术的应用方式

2.1 透射扫描

透射扫描中，用于发射和接收超声波的传感器分别位于被检测样品的上下两侧，检测方式与X射线检测类似，能够迅速找出样品中存在的缺陷，操作简单，不过无法明确缺陷的具体位置和尺寸。透射扫描会使得超声波透过整个样品，因此能够得到样品的全部投影图像，而从超声波无法通过空气隙的特点分析，一旦出现信号阻断，呈现在投影图像上会是一片漆黑，可能漏判部分缺陷[2]。

2.2 反射扫描

反射扫描中，一旦发射出的超声波遭遇阻抗不同的截面，会产生反射，被传感器接收，通过对反射超声波的分析，能够准确判定缺陷的位置和尺寸。在实际操作环节，反射扫描存在三种不同的扫描方式，一是A扫描，采用单点扫描模式，能够为图像的创建和解释奠定基础，在检测波形的同时，也可以将反射波相位、大小等在示波器上显示出来，方便进行缺陷判断。A扫描是最为精确的检测方式，不过仅仅只能针对单个点，无法完成平面分析，一般被用于检测结果确认；二是B扫描，采用纵向截面模式，能够对垂直方向的二维截面图进行检测，在裂缝、空洞和倾斜等缺陷的检测中效果显著，可以对界面数量、界面深度和缺陷深度等进行确定[3]；三是C扫描，包含扫描平面内所有点的相位和振幅信息，可以对分层、空洞和裂纹等缺陷进行检测，是反射扫描中最为常用的检测方式，配合A扫描，能够准确实现缺陷判断。

3 超声扫描检测技术在半导体封装中的实践

这里以塑封微电路为例，对超声扫描检测技术在半导体封装中的应用进行简单分析。塑封微电路本身的特殊性导致其无论是在前期注塑成型阶段还是后期贮存以及使用环节，都很容易产生内部缺陷，因此《军用电子元器件破坏性物理分析方法》（GJB 4027A-2006）中明确提出，在对塑封微电路DPA进行试验的过程中，需要运用超声扫描检测。相关统计数据显示，2013年，塑封微电路DPA超声检测不合格率达到9.4%以上，与空封电路3.9%的不合格率相比远远超出，而分析超声扫描检测不合格的原因，电路内部界面分层占据的比例达到了99%，而在分层以及分层过程中，会引发应力作用，造成器件键合退化、金属化台阶退化以及芯片开裂等问题。从提升塑封微电路产品质量，保证其使用可靠性的角度，需要将超声扫描检测技术引入其中，在针对塑封微电路进行扫描的过程中，技术人员需要高度重视芯片分层、引线键合、引线框架和芯片粘接区域。

事实上，对于塑封微电路的超声扫描检测，《方法》中提出了专门的要求和判据，GJB 548B中则就芯片粘接问题的超声扫描检测提出了有效方法和检测标准，在实际操作中，技术人员可以根据具体情况来选择相关标准。通常来讲，我国塑封微电路DPA实验中，超声扫描检测主要参照两个标准，即GJB 4027A和GJB 548B，要求较高。

需要注意的是，伴随着技术的发展，电子封装与电路组装技术开始逐渐朝着高速化、高密度和高可靠性的方向发展，器件厚度不断变薄，结构也越发复杂，缺陷尺寸的缩小，要求在超声扫描检测中，必须更换高频率探头，提升图像分辨率。

4 超声扫描检测设备的发展趋势

具体来讲，超声扫描检测设备的发展呈现出几种显著趋势，一是检测灵敏度越来越高，半导体部件/封装尺寸的不断压缩，使得缺陷尺寸越来越小，必须提高超声扫描检测设备的灵敏度，提升超声探头信噪比及超声波发射功率，同时推动相关检测技术发展，确保在回波信号低于噪声的情况下，能够实现对于信息的有效提取；二是检测速度越来越快，对于各类器件也提出了更加严格的要求，也可以对一些形状复杂的器件进行有效检测；三是检测方式越来越多，超声检测技术以及检测产品的发展，使得其系列化程度越发显著，检测方式也开始趋于多样化。大量的实践表明，无损检测能够带来非常明显的经济效益，而超声扫描检测作为无损检测技术的一种，在越来越多的产业链中发挥着重要作用；四是检测模式越发智能化，从目前来看，超声检测设备多数需要依赖人的操作经验，而通过将不同产品检测经验输入计算机数据库的方式，能够逐步实现检测模式的智能化，简化产品检测难度，进一步提升产品检测效率。

5 结语

超声扫描检测技术作为一种无损检测技术，能够在不对产品造成损坏的情况下，完成对于产品缺陷的有效识别和分析，为缺陷处理提供参考，促进产品合格率的提高，保证产品使用的安全性和可靠性。有理由相信，在未来发展中，超声扫描检测技术必然能够取得新的突破，扫描灵敏度越来越高，扫描速度越来越快、检测方式也会朝着多样化和智能化的方向发展，为其在更多行业和领域的应用奠定良好基础。

参考文献

[1]潘凌宇,张吉.超声扫描检测技术在半导体行业中的应用[J].计算机与数字工程,2015,(1):124-127.

[2]曹德峰,王昆黍,祝伟明,等.超声波检测技术在塑封元器件中的应用[J].半导体技术,2014,39(5):383-387.

[3]刘杰.浅议半导体工艺中超声波检测的应用[J].电子技术与软件工程,2014,(2):143.