半導體芯片紫外熒光無損檢測

高旭東

摘要：無損檢測技術（NondestructiveTesting，ND）是一門新興的綜合性應用學科，它是在不破壞或損壞被檢測對象的前提下，利用材料內部結構異常或缺陷存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應的變化，來探測各種工程材料、零部件、結構件等內部和表面缺陷，并對缺陷的類型、性質、數量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化作出判斷和評價。無損檢測作為整個檢測的分支，已成為工業產品生產線不可缺少的一部分。

關鍵詞：半導體芯片;檢測

1前言

半導體芯片廣泛應用于各個領域、各類電子產品，已經成為經濟發展、國家信息安全的命脈，深刻影響著現代人類的生活。在半導體芯片封裝制造過程中，不可避免地在芯片表面產生各類缺陷，直接影響到芯片的運行效能及壽命。傳統人工目視檢測法己經難以適應半導體芯片封裝制造的高速、高精度的檢測需求。利用機器視覺技術對芯片表面缺陷進行檢測，具有無接觸無損傷、檢測精度高、速度快、穩定性高等優點。盡管目前基于機器視覺的芯片缺陷檢測技術在芯片打印字符、引腳外觀尺寸位置等方面的研究已取得很好的進展，但對于芯片表面的外觀缺陷檢測與分類研究尚處于起步階段。同時，芯片表面缺陷在線檢測與分類對圖像處理算法在線應用的可行性、計算精度、實時性與運行效率提出了更高的要求。

2無損檢測新技術

2.1超聲相控陣技術

超聲檢測是應用最廣泛的無損檢測技術，具有許多優點，但需要稠合劑和換能器接近被檢材料，因此，超聲換能、電磁超聲、超聲相控陣技術得到快速發展。其中，超聲相控陣技術是近年來超聲檢測中的一個新的技術熱點。

2.2激光無損檢測

由于激光具有單色性好、能量高度集中、方向性很強等特點，其在無損檢測領域的應用不斷擴大，并逐漸形成了激光全息、激光散斑、激光超聲等無損檢測新技術。激光全息是激光無損檢測中應用最早、最多的一種方法，其基本原理是通過對被測物體施加外加載荷，利用有缺陷部位的形變量與其它部位不同的特點，通過加載前、后所形成的全息圖像的迭加來判斷材料、結構內部是否存在不連續性。作為一種干涉計量術，激光全息技術可以檢測微米級的變形，靈敏度極高，具有不需接觸被測物體，檢測對象不受材料、尺寸限制，檢測結果便于保存等優點，已應用在復合材料、印制電路板、飛機輪胎等的缺陷檢測中。

2.3紅外無損檢測

紅外檢測是基于紅外輻射原理，通過掃描記錄或觀察被檢測工件表面上由于缺陷所引起的溫度變化來檢測表面和近表面缺陷的無損檢測方法，可分為有源紅外檢測（主動紅外檢測）和無源紅外檢測（被動紅外檢測）。紅外檢測的主要設備有紅外熱像儀、紅外探測器等。紅外檢測具有非接觸、遙感、大面積、快速有效、結果直觀的優點。

紅外熱波技術是最新發展起來的一種無損檢測技術，受到國內外的廣泛關注。它是一種利用紅外熱成像技術，通過主動式受控加熱來激發被檢測物中缺陷的無損檢測。該方法使用大功率閃光燈、超聲波、激光、微波和電磁感應等作為熱源，具有適用面廣、速度快、直觀、可定量測量等特點。作為一項通用技術，紅外熱波無損檢測具有很強應用性和可拓展性，有著十分廣泛的應用前景。

2.4微波無損檢測

微波無損檢測技術將在330-3300MHz中某段頻率的電磁波照射到被測物體上，通過分折反射波和透射波的振幅和相位變化以及波的模式變化，了解被測樣品中的裂紋、裂縫、氣孔等缺陷，確定分層煤質的脫粘、夾雜等的位置和尺寸，檢測復合材料內部密度的不均勻程度。

2.5磁記憶檢測

磁記憶檢測方法就是通過測量構件磁化狀態來推斷其應力集中區的一種無損檢測方法。該檢測技術是俄羅斯杜波夫教授于20世紀90年代初提出，并于90年代后期發展起來的用于檢測材料應力集中和疲勞損傷的一種新的無損檢測與診斷方法。壓力容器在運行過程中受介質、壓力和溫度等因素的影響，易在應力集中的部位產生應力腐蝕開裂、疲勞開裂和誘發裂紋，在高溫設備上還容易產生蠕變損傷。因此，應力集中區常常是構件受損的薄弱部位，而50%以上的損傷和事故是在應力集中區突然發生的。

3測試原理與設備和實驗分析

3.1測試原理與設備

在實驗裝置中適當安置光源、樣品、成像屏的位置，在屏上可獲得由光源發射的、經由樣品面反射的光斑，由于這束光從發射到屏經過了相同的時間和距離，那么從波動光學的角度討論，它們的變化與相位無關，僅僅與強度有關。如果光源是完全理想均勻的，樣品表面同樣是完全理想的反射面，那么屏上獲得的將是光源被反射部分關于強度的均勻的信息;由于光源部分可以通過適當的手段保證均勻度，而屏上光斑強度均勻度發生變化當且僅當與被照射的樣品反射面有關，也就是說，人射光經由反射面的作用，攜帶上了有關反射面上各個點對相應其各束人射光不同的反射能力的信息形成不同強度的光束，因此在屏上形成亮度不均勻的光斑關于樣品表面的光學圖像。

3.2實驗分析

近兩年來，在對大量的GaAs和Si材料拋光片進行實驗研究的過程中，積累了較豐富的圖像和數據資料;同時對所發現包含有不同缺陷的晶片，開展了進一步的深入實驗，主要方法為：利用霍爾測試、微區電阻率測試、傅立葉變換紅外光譜儀等手段對晶片進行全片分析，將結果分布圖與晶片原始圖像的方差分布圖對比，從對比結果可見，缺陷分布情況與其他手段所獲得的結果基本一致;利用臺階儀測試刀痕及劃痕、EPD腐蝕后金相顯微鏡下獲得晶片的圖像與晶片原始圖像對比，結果證實圖像對刀痕及劃痕等表面缺陷的顯示與晶片表面的實際情況是完全一致的;對存在于表層以下的、用傳統方法無法直接見到的缺陷，用本方法同樣可以準確顯現，而且不損傷晶片，不用對晶片做任何預處理，方便快捷，真正做到了“即驗即得”;對于晶片背面的劃痕或表面缺陷，本方法有較好的探測顯示能力，這對于一般晶片似乎意義不大，但對于鍵合材料片來說，就變得十分重要一圖像將鍵合面的情況清晰地顯示，這對于鍵合工藝的檢查和指導作用是不言而喻的，同時還可以大大提高鍵合器件生產的成品率。在器件的生產過程中，晶片表面有被沾污或其他原因引起圖形變形及表面形成某種析出的可能，本方法可清晰地顯示上述缺陷;本方法對晶片表面及體內的諸多缺陷，有良好顯示解析能力，而通常對這些缺陷的檢測需繁復的過程，且需破壞晶片，其中某些缺陷還是無法檢測的。實驗過程中發現，離子注入和外延材料的缺陷較之它們注入前或外延前，有“放大”的現象。這似乎和材料的制備工藝有關，而且離子注入材料重于外延材料，這一現象在剝離霍爾研究中已經出現過。

4結束語

隨著經濟的發展，我國工程設備的機械化水平越來越高，特種工程設備更是如此，隨之而來的是此類設備的機械故障的檢修更加的困難，在這種情況下傳統的檢測方法已很難滿足需要。本文首先分析了我國工程機械設備檢修的現狀，接著著重介紹了無損檢測技術的實踐應用，為同行工作者提供相應參考依據。