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1、Scanning Acoustic Scanning Acoustic MicroscopyMicroscopy 超声波扫描显微镜超声波扫描显微镜Present by Dr. Ing. Klaus KrmerKrmer Scientific InstrumentsKrmer Scientific Instruments科视达Application examples for semiconductors 在半导体领域的应用举例检测半导体材料内部多种缺陷Defects 缺陷 Cracks 裂纹 Delaminations 分层 Inclusion 夹杂物 Die Attach 附着物 Voids
2、空隙Contrast causing properties通过图象对比度可以判别 Differences in the acoustic impedances(reflection of the ultrasonic beam)材料内部声阻抗差异（通过反射波幅度） Defect shape and size确定缺陷形状和尺寸 Defect orientation确定缺陷方位科视达科视达半导体领域常见的应用范围 Flip Chips Chip Scale Packages (CSP) Plastic Ball Grid Arrays Metal Ball Grid Arrays Plastic
3、Encapsulated Integrated Circuits Hybrids, Power Devices and Multi-Chip Modules Automotive Applications Bonded and Bumped Wafers Ceramic Chip Capacitors Ceramics Printed Circuit Boards Miscellaneous Applications 科视达半导体领域常见检测项目使用的换能器频率范围样品应用 换能器T/X Receiver 10 MHz PLCC, QFP, PQFP15-50 MHz Hybrids, Pow
4、er Pak15-50 MHz BGA 50-100 MHz Capacitors75-100 MHz TSOP75-100 MHz Flip Chip Underfill100-230 MHz Flip Chip Interconnect 230-400 MHzBonded Wafer 100-230 MHz Bonded Wafer 230-400 MHz科视达半导体领域检测器件的检查项目图例(一)科视达半导体领域检测器件的检查项目图例(二)科视达半导体领域检测器件的检查项目图例(三)科视达半导体领域检测器件的检查项目图例(四)科视达半导体领域检测器件的检查项目图例(五)Defects i
5、n WaferDefects in Wafer 晶片的缺陷晶片的缺陷科视达Package Type：SOI, Silicon Nitride, Silicon Carbide, coated wafers, Bare silicon or GaAs wafers, Printed wafers检查的失效类型：Non-Bonded wafers Micro-cracks Bump integrity Contamination (excess flux) Delaminations 科视达数据门限设置在不同深度的三层。在每层中用箭头标示的白色 亮的区域是分层缺陷。右下角的图片是第三层的局域部分放
6、大的精细图像。扫描尺寸：123mm 105 mm第一层 (110ns深度) 第二层 (330ns深度) 第三层 (550ns深度)Wafer涂层上的分层缺陷（一）科视达Wafer涂层上的分层缺陷（二）Sample2a_50ksi.bmp由于分层位置声阻抗的差别，超声 波将会在分层界面处反射，因此超 声波扫描图象中白色区域表示分层 缺陷的存在C-Scan图象Sample2a_50ksi.bmp样品分层缺陷的位置着色功能可增加对比度科视达Wafer涂层上的分层缺陷（二）分层缺陷分层缺陷样品一样品二科视达印制后Wafer上的分层缺陷（一）所选区域的放大图象 在Wafer边缘上有大面积的分层缺陷(用绿
7、色 箭头表示) 在晶片中间单个晶圆的分层缺陷（用蓝色箭 头表示） 单个晶圆的分层 在无分层晶圆上可以清晰地看到接触点科视达印制后Wafer上的分层缺陷（二）分层缺陷无缺陷结构 分层缺陷分层缺陷 检测到的细小分层主要是位于Die下面 的分层 扫描面积: 123mm 105 mm分层缺陷分层缺陷Mold CompoundMold Compound 封装塑封材料的检测封装塑封材料的检测科视达科视达封装材料中的裂纹（一）裂 纹 封装器件内部结构可以被清晰地看到 使用超声波显微镜可以检测到用普通光学显微镜所检测不到的封装材料内部裂纹科视达封装材料中的裂纹（二）裂纹 分层填充物(mold compound
8、)中的裂纹和分层能用超声波扫描显微镜检测出来科视达封装材料中的孔洞（一）Mold compound中的孔洞填充物(mold compound)呈现粒状结构。左图中亮的区域是填充物(mold compound)中的孔洞，在 右上角呈现出比较有规律的线性分布。在右图中，孔洞可以用特殊的运算标识成彩色(如右图中的红 色)。着色后的孔洞科视达封装材料中的孔洞（二）扫描尺寸： 16.4mm 12.7 mm 箭头指向的亮的区域 是孔洞，孔洞是清晰 可见的。Mold compound孔洞导致一个更强的超声波反 射信号，在上面的C-Scan中明 亮的区域(某些样品中用红色的 圆圈来表示)Die topDie
9、top 粘晶层表面检测粘晶层表面检测科视达分层缺陷位 置被红色标 识出来科视达样品一样品二封装Die top分层示例（一）Die上表面，在 图中明亮的区 域表示分层缺 陷（图中的红 色箭头所指）科视达封装Die top分层示例（二）样品三 Die top局部区域放大图像明亮的区域指示出分层缺陷（有很强的超声波反射信号），暗的区域是比较好的结合区域。科视达封装Die top分层示例（二）相位图像A-Scan窗口明亮的和暗的区域在中间的A-scan窗 口中可见清晰的看到反射波形有一个 180的相位反转。这主要是由于材料 的声阻抗不同引起的（高的声阻抗材 料到低的声阻抗材料会引起相位反转 ，如由Mo
10、ld Compuond材料到一个空 气层就会发生相位反转）。使用相位检测功能，可以使用特 殊的逻辑计算法则来自动的标识 出分层缺陷。如上图中，分层缺 陷用红色标识。科视达封装Die top分层示例（三）分层导致了非常强的超声波反射，在上面的C-Scan图像中明亮的区域表示分层缺陷（用 红色箭头指出）。分层五个结构现同的样品三个结构现同的IC三个结构现同的IC科视达封装Die top分层示例（四）无分层缺陷样品在分层位置将会有反射波，因此对应 在图象上会显示出比较亮的区域在边界上的分层缺陷在顶部的分层缺陷科视达封装Die top分层示例（五）在Die top界面上，分层缺陷是上图 中显示的比较亮
11、的区域（红色圆圈指 出的部分）在Die top界面下，分层缺陷（箭头标 出）在上图中显示的比较暗的区域， 是由于超声波在分层缺陷界面上所留 下的底纹（阴影）科视达封装Die top分层示例（六）用伪着色和伪3D处理得到的图像，使得有缺陷的结构得到更强的对比效果Lead FrameLead Frame 引线框的检测引线框的检测科视达科视达引线框的检测示例（一）引线框明亮的区域有很强的超声波反射，指示出分层缺陷。在旁边的孔式结构是清晰可见的。右上 角的一处裂纹被检测到。在右侧的两幅伪3D图像中，分层缺陷有更加清晰的对比，在右下的 伪着色的3D图像中，分层缺陷用红色标识出。裂纹 分层孔式结构科视达引
12、线框的检测示例（二）分层导致了很强的超声波反射，在上面的C-Scan图像中明亮 的区域表示分层缺陷（用红色箭头标识）分层分层分层Plastic Encapsulated Plastic Encapsulated Integrated CircuitsIntegrated Circuits 塑封集成电路塑封集成电路科视达Package Type：PLCC, PQFP, SOIC, TQFP, TSOP, PAKs检查的失效类型： Non-bonded interfaces Die tilt or cupping or carcks Porous die attach Delaminations
13、Lack or insufficient die attach Molding compound voids Package cracks (Popcorning) Lead frame delamination Encapsulant material characterization科视达IC 研究分层使用相位检测功能，上图中的红色区域 表示有分层缺陷科视达连接线的分层Bonding线相位检测图像图像尺寸：20.3 mm 15.7 mm在左图中，明亮区域指示出分层缺陷。 在右侧的使用相位检测功能得到的图像中，这些分 层缺陷自动用红色标识出。A-Scan窗口科视达X-Scan扫描方式对样品不
14、同层面的观察3com_3b.bmp3com_g2.b mpX-Scan扫描模式可以一次同时扫描样品的不同层面，从而可以完整地观测到 样品内部缺陷，如分层缺陷在不同层面上的分布情况科视达器件内部不同层面的超声波图象Connecting wires 连接线Flip ChipFlip Chip 倒装焊芯片的检测倒装焊芯片的检测科视达Package Type：Flip chips, Flip-on-board, Flip-on-flex检查的失效类型： Underfill delamination Underfill voiding Underfill material characterizatio
15、n Solder joint voiding Solder joint delamination Solder joint cracking Die cracking Filler particle density distribution科视达Hkgut1.bmp放大的图象压焊点的情况可以通过超声波反射波来检测。 左图中有缺陷的压焊点用绿色圆圈标识出来。 右侧的图像局部放大并着色后，可以看到压焊点的更精细的结构。压焊点的压焊质量分析（一）科视达压焊点的压焊质量分析（二）分层缺陷区域可 以被自动标识出 来（图中蓝色所 标识的区域）科视达压焊点的压焊质量分析（三）使用伪着色和3D图像处理，可以更加清 晰的看到Bond界面的分层缺陷，图中用 红色表示分层缺陷科视达滤波功能增强图像对比度（一）明亮区域为分层缺陷采用不同的滤波功能可以提高判别分层缺陷或其他结构的图象的对比度科视达滤波功能增强图像对比度（二）采用不同的滤波功能可以提高判别分层缺陷或其他结构的图象的对比度明亮区域为分层缺陷科视达Flip Chip的分层缺陷（一）分层使用伪着色功能，甚至能很好 的显示出更深层的结构信息放大图像科视达Flip Chip的分层缺陷（一）分层裂纹使用专用的图像滤波方法，可 以使裂纹更加清晰的显示出科视达Flip
