CN112697878A - 超声扫描设备及超声扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及无损检测技术领域，公开了一种超声扫描设备及超声扫描方法，该超声扫描设备在现有的超声探头的前端处加装低声阻固定构件以实现与待探测半导体元器件直接接触，从而使得待探测半导体元器件脱离液体扫描环境，避免出现因液体的高声阻导致超声波信号衰减的情况，进一步提高超声成像效果。

Description

超声扫描设备及超声扫描方法
技术领域
本发明一般涉及无损检测技术领域，具体涉及一种超声扫描设备及超声扫描方法。
背景技术
超声扫描显微镜是一种运用超声波为传播媒介的无损检测设备。在工作中采用反射的扫描方式来检查元器件、材料、晶圆等样品内部的分层、空洞、裂缝等缺陷。参见图1，扫描目标层次点在于芯片102与基板104的填充胶103之间，当芯片102放置在水中后，超声探头101伸入水中并发生超声波信号，超声波信号在超声探头101端部至芯片102顶面这一距离内因水的声阻较大易发生信号衰减，从而影响回波质量，降低最终成像画质。另外，由于部分芯片对测试环境有较高要求，电子元器件对水等液体较为敏感，若在水中进行超声扫描操作易引起器件失效等问题。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种超声扫描设备及超声扫描方法。
第一方面，本发明提供一种超声扫描设备，包括：超声探头，所述超声探头前端设置低声阻固体构件；低声阻固体构件，所述低声阻固体构件与待探测半导体元器件的接触面设置为平面。
在一个实施例中，所述低声阻固定构件的接触端为接触面，其与所述半导体元器件表面之间为面接触，所述低声阻构件为圆柱体、圆台或多棱台的其中一种，所述多棱台的棱数大于等于4。
在一个实施例中，所述低声阻固定构件的接触端为接触点，其与所述半导体元器件表面之间为点接触，所述低声阻构件为圆锥体或多棱锥，所述多棱锥的棱数大于等于3。
在一个实施例中，所述低声阻固体构件与所述待探测半导体元器件接触面的直径大于所述超声探头的聚焦宽度小于所述测半导体元器件的最短边长。
在一个实施例中，所述低声阻固体的长度、所述超声探头的聚焦长度和所述半导体元器件的厚度具有下述关系：
h＝F-H(C1/C2)
其中，h表示低声阻固体的长度，F表示超声探头的聚焦长度，H表示半导体元器件的厚度。
在一个实施例中，所述超声探头的聚焦长度、所述低声阻固体构件长度之和等于所述待探测半导体元器件的厚度0.8倍至1.34倍。
在一个实施例中，所述低声阻固定构件的材质采用金属材料、无机非金属材料或有机高分子材料。
在一个实施例中，所述低声阻固体构件与所述超声探头之间设有弹性套管，所述超声探头和所述低声阻固体构件分别以过盈配合的方式嵌设在弹性套管内并相互接触。
第二方面，本发明提供一种采用第一方面所描述的超声扫描设备的超声扫描方法，包括：将所述半导体元器件固定在工作平台上，并以待扫描面朝向超声探头方向放置；在所述超声探头的前端安装所述低声阻固体构件，并将所述低声阻固体构件的接触端与所述半导体元器件的待扫描面直接接触；调节所述超声扫描设备参数开始扫描，获取图像。
在一个实施例中，在所述超声探头的前端安装所述低声阻固体构件包括：准备弹性套管，将所述超声探头和所述低声阻固体构件分别以过盈配合的方式嵌设在弹性套管内并以面接触的方式相互抵靠。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供一种超声扫描设备及超声扫描方法，该超声扫描设备在现有的超声探头的前端处加装低声阻固定构件以实现与待探测半导体元器件直接接触，从而使得待探测半导体元器件脱离液体扫描环境，避免出现因液体的高声阻导致超声波信号衰减的情况，进一步提高超声成像效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了现有技术中涉及的超声扫描显微镜的结构示意图；
图2示出了本申请实施例涉及的超声扫描设备的结构示意图；
图3示出了本申请实施例涉及的超声扫描方法的流程图。
图1中：101-超声探头，102-芯片，103-填充胶，104-基板；
图2和图3中：201-超声探头，202-低声阻固体构件，203-弹性套管，204-半导体元器件，205-填充胶，206-基板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图2示出了本申请提供的超声扫描设备的结构示意图。
超声扫描设备，包括：用于探测半导体元器件204，包括有超声探头201，所述超声探头201与所述半导体元器件204间隔设置，超声扫描设备还包括有低声阻固定构件202，所述超声探头201在其靠近所述半导体元器件202的一端处以面接触的固定方式设置有所述低声阻固体构件202，所述低声阻固体构件202未与所述超声探头201接触的一端设置为与所述半导体元器件204表面直接抵靠的接触端。
超声探头201通过发射高频超声波传递到样品内部，声波这种机械波传递过程类似电磁波，在经过两种不同材质之间界面时，由于不同材质的声阻抗不同，在经过不同介质时会发生折射、反射等现象，通过声阻抗不同的材料时会发生波形相位、能量上的变化等现象，经过一系列数据采集计算形成灰度值图片，可用来分析样品内部状况，以检查样品内部出现的分层、裂缝或者空洞等缺陷。
具体半导体元器件204可以采用芯片，芯片与基板206之间设置有填充胶205，超声探头201的扫描层次为芯片与填充胶205(underfill)之间。
采用上述超声扫描设备进行扫描时，通过在超声探头201处加装低声阻固定构件以与待探测半导体元器件204直接接触，从而使得待探测半导体元器件204脱离液体扫描环境，避免出现因液体的高声阻导致超声波信号衰减的情况，进一步提高超声成像效果。
在本实施例中，所述低声阻固定构件的接触端为接触面，其与所述半导体元器件表面之间为面接触，所述低声阻构件为圆柱体、圆台或多棱台的其中一种，所述多棱台的棱数大于等于4。
进一步，所述低声阻固体构件为圆柱或圆台时，所述接触面的直径大于所述超声探头的聚焦宽度小于所述半导体元器件的最短边长。
在其他实施例中，所述低声阻固定构件的接触端还可以为接触点，其与所述半导体元器件表面之间为点接触，所述低声阻构件为圆锥体或多棱锥，所述多棱锥的棱数大于等于3。
进行扫描时，超声扫描设备的分辨率主要受到超声探头201的频率影响，分别率通常可以达到声波在材质内的波长的1/2-1/3，具体可以通过下述公式计算：
L＝V/f
这里V表示声波在材质内纵向传播速度，f表示超声探头201的频率，可见超声探头201的频率越大，则分辨率越大。
超声探头201对材质的穿透深度主要受到两个因素的影响，声波在被检测材料与中间耦合介质之间的折射率和材料对声波的吸收系数。
材料与中间耦合介质之间的折射率具体可以通过下述公式计算：
N＝C1/C2
这里C1表示声波在被检测材料内的纵向速度，C2表示声波在中间耦合介质内的纵向速度。
材料对声波的吸收系数是由材料内部的晶格大小、材料性质、空隙度等决定。
低声阻固体的长度与超声探头201的聚焦长度和声波在材料中的穿透深度具有下述关系：
h＝F-H(C1/C2)
这里h表示低声阻固体的长度，F表示超声探头201的聚焦长度，H表示声波在材料中的穿透深度，这里等于芯片的厚度。
在本实施例中，所述超声探头201的频率为230MHz，所述超声探头201的聚焦长度为9.4mm。所述超声探头201为高频探头，主要用于检测薄型塑封器件、倒装焊接芯片内部的分层缺陷、杂质、裂纹等。
在本实施例中，所述超声探头201的聚焦长度、所述低声阻固体构件204长度之和等于所述待探测半导体元器件204的厚度0.8倍至1.34倍。优选的，芯片的厚度为780μm，长和宽为10*10cm。
所述低声阻固定构件的材质采用金属材料、无机非金属材料或有机高分子材料。在本实施例中，所述低声阻固体构件202采用硅圆柱体，所述硅圆柱体的密度为2.33g/cm3。
在本实施例中，所述低声阻固体构件202的长度小于所述超声探头201的聚焦长度。具体所述硅圆柱体的长度为4-7mm，优选的是所述硅圆柱体的长度为5mm。
超声探头201的灵敏度影响超声扫描设备分辨率所能达到的水平，影响灵敏度的主要因素是超声探头201的聚焦宽度，通常聚焦宽度越小，灵敏度越大。一般超声探头201的聚焦宽度只能达到波长的1/2，较优的能达到波长的1/3。
在本实施例中，所述低声阻固体构件202与所述待探测半导体元器件204接触面的直径大于所述超声探头201的聚焦宽度小于所述测半导体元器件的最短边长。具体所述低声阻固体构件202与所述待探测半导体元器件204的接触面的直径为2cm。
在本实施例中，所述低声阻固体构件202以捆绑的方式安装于所述超声探头201的端部。作为一种可实施方式，所述低声阻固体构件202与所述超声探头201之间设有弹性套管203，所述超声探头201和所述低声阻固体构件202分别以过盈配合的方式嵌设在弹性套管203内并相互接触。
图3示出了采用上面所描述的超声扫描设备的超声扫描方法的流程图。
超声扫描方法，包括：步骤301，将所述半导体元器件204固定在工作平台上，并以待扫描面朝向超声探头201方向放置；步骤302，在所述超声探头201的前端安装所述低声阻固体构件202，并将所述低声阻固体构件202的接触端与所述半导体元器件204的待扫描面直接接触；步骤303，调节超声扫描设备参数开始扫描，获取图像。
需要说明的是，上述调节超声扫描设备参数包括框选扫描波形，调节扫描范围，选择扫描分辨率。
在本实施例中，在所述超声探头201的前端安装所述低声阻固体构件202包括：准备弹性套管203，将所述超声探头201和所述低声阻固体构件202分别以过盈配合的方式嵌设在弹性套管203内并以面接触的方式相互抵靠。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种超声扫描设备，用于探测半导体元器件，包括有超声探头，所述超声探头与所述半导体元器件间隔设置，其特征在于，还包括有低声阻固定构件，所述超声探头在其靠近所述半导体元器件的一端处以面接触的固定方式设置有所述低声阻固体构件，所述低声阻固体构件未与所述超声探头接触的一端设置为与所述半导体元器件表面直接抵靠的接触端。
2.根据权利要求1所述的超声扫描设备，其特征在于，所述低声阻固定构件的接触端为接触面，其与所述半导体元器件表面之间为面接触，所述低声阻构件为圆柱体、圆台或多棱台的其中一种，所述多棱台的棱数大于等于4。
3.根据权利要求1所述的超声扫描设备，其特征在于，所述低声阻固定构件的接触端为接触点，其与所述半导体元器件表面之间为点接触，所述低声阻构件为圆锥体或多棱锥，所述多棱锥的棱数大于等于3。
4.根据权利要求2所述的超声扫描设备，其特征在于，所述低声阻固体构件为圆柱或圆台时，所述接触面的直径大于所述超声探头的聚焦宽度小于所述半导体元器件的最短边长。
5.根据权利要求1所述的超声扫描设备，其特征在于，所述低声阻固体的长度、所述超声探头的聚焦长度和所述半导体元器件的厚度具有下述关系：
h＝F-H(C1/C2)
其中，h表示低声阻固体的长度，F表示超声探头的聚焦长度，H表示半导体元器件的厚度。
6.根据权利要求5所述的超声扫描设备，其特征在于，所述超声探头的聚焦长度、所述低声阻固体构件长度之和等于所述待探测半导体元器件的厚度0.8倍至1.34倍。
7.根据权利要求1所述的超声扫描设备，其特征在于，所述低声阻固定构件的材质采用金属材料、无机非金属材料或有机高分子材料。
8.根据权利要求1所述的超声扫描设备，其特征在于，所述低声阻固体构件与所述超声探头之间设有弹性套管，所述超声探头和所述低声阻固体构件分别以过盈配合的方式嵌设在弹性套管内并相互接触。
9.一种采用权利要求1所述的超声扫描设备的超声扫描方法，其特征在于，包括：
将所述半导体元器件固定在工作平台上，并以待扫描面朝向超声探头方向放置；
在所述超声探头的前端安装所述低声阻固体构件，并将所述低声阻固体构件的接触端与所述半导体元器件的待扫描面直接接触；
调节所述超声扫描设备参数开始扫描，获取图像。
10.根据权利要求9所述的超声扫描方法，其特征在于，在所述超声探头的前端安装所述低声阻固体构件包括：准备弹性套管，将所述超声探头和所述低声阻固体构件分别以过盈配合的方式嵌设在弹性套管内并以面接触的方式相互抵靠。
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