FR2922312B1 - Microscope acoustique a balayage avec fonction de profilometre - Google Patents

Abstract

Microscope acoustique à balayage, comprenant un transducteur ultrasonore (102), un ensemble de dispositif à balayage commandé par un moteur sur lequel le transducteur ultrasonore est monté, un contrôleur (100) qui est relié électriquement au transducteur et au groupe moteur, le contrôleur étant adapté pour faire que le rotor et le transducteur soient déplacés le long d'un trajet selon une séquence prédéterminée de mouvements relativement à un échantillon. Le contrôleur est adapté pour faire que le transducteur ultrasonore émette une ou plusieurs impulsions d'énergie acoustique et génère des mesures de profil de l'échantillon en traitant les signaux provenant du transducteur qui sont représentatifs des impulsions d'énergie acoustique qui sont réfléchies par l'échantillon.

Description

MICROSCOPE ACOUSTIQUE À BALAYAGE AVEC FONCTION DE PROFILOMÈTRE

Comme cela est bien connu dans Fart, un microscope acoustique à balayage comprend habituellement un transducteur qui est commandé par des impulsions de tension qui peuvent avoir, par exemple, des amplitudes de 100 volts ou plus et qui sont habituellement dans la gamme de fréquences de dizaines de mégahertz jusqu’à 100 mégahertz ou plus.

Le faisceau acoustique pulsé pénètre dans la cible, qui peut être, par exemple, un boîtier de circuit intégré. Une fraction de l’énergie traverse la cible, et le reste est absorbé, diffusé ou réfléchi. Dans de nombreuses applications, une énergie suffisante est renvoyée au transducteur (après un délai) pour être détectée. L’énergie acoustique est presque totalement réfléchie par un intervalle d’air. Ainsi, les microscopes acoustiques se sont révélés être extrêmement utiles pour localiser des décollements (intervalles d’air) entre les couches internes d’un dispositif tel qu’un boîtier de circuit intégré.

Le signal de retour est un écho composé d’une gamme de fréquences centrée autour de la fréquence de résonance du transducteur. Comme davantage décrit dans le brevet US N° 6 981 417, le signal de retour est communément désigné par la forme d’onde « A » ou le « balayage A », et contient dans la pratique une grande quantité d’informations concernant les perturbations ou les caractéristiques d’impédance acoustique dans le corps du boîtier de circuit intégré.

Comme cela est bien connu dans Fart, un signal de domaine temporel reçu par le microscopique acoustique durant une session de balayage est conventionnellement déclenché par un processus de portillonnage. Durant le processus de portillonnage, un portillon électronique isole un segment de signal représentatif de pixel associé à un seul pixel.

Le portillonnage du signal permet à un utilisateur d’examiner un niveau choisi quelconque dans la cible simplement en sélectionnant un temps de retard approprié pour le portillon électronique. Par exemple, un segment d’un seul pixel pourrait être capturé avec un portillon électronique d’une largeur de 100 nanosecondes réglé sur un délai de 384 à 484 nanosecondes. Si l’on devait visualiser un niveau plus profond, on emploierait un délai plus long.

Conformément à la présente invention, on fournit un microscope acoustique à balayage capable de collecter et d’afficher une image de profil d’un échantillon, comprenant un profil de surface, un profil interne ou toute combinaison des deux.

Conformément à un autre aspect de la présente invention, le microscope acoustique à balayage peut également être capable de collecter et d’afficher simultanément une image acoustique interne d’un échantillon.

Conformément à un autre aspect encore de la présente invention, le microscope acoustique à balayage peut être configuré pour afficher simultanément un profil de surface, une représentation de signal de domaine temporel, une représentation de signal de domaine fréquentiel, ou toute représentation de caractéristiques sur ou dans un échantillon.

Conformément à la présente invention le microscope acoustique à balayage, comprend un transducteur ultrasonore; un ensemble de dispositif à balayage commandé par moteur sur lequel le transducteur ultrasonore est monté ; un contrôleur qui est relié électriquement au transducteur et au groupe moteur, le contrôleur étant adapté pour faire que le rotor et le transducteur soient déplacés le long d’un trajet selon une séquence prédéterminée de mouvements relativement à un échantillon ; et dans lequel le contrôleur est adapté pour faire que le transducteur ultrasonore émette une ou plusieurs impulsions d’énergie acoustique et génère des mesures de profil de l’échantillon en traitant les signaux provenant du transducteur qui sont représentatifs des impulsions d’énergie acoustique qui sont réfléchies par l’échantillon.

Selon un autre aspect, le groupe moteur comprend un groupe moteur linéaire équilibré comprend un rotor sur lequel le transducteur est monté, un stator sur lequel le rotor et le transducteur sont montés pour le mouvement le long d’un premier trajet linéaire défini par le stator, et un contrepoids qui est monté pour le mouvement le long d’un second trajet linéaire qui est parallèle au premier trajet linéaire, le contrepoids ayant une masse qui est généralement égale à la masse du rotor et du transducteur ; le contrepoids est adapté pour être déplacé, au moment où l’échantillon est interrogé, le long du second trajet linéaire en même temps que le rotor et le transducteur qui sont déplacés le long du premier trajet linéaire ; un second groupe moteur linéaire pour déplacer au moins le transducteur dans une direction qui est perpendiculaire au premier trajet linéaire ; un second groupe moteur équilibré pour déplacer au moins le transducteur dans une direction qui est perpendiculaire au premier trajet linéaire ; et les premier et second trajets linéaires sont espacés l’un de l’autre, le centre de la masse du contrepoids étant localisé de manière à réduire au moins quelques-unes des forces rotationnelles qui sont générées lorsque le transducteur est ralenti et qu’il change de direction.

Selon un autre aspect, le transducteur suit une ou plusieurs traces non linéaires au moment où l’échantillon est interrogé.

Selon un autre aspect, le transducteur est couplé de manière opérationnelle à l’échantillon par un milieu de couplage au moment où l’échantillon est interrogé, le contrôleur étant adapté pour faire que le transducteur ultrasonore émette une impulsion d’énergie acoustique en direction de chacun de la pluralité de points variés tridimensionnels situés au sein d’un volume donné défini à l’intérieur de l’échantillon, le transducteur ayant, pour chacune des impulsions, un point focal qui est disposé au même emplacement au sein du volume donné de l’échantillon que celui correspondant des points variés tridimensionnels, le contrôleur étant en outre adapté pour faire que le transducteur reçoive un signal de réflexion correspondant à chacune des impulsions, chacun des signaux de réflexion comprenant un balayage A de l’échantillon qui est focalisé sur le point au sein du volume donné de l’échantillon correspondant à celui-ci, tous les signaux de réflexion représentant des caractéristiques d’impédance acoustique présentes au sein du volume donné défini à l’intérieur de l’échantillon.

Selon un autre aspect, l’échantillon comprend un échantillon micro-électronique, ou un conditionnement scellé, ou une matière biologique, ou une plaque de métal, ou une plaque en céramique.

Selon un autre aspect, le contrôleur est adapté pour faire que le transducteur soit déplacé dans un balayage récurrent X-Y relativement à l’échantillon.

Selon un autre aspect, le contrôleur est adapté pour générer des données représentatives des caractéristiques d’impédance acoustique internes de l’échantillon au même moment où les mesures de profil sont effectuées ; les données représentatives sont des signaux de domaine temporel qui sont révélateurs des caractéristiques d’impédance acoustique internes à l’intérieur de l’échantillon ; le contrôleur est adapté pour traiter le signal de domaine temporel pour produire une représentation de domaine fréquentiel de modifications sélectives de fréquence des impulsions d’énergie acoustique qui sont produites par interaction avec l’échantillon ; et le contrôleur est capable d’entraîner l’affichage d’une indication visuelle du signal de domaine temporel, de la représentation de domaine fréquentiel et de la topographie de surface de l’échantillon.

La figure 1 est un schéma de principe d’un microscope d’imagerie acoustique.

La figure 2 est un schéma de principe d’un autre microscope d’imagerie acoustique.

Les figures 3A et 3B illustrent d’autres montages de transducteur qui peuvent être mis en place dans certaines applications de la présente invention.

La figure 4A est une illustration d’un balayage de profil d’une puce intégrée utile pour comprendre un aspect de la présente invention.

La figure 4B est une illustration en trois dimensions d’une puce intégrée.

La figure 5A illustre une vue latérale d’une impulsion ultrasonore qui est dirigée sur une pièce inclinée.

La figure 5B est un schéma de principe montrant comment un exemple de dispositif de fixation de l’inclinaison peut être mis en rotation autour de deux axes différents.

La figure 5C est une vue en perspective annotée d’un exemple de dispositif de fixation de l’inclinaison illustré avec des exemples d’axes de roulis (axe longitudinal) et de tangage (axe transversal).

La figure 6 est un organigramme décrivant les étapes de l’ajustement manuel d’un dispositif de fixation de l’inclinaison.

La figure 7 est un schéma fonctionnel d’un système qui permet à un microscope acoustique à balayage de relever des mesures d’ajustement de l’inclinaison sous contrôle automatique.

La figure 8 est un balayage de profil normalisé de la puce intégrée illustrée sur la figure 4A.

La figure 9 est une illustration d’une boîte de dialogue d’ajustement de l’inclinaison de profil utilisée pour normaliser manuellement une image de profil.

Les figures 10A et 10B sont des illustrations d’un gauchissement excessif d’une pièce.

La figure 11 illustre une interface utilisateur graphique permettant à un utilisateur de spécifier des informations de gauchissement.

La figure 12 est un organigramme qui présente des étapes de programme qui sont suivies pour permettre à un microscope acoustique à balayage de collecter des informations de profil acoustique.

La figure 12A est un organigramme utilisé en association à la figure 12 pour permettre à un microscope acoustique à balayage de collecter simultanément des informations internes et de profil acoustique.

Les figures 13A à 13C sont des illustrations d’une image de profil, d’une image de domaine temporel et d’une image de domaine fréquentiel pouvant être affichées simultanément.

La figure 14 est un organigramme décrivant comment un utilisateur peut faire pour qu’une indication visuelle de données de profil d’une surface soit affichée simultanément à une représentation du signal de domaine temporel et/ou à une représentation du signal de domaine fréquentiel.

La figure 1 illustre sous une forme très schématique un microscope d’imagerie acoustique, illustré comme étant adapté pour inspecter un échantillon, par exemple, un boîtier de circuit intégré (« CI ») 94 immergé dans un milieu de couplage 96. Un générateur d’impulsions 98, sous le contrôle d’un contrôleur de mouvement 100 excite un transducteur 102 pour générer une sonde ultrasonore à impulsions 104, habituellement à des fréquences allant de 10 MHz ou moins de 230 MHz ou plus. Le transducteur 102 est balayé sur les coordonnées X, Y et Z par un étage X-Y-Z 106 par le biais d’un amplificateur d’étage X-Y-Z 108 sous le contrôle du contrôleur de mouvement 100.

Les réflexions acoustiques des caractéristiques d’impédance dans le boîtier de circuit intégré 94 sont détectées par un récepteur 110. Les signaux de réflexion acoustique développés par le récepteur 110 peuvent être sous forme analogique. Les signaux de réflexion acoustique analogiques développés par le récepteur 110 sont transmis à un circuit de contrôle de gain automatique ou commandé par ordinateur (« AGC ») 120. Le circuit AGC 120 peut parfois être employé pour ajuster le signal de réflexion acoustique récupéré afin de corriger ou de réduire les erreurs d’amplitude du signal telles que celles qui peuvent être entraînées par l’absorption de l’énergie acoustique par l’échantillon examiné. La sortie du circuit AGC 120 est transmise à un numériseur 112 dans lequel les signaux analogiques sont quantifiés, par exemple par un convertisseur analogique-numérique à 2 GHz, en des octets numériques pour le stockage dans une mémoire spatio-temporelle 4D 114.

Comme expliqué dans le brevet US n° 6 981 417, la mémoire spatio-temporelle 4D 114 est d’un type adapté pour stocker des données spatio-temporelles correspondant à trois dimensions spatiales, et associées à chaque point dans un espace 3D, un ensemble de données correspondant aux balayages A associés à chaque point dans l’espace. Conformément à la présente invention, pour chaque point dans un volume 3D, une séquence d’octets de données est stockée. Les octets de données décrivent les fluctuations d’amplitude dépendant du temps d’un signal de réflexion acoustique renvoyé après interrogation d’un point particulier dans l’espace d’un échantillon. La longueur du signal de réflexion acoustique stocké est fonction de la largeur d’un portillon électronique de capture qui est réglée par l’opérateur ou générée par un programme ou un algorithme.

Comme cela ressortira d’après une description plus détaillée qui suivra, pour générer un affichage, les données spatio-temporelles stockées qui sont stockées à l’intérieur de la mémoire 114 sont, dans un procédé, déclenchées et le pic est détecté dans un composant déclencher et détecter 116 qui peut être un algorithme logiciel ou un processeur de signal matériel. Un signal de sortie de pic détecté conventionnel provenant du composant 116 est traité dans un post-processeur 125. Le postprocesseur 125 comprend un aspect de la présente invention et sera décrit en détail ci-dessous.

Après avoir été traités dans le post-processeur 125, les signaux des données acquises sont employés pour moduler un affichage 118, qui peut être un écran à tube cathodique, par exemple. En variante, comme cela est bien connu, les données de temps de vol peuvent également être affichées.

Un deuxième mode de réalisation d’un microscope acoustique à balayage est illustré sur la figure 2. La figure 2 illustre une forme schématique d’un microscope d’imagerie acoustique incorporant les principes de la présente invention. De manière similaire à la figure 1, le microscope d’imagerie acoustique de la figure 2 est illustré comme étant adapté pour inspecter un circuit intégré 200 immergé dans un milieu de couplage 204 dans une cuve 206. Un générateur d’impulsions/récepteur 208 sous le contrôle d’un ordinateur hôte 210, après réception d’un déclencheur provenant d’un contrôleur de mouvement 212, excite un transducteur 214 pour générer une sonde ultrasonore à impulsions 216. Le transducteur 214 est balayé sur les axes X et Y en utilisant un actionneur d’axes X et Y, et sur l’axe Z en utilisant un actionneur d’axe Z 220 par le biais du système de balayage 222 sous le contrôle du contrôleur de mouvement 212.

Le contrôleur de mouvement 212, durant un mode de balayage d’image, après avoir déplacé les actionneurs 218, 220, sur un emplacement à balayer, transmet un déclencheur à l’ordinateur hôte 210 et à un détecteur de portillon électronique de sélection de la profondeur 224. A l’intérieur de l’ordinateur hôte 210, après réception d’un déclencheur provenant du contrôleur mouvement 212, une séquence d’acquisition de forme d’onde 226 débute et attend un signal de réflexion acoustique analogique développé par le générateur d’impulsions/récepteur 208. De manière similaire, un détecteur de portillon électronique de sélection de la profondeur 224, après réception d’un déclencheur provenant du contrôleur de mouvement 212, débute une séquence d’acquisition de pic d’amplitude.

Les réflexions acoustiques provenant des caractéristiques d’impédance dans le circuit intégré 200 sont détectées par le générateur d’impulsions/récepteur 208. Les signaux de réflexion acoustique développés par le générateur d’impulsions/récepteur 208 peuvent être sous forme analogique. Les signaux de réflexion acoustique analogiques développés par le générateur d’impulsions/récepteur 208 sont transmis au détecteur de portillon électronique de sélection de la profondeur 224 et à l’ordinateur hôte 210. Les données de forme d’onde 228 sont collectées par l’ordinateur hôte 210 durant la séquence d’acquisition de forme d’onde 226 et peuvent être affichées sur les écrans 230.

Les données de forme d’onde 228 sont traitées en utilisant un algorithme de détection d’écho du profil d’une surface 232 et les données d’image de profil d’une surface 234 peuvent être affichées sur les écrans 230.

Un utilisateur peut choisir de détecter des images internes à de multiples profondeurs à l’intérieur d’un échantillon. Le contrôleur de portillon électronique de sélection de la profondeur 224, après réception des signaux de réflexion acoustique peut développer une pluralité de signaux correspondant à chaque portillon électronique de sélection de la profondeur sélectionnée par l’utilisateur. Les données de détection de pic d’amplitude 236 sont traitées en utilisant un algorithme d’acquisition de pic d’amplitude 238 et les données d’image interne 240 correspondant à chaque portillon électronique de sélection de la profondeur sélectionné par l’utilisateur peuvent être affichées sur les écrans 230. Toutes les données d’images de surface et interne peuvent être stockées sur un réseau d’ordinateurs ou dans une mémoire interne 242 et/ou envoyées à une imprimante 244 couplée à l’ordinateur hôte 210.

La figure 3A illustre un autre mode de réalisation du transducteur illustré sur la figure 1. La figure 3A illustre un transducteur « en cascade » 300 dans lequel des impulsions d’énergie ultrasonore sont émises par un écoulement de liquide de couplage 302. Le transducteur « en cascade », tel qu’il est illustré, peut être utile lors du balayage d’une carte de circuit imprimé qui peut comprendre à la fois des pièces imperméables (résistantes à l’eau) et des pièces susceptibles de détérioration si elle se trouvait en contact avec le liquide 302. Le transducteur 300 peut être positionné uniquement par-dessus les pièces qui sont imperméables, protégeant, ainsi, les pièces non imperméables. Une pompe hydraulique 304 ayant une admission 306 est illustrée positionnée à l’intérieur du milieu de couplage liquide 302 dans une cuve 308. La sortie de la pompe hydraulique 304 est reliée par un conduit souple 310 à un boîtier 312 du transducteur 314. L’écoulement du liquide 302 sera en contact uniquement avec la portion sélectionnée de la pièce 316. Un plateau 318 est adapté pour maintenir la pièce 316 au dessus de la cuve 308. Comme illustré, le liquide de couplage 302 est recueilli dans la cuve 308 et peut être remis en circulation par l’admission 306.

Dans un autre mode de réalisation, le système de transducteur de la figure 1 à la figure 3 A peut être mis en place en utilisant un réseau de transducteurs 350 comme illustré sur la Figure 3B. Le terme « le système », tel qu’il est utilisé dans le présent document, fera référence au système de transducteur des figures 1 à 3A. Lorsque les transducteurs de la figure 1 à la figure 3 A doivent bouger physiquement pour balayer chaque point d’une pièce, le réseau de transducteurs 350 peut être utilisé pour minimiser ou éliminer complètement tout mouvement physique du transducteur pendant le balayage d’une pièce. Le réseau 350 peut être positionné sur une pièce 352. Les faisceaux 354 peuvent simultanément balayer la pièce 352 en réduisant considérablement le temps de balayage. Si la zone de la pièce 352 est plus grande que la zone du réseau 350, le réseau 350 peut être configuré pour se déplacer sur la position suivante et balayer le reste de la pièce 352. Bien que la configuration illustrée soit un réseau carré de transducteurs, d’autres configurations de réseau peuvent être utilisées telles que des réseaux linéaires, rectangulaires, triangulaires, circulaires ou semi-circulaires.

Conformément à un exemple de mode de réalisation de la présente invention, les données de surface acoustiques sont collectées et ensuite affichées sous forme d’une image à code-couleur dans laquelle chaque couleur correspond à une mesure de distance topographique telle qu’illustrée sur la figure 4A, par exemple. La sensibilité du module de logiciel acoustique se situe dans la plage du micromètre, et ne dépend pas du lissé, des caractéristiques de couleur ou optiques de la surface. La figure 4A montre une image de profil d’une puce intégrée (CI) 402. Un graphique 404 le long de l’axe Y de la figure 4A indique la variation de la hauteur à travers la surface de la puce intégrée 402 le long d’une ligne verticale 406. On peut poser une échelle 408 sur le graphique 404 pour donner une indication de la hauteur le long de la ligne verticale 406 référencée à un point zéro. De manière similaire, un graphique 410 le long de l’axe X de la figure 4A indique la variation de la hauteur à travers la surface de la puce intégrée 402 le long d’une ligne horizontale 412. Comme pour l’échelle 408, on peut poser une échelle 414 sur la ligne 410 pour donner une indication de la hauteur le long de la ligne horizontale 412 référencée à un point zéro. Bien sûr, les graphiques de l’image de profil ne sont pas limitées aux lignes verticales et horizontales. Les graphiques peuvent être une collection de données entre d’autres points comme une ligne diagonale à partir d’un coin de la puce intégrée 402 jusqu’à un autre coin de la puce intégrée 402, une ligne courbe, ou une ligne modifiable par l’utilisateur.

Les données de surface acoustiques collectées peuvent également être utilisées pour générer une image en trois dimensions de la puce intégrée 402 telle qu’illustrée, par exemple, sur la figure 4B. En utilisant des programmes de rendu mathématique et graphique tels que MATLAB, les données de surface acoustiques peuvent être transformées et projetées sous forme d’une image 3D telle qu’illustrée sur la figure 4B.

Il se peut que des facteurs externes induisent des erreurs sur les données de surface acoustiques. Des facteurs, tels que l’inégalité du sol sur lequel la machine repose, ou la table sur laquelle la cuve est posée, peuvent provoquer une « inclinaison » de l’image comme illustré sur la figure 5A. Un aspect de la présente invention concerne l’utilisation d’un dispositif de fixation universel d’inclinaison qui permet d’effectuer des ajustements d’inclinaison orthogonale selon deux axes, par exemple, avec une cuve d’adaptation. Cet utilitaire aide l’utilisateur à supprimer l’inclinaison de la pièce qui est balayée. Pour un balayage général et, en particulier, pour l’inspection de la planéité de surface et l’imagerie du principal éclat, les meilleures données sont obtenues lorsque la surface de la pièce est parallèle au dispositif de balayage. L’installation du portillonnage pour l’inspection de la planéité de surface et l’imagerie du principal éclat est considérablement simplifiée lorsque la pièce est parallèle au dispositif de balayage. L’inclinaison du dispositif de fixation peut être ajustée par deux ajustements de l’inclinaison orthogonale (par exemple, le roulis et le tangage) et un pivot fixe.

La figure 5B est un schéma de principe illustrant comment un exemple de dispositif de fixation de l’inclinaison peut être mis en rotation autour de deux axes différents. En se référant à la Figure 5C, une vue en perspective annotée d’un exemple de dispositif de fixation de l’inclinaison 500 est illustrée avec des exemples d’axes de roulis et de tangage. Le dispositif de fixation de l’inclinaison 500 comprend des vis à serrage à main 502, 504, qui sont utilisées pour soulever et rabaisser chaque coin du dispositif de fixation 500. Au sommet du dispositif de fixation, se trouve un bouton molleté pour faire tourner la vis à la main. Sous le dispositif de fixation de l’inclinaison, se trouve une pointe de vis à embout sphérique (non illustrée) qui repose au fond de la cuve (avec un couplage cinématique).

En ce qui concerne la forme du dispositif de fixation de l’inclinaison, la forme exacte peut changer. La conception illustrée de la figure 5C maintient le centre de gravité proche de la sphère fixe dans le coin du dispositif de fixation de sorte qu’il n’y a pas besoin d’utiliser de ressorts. En éloignant le coin de la sphère fixe, le centre de gravité se déplace sur une position stable entre les trois sphères. Si un dispositif de fixation rectangulaire est utilisé, il est possible d’utiliser un ressort ou un autre moyen pour assurer la stabilité.

La figure 6 est un organigramme décrivant les étapes pour ajuster manuellement le dispositif de fixation de l’inclinaison illustré sur la figure 5C. À l’étape 600, le transducteur est placé par-dessus le dispositif de fixation de l’inclinaison à 2 axes. Le transducteur peut ensuite procéder jusqu’à la position de mesure de pivot à l’étape 602. Dans le cas du dispositif de fixation 500 illustré sur la figure 5C, la position de mesure de pivot sera localisée au niveau du coin inférieur gauche. À l’étape 604, un temps de vol (TOF) moyen est mesuré. Le TOF moyen peut être utilisé comme une valeur de référence pour calibrer chaque coin du dispositif de fixation 500. A l’étape 606, le transducteur est déplacé sur la position de mesure de roulis, le coin inférieur droit du dispositif de fixation selon la référence sur la figure 5C. Un TOF moyen est mesuré pour la position de mesure de roulis. Le système compare le TOF de la position de mesure de roulis au TOF de référence mesuré à l’étape 604. A l’étape 610, sur la base de la différence de la mesure de TOF à l’étape 604 et à l’étape 608, de la vitesse du milieu de couplage, et du pas de la vis d’inclinaison de roulis, il est possible que l’utilisateur soit invité à faire tourner la poignée d’inclinaison de roulis un certain nombre de tours dans le sens horaire ou dans le sens antihoraire. Pour un ajustement plus précis, une lampe témoin peut être affichée sur l’écran d’affichage. À mesure que l’utilisateur tourne la poignée, lorsque le TOF de roulis équivaut au TOF de position de pivot, la lampe témoin peut changer de couleur, par exemple, du rouge au vert. Bien sûr, l’indicateur peut également être une lumière physique sur le dispositif, ou une indication audible alertant l’utilisateur lorsque les positions sont équilibrées.

Une fois que le TOF de roulis équivaut au TOF de position de pivot, à l’étape 612, le transducteur se déplace sur la position de mesure de tangage, le coin supérieur gauche référencé sur la figure 5C. À l’étape 614, le TOF moyen est mesuré pour la position de mesure de tangage. Sur la base de la différence de la mesure de TOF à l’étape 604 et à l’étape 614, de la vitesse du milieu de couplage, et du pas de la vis d’inclinaison de tangage, à l’étape 616, il est possible que l’utilisateur soit invité à faire tourner la poignée d’inclinaison de tangage un certain nombre de tours dans le sens horaire ou dans le sens antihoraire. Une lampe témoin similaire à la lampe décrite ci-dessus peut être utilisée pour un ajustement plus précis. À l’étape 618, il est possible que l’utilisateur soit invité à vérifier chacune des positions à nouveau pour la précision de l’ajustement. Si une vérification n’est pas choisie pour être effectuée, à l’étape 620, il est possible que l’utilisateur soit invité à enregistrer les positions des poignées de tangage et de roulis pour une référence future. Si l’utilisateur décide d’enregistrer les positions, le système procède jusqu’à l’étape 622. Si l’utilisateur ne décide pas d’enregistrer les positions, alors l’ajustement de l’inclinaison manuel est fini à l’étape 624. Si l’utilisateur choisit de réaliser la vérification, à l’étape 626, le transducteur peut procéder jusqu’à la position de mesure du pivot et mesurer le TOF moyen. Le transducteur peut ensuite procéder jusqu’à la position de mesure du roulis à l’étape 628 et mesurer le TOF de la position du roulis. A l’étape 630, le TOF du pivot est comparé au TOF du roulis. Si les TOF ne correspondent pas, alors le système reviendra à l’étape 610. Si les TOF correspondent, alors le transducteur peut procéder jusqu’à la position de tangage et mesurer le TOF à l’étape 632. Le TOF à la position de tangage sera comparé à l’étape 634 au TOF à la position du pivot de l’étape 626. Si les TOF ne correspondent pas, le système reviendra à l’étape 616 là où la position de tangage sera réajustée. Si les TOF correspondent, alors le système procède jusqu’à l’étape 620 où les étapes d’enregistrement des positions sont les mêmes que celles décrites ci-dessus.

Le système peut être également adapté pour éliminer l’inclinaison à partir d’une pièce déjà placée sur le dispositif de fixation 500. Pour éliminer l’inclinaison à partir d’une pièce installée sur le dispositif de fixation 500, les étapes sont essentiellement les mêmes que celles décrites ci-dessus. Au lieu de placer le transducteur aux coins du dispositif de fixation 500, le transducteur peut être placé à un coin de la pièce et les TOF être mesurés et comparés et l’inclinaison du dispositif de fixation être ajustée en conséquence.

Le système de la figure 5C peut également être motorisé pour permettre d’effectuer une correction de l’inclinaison automatiquement. La figure 7 est un schéma fonctionnel d’un système qui permet à un microscope acoustique à balayage de relever des mesures d’ajustement de l’inclinaison sous contrôle automatique. Un contrôleur 650 est utilisé pour contrôler un moteur de roulis 652 et un moteur de tangage 654. Le moteur de roulis 652 et le moteur de tangage 654 sont raccordés à un dispositif de fixation de l’inclinaison 656 pour ajuster automatiquement l’inclinaison du dispositif de fixation. Au lieu que l’utilisateur ajuste manuellement les poignées comme décrit aux étapes 610 et 616 ci-dessus, le moteur de roulis 652 et le moteur de tangage 654 respectivement, ajustent automatiquement le dispositif de fixation de l’inclinaison 656 pour que le TOF mesuré corresponde au TOF de référence.

La correction physique de l’inclinaison peut, parfois, être laborieuse et nécessiter du temps. Ainsi, un aspect de la présente invention peut permettre à l’utilisateur de « normaliser » les données en ajustant virtuellement l’inclinaison après collecte des données de surface acoustiques. En se référant à nouveau à la figure 4A, les graphiques 404 et 410 indiquent une inclinaison substantielle vers la droite et le bas du circuit intégré 402. L’utilisateur peut choisir de normaliser les données de surface acoustiques dans une variété de manières. Une option peut consister à sélectionner trois points sur l’image de profil de la pièce, habituellement trois coins de la pièce. Une moyenne des trois coins peut être déterminée, et l’image peut être ajustée en conséquence comme illustré sur la figure 8. Comme illustré sur la figure 8, les points d’extrémité sur les graphiques 670, 672, sont maintenant normalisés comparés aux points d’extrémité des graphiques sur la figure 4A. En conséquence, l’image à code couleur a également été changée du fait de l’ajustement de l’inclinaison donnant une image de la déviation de la hauteur de profil plus précise.

Une deuxième option pour normaliser les données de surface acoustiques peut consister à utiliser l’ajustement de l’inclinaison en rotation à partir de la boîte de dialogue Ajustement de l’inclinaison de profil illustrée sur la figure 9. Pour normaliser manuellement les données, l’utilisateur doit premièrement sélectionner un point pivot sur l’image de profil. Le point pivot peut être un point quelconque que l’utilisateur détermine comme nécessitant un ajustement tel que les points bas sur les graphiques 404 et 410 de la figure 4A. L’utilisateur peut ensuite entrer une quantité de rotation dans les zones de texte horizontale et verticale 680, 682. En variante, l’utilisateur peut utiliser les flèches 684 pour changer par incrémentation l’ajustement de l’inclinaison.

Une image de profil peut être utile pour détecter, entre autres, un gauchissement dans une pièce. Comme illustré sur la figure 10A et sur la figure 10B, un gauchissement excessif d’une pièce peut avoir pour résultat une soudure faible voire ratée des liaisons sur un substrat ou une carte de circuit imprimé. Une pièce très convexe, comme illustré sur la figure 10A, peut avoir des extrémités qui ont un contact faible ou qui n’ont pas de contact avec la surface de liaison d’un substrat. De plus, la figure 10B illustre une pièce très concave. Dans ce cas, les liaisons dans le milieu de la pièce peuvent avoir un contact faible ou ne pas avoir de contact avec la surface de liaison d’un substrat.

Un utilisateur peut choisir de vérifier manuellement le gauchissement en sélectionnant deux points sur une image de profil pour calculer une déviation dans la hauteur entre les deux points. Si la déviation est en dehors d’une plage acceptable, l’utilisateur peut choisir d’éliminer la pièce. Le gauchissement peut également être vérifié automatiquement durant un balayage de la surface acoustique. L’utilisateur peut sélectionner, avant de réaliser un balayage, de rassembler la hauteur maximale et la hauteur minimale d’une pièce ou d’une portion de la pièce durant un balayage de la surface acoustique. L’utilisateur peut également définir une tolérance dans laquelle il est possible d’éliminer les pièces avec une différence entre la valeur maximale et la valeur minimale au-delà de la tolérance. Après un balayage de la surface acoustique d’une pièce, le système affichera automatiquement pour l’utilisateur la hauteur maximale et la hauteur minimale, la déviation, et une recommandation pour accepter ou rejeter la pièce en se basant soit sur un niveau de tolérance défini par l’utilisateur soit sur un niveau de tolérance prédéterminé.

La figure 11 est une capture d’écran qui montre une interface utilisateur graphique qui permet à un utilisateur d’entrer des données, telles que le gauchissement maximal, dans le système. Si la courbure d’une pièce est en dehors d’une plage acceptable, alors la pièce peut être rejetée. Ceci peut être effectué, par exemple, par une indication visuelle fournie à un opérateur pour qu’il mette la pièce défectueuse dans une corbeille ou une indication pour accepter la pièce. En variante, le processus de rejet de la pièce peut être contrôlé au moyen d’un robot.

La figure 12 est un organigramme qui présente les étapes du programme qui sont suivies pour permettre au microscope acoustique à balayage illustré sur la figure 2 de générer des données de profil acoustique. À l’étape 700, le système est initialisé pour commencer un balayage d’image de surface acoustique. À l’étape 702, le système place le transducteur à une position correspondant à la position du pixel à balayer. A l’étape 704, un déclencheur de pixel est généré pour démarrer la séquence d’acquisition de pixel. À l’étape 706, le générateur d’impulsions génère une impulsion acoustique. Simultanément, à l’étape 708, l’acquisition de forme d’onde est initialisée. À mesure que les formes d’onde sont reçues, les données de forme d’onde sont stockées dans la mémoire du dispositif informatique comme illustré sur la figure 2. Le stockage des données peut se produire en continu, mis en mémoire tampon, un bus ou tout autre moyen similaire. À l’étape 710, l’écho de réflexion de surface est reçu. À l’étape 712, l’acquisition de forme d’onde se termine. L’acquisition de forme d’onde est ensuite réinitialisée et prête pour le déclencheur du prochain pixel correspondant au prochain pixel à balayer. À l’étape 714, le TOF de l’écho de surface est déterminé relativement au déclencheur de pixel réglé par l’utilisateur. À l’étape 716, la valeur du temps de l’écho de surface est stockée dans les données d’image. À l’étape 718, les données d’image sont affichées sur l’écran d’affichage de l’image à mesure qu’elles sont acquises. À l’étape 720, le système vérifie si tous les pixels ont été acquis. Si tous les pixels n’ont pas été acquis, le système revient à l’étape 702 là où la position du prochain pixel sera balayée. Ce processus est exécuté jusqu’à ce que tous les pixels aient été acquis.

Après que tous les pixels aient été acquis, le système procède jusqu’à l’étape 722 là où le balayage de trame se termine. Le système vérifie alors, à l’étape 724, si l’utilisateur a activé la mesure de la courbure de la surface. Si la mesure de la courbure de la surface n’est pas activée, le balayage est terminé. Si la mesure de la courbure de la surface est activée, alors à l’étape 726, la courbure de la surface est calculée en utilisant les données de surface acoustiques collectées. La courbure peut être définie le long d’une ligne verticale et d’une ligne horizontale à travers la pièce qui est balayée ou le long d’autres lignes pouvant être définies par l’utilisateur comme décrit en référence à la figure 4A et à la figure 8 ci-dessus. Comme décrit également ci-dessus, la courbure peut également être calculée entre deux points pouvant être définis par l’utilisateur d’une courbure moyenne. Les résultats peuvent être affichés sur l’écran d’affichage de l’image, imprimés, ou enregistrés dans la mémoire comme illustré sur la figure 2. A l’étape 728, le système vérifie si les seuils d’acceptation et de rejet de la courbure de la surface ont été activés. Si le seuil n’est pas activé, alors le balayage de trame se terminera. Si le seuil est activé, alors à l’étape 730, les bornes supérieures et inférieures qui peuvent être définies par l’utilisateur sont extraites. A l’étape 732, la pièce est vérifiée si la courbure de la surface se trouve à l’intérieur des limites définies par l’utilisateur. Si la courbure de la surface est à l’extérieur ou en dehors de la plage acceptable, alors à l’étape 734, l’écran peut afficher un indicateur de rejet et le balayage de trame se terminera. Si la courbure de la surface est à l’intérieur de la plage acceptable, alors à l’étape 736, l’écran affichera un indicateur d’acceptation.

Un aspect de la présente invention est une nouvelle capacité pour les microscopes acoustiques tels que, par exemple, les microscopes acoustiques C-SAM®. Conformément à cet aspect de la présente invention, la topographie de surface externe d’un dispositif peut être révélée, si on le souhaite, en même temps que ses caractéristiques internes ou par elle-même. Le module de logiciel de profil de surface acoustique peut être utilisé, par exemple, pour mesurer le gauchissement des circuits intégrés plastiques, des puces retournées, des substrats, des cartes de circuit imprimé, etc., sans aucune préparation de l’échantillon. Le module peut être chargé sur un microscope existant ou peut être incorporé dans un nouveau microscope.

En plus d’entraîner des problèmes de liaison, un gauchissement, à la surface d’une pièce, est souvent associé à des problèmes internes tels que des craquelures et un décollement qui peuvent provoquer des pannes électriques. Par exemple, le profil de surface d’une puce intégrée encapsulée dans un boîtier plastique peut présenter un gauchissement dans un quadrant. Au niveau interne, le même quadrant peut révéler des décollements de la grille de connexion. Le fait de disposer des deux images rend plus facile l’opération consistant, par exemple, à identifier les processus qui provoquent le problème.

Un avantage du module de profil de surface acoustique est qu’il affiche à la fois le profil de surface et les caractéristiques internes sur un seul instrument, éliminant le besoin d’acheter un deuxième instrument, et ne nécessite pas de temps de balayage supplémentaire, étant donné que les données de profil sont prises en même temps que les données d’image acoustiques.

La figure 12A est un organigramme qui présente les étapes du programme qui sont suivies pour permettre au microscope acoustique à balayage illustré sur la figure 2 de générer simultanément des données de profil acoustiques tout en générant simultanément des données relatives aux caractéristiques d’impédance acoustique internes. Les étapes de la génération des données de profil acoustiques conjointement avec la vérification de la courbure de la surface sont identiques aux étapes décrites sur la figure 12 ci-dessus. Ainsi, les étapes de la figure 12 sont incorporées ici. Tandis que le générateur d’impulsions génère une impulsion acoustique à l’étape 706 sur la figure 12, à l’étape 738, l’acquisition du pic d’amplitude commence. À l’étape 740, l’un des deux ou les deux parmi l’écho de réflexion et l’écho transmis sont reçus en fonction des paramètres de l’utilisateur. Par exemple, un vide dans une pièce peut avoir une puissante réflexion mais aucune transmission. Un utilisateur peut choisir de détecter soit une réflexion soit une transmission ou essayer de détecter les deux pour donner une image interne plus positive. A l’étape 742, le système vérifie l’un ou les deux parmi les échos reçus et sélectionne un signal de pic localisé à l’intérieur du portillon électronique défini par l’utilisateur. Le portillon électronique de la valeur du signal de pic est stocké dans les données d’image correspondantes à l’étape 744. À l’étape 746, l’acquisition d’amplitude de pic se termine et se réinitialise pour le prochain déclencheur. Le système procède alors jusqu’à l’étape 718 comme sur la figure 12 et affiche les données d’image sur l’écran d’affichage de l’image. À l’étape 720, le système vérifie si tous les pixels ont été acquis. Si tous les pixels n’ont pas été acquis, alors le système procède jusqu’au bloc 702 sur la figure 12 où l’emplacement du prochain pixel sera balayé.

Un aspect de la présente invention concerne un procédé de micro-imagerie acoustique qui est utile dans l’inspection d’une cible. Une étape du procédé consiste à balayer la cible avec un faisceau acoustique pulsé focalisé, de préférence dans la gamme ultrasonore. Le faisceau pulsé est détecté après qu’il ait été modifié par interaction avec la cible, le faisceau pulsé modifié étant représentatif de caractéristiques d’impédance acoustique à l’intérieur de la cible, ainsi que de la topographie de surface de la cible. Un signal de domaine temporel indicateur des modifications est généré, et est ensuite traité pour produire une représentation de domaine fréquentiel des modifications sélectives de la fréquence du faisceau acoustique pulsé produit par ladite interaction avec ladite cible. Le signal de domaine temporel, la représentation du signal de domaine fréquentiel et les données de topographie de surface sont affichés pour fournir deux indications visuelles différentes des caractéristiques d’impédance acoustique à l’intérieur de la cible conjointement avec les données de topographie de surface.

Comme décrit de manière plus détaillée dans le brevet US n° 6 890 302, les données acoustiques de surface et internes collectées peuvent être soumises à une conversion de domaine fréquentiel, de préférence une transformée de Fourier, une transformée de Fourier rapide, une transformée de Fourier discrète, ou d’autres techniques de traitement du signal bien connues

La figure 13A montre une topographie de surface à code couleur d’une puce intégrée similaire à l’image de profil d’une surface de la figure 4A. La figure 13B montre une image du domaine temporel de la puce intégrée. La figure 13C montre une représentation du domaine fréquentiel de la puce intégrée. L’affichage d’une combinaison quelconque des images des figures 13A à 13B peut fournir à un utilisateur une meilleure compréhension de la manière dont les défauts dans l’une quelconque des trois vues peuvent affecter les autres.

La figure 14 est un organigramme qui illustre comment un utilisateur peut faire pour qu’une indication visuelle des données de profil d’une surface soit affichée simultanément, par exemple, à un signal de domaine temporel représentant les caractéristiques d’impédance acoustique internes, et/ou à une représentation du domaine fréquentiel. Il convient de comprendre qu’une combinaison quelconque de ces trois représentations visuelles peut être générée et affichée pendant que les données sont en cours de génération. En variante, une combinaison quelconque de ces trois signaux peut être affichée par l’opération avec un « échantillon virtuel » de données obtenues précédemment concernant une pièce. À l’étape 800, les données de profil et internes peuvent être collectées comme décrit ci-dessus. A l’étape 802, le système vérifie si l’utilisateur a sélectionné la représentation du domaine fréquentiel à afficher. Si la représentation du domaine fréquentiel n’est pas sélectionnée pour être affichée, le système procède jusqu’à l’étape 810. Si la représentation du domaine fréquentiel est sélectionnée pour être affichée, alors à l’étape 804, l’ordinateur collecte les données sélectionnées par l’utilisateur. Les données sélectionnées par l’utilisateur de l’étape 804 font référence aux caractéristiques ou aux plages liées à la fréquence dans lesquelles un utilisateur trouve un intérêt à analyser une pièce. Par exemple, un utilisateur peut trouver un intérêt à voir une indication visuelle de la manière dont une pièce se présente relativement à une bande de fréquences particulières. Pour y parvenir, les données sélectionnées par l’utilisateur (par exemple, une bande de fréquences) sont entrées dans le système, qui applique alors une transformée de Fourier à l’étape 806 en utilisant les données de fréquence à un signal du domaine temporel. Le signal transformé résultant est alors affiché à l’étape 808 sur un afficheur soit par lui-même soit en combinaison à un signal du domaine temporel et à une image de topographie de surface si la représentation du domaine temporel est sélectionnée par l’utilisateur à l’étape 810. À l’étape 810, si la représentation du domaine temporel n’est pas sélectionnée pour être affichée, le système procède jusqu’à l’étape 814. Si la représentation du domaine temporel est sélectionnée pour être affichée, alors à l’étape 812, la représentation du domaine temporel résultante est affichée soit par elle-même soit en combinaison à la représentation du domaine fréquentiel et/ou à l’image de topographie de surface. À l’étape 814, si la topographie de surface n’est pas sélectionnée pour être affichée, le processus se termine. Si la topographie de surface est sélectionnée pour être affichée, alors à l’étape 816, l’image de topographie de surface peut être affichée en combinaison soit à l’une des deux soit aux deux parmi la représentation du domaine fréquentiel ou la représentation du signal du domaine temporel.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Microscope acoustique à balayage, comprenant : un transducteur ultrasonore (102) ; un ensemble de dispositif à balayage commandé par moteur sur lequel le transducteur ultrasonore est monté ; un contrôleur (100) qui est relié électriquement au transducteur et au groupe moteur, le contrôleur étant adapté pour faire que le rotor et le transducteur soient déplacés le long d’un trajet selon une séquence prédéterminée de mouvements relativement à un échantillon ; et dans lequel le contrôleur est adapté pour faire que le transducteur ultrasonore émette une ou plusieurs impulsions d’énergie acoustique et génère des mesures de profil de l’échantillon en traitant les signaux provenant du transducteur qui sont représentatifs des impulsions d’énergie acoustique qui sont réfléchies par l’échantillon.
2. 2. Microscope acoustique à balayage selon la revendication 1, dans lequel le groupe moteur comprend un groupe moteur linéaire équilibré qui comprend un rotor sur lequel le transducteur est monté, un stator sur lequel le rotor et le transducteur sont montés pour le mouvement le long d’un premier trajet linéaire défini par le stator, et un contrepoids qui est monté pour le mouvement le long d’un second trajet linéaire qui est parallèle au premier trajet linéaire, le contrepoids ayant une masse qui est généralement égale à la masse du rotor et du transducteur ; dans lequel le contrepoids est adapté pour être déplacé, au moment où l’échantillon est interrogé, le long du second trajet linéaire en même temps que le rotor et le transducteur qui sont déplacés le long du premier trajet linéaire ; comprenant en outre un second groupe moteur linéaire pour déplacer au moins le transducteur dans une direction qui est perpendiculaire au premier trajet linéaire ; comprenant en outre un second groupe moteur équilibré pour déplacer au moins le transducteur dans une direction qui est perpendiculaire au premier trajet linéaire ; et dans lequel les premier et second trajets linéaires sont espacés l’un de l’autre, le centre de la masse du contrepoids étant localisé de manière à réduire au moins quelques-unes des forces rotationnelles qui sont générées lorsque le transducteur est ralenti et qu’il change de direction.
3. 3. Microscope acoustique à balayage selon la revendication 1, dans lequel le transducteur suit une ou plusieurs traces non linéaires au moment où l’échantillon est interrogé.
4. 4. Microscope acoustique à balayage selon la revendication 1, dans lequel le transducteur est couplé de manière opérationnelle à l’échantillon par un milieu de couplage (96) au moment où l’échantillon est interrogé, le contrôleur étant adapté pour faire que le transducteur ultrasonore émette une impulsion d’énergie acoustique en direction de chacun de la pluralité de points variés tridimensionnels situés au sein d’un volume donné défini à l’intérieur de l’échantillon, le transducteur ayant, pour chacune des impulsions, un point focal qui est disposé au même emplacement au sein du volume donné de l’échantillon que celui correspondant des points variés tridimensionnels, le contrôleur étant en outre adapté pour faire que le transducteur reçoive un signal de réflexion correspondant à chacune des impulsions, chacun des signaux de réflexion comprenant un balayage A de l’échantillon qui est focalisé sur le point au sein du volume donné de l’échantillon correspondant à celui-ci, tous les signaux de réflexion représentant des caractéristiques d’impédance acoustique présentes au sein du volume donné défini à l’intérieur de l’échantillon.
5. 5. Microscope acoustique à balayage selon la revendication 1, dans lequel l’échantillon comprend un échantillon micro-électronique, ou un conditionnement scellé, ou une matière biologique, ou une plaque de métal, ou une plaque en céramique.
6. 6. Microscope acoustique à balayage selon la revendication 1, dans lequel le contrôleur est adapté pour faire que le transducteur soit déplacé dans un balayage récurrent X-Y relativement à l’échantillon.
7. 7. Microscope acoustique à balayage selon la revendication 1, dans lequel le contrôleur est adapté pour générer des données représentatives des caractéristiques d’impédance acoustique internes de l’échantillon au même moment où les mesures de profil sont effectuées ; dans lequel les données représentatives sont des signaux de domaine temporel qui sont révélateurs des caractéristiques d’impédance acoustique internes à l’intérieur de l’échantillon ; dans lequel le contrôleur est adapté pour traiter le signal de domaine temporel pour produire une représentation de domaine fréquentiel de modifications sélectives de fréquence des impulsions d’énergie acoustique qui sont produites par interaction avec l’échantillon ; et dans lequel le contrôleur est capable d’entraîner l’affichage d’une indication visuelle du signal de domaine temporel, de la représentation de domaine fréquentiel et de la topographie de surface de l’échantillon.