1. 設備型號

SONIX ECHO-LS

2. 超聲波掃描顯微鏡原理

超聲波在介質中傳播時，若遇到不同密度或彈性系數的物質，會產生反射回波，而此種反射回波強度會因材料密度不同而有所差異，掃描聲學顯微鏡（SAM）利用 此特性來檢出材料內部的缺陷并依所接收的信號變化將之成圖像，超聲換能器能發出一定頻率（1MHz~500MHz）的超聲波，經過聲學透鏡聚焦，由耦合介質傳到樣品上。超聲換能器由電子開關控制，使其在發射方式和接收方式之間交替變換。超聲脈沖透射進入樣品內部并被樣品內的某個界面反射形成回波，其往返的 時間由界面到換能器的距離決定，回波由示波器顯示，其顯示的波形是樣品不同界面的反射強度與時間（或距離）的關系。通過控制時間窗口的時間，采集某一特定 界面的回波而排除其它回波，超聲換能器在樣品上方以二維方式作機械掃描，通過改變換能器的水平位置，在平面上以接卸掃描的方式產生一幅反射聲波隨反射平面 分布的圖像。

Sam利用聲波對于不同介質反射或者透射強度的不同來進行測試。C-sam是c型反射，可以用來掃描某一層的性狀，其分析如下：一般情況下如果聚焦的2層之間區域是黑色的說明這相交面一直到器件表面某處有空洞；如果是紅色的，就代表在所檢測的那層相交面上是有空洞的。顏色是根據其特有color map來判斷，從正波到負波顏色變化為白色一紅色，可以通過圖片左側顏色條看出來。白色代表遇到從密度小的物質進入密度很大的物質，紅色正好相反，黑色代表遇到空氣或者真空，聲波沒有反射或者透射過去，導致接收聲波的探頭沒有接收到信號。T-scan就是through scall．是檢測體內，也就是從上表面到下表面所有層面的檢測。根據color map，如果發現黑色區域就代表包含區域的垂直體內含有空洞。

2.適用樣品

無損檢測電子元器件、LED、金屬基板的分層、裂紋等缺陷（裂紋、分層、空洞等）；通過圖像對比度判別材料內部聲阻抗差異、確定缺陷形狀和尺寸、確定缺陷方位。

3. 性能

頻率范圍：（1～500）MHz

空間分辨率： 0.1μm

掃描面積達到：0.25～300mm

各種掃描模式：

– 超聲波傳輸時間測量（A掃描）

– 縱向截面成像（B掃描）

– X/Y二維成像（C、D、G、X掃描）

– 三維掃描與成像

– T-掃描方式：檢測透射信號

4. 服務項目

參考標準：《IPC/JEDEC J-STD-035 非氣密性封裝元件的聲學顯微鏡檢查方法》、 《IPC/JEDEC J-STD-020 非密閉式固態表面安裝組件的濕度/回焊敏感性分類》、《IPC/JEDEC J-STF-020 塑料集成電路SMD的潮濕/回流敏感性分類》。

5. 送樣需知

a）需要液體進行超聲波傳輸，可能給樣品帶來損害技術參數

b）很難檢測出表面很粗糙或者內部有很多氣泡的樣品

6. 分析數據注意點

在SAM的圖像中，與背景相比的襯度變化構成了重要信息，在有空洞，裂縫，不良粘結和分層剝離的位置產生高的襯度，因而容易在背景中區分出來，襯度的高度 表現為回波脈沖的正負性，其大小是由組成界面的兩種材料的聲學阻抗系數據頂，回波的極性和強度構成一幅能反映界面狀態缺陷的超聲圖像。

a）C-SAM是的重要技術手段之一，與X射線分析具有互補性

X-ray只是穿透，可以看到Voids， Crack， Delamination，但不能判斷出缺陷在哪個層面，C-sam可以。

b）對平直界面不連續性缺陷十分靈敏

c）特別適合塑料封裝器件內部分層分析，也適合器件、印制電路板上熱沉焊接的分析

d）結合破壞性手段，可以用于焊點的分析。對設備配置和操作員經驗有一定要求

e）復雜情況下的超聲分析結果需要其它技術手段比對

7. 應用領域及分析案例

非破壞性、無損傷檢測內部結構，可分層掃描、多層掃描，實施、直觀的圖像及分析，缺陷的測量及百分比的計算，可顯示材料內部的三維圖像，對人體是沒有傷害的，可檢測各種缺陷（裂紋、分層、夾雜物、附著物、空洞、孔洞、晶界邊界等） 晶元面處脫層，錫球、晶元、或填膠中之裂縫，晶元傾斜，各種可能之孔洞（晶元接合面、錫球、填膠…等）， 覆晶構裝之分析。

目前用于電子封裝或組裝分析的主要是C模式的超聲掃描聲學顯微鏡，它是利用高頻超聲波在材料不連續界面上反射產生的振幅及位相與極性變化來成像，其掃描方式是沿著Z軸掃描X-Y平面的信息。因此，掃描聲學顯微鏡可以用來檢測元器件、材料以及PCB與PCBA內部的各種缺陷，包括裂紋、分層、夾雜物以及空洞等。如果掃描聲學的頻率寬度足夠的話，還可以直接檢測到焊點的內部缺陷。典型的掃描聲學的圖像是以紅色的警示色表示缺陷的存在，由于大量塑料封裝的元器件使用在SMT工藝中，由有鉛轉換成無鉛工藝的過程中，大量的潮濕回流敏感問題產生，即吸濕的塑封器件會在更高的無鉛工藝溫度下回流時出現內部或基板分層開裂現象，在無鉛工藝的高溫下普通的PCB也會常常出現爆板現象。此時，掃描聲學顯微鏡就凸現其在多層高密度PCB無損探傷方面的特別優勢。而一般的明顯的爆板則只需通過目測外觀就能檢測出來。

責任編輯：tzh