Page 17 - 《应用声学》2021年第5期
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第 40 卷 第 5 期 王坤等： 超声显微检测技术在电子封装中的应用与发展 661
2.1.3 焊点缺陷检测 测量和表面缺陷检测类似，这里不做过多说明。对
对于面积阵列封装，如BGA、CSP和Flip Chip， 于厚度精密测量，超声显微检测技术可以测量电子
其 I/O 引出端在器件底部呈矩阵分布，适应了表面 封装内部的层厚度和间隙厚度，例如，倒装裸片和
安装技术发展的需求，解决了高性能、高密度和多 基板通过焊接凸点进行连接，然后通过填充物消除
I/O数等封装难题 [28] ，这类封装的芯片通过底部的 它们之间的热应力来显著延长疲劳寿命，它们之间
焊点连接到印刷电路板上，由于芯片和印刷电路板 的间隙厚度对于形成良好形状的焊接凸点和固定
之间的热膨胀系数的差异，发生不一致的热变形， 体积填充物的恒定倒圆角至关重要。2001 年，Tang
当焊点所受剪切应力超过焊料的断裂韧性，就会导 等 [31] 使用 230 MHz SAM 对倒装裸片和基板之间
致焊点循环疲劳失效，这时就可使用 SAM 对焊点 的间隙厚度进行了测量，结果表明 SAM 测量结果
进行检测，评估焊接互连质量。2010年，Yang等 [29] 与传统的破坏测量方法相比偏差为 1.36%，测量结
对 Flip Chip 封装芯片进行了热循环实验，并使用 果可靠，为电子封装厚度精密测量提供了一种无损、
230 MHz Sonoscan D9000 声学显微镜对芯片焊点 精确的测量方法。
进行了 C 扫查，结果如图 5 [29] 所示，热循环后焊点
3 超声显微检测的超分辨率成像方法
出现裂纹，产生了更强的回波信号，C扫查成像结果
由灰色区域变成了明亮的白色区域，实现了异常焊
电子封装的典型特征就是多层结构，对于高集
点快速、准确的检测识别，2012年，Yang等 [30] 提出
成度的电子封装，其各层厚度较小，约为亚毫米级甚
了 X 射线检测和超声显微检测相结合的焊点检测
至微米级，在对其内部界面进行检测时，由于相邻界
方法，将X 射线图像中获取的空洞信息与超声图像
面的反射回波在时域和频域上的重叠，两个反射回
特征相融合，提高了异常焊点识别的准确性。
波的振幅会相互影响，导致波形畸变；在对其内部缺
陷进行检测时，缺陷回波会被附近界面的反射回波
所掩盖，上述多个回波的重叠问题 [32] ，导致不能在
时域或者频域很好地分辨出目标回波，虽然提高超
声波频率可以提高 SAM 的纵向分辨率，但是较高
140 mm
频率的超声波衰减大、穿透能力低，因此需要通过
信号处理的方式分析重叠的回波，在不增加换能器
频率的情况下提高纵向分辨率。此外，不同层之间
的声阻抗差异导致超声波在试样内部发生多次反
(a) ཝག
射造成的高衰减、高频超声信号本身的高衰减、来
自检测系统和试样的噪声等原因，都会导致超声回
波信号的信噪比较低，需要通过信号处理的方式来
增强信号或者降低噪声，提高信噪比。
140 mm
由于超声回波信号通常是受时间和频率限制
的非平稳信号，因此，时频分析方法更适合于降低噪
声和分析重叠的回波，实现超分辨率。非平稳信号的
(b) བྷ॰ဗՑᜈጯཝག 时频分析方法主要有 3 类 [33] ，一是二次型方法，如
Wigner-Ville 分布、Choi-Wiliams 分布、Margenau-
图 5 Flip Chip 封装焊点的超声显微成像 [29]
Hill 分布；二是线性时频表示，如傅里叶变换、短时
Fig. 5 Acoustic micro imaging of solder joints of
傅里叶变换、小波变换 (Wavelet transform, WT)；
Flip Chip package [29]
三是稀疏表示 (Sparse signal representation, SSR)，
2.2 精密测量 如匹配追踪(Matching pursuit, MP)、基追踪。
除了缺陷检测，超声显微检测技术在电子封装 二次型方法虽然在一定程度上揭示了信号的
领域的另一类重要应用就是精密测量，包括电子封 时频域信息，但是由于其固有交叉项干扰的影响，使
装的表面精密测量和厚度精密测量，其中，表面精密 得获得的信息变得不准确。WT 是一种强有力的信
