超声波扫描电子显微镜介绍

文章来源：半导体工程师

原文作者：芯片失效分析

本文主要讲述超声波扫描电子显微镜(SAT)。

引言

在半导体产业的精密制造与检测体系中，超声波扫描电子显微镜(SAT)设备作为一种核心的无损检测工具，正发挥着日益关键的作用。它利用超声波的特性，能够对半导体材料、晶圆、芯片以及封装器件等进行高分辨率的内部结构成像与缺陷检测，为半导体产品的质量控制、工艺优化以及失效分析提供了不可或缺的数据支持。本报告将深入剖析 SAT 设备市场的现状，全面梳理其技术演进脉络，精准预测未来市场走向，旨在为半导体企业的战略决策提供详实依据与前瞻性指导。

SAT设备工作原理与技术特点

工作原理

SAT 设备基于超声波在不同介质中传播时的反射、折射和衰减特性来实现对样品的检测。设备发射高频超声波脉冲，当超声波遇到样品内部的结构变化，如分层、裂纹、空洞等缺陷时，会产生不同程度的反射回波 。这些回波被接收并转化为电信号，经过信号处理和分析，最终以图像的形式呈现出样品内部的微观结构信息 。例如，在检测芯片封装时，超声波可以穿透封装材料，探测到芯片与基板之间的键合质量，通过分析回波信号的强度和时间延迟，确定是否存在键合分层或空洞等缺陷 。

技术特点

无损检测：与传统的破坏性检测方法不同，SAT 设备不会对样品造成物理损伤，这使得它能够对珍贵的半导体样品进行多次检测和长期监测 ，特别适用于对成品芯片和高价值半导体器件的质量评估。

高分辨率成像：通过优化超声波频率、探头设计和信号处理算法，SAT 设备能够实现微米级甚至纳米级的分辨率，清晰地呈现出半导体内部的细微结构和缺陷 ，为精确的失效分析和工艺改进提供了可能。

深度检测能力：可以检测到样品内部较深位置的缺陷，对于多层结构的半导体器件，如 3D 封装芯片，能够有效地探测到不同层之间的界面问题 ，弥补了其他表面检测技术的局限性。

多参数分：除了提供图像信息外，SAT 设备还能对超声波信号的幅度、相位、频率等参数进行分析，获取更多关于样品材料特性和缺陷性质的信息 ，为全面评估半导体产品质量提供了丰富的数据维度。