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超聲波掃描顯微鏡（Scanning Acoustic Microscopy, SAM）作為一種非破壞性檢測技術，在電子器件封裝、材料科學等領域廣泛應用于內部缺陷，特別是分層缺陷的檢測。然而，在實際應用中，器件吸水現象可能導致SAM檢測結果的誤判，尤其表現為分層信號的“消失”，即由原有的分層缺陷信號變?yōu)闊o分層信號。本文將深入探討器件吸水對SAM檢測波形的影響機制，分析“假粘附”現象的成因，并提出相應的識別與應對策略，以提高SAM檢測的準確性和可靠性。

1.引言

隨著電子器件的微型化和集成化，其可靠性對環(huán)境因素，特別是濕度的敏感性日益增加。器件在潮濕環(huán)境中儲存或使用時，內部材料可能會吸收水分。這些水分在器件內部的分布和狀態(tài)變化，不僅可能直接影響器件的電學性能，還會對非破壞性檢測方法，如SAM的檢測結果造成干擾。本研究旨在闡明吸水現象如何改變SAM的聲學特性，進而影響對分層缺陷的判斷。

2.超聲波掃描顯微鏡（SAM）基本原理

SAM通過發(fā)射高頻超聲波并接收其在樣品內部界面反射的回波來成像。當超聲波在不同聲阻抗的介質界面?zhèn)鞑r，會發(fā)生反射和折射。聲阻抗（Z）由介質的密度（ρ）和聲速（c）決定（Z=ρc）。當超聲波遇到空氣間隙（如分層缺陷）時，由于空氣與固體材料之間巨大的聲阻抗差異，超聲波幾乎會完全反射，形成強烈的反射信號，在A掃描波形上表現為高幅度的脈沖，并在C掃描圖像上顯示為亮區(qū)或特定顏色區(qū)域，從而指示分層缺陷的存在。

3.器件吸水對SAM檢測的影響：分層信號的“消失”

在器件吸水后，如果水分進入到原有的分層缺陷區(qū)域，情況將發(fā)生顯著變化。水分（液體）的聲阻抗遠大于空氣，但小于固體材料。當分層間隙被水填充后，超聲波在“固體-水-固體”界面?zhèn)鞑r，聲阻抗差異減小，超聲波的反射強度會大幅降低，甚至可能與正常鍵合界面的反射信號相似。這導致在SAM圖像上，原本指示分層缺陷的強烈反射信號減弱或消失，從而造成“假粘附”（False Adhesion）的誤判，即實際存在分層，但SAM檢測結果卻顯示為無分層。

3.1波形變化分析

正常的分層缺陷由于空氣間隙的存在，會在A掃描波形上產生一個特征性的高幅度反射脈沖。然而，當水分填充該間隙后，由于水作為耦合介質，聲波能夠部分穿透，導致反射信號的幅度顯著降低，甚至可能與無缺陷區(qū)域的背景信號難以區(qū)分。這種波形的變化是導致分層信號“消失”的直接原因。

3.2“假粘附”現象的物理機制

“假粘附”現象的根本原因在于水分改變了分層界面的聲學特性?？諝馀c固體之間的聲阻抗失配非常大，導致幾乎全反射。而水與固體之間的聲阻抗失配相對較小，使得一部分聲波能夠穿過水層，繼續(xù)向下一層傳播。這使得SAM系統無法識別出水填充的分層為缺陷，從而產生誤判。這種現象在半導體封裝、PCB板等領域尤為常見，對產品可靠性評估構成挑戰(zhàn)。下圖為水進入分層區(qū)域對SAM圖像的影響。

4.識別與應對策略

為了避免器件吸水導致的SAM檢測誤判，需要采取一系列識別和應對策略：

樣品預處理：在進行SAM檢測前，對可能吸水的樣品進行充分的干燥處理，確保內部水分完全去除。例如，將樣品置于干燥箱中，并在檢測前進行濕度控制，可以有效避免水分干擾。

對比分析：對于懷疑存在吸水問題的樣品，可以進行“干燥前-干燥后”的對比檢測。如果干燥后分層信號重新出現，則可以確認吸水是導致“假粘附”的原因。

A掃描波形深度分析：經驗豐富的分析人員可以通過A掃描波形的細微變化來判斷是否存在水填充的分層。雖然幅度可能降低，但波形形狀、相位或時間延遲可能仍能提供線索。

環(huán)境控制：在SAM檢測過程中，嚴格控制環(huán)境的溫度和濕度，避免樣品在檢測過程中再次吸水。

5. 結論

    器件吸水對超聲波掃描顯微鏡（SAM）檢測結果的影響是一個不容忽視的問題，可能導致分層缺陷的“假粘附”誤判。理解水分改變聲阻抗匹配的物理機制，并通過樣品預處理、對比分析、多技術結合等策略，可以有效提高SAM檢測的準確性和可靠性。