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超声扫描技术利用超声波对电子元器件内部的固有缺陷进行探测。脉冲发生器产生信号脉冲，激励压电传感器产生特定频率的超声波。这些超声波通过耦合介质（例如去离子水）传播到待检测的样品。在传播过程中，超声波会遇到不同介质而发生反射。当超声波与被测物及其中的缺陷（如空洞、裂纹、分层等）相互作用时，会干扰超声信号的传播或导致超声信号发生反射。最终，根据接收到的信号（透射或反射），形成超声波扫描图像。这些图像包含样品超声扫描检测层面的各个点的信息。通过对图像的分析，可以对器件的合格性进行判断。

2.检测对象

声扫技术可以发现的缺陷主要包括分层、空洞、裂纹等。

在工程实践中发现，最常出现的缺陷是分层。分层是指封装体内部不同材料粘接在一起的界面之间出现微小的分离或裂纹，可引起器件性能下降甚至失效。分层的主要区域有封装树脂与引线框架、芯片表面与引脚键合区之间的界面。

塑封空洞缺陷通常由封装材料或塑封工艺的缺陷造成。空洞的存在为污染源和潮气的聚集提供了空间，与此同时，也降低了塑封体的电、热和机械性能。

同样地，塑封裂纹缺陷也是一种塑封材料或塑封工艺缺陷，水分和其他污染物通过裂缝进入到器件内部，最终影响器件的长期可靠性。

3.器件分层成因

塑封器件的塑封材料与结构具有特殊性，易受水汽和温度变化的影响。当水汽进入器件内部，容易在材料界面上形成水膜，导致塑封体膨胀变形，从而引起内部结构分层。在温度发生变化时，由于塑封材料的热胀冷缩系数与其他材料不同，在界面处会产生剪切力，引起界面分层。

小面积分层可能进一步导致大面积分层。在塑封材料已与其他材料分层后，若在储存或使用时发生温度变化，局部的小面积分层会扩张为大面积的分层。

二、声扫不合格的具体表现

塑封器件的典型结构和缺陷形式如下图所示。

图1塑封器件的典型结构和缺陷示意图[1]

由于不同材料的声阻抗通常各不相同，SAM可以通过探测元器件不同区域声学回波的类型和强度，标记出元器件内部材料不同的区域。如图2所示为美国Sonoscan公司生产的DS9500声扫设备着色图。使用该设备进行声扫时，在选定门限内，检测波形中正向幅值大于负向幅值，则着色为灰白或白色；检测波形中负向幅值大于正向幅值，则着黄色或红色。

图2 DS9500声扫设备着色图[2]

以分层缺陷为例，出现分层现象的塑封元器件的声扫结果如图3所示。红色区域表示该区域可能出现分层，结合波形图说明该区域确实有分层现象。[3]

图3有分层现象的塑封元器件声扫结果[3]

声扫不合格的常见现象包括出现空洞、外键合点分层、键合区域的引线键合指或底板分层、引线键合指与模塑料剥离等。通常，个别塑封元器件会由于生产制造、储存和运输过程中的偶然因素，出现无规律分布、小面积的分层，这种情况按规定处理即可。在特殊情况下，也会出现如图4所示的大面积分层现象，这种情况需要慎重考虑，针对具体问题进行分析。

图4显示大面积分层现象的塑封元器件声扫结果图[3]

三、影响声扫相位偏移的因素

1.元器件内禀结构缺陷

元器件内禀结构缺陷指元器件在生产制造过程中，由于材料、工艺或制造过程的不合格，导致器件本身出现相位偏移的现象。

对于塑封器件来说，封装材料的选择在很大程度上影响着塑封器件的可靠性。通常在组装过程中需要进行回流焊，在回流区，整个元器件要经历183℃以上持续60~90s的高温作用。在高温作用下，元器件内部的水分会迅速转化为热蒸汽，气压突变导致塑封体快速膨胀，而膨胀程度与塑封材料的成分、实际吸收的湿气量等因素有关。如果塑封材料的热应力太低，当膨胀压力达到一定程度时，构成元器件的不同材料之间的配合失调，就会导致元器件分层或爆裂（“爆米花”现象）。

此外，封装工艺的影响巨大。若在封装时，需要完全结合的两种物质（如引线框架和树脂）的表面沾污，或者粗糙面积不够大，就会因为界面的粘着力小而发生分层。在表面处理过程中可能采用电解除胶及除油工序，电解电压需控制在合适范围内，否则过高的电压会加速氢离子与水中电子的反应，氢气运动的碰撞力会造成引线框架与高分子材料的分离，导致框架与树脂的结合处内部开裂损伤。

尤其对于消费电子或工业级器件，受限于工艺水平，同批器件常会在相同的区域发生分层，此时可以判断为元器件制造厂的工艺问题，此类元器件不适用于高可靠应用。此外，需要特别注意的是，很多消费电子或工业级塑封元器件并不具有气密性，但是因为声扫的工作介质是水，而水和塑封材料的声阻抗相近，这类器件反而容易通过声扫试验。同样地，这类器件也不适合高可靠应用。

2.芯片表面胶粘剂

由于元器件工艺的持续改进，功能日益强大，要求电子产品封装更小、更薄、功能更强大，各种封装形式不断涌现。新型封装在提供保护芯片、互联、冷却和支撑等基础功能的同时，为了兼顾应力释放和α粒子屏蔽，有时会在其内部芯片表面涂覆一层硅树脂、环氧树脂或聚酰亚胺等有机材料（简称为胶粘剂）。内部的胶粘剂在声扫中可能表现出分层，导致误判。

四、声扫不合格的应对措施

1.不合格率低：剔除不合格品

对于不合格率较低的，在确认器件为不合格品后，应当进行剔除。如果不合格率低于质保大纲要求的控制阈值，在剔除不合格品后，其他合格器件可以继续使用。

需要注意的是，应当保存好不合格器件，避免其流入市场或者再次投入生产。

2.批次性不合格：拒收/批退

如果声扫不合格率高于质保大纲要求的控制阈值，筛选试验机构会对器件进行批退。

3.特殊情况：大面积分层应当进行对比验证

在出现严重分层，尤其是批次性的大面积异常时，需要进一步分析，而不能草率地判断为声扫不合格而整批拒收。对于这种情况，需考虑厂家在元器件制造过程中是否使用了胶粘剂。

如前所述，某些器件会在内部芯片表面使用胶粘剂，由于胶粘剂与塑封材料的声阻抗不同，而在声扫中表现出不同的超声回波，导致在声扫结果中出现类似于图4所示的大面积标红而被判定为分层。此外，胶粘剂通常用于芯片和框架的粘接，其分布和几何形状通常比较规则。基于以上特征，可以采取如下方法进行分析。

(1)经验判别法

在面对大面积异常的声扫结果时，首先，可以观察超声回波信号的类型和强度，与其他区域出现的小面积分层的信号进行对比，初步判断是否与空洞或分层的信号一致。其次，可以通过观察分层区域的分布和边界整齐度，初步判断是否使用了胶粘剂。通过这两步，可以基本判定声扫结果是否出现了“假阳性”。该方法依赖于试验人员对特定的元器件的品牌、封装类型、封装工艺等信息的掌握和试验经验。

(2)温循对比法

利用温度循环试验也可以对声扫结果进行二次确认。在温度循环试验中，按照设定的试验应力曲线，元器件在短期内反复经历高低温变化。由于不同材料的热膨胀系数不匹配，会对导致分层的气泡进行挤压，而导致分层区域的形状发生改变。通过对比声扫发现的异常区域在温循前后的分布情况，可以确认是否存在气泡。但是，若要判断为“假阳性”，仍需要结合经验根据异常区域的分布和边界形状进行判别。

以下是利用温度循环试验辅助声扫判断的两个关键步骤：

温度应力下的性能：通过在极端温度下对元器件进行测试，可以观察到。温度变化对元器件内部结构的影响。如果元器件在极端温度下的声波扫描测试结果仍显示不合格，这可能进一步确认了初步的测试结果。然而，如果元器件只在特定温度下显示异常，这可能指示一个温度相关的问题，而不是一个固有的物理缺陷。

可靠性：温度循环试验可以帮助确定元器件在温度变化下的稳定性。如果在经过多个温度循环后，元器件的性能保持稳定，且声波扫描测试结果变为合格，这可能表明初次不合格的判断是误判。

(3) DPA法

可以通过DPA（Destructive Physical Analysis）对声扫异常结果进行验证。DPA是一种彻底的物理分析方法，用于深入检查元器件的物理结构和内部特性。通过DPA，可以在微观层面上观察元器件的内部结构，识别可能的物理缺陷或异常。

以下是利用DPA辅助声扫判断的两个关键步骤：

内部结构分析：DPA通常涉及对元器件进行切割、研磨和抛光，以及在显微镜下的内部目检。通过这种分析，可以直接观察到声扫检测到的缺陷，如空洞、裂纹或分层。

验证声扫结果：通过DPA发现的内部缺陷可以与声波扫描结果进行对比。如果DPA发现了声扫指示的缺陷，则可以确认声扫的准确性。反之，如果DPA未发现任何缺陷，可能表明声扫的不合格结果是误判。

4.改进手段：妥善的质量保证措施

由于塑封材料天然的吸湿性，对于高可靠应用，元器件的保存方法与使用方法同样重要。在运输和贮存的过程中，应当加强器件的包装防护和贮存管理。若贮存环境不当，元器件内部金属部件会氧化腐蚀，封装材料受潮产生裂纹或分层。遵循适当的存储环境要求可以延长元器件的寿命，确保其性能和可靠性。

通常，塑封器件具有湿度敏感等级（MSL）。在贮存过程中，应当根据元器件的MSL对仓库或贮存柜的湿度进行控制，使元器件的贮存环境长期保持稳定、干燥、清洁。在使用时，若将一盘原包装拆开使用部分元器件，应将剩余器件进行真空包装处理。打开包装后的元器件应根据敏感等级在规定的时间内完成焊接，若打开包装的元器件累计暴露时间超规定时间而并未使用，需对元器件进行充分烘烤再进行电装，以排除元器件吸收的潮气。

五、小结

声扫作为检测元器件内禀缺陷的非破坏性手段，在塑封元器件的筛选中存在不适用的情况。有些器件会在内部芯片表面使用胶粘剂，而导致声扫误判为批次性的大面积分层。因此，在遇到这种情况时，可以通过经验判别法、温循对比法、DPA法作进一步分析，对声扫结果进行二次确认。如确认是器件的特殊工艺导致的声扫误判，则声扫不适用于该款器件的筛选。