一、超聲掃描分析

1. 超聲掃描技術(shù)

超聲掃描技術(shù)利用超聲波探測電子元器件內(nèi)部的缺陷。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生信號脈沖，激勵壓電傳感器生成特定頻率的超聲波，這些超聲波通過耦合介質(zhì)（如去離子水）傳播到待檢測樣品。在傳播過程中，超聲波遇到不同介質(zhì)發(fā)生反射，當(dāng)超聲波與被測物中的缺陷（如空洞、裂紋、分層）相互作用時，干擾超聲信號的傳播或?qū)е路瓷洹Ｗ罱K，根據(jù)接收到的信號（透射或反射）形成超聲波掃描圖像，通過圖像分析判斷器件的合格性。

2. 檢測對象

聲掃技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)的缺陷包括分層、空洞、裂紋等。在工程實踐中，最常見的缺陷是分層，主要出現(xiàn)在封裝樹脂與引線框架、芯片表面與引腳鍵合區(qū)的界面。

塑封空洞缺陷通常由封裝材料或工藝缺陷引起，空洞的存在為污染源和潮氣聚集提供空間，降低塑封體的電、熱和機械性能。塑封裂紋缺陷也是一種工藝缺陷，水分和污染物通過裂縫進入器件內(nèi)部，影響器件的長期可靠性。

3. 器件分層成因

塑封器件材料和結(jié)構(gòu)特殊，易受水汽和溫度變化影響。水汽進入器件內(nèi)部，在材料界面形成水膜，導(dǎo)致塑封體膨脹變形，引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)分層。溫度變化時，因塑封材料與其他材料熱脹冷縮系數(shù)不同，在界面處產(chǎn)生剪切力，導(dǎo)致界面分層。小面積分層可進一步擴展為大面積分層。

二、聲掃不合格的具體表現(xiàn)

塑封器件的典型結(jié)構(gòu)和缺陷形式如圖1所示。

圖1 塑封器件的典型結(jié)構(gòu)和缺陷示意圖

圖2顯示了美國Sonoscan公司生產(chǎn)的DS9500聲掃設(shè)備的著色圖。

圖2 DS9500聲掃設(shè)備著色圖

以分層缺陷為例，聲掃結(jié)果如圖3所示，紅色區(qū)域表示可能的分層。

圖3 有分層現(xiàn)象的塑封元器件聲掃結(jié)果

聲掃不合格常見現(xiàn)象包括空洞、外鍵合點分層、鍵合區(qū)域引線鍵合指或底板分層、引線鍵合指與模塑料剝離等。個別塑封元器件因制造、儲存和運輸過程中的偶然因素，出現(xiàn)無規(guī)律分布的小面積分層，按規(guī)定處理即可。但特殊情況下也會出現(xiàn)大面積分層現(xiàn)象，如圖4所示

。

圖4 顯示大面積分層現(xiàn)象的塑封元器件聲掃結(jié)果圖

三、影響聲掃相位偏移的因素

1. 元器件內(nèi)稟結(jié)構(gòu)缺陷

元器件內(nèi)稟結(jié)構(gòu)缺陷指在生產(chǎn)制造過程中，由于材料、工藝或制造過程不合格，導(dǎo)致相位偏移。塑封材料的選擇和封裝工藝對器件可靠性影響巨大?；亓骱高^程中，元器件經(jīng)歷高溫，內(nèi)部水分轉(zhuǎn)化為蒸汽，氣壓突變導(dǎo)致塑封體膨脹，可能引起分層或爆裂（“爆米花”現(xiàn)象）。

封裝工藝方面，若表面處理不當(dāng)，界面粘著力小易發(fā)生分層。電解除膠及除油工序電壓控制不當(dāng)，會加速氫離子與水中電子的反應(yīng)，導(dǎo)致引線框架與樹脂的結(jié)合處內(nèi)部開裂損傷。同批器件常在相同區(qū)域發(fā)生分層，此類器件不適用于高可靠應(yīng)用。此外，非氣密性塑封元器件因聲阻抗相近，易通過聲掃試驗，但不適合高可靠應(yīng)用。

2. 芯片表面膠粘劑

某些新型封裝器件內(nèi)部芯片表面涂覆膠粘劑，聲掃中可能表現(xiàn)為分層，導(dǎo)致誤判。

四、聲掃不合格的應(yīng)對措施

1. 不合格率低：剔除不合格品

對于不合格率較低的器件，確認不合格品后應(yīng)剔除，其他合格器件可繼續(xù)使用。不合格器件應(yīng)妥善保存，避免流入市場或再次投入生產(chǎn)。

2. 批次性不合格：拒收/批退

若聲掃不合格率高于質(zhì)保大綱要求的控制閾值，篩選試驗機構(gòu)會對器件進行批退。

3. 特殊情況：大面積分層應(yīng)對措施

對于嚴重分層，尤其是批次性大面積異常情況，需進一步分析，不能草率拒收?？紤]器件制造過程中是否使用了膠粘劑。

(1) 經(jīng)驗判別法

通過觀察超聲回波信號類型和強度，與其他區(qū)域的小面積分層信號對比，初步判斷是否與空洞或分層信號一致。觀察分層區(qū)域分布和邊界整齊度，判斷是否使用膠粘劑。此方法依賴試驗人員的品牌、封裝類型、封裝工藝等信息掌握和經(jīng)驗。

(2) 溫循對比法

利用溫度循環(huán)試驗對聲掃結(jié)果進行二次確認。溫度循環(huán)試驗中，元器件反復(fù)經(jīng)歷高低溫變化，分層氣泡形狀改變，通過對比聲掃發(fā)現(xiàn)的異常區(qū)域溫循前后的分布情況，確認是否存在氣泡。若要判斷為“假陽性”，需結(jié)合經(jīng)驗根據(jù)異常區(qū)域分布和邊界形狀判別。

(3) DPA法

通過DPA（Destructive Physical Analysis）對聲掃異常結(jié)果驗證。DPA涉及對元器件進行切割、研磨和拋光，在顯微鏡下觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)，識別物理缺陷或異常。DPA發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部缺陷與聲波掃描結(jié)果對比，確認聲掃的準(zhǔn)確性。

4. 改進手段：妥善的質(zhì)量保證措施

塑封材料吸濕性強，對高可靠應(yīng)用，元器件保存和使用方法同樣重要。運輸和貯存過程中，應(yīng)加強包裝防護和貯存管理，防止元器件內(nèi)部金屬部件氧化腐蝕、封裝材料受潮產(chǎn)生裂紋或分層。

塑封器件有濕度敏感等級（MSL），貯存過程中根據(jù)MSL控制濕度，保證貯存環(huán)境長期穩(wěn)定、干燥、清潔。拆包裝后元器件應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)完成焊接，若超時未使用，需充分烘烤再進行電裝，以排除元器件吸收的潮氣。

五、小結(jié)

聲掃作為檢測元器件內(nèi)稟缺陷的非破壞性手段，在塑封元器件的篩選中存在不適用情況。有些器件因內(nèi)部使用膠粘劑，導(dǎo)致聲掃誤判為批次性大面積分層。因此，遇到這種情況時，可通過經(jīng)驗判別法、溫循對比法、DPA法進行二次確認。如確認是特殊工藝導(dǎo)致的聲掃誤判，則聲掃不適用于該款器件的篩選。

通過改進質(zhì)量保證措施，加強器件包裝防護和貯存管理，確保元器件在高可靠應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性。江蘇粵科檢測電子元器件篩選實驗室面積約2400平米，已具備全套資質(zhì)和專業(yè)團隊36人，配備元器件篩選設(shè)備180臺/套，可提供專業(yè)的電子元器件篩選、元器件失效分析（FA）及可靠性驗證等服務(wù)。

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