文章來源：半導體工程師

原文作者：芯片失效分析

本文主要講述超聲波掃描電子顯微鏡(SAT)。

引言

在半導體產(chǎn)業(yè)的精密制造與檢測體系中，超聲波掃描電子顯微鏡(SAT)設備作為一種核心的無損檢測工具，正發(fā)揮著日益關(guān)鍵的作用。它利用超聲波的特性，能夠?qū)Π雽w材料、晶圓、芯片以及封裝器件等進行高分辨率的內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像與缺陷檢測，為半導體產(chǎn)品的質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化以及失效分析提供了不可或缺的數(shù)據(jù)支持。本報告將深入剖析 SAT 設備市場的現(xiàn)狀，全面梳理其技術(shù)演進脈絡，精準預測未來市場走向，旨在為半導體企業(yè)的戰(zhàn)略決策提供詳實依據(jù)與前瞻性指導。

SAT設備工作原理與技術(shù)特點

工作原理

SAT 設備基于超聲波在不同介質(zhì)中傳播時的反射、折射和衰減特性來實現(xiàn)對樣品的檢測。設備發(fā)射高頻超聲波脈沖，當超聲波遇到樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化，如分層、裂紋、空洞等缺陷時，會產(chǎn)生不同程度的反射回波 。這些回波被接收并轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號處理和分析，最終以圖像的形式呈現(xiàn)出樣品內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)信息 。例如，在檢測芯片封裝時，超聲波可以穿透封裝材料，探測到芯片與基板之間的鍵合質(zhì)量，通過分析回波信號的強度和時間延遲，確定是否存在鍵合分層或空洞等缺陷 。

技術(shù)特點

無損檢測：與傳統(tǒng)的破壞性檢測方法不同，SAT 設備不會對樣品造成物理損傷，這使得它能夠?qū)φ滟F的半導體樣品進行多次檢測和長期監(jiān)測 ，特別適用于對成品芯片和高價值半導體器件的質(zhì)量評估。

高分辨率成像：通過優(yōu)化超聲波頻率、探頭設計和信號處理算法，SAT 設備能夠?qū)崿F(xiàn)微米級甚至納米級的分辨率，清晰地呈現(xiàn)出半導體內(nèi)部的細微結(jié)構(gòu)和缺陷 ，為精確的失效分析和工藝改進提供了可能。

深度檢測能力：可以檢測到樣品內(nèi)部較深位置的缺陷，對于多層結(jié)構(gòu)的半導體器件，如 3D 封裝芯片，能夠有效地探測到不同層之間的界面問題 ，彌補了其他表面檢測技術(shù)的局限性。

多參數(shù)分：除了提供圖像信息外，SAT 設備還能對超聲波信號的幅度、相位、頻率等參數(shù)進行分析，獲取更多關(guān)于樣品材料特性和缺陷性質(zhì)的信息 ，為全面評估半導體產(chǎn)品質(zhì)量提供了豐富的數(shù)據(jù)維度。