株式会社 日立パワーソリューションズ

议程： 1.超声波无损检测的工作原理 2.超声波无损检测的实际案例 3.超声波无损检测的前沿技术

ファインテック開発センタ　検査装置開発グループ 应用工程师 陈璐斌

ＳＡＴ技术交流会（超声波原理）

计测系统営業部

株式会社 日立Power Solutions

超声波无损检测

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什么是超声波

2

1．

超声波是泛指人耳可听范围以外，频率在20kHz以上的声波。 除无损检查以外，超声波还应用于医疗诊断，清洗，声纳探鱼，测量厚度等领域。

可听音

超声波

频率

医疗用

工业用

鱼群声纳

0Hz

20Hz

20kHz

100kHz

500MHz

3

超声波图像装置的概要

2．

超声波图像装置也被称为SAT（Scanning　Acoustic　Tomograph) 装置。

超声波的功率在0.1mW/cm2 以下，对人体无害。

扫描仪

振动体

集音镜头

探头

测试对象

超声波组件

控制系统

数据处理装置

4

根据超声波的频率，解析度和穿透力成反比关系。 根据检查对象选择合适的频率很重要。

低

高

解析度

强

弱

穿透力

可听音

超声波

工业用

频率和穿透力，解析度的关系

3．

0Hz

20Hz

20kHz

100kHz

500MHz

5

根据超声波的强度改变图像的灰度等级 显示图象表示材料内部的情况

超声波

没有反射 （黑）

反射弱 （灰色）

反射强 （白色）

探伤深度

密度差小的材料

气泡或剥离层 （密度差大）

超声波部分穿透

图像

超声波探伤的成像原理

4．

测量界面

6

超声波检测固体中的空气（气泡或剥离层）的能力十分优秀。 能检测到厚度仅为5nm（纳米）的空隙，相对于其他检测方式， 优势十分明显。

检测能力达到 ５nm

长宽126微米

剥离层检测能力

5．

氧化膜

硅晶圆

最小间隙 5nm

7

焦点距离

聚焦镜头

压电素子

6.关于超声波探头部分参数

8

焦点直径Φ70um

测试样品　　　硅晶圆

57um

空隙间隔

分辨率根据超声波束的焦点直径有很大不同。

26um

9um

焦点直径Φ8um

焦点直径和分辨率

7.

9

关于超声波检测时的注意事项（1）

8.

表面弯曲的测试物只能测一部分。 曲度约大，能测试到的范围越小。

测试物的表面粗糙会使超声波散射。 因此将很难检测出比表面凹凸还小的缺陷。

可成像范围

乱反射

10

关于超声波检测时的注意事项（2）

9.

测试物的边角部分会产生乱反射，因此成像比较困难。 这个不容易测定的部分称作不感带，测试物越厚不感带越大。

超声波探头

超声波束

测试物

乱反射

薄

厚

不感带：大

不感带：小

11

超声波测定的适用对象和产品

10.

混凝土墙壁

复合材料

钢铁（包括发电站等）

铸造物，锻造物，树脂

靶材，冷轧钢・材料内异物

薄钢板

功率半导体

一般半导体（有封装）

倒装芯片・晶圆级别芯片・SOI

被检测体

FineSAT

FS LINE

ES5100

产品线

频率(MHz)

ES LINE

0.1

1

5

10

15

25

50

75

85

100

140

200

300

Wafer LINE

株式会社 日立パワーソリューションズ

SAT应用介绍

ファインテック開発センタ　検査装置開発グループ

13

1．

Ｒ＆Ｄ

Electron element

Semicondactor

Ceramics

研究，开发

电子元件

半导体

陶瓷制品

树脂

金属制品

汽车零部件

Plastic

Metal products

Car parts

适用范围和超声波应用

传统封装IC、SIP、 指纹识别、TSV、FC

MLCC

IGBT

SOI、MEMS、 MEMORY、FOWLP

晶圆

Wafer

14

3．

基板内分层

半导体封装IC模块

胶粘剂分层

芯片裂痕

气泡

封装材内裂痕

分层(树脂/芯片)

分层(基板/树脂)

25MHz~50MHz

15

4．

积层IC模块(2)

胶粘剂薄膜表面图像

胶粘剂薄膜背面图像

胶粘剂薄膜

25MHz~50MHz

16

5．

SIP（5G）

50MHz~140MHz

50MHz 器件表面带镀层

90MHz

17

6．

指纹识别（1）

90MHz~140MHz

18

6．

指纹识别（波形测距）

140MHz

19

7．

FOWLP(1)

优点：

不残留硅晶圆

成本较低

无基板封装

140MHz~200MHz

20

7．

FOWLP(2)

140MHz

21

7．

FOWLP(3)

200MHz~250MHz

22

7．

FOWLP(4)

200MHz~250MHz

23

8．

TSV(1)

140MHz~200MHz

24

8．

TSV(2)

140MHz~200MHz

25

FC-BGA

9．

140MHz~200MHz

26

FC-Bare Die

9．

200MHz~250MHz

27

FC-Bare Die（White Bump）

9．

Die

Bond Pad

Solder ball bump

Polymer1

Polymer2

RDL

UBM

Void or crack

28

第一界面

第二界面

散热板

基板

Ｓｉ

IGBT（1）

10．

纵构造的概略

50MHz~75MHz

29

缺陷的面积率（选项）

IGBT（2）

10．

综合

个别

30

11．

积层贴片陶瓷电容（1）

50MHz~200MHz

侧视图

俯视图

31

11．

积层贴片陶瓷电容（2）

强度图像

深度图像

50MHz~200MHz

32

11．

积层贴片陶瓷电容（3）

50MHz~200MHz

侧视图

探头

探头使用推荐表：

检测目标： 检测电容内所有分层、裂纹、气孔等缺陷， 因此，将探头聚焦于样品中部为佳。

33

11．

积层贴片陶瓷电容（4）

50MHz~200MHz

表面波

底面波

表面波

红框为观察区域

底面波

34

11．

积层贴片陶瓷电容（5）

50MHz~200MHz

35

SOI、MEMS、MEMORY

12．

详细图像

测量界面

Wafer

Wafer

170MHz~250MHz

36

CFRP　(Carbon Fiber Reinforced Plastic)

13．

ＣＦＲＰ的分层 （钢球砸出的强制分层样品：16层）

各层的图像化

第1層

第2層

第3層

第4層

37

14．

500um厚压电材料(陶瓷）内部的大大小小的气泡

陶瓷PZT内部缺陷检查

200MHz~250MHz

38

15．

射出成型树脂的流动状况

工程塑料

39

16．

材料内部图像

连接界面图像

靶材

Target Material

Back Plate

测量界面

25MHz~75MHz

40

Glass Filler

17．

Filler Size : f10mm

140MHz~200MHz

END

SATアプリケーション紹介

株式会社 日立エンジニアリング・アンドサービス

ファインテック開発センタ　検査装置開発グループ

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