X-RAY与SAT检测原理——为什么X-RAY只能扫描空洞不能扫描分层？

原创 Old_Hao 集成电路封装设计

前面写分层文章时，有个问题一直困扰着我：为什么X-RAY只能扫描空洞，不能用来扫描分层。不过，虽然咱不会，但咱也绝对不问，就这么浑浑噩噩的度过了一个月，终于忍不住了，打开了电脑，学习一番。

同样作为电磁扫描，那么X-RAY和SAT的区别在哪里呢，我们先看看其在频谱上的分布：

X-RAY：X射线检测，X射线的频率范围在3×10^16~3×10^19 Hz之间，根据光子能量与频率关系式E=hν，X射线因其高频特性而具备极强的能量，因此容易穿透物体。而当X射线穿透物体时，不同密度的物体对X射线的吸收不同，根据最终到达探测器的能量则可将内部不同结构区分开来。如下图所示：

由于气泡的产生，占据了一部分物质的内部空间，而气泡的密度相比周围物体极低，相当于变相降低了气泡位置处物体纵向的平均密度，因而该位置到达探测器的x射线能量要强于其他位置，探测器根据接收到的能量不同则可将气泡位置呈现出来。

如以下QFN封装，由于金丝密度>铜框架密度>塑封料密度，因此其颜色由深及浅依次为金丝>铜框架>塑封料。因铜框架在外引脚处的厚度大于内引脚，所以外引脚颜色深度>内引脚。

SAT：超声波扫描。声波的波长范围大约在20Hz~20kHz之间，大于20kHz的电磁波称之为超声波，我们常见的SAT声学显微镜工作频率范围通常在1MHz~500MHz之间。SAT扫描是利用超声波在遇到不同密度的界面时会产生反射回波的特性来检测内部缺陷。

由于分层处内部为空气，Compound与分层界面的密度差要高于Compound与DIE界面的密度差，因此设备所接收到的回波能量不同，从而可以获得区分。

以上是以反射方式进行SAT检测，还有一种形式为透射形式，类似于X-RAY原理，扫描头在上方，接收头在下方，利用最终到达接收头的能量来区分界面异常，而当超声频率大于10MHz的时候，空气对空气对能量的吸收极强，因此通常其扫描频率大于10MHz。

那么，X-RAY为什么检测不到分层呢？

因为分层属于两个界面物质分开，虽同空洞类似，形成了一个内部气泡，但空洞是在银浆或者塑封料固化过程中形成的，纵向区域内总体银浆或塑封料材质要比周围少，减少了对x射线能量的吸收，因此接收到的能量可以与周围无空洞区域区分开来。而分层虽同样形成气泡，但并未改变其纵向区域内材料总数，对x射线能量的吸收无变化，因此x-ray无法区分分层。