芯片内部结构及材料X射线、三维CT成像、C-SAM检测、红外热成像分析

洞察芯核，见微知著：无损检测技术赋能芯片深度分析与可靠性提升

在数字时代的浪潮之巅，芯片作为现代工业的“粮食”与“大脑”，其内部结构的复杂性、集成度及材料体系的精密性已臻至化境。这颗微小的“硅基世界”一旦出现丝毫瑕疵——如内部裂纹、空洞、分层、热分布不均或材料失效——都可能导致整个电子系统性能骤降乃至功能崩溃。如何在不损伤这颗“心脏”的前提下，清晰其内部奥秘，精准定位潜在缺陷，已成为芯片设计、制造、封装及失效分析领域Zui严峻的挑战之一。本文将深入解析X射线、三维CT成像、C-SAM（超声扫描显微镜）与红外热成像 这四大无损分析技术的原理与应用，并阐述为何依托 深圳华瑞测 这样的专业检测机构，是实现芯片全生命周期质量与可靠性的关键所在。

芯片内部的“隐形战场”：常见缺陷与失效模式

在毫米乃至微米尺度的空间内，芯片的失效往往源于肉眼不可见的微观世界：

• 封装缺陷：芯片与基板之间的粘接空洞、塑封料内部的裂纹与分层、以及芯片粘贴（Die Attach）的不均匀或空洞，这些会严重影响散热，导致热阻增大和热应力集中。

• 互连与键合缺陷：金/铜键合线的断裂、翘起、塌陷，以及硅通孔（TSV）、再布线层（RDL）中的voids（空洞）与裂纹直接导致信号传输中断。

• 材料与结构异常：不同材料（硅、铜、聚合物、陶瓷）间因热膨胀系数（CTE）不匹配引发的内应力，以及晶圆减薄、切割过程中引入的微裂纹。

• 热管理失效：局部热点（Hot Spot） 的出现，预示着设计瑕疵、制造缺陷或材料退化，是性能衰减和早期失效的先兆。

面对这些错综复杂的内患，单一的分析技术往往力有未逮，必须构建一个多技术融合的、立体的无损检测体系。

四大核心技术：构建芯片分析的“无影灯”

1. X射线与三维CT成像：穿透外衣，重构骨骼

• 技术原理：利用X射线穿透样品不同密度材料时衰减程度的差异成像。三维CT 则通过采集样品360°旋转下的数千张二维投影，通过计算机算法重构出完整的三维体数据模型。

• 在芯片分析中的独特价值：

• 封装内部：无需开盖，即可清晰观察BGA/CSP焊球、铜柱、TSV 等重型金属结构的完整性，精准检测其中的桥连、空洞、裂纹。

• 三维尺寸测量：对芯片内部的复杂三维结构（如TSV的深宽比、RDL的线宽线距）进行纳米级精度的非接触式测量。

• 缺陷定位与可视化：通过任意角度的虚拟剖切，能将隐藏在多层结构之下的缺陷（如某层金属线的断裂）地定位到具体的三维空间坐标。

2. C-SAM（超声扫描显微镜）：聆听界面，捕捉分层

• 技术原理：利用高频超声波穿透样品，当声波遇到不同声阻抗材料的界面（如塑封料与芯片表面、芯片与基板）时会发生反射。通过接收并分析这些反射回的声波信号，可以判断界面处的结合状态。

• 在芯片分析中的独特价值：

• 界面分层的无损检测：对分层、空洞、裂纹等界面缺陷具有无可替代的极高灵敏度。它能清晰地呈现出芯片粘贴层的大面积空洞、塑封料与引线框架之间的分层区域。

• 材料内部成像：能够检测塑封料内部的气泡、裂纹等体积型缺陷。

• 分层与空洞的精准量化：软件可自动计算分层或空洞的面积占比，为可靠性评估提供量化依据。

3. 红外热成像（IR Thermal Imaging）：描绘温度，定位热点

• 技术原理：通过探测物体表面散发的红外辐射，并将其转换为温度分布的可视化图像。

• 在芯片分析中的独特价值：

• 动态热管理分析：在芯片通电工作状态下，实时、直观地观测其表面的温度分布，精准定位过热单元（Hot Spot） 和热梯度。

• 失效定位与性能评估：通过异常发热点，可以反向推断出内部是否存在短路、漏电流过大、栅氧击穿等电性缺陷。也是验证芯片散热设计有效性的直接手段。

• 锁相热成像（LIT）：一种更的应用，通过检测与输入信号同频的微小温度变化，能够探测到常规IR难以发现的深层、微弱热异常，用于早期故障预警。

三、 技术融合与专业解读：深圳华瑞测的核心价值

这四大技术并非相互替代，而是相辅相成，构成一个强大的分析矩阵。而深圳华瑞测的核心价值，正是能够将这些技术无缝集成，并提供专业的解读与咨询。

• 多技术联动的综合分析逻辑：

• 案例：某芯片功能异常。用红外热像仪定位到一个异常发热点；随后用X射线CT 检查该区域下方的重型金属互联，未发现明显缺陷；接着用C-SAM 进行扫描，发现发热点正下方存在芯片粘贴层大面积空洞；Zui终是空洞导致散热路径受阻，形成局部过热。整个过程逻辑清晰，证据链完整。

• 深度的根因分析与解决方案：华瑞测的工程师不仅提供检测数据和图像，更能结合芯片的工艺、材料与设计，深入分析缺陷产生的根本原因——是封装工艺参数不当？是材料选型不匹配？还是结构设计存在应力集中？并据此提供针对性的改进建议。

• 全生命周期质量守护：从研发阶段的设计验证、试产阶段的良率提升，到量产后的质量监控，乃至失效后的仲裁分析，这一套完整的无损分析方案能为芯片的整个生命周期提供坚实的技术支撑。

在纳米尺度与千瓦功率并存的芯片时代，对其内部结构及材料的理解深度，直接决定了产品的性能、可靠性与市场竞争力。X射线CT、C-SAM与红外热成像 如同三位一体的“无影灯”，分别从三维结构、界面完整性、热场分布这三个维度，照亮了芯片内部的每一个角落。选择与深圳华瑞测这样的机构合作，意味着您不仅获得了世界的检测设备，更获得了一个能够融合多技术数据、提供深度洞察、并助力您持续优化产品与工艺的战略性技术伙伴。唯有洞察芯核，方能决胜千里。