靶材焊接镀层缺陷超声C扫描全检

钎焊靶材是一种用于制作微电子领域元器件中硅片的背面金属设备。靶材由溅射材料和靶托通过钎焊工艺焊接在一起。钎焊的质量影响着靶材界面的导热性能，在焊接时，由于异种材料的热应力不同，可能会造成脱焊熔化等现象，后续进一步加工导致出现分层，裂纹，气孔等缺陷问题，会造成使用时设备的严重损害。为此，靶材制造企业对焊接界面连接缺陷问题非常关注。要想使靶材具备优良的导热导电性能，可以采用无损检测中超声成像方法，对焊接接头处进行连接质量评估。

以“9900型靶材为例”利用美国物理声学公司生产的超声检测系统

9900型靶材结构示意图

这是由溅射材料Ag和靶托Cu钎焊焊接而成，所用钎料为In，靶材直径参数如图所示，中心厚度为17mm，实验准备了10个焊接试样，规格为40mmX30mmX7mm的长方体银块和相同尺寸的钎焊而成的，纯In的熔点为429.75K，声阻抗为16.21×106 kg ·m -2·s -1。

靶材钎焊试样示意图

先分别对银块和铜块进行表面处理，在表面镀上一层金属利于焊料在金属块上展开，然后在钎焊炉中进行施加压力，让焊料熔化时流入整个结合面，此过程如果温度和焊料没有把控好，在冷却之后的钎焊接头位置，容易出现气孔，裂纹等不良缺陷。此实验采用美国物理声学公 司(Physical Acoustics Corporation )生产的 Ultra P A C Ⅱ超声检测系统，具资料显示见下图所示

1.支架 2.水箱 3.聚焦水浸探头 4.电源箱

5.电动机 6.超声发射接收线 7.工控机 8.显示器

PAC Ⅱ超声检测系统

试验使用的探头频率为10MHz ,焦距38.1mm,设定采样频率为50MHz。将水浸聚焦探头置于试样上方。由于银块在铸造过程中容易产生气孔,影响超声波的入射,进而影响对钎焊层的扫描精度,因此选择超声波从试样铜块侧入射。 利用此技术检测C扫描图像如下：

完整版9900型靶材试样 C 扫描图像

截取一块试样进行分析，结合此设备技术A扫描，C扫描研究。将试样进行编码为1,2,3区。

试样图

检测结果及分析：

1区界面反射波达 99%,几乎是全反射,表明该区域可能存在大量气孔、氧化物夹杂甚至大范围的脱焊。

2区反射波高为80%～85%,表明可能存在大量气孔或氧化物夹杂。

3区界面反射波为 40% ～50%,说明焊缝被钎料基本填满,钎料在此处润湿性良好,接头质量良好。

实验结论：

超声检测A扫描信号及C扫描图像反映出靶材钎焊接头钎料铟的铺展情况及接合面的缺陷分布,检测结果与金相分析一致。超声 C 扫描检测能够快速评定靶材结合质量。

采声科技引用美国物理声学公司超声C扫描技术研发出以下设备高精度水浸超声系统

采声高精度水浸超声系统

无损检测—超声SAM

通过测量超声波在物体中的传播时间和距离，才可以检测并计算出被检材料的缺陷位置。超声波发射接收器产生特定频率为（5MHZ-70MHZ）的超声波，以去离子水为耦合介质向被检体传递。由于超声波的传递要求介质是连续的，所以在遇到像气泡、杂质，裂纹等不连续界面时会导致超声信号发生反射，当超声波信号通过被检体时，由于材料的不同，再有缺陷或裂纹界面或出现反射波，超声波换能器接收到反射的回波，发射接收器向数据采集卡输送，经过波形信号处理最终得到一张高分辨率超声波C扫描图像。利用此技术设备来检测铜靶材试样缺陷，扫描结果如下：

左：铜靶材样品 右：C扫描成像图

右图结果可以清晰看到镀膜溅射分布不均匀的缺陷问题

采声探头扫描优势：

采用自动扫描方式进行声场扫描计量。（遵循美国ASTM E1065标准进行计量）非接触式探头，结合标准试块进行标准要求的各项参数测试。利用 XY 轴作为平面运动，结合 Z 轴步进运动，同时结合两个自由度的探头旋转摆动轴进行角度调整，根据不同位置的反射波进行扫描成像，并根据测量数据进行计算的自动化系统。同时此设备也支持A扫B扫和C扫，包括3D立体图。

采声自动化超声检测

北京采声科技有限公司是一家专业从事无损检测设备，工业自动化系统研发的高新技术企业，公司现有自动化超声系统有水浸超声，空耦超声，喷水超声等设备，近年来多次检测过航空航天大型板棒材、航材零部件、汽车轴套、新能源电池等诸多领域部件，覆盖了实验室型，工业重载型、机械臂结构及非标定制类型，满足无损检测行业各类标准自动化检测的需求并提供高效的产品和服务，持续为中国工业发展做出应用的贡献。