专利名称：应用于超声显微检测的电子封装结构中超声传播模拟方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于超声显微检测中对电子封装结构的超声传播进行模拟的方法，适用于电子封装和复合材料的超声检测领域。
背景技术：
超声显微检测技术是检测电子封装结构内部缺陷的一种非常有效的手段，它是一种利用聚焦高频超声，通常为50MHz 2GHz，对物体表面、亚表面及其内部一定深度内的细微结构显微成像，进行可视化观察的技术，它主要是针对半导体器件、芯片、材料内部的失效分析，可以检查材料内部的晶格结构，杂质颗粒、内部裂纹、分层缺陷、空洞、气泡等。
在电子封装结构的超声显微检测中，所用的超声换能器探头为高频(中心频率一般在50MHz以上)聚焦探头，而电子封装为复合层状结构，高频超声在封装内部的传播规律很复杂，要明确表征出封装内部的结构，必须首先了解高频超声在电子封装内部的传播规律，因此需要对高频聚焦超声在封装结构中的传播规律进行模拟。
发明内容
本发明的目的是提供一种能对超声显微检测中的高频聚焦超声在电子封装结构中的传播规律进行模拟的方法。本发明采用点源-高斯声束模型利用超声相控阵聚焦技术来模拟高频聚焦超声在多层介质中的传播。根据换能器辐射声场的点源-高斯声束模型的基本思想，将换能器分割成m个小矩形单元，将每个单元发射的点声源用高斯声束来代替。球面聚焦换能器辐射的超声波在多层介质中传播，其中的一条声波传播路径模拟如图I所不。聚焦声束的产生则用超声相控阵聚焦技术来进行模拟，如图2所示。通过控制超声相控阵换能器各个阵元的延迟时间，可以较精确的控制经多次折射后超声聚焦声束在层状介质中的焦点位置，模拟的电子封装结构内三种介质中的聚焦声场分布如图3所示。
四
图I超声聚焦换能器辐射的超声波在电子封装结构中的传播示意2超声相控阵换能器辐射超声波在多层介质中聚焦示意3电子封装结构内三种介质中的聚焦声场分布
五具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
进行详细说明应用点源-高斯声束模型，将换能器分为M个矩形单元，则整个换能器辐射在第N+1层媒质中一点的质点振动速度为M个高斯声束在该点处的质点速度的叠加，单个阵元辐射在第N+1层中的超声波引起的质点振动速度表达式为
v,+1 = X AvoDmR v Irid Vt r;v exp ia^丄
^/det[M;+1(0)] -n ^det[M；(0)] L - c 」其中系数A = 10. 51+9. Ili ;M{zmn)—2X2阶矩阵，表示第m个矩形单元在第n层介质中的高斯声束的相位；M； (0)—2 X 2阶矩阵，表示第m个矩形单元在第n层介质的第一点的高斯声束的相位；X—3X3阶矩阵，表示第m个矩形单元在第n层介质中，在某一给定声传播路径下平面波的透射/折射系数； D；—表示第m个矩形单元的指向性函数。根据惠更斯原理，对于具有N'个阵元的相控阵换能器，其辐射的总声场可以通过叠加各个阵元的声场(相应的延迟时间)来计算，则整个换能器声场可以表示为
N'Varray = Yj exp (減心)
n'=\其中，vn为第n个阵元辐射的声场；tdn为相应的延迟时间。对于超声相控阵阵元延迟时间计算，以一线阵超声相控阵换能器为例，超声相控阵换能器辐射在多种媒质中，如图2所示。根据电子封装的结构，媒质I为水，Cpl = I. 48km/s，z01 = 10 ;媒质 2 为陶瓷 PZT_4,其声速为 cp2 = 4. 6km/s, cs2 = 2. 63km/s, Z02 = 20 ;媒质3为单晶硅，其声速为cp3 = 4. 9km/s ;焦点F的坐标为(0，0，50)。每个阵元中心发射的声线在各层介质中的传播距离分别为D1, D2, D3。各个阵元发射的声波到达焦点处的传播时间为
D, D7 D,tn = — + — + —
C\ C2 C3则每个阵元的延迟时间tdn = max {tj -tn
权利要求
1.应用于超声显微检测中对电子封装结构的超声传播进行模拟的方法，其特征在于它包括结合点源-高斯声束模型和超声相控阵聚焦技术，应用到电子封装的层状结构，进行超声聚焦声束的传播模拟。
2.根据权利要求I所述的点源-高斯声束模型，其特征在于将超声换能器分为M个矩形单元，整个换能器辐射在第N+1层媒质中一点的质点振动速度为M个高斯声束在该点处的质点速度的叠加。每个矩形单元视为。
3.根据权利要求I所述的超声相控阵聚焦技术，其特征在于在将超声换能器分为M个矩形单元后，把每一个矩形单元视为一个相控阵阵元，并通过计算每个阵元的延迟时间来得到焦点位置。
4.根据权利要求I所述的应用范围，其特征在于应用在层状结构的聚焦声束的传播模拟中，包括电子封装和复合材料的层状结构检测领域。
全文摘要
本发明涉及一种应用于超声显微检测中对电子封装结构的超声传播进行模拟的方法，适用于电子封装和复合材料的超声检测领域。在电子封装结构的超声显微检测中，所用的超声换能器探头为高频(中心频率一般在50MHz以上)聚焦探头，而电子封装为复合层状结构，高频超声在封装内部的传播规律很复杂。本发明将换能器分割成m个小矩形单元，将每个单元发射的点声源用高斯声束来代替；用超声相控阵聚焦技术来模拟聚焦声束的产生。通过控制超声相控阵换能器各个阵元的延迟时间，可以较精确的控制经多次折射后超声聚焦声束在电子封装层状介质中的焦点位置，从而模拟出电子封装结构内多层介质中的聚焦超声的传播。
文档编号G01N29/06GK102830169SQ20111015733
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者徐春广, 刘中柱, 赵新玉, 肖定国 申请人:北京理工大学