微裂纹检测方法、装置、系统以及样品制备方法与流程

本申请涉及电子产品退化检测技术领域，特别是涉及一种微裂纹检测方法、装置、系统以及样品制备方法。

背景技术：

电子元器件的本体、引脚以及焊点等在环境应力的作用下会出现开裂现象。开裂通常都是从表面的微裂纹(通常是纳米级或微米级)开始的，之后在应力的作用下，微裂纹会从表面向内部延伸及扩展，并最终导致大尺度的开裂或断裂，引起结构性失效或电学失效，进而导致整机产品故障。因此，分析微裂纹的起源，获取微裂纹延伸扩展路径并研究微裂纹扩展规律对于开裂失效预防非常重要，而上述工作的基础在于对微裂纹进行科学准确的检测和表征，目前常用的微裂纹检测方法包括光学法、超声扫描法以及剖面显微观察法等，随着技术的进步，其他检测方法也将会陆续出现。

上述传统测试技术测试获得的微裂纹都是二维的、局部的，因此，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统检测技术无法准确表征微裂纹，而导致无法为微裂纹的预防控制提供技术支持。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够准确表征微裂纹的延伸扩展路径的微裂纹检测方法、装置、系统以及样品制备方法。

为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种微裂纹检测方法，包括以下步骤：

分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；待测样品为微裂纹内填入了填充剂的样品；

在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；

基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图。

在其中一个实施例中，在分析待测样品的二次离子的步骤之前，还包括步骤：

向待测样品轰击一次离子，获取带电二次粒子；

依据质荷比对带电二次粒子进行质谱分离，获取二次离子。

在其中一个实施例中，基于以下步骤获取标准质谱特征峰信息：

收集填充剂在一次离子轰击下的填充剂二次离子；

分析填充剂二次离子，获取标准质谱特征峰信息。

在其中一个实施例中，质谱特征峰信息包括峰位置和峰强度。

另一方面，本申请实施例还提供了一种应用于上述微裂纹检测方法的样品制备方法，包括以下步骤：

向初始样品的微裂纹内填入填充剂；

对填入填充剂的初始样品进行干燥处理，得到待测样品。

在其中一个实施例中，向初始样品的微裂纹内填入填充剂的步骤中：

在真空环境下，向初始样品的微裂纹内填入填充剂。

又一方面，本申请实施例提供了一种微裂纹检测装置，包括：

信息分析模块，用于分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；待测样品为微裂纹内填入了填充剂的样品；

信息提取模块，用于在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；

图像构建模块，用于基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图。

在其中一个实施例中，还包括：

离子发射模块，用于向待测样品轰击一次离子，获取带电二次离子；

质量分析模块，用于依据质荷比对带电二次离子进行质谱分离，收集二次离子。

再一方面，本申请实施例提供了一种微裂纹检测系统，包括飞行时间二次离子质谱仪，飞行时间二次离子质谱仪用于实现上述方法的步骤。

在其中一个实施例中，还包括显示器；显示器连接飞行时间二次离子质谱仪。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图，从而，本申请裂纹检测方法能够通过二次离子分析微裂纹在待测样品内的空间分布得到完整的微裂纹的三维形貌图，通过三维形貌图可明确微裂纹的起源，并可准确获取微裂纹的延伸扩展路径，进而，实现准确表征微裂纹，为研究微裂纹提供可靠的数据支持，并为微裂纹的预防控制提供技术支持。

附图说明

图1为一个实施例中微裂纹检测方法的流程示意图；

图2为一个实施例中收集二次离子步骤的流程示意图；

图3为一个实施例中制作待测样品步骤的流程示意图；

图4为另一个实施例中获取标准质谱特征峰信息步骤的流程示意图；

图5为一个实施例中微裂纹检测装置的结构框图；

图6为又一个实施例中微裂纹检测装置的结构框图；

图7为一个实施例中微裂纹检测系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请微裂纹检测方法的一具体应用场景中：

传统技术提出的微裂纹检测技术包括光学法、声学扫描法以及剖面显微观察法等，这三种检测方法主要缺点如下：

1)光学法只能观测样品表面的裂纹，无法观测到向内部延伸扩展的裂纹，另外受限于人眼的分辨率，往往无法观测到微米级的微裂纹；

2)声学扫描法可以观测到表面的裂纹，也可以通过b模式从切面方向观测微裂纹，但这种方法也不能完整重构裂纹的三维结构形貌，另外该方法受样品的限制，要求样品表面要比较平整，还受限于探头的穿透深度，而且该方法无法观测纵向扩展较深的裂纹；

3)剖面显微观察法只能从切面方向观察微裂纹的扩展路径，制作剖面可以采用机械研磨、fib剖切等方法，但在制作剖面的过程中，会局部破坏微裂纹，因此，通过该方法只能确定微裂纹的存在，无法获得微裂纹真实三维结构形貌。

为了解决传统检测技术无法准确表征微裂纹，而导致无法为微裂纹的预防控制提供技术支持的问题，在一个实施例中，参照图1所示，提供了一种微裂纹检测方法，包括以下步骤：

步骤s110，分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；待测样品为微裂纹内填入了填充剂的样品。

需要说明的是，为了对分析待测样品进行三维的成分分布分析，利用向待测样品轰击一次离子使其产生溅射，并从溅射出的粒子收集二次离子。

在一个示例中，在分析待测样品的二次离子的步骤之前，还包括步骤：

步骤s210，向待测样品轰击一次离子，获取带电二次离子；

步骤s220，依据质荷比对带电二次离子进行质谱分离，收集二次离子。

一次离子经过聚焦和加速后以一定的能量轰击在待测样品的表面微区上，表面微区上的部分原子获得足够的能量克服表面势垒逸出。加速后的一次离子能够穿透待测样品表面的原子层进入待测样品中一定的深度，引发一系列的级联碰撞，一次离子将部分能量传递给晶格原子，使其向待测样品的表面运动，并将部分能量传递给待测样品表面的粒子以使其发射，形成离子溅射，溅射出来的粒子大部分是中性原子或分子，小部分是带电二次离子，利用质量分析器将质荷比不同的带电二次离子进行质谱分离，再通过检测器收集二次离子。

飞行时间二次离子质谱仪分析收集到的二次离子，得到待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息和空间分布信息。需要说明的是，飞行时间二次离子质谱仪分析二次离子，得到组成成份的质谱图，并从质谱图中识别质谱特征峰信息，其中，质谱特征峰信息包括峰位置和峰强度。空间分布信息是指组成成份在待测样品中的位置，将各组成成份的空间分布信息进行数据重构可获得待测样品的三维成份分布图。

在测试微裂纹之前，需要制备待测样品，待测样品是指带有微裂纹，并在微裂纹内填入填充剂的样品。其中，填充剂是指可固化的有机物。

在一个示例中，参照图3所示，提供了一种应用于本申请微裂纹检测方法的样品制备方法，包括以下步骤：

步骤s310，向初始样品的微裂纹内填入填充剂；

步骤s320，对填入填充剂的初始样品进行干燥处理，得到待测样品。

需要说明的是，在一种向初始样品的微裂纹内填入填充剂的方式中：将初始样品浸泡在液态的填充剂内，在填充剂填满微裂纹时，取出初始样品，采用高温烘烤对填入液态的填充剂的初始样品进行烘干处理，以使液态的填充剂固化在微裂纹内，避免在测试微裂纹时液态的填充剂流出。为了填充剂更充分地填充微裂纹，在一个示例中，向初始样品的微裂纹内填入填充剂的步骤中：在真空环境中，向初始样品的微裂纹内填入填充剂。利用真空环境带来的压力使得填充剂充分填充微裂纹。

步骤s120，在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息。

需要说明的是，将待测样品内各组合成份的质谱特征峰信息与标准质谱特征峰信息进行对比，提取出与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组合成份，然后在空间分布信息中，获取该组合成份对应的空间分布信息，从而得到填充剂空间分布信息。其中，填充剂空间分布信息是指待测样品微裂纹内的填充剂的在待测样品中的空间分布信息。

为了获取到填充剂空间分布信息，在微裂纹测试之前需要获取标准质谱特征峰信息。

在一个示例中，参照图4所示，基于以下步骤获取所述标准质谱特征峰信息：步骤s410，收集填充剂在一次离子轰击下的填充剂二次离子；步骤s410，分析填充剂二次离子，获取标准质谱特征峰信息。

步骤s130，基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图。

需要说明的是，将填充剂对应的所有填充剂空间分布信息提取出后，利用数据重构技术处理各填充剂空间分布信息，从而得到在待测样品的微裂纹内填充的填充剂的三维形貌图，即为待测样品内的微裂纹的三维形貌图。通过微裂纹的三维形貌图可清晰地观察到微裂纹的起源以及延伸扩展路径。

本申请微裂纹检测方法的各实施例中，分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图，从而，本申请裂纹检测方法能够通过二次离子分析微裂纹在待测样品内的空间分布得到完整的微裂纹的三维形貌图，通过三维形貌图可明确微裂纹的起源，并可准确获取微裂纹的延伸扩展路径，进而，实现准确表征微裂纹，为研究微裂纹提供可靠的数据支持，并为微裂纹的预防控制提供技术支持。

应该理解的是，虽然图1-4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-4中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，参照图5所示，提供了一种微裂纹检测装置，包括：

信息分析模块51，用于分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；待测样品为微裂纹内填入了填充剂的样品；

信息提取模块53，用于在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；

图像构建模块55，用于基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图。

在一个实施例中，参照图6所示，微裂纹检测装置还包括：

离子发射模块57，用于向待测样品轰击一次离子，获取带电二次粒子；

质量分析模块59，用于依据质荷比对带电二次粒子进行质谱分离，获取二次离子。

关于微裂纹检测装置的具体限定可以参见上文中对于微裂纹检测方法的限定，在此不再赘述。上述微裂纹检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，参照图7所示，提供了一种微裂纹检测系统，包括飞行时间二次离子质谱仪71，飞行时间二次离子质谱仪71用于实现本申请微裂纹检测方法的步骤。

进一步的，还包括显示器73；显示器71连接飞行时间二次离子质谱仪73。

在一个实施例中，飞行时间二次离子质谱仪包括用于质谱分离的质量分析器；用于收集并分析二次离子的检测器。

在一个实施例中，提供了一种飞行时间二次离子质谱仪，该飞行时间二次离子质谱仪用于实现以下步骤：

分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；待测样品为微裂纹内填入了填充剂的样品；

在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；

基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图。

在一个实施例中，飞行时间二次离子质谱仪还用于实现以下步骤：

向待测样品轰击一次离子，获取带电二次粒子；

依据质荷比对带电二次粒子进行质谱分离，获取二次离子。

在一个实施例中，飞行时间二次离子质谱仪还用于实现以下步骤：

收集填充剂在一次离子轰击下的填充剂二次离子；

分析填充剂二次离子，获取标准质谱特征峰信息。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

分析待测样品的二次离子，获取待测样品内各组成成份的质谱特征峰信息、以及各组成成份对应的空间分布信息；待测样品为微裂纹内填入了填充剂的样品；

在各空间分布信息中，提取与标准质谱特征峰信息相同的质谱特征峰信息对应的组成成份的空间分布信息，得到填充剂空间分布信息；标准质谱特征峰信息为填充剂内各成份的质谱特征峰信息；

基于数据重构处理各填充剂空间分布信息，获取待测样品内的微裂纹的三维形貌图。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

向待测样品轰击一次离子，获取带电二次粒子；

依据质荷比对带电二次粒子进行质谱分离，获取二次离子。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：

收集填充剂在一次离子轰击下的填充剂二次离子；

分析填充剂二次离子，获取标准质谱特征峰信息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。