[发明专利]密封环境中光敏芯片粘接强度的光声检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光声检测领域，特别是一种密封环境中光敏芯片粘接强度的光声检测装置。 

背景技术

半导体光电探测器因其具有体积小、重量轻、成本低、功能多、响应速度快、灵敏度高、易于与其它半导体器件集成等无可比拟的优势在军事和国民经济各个领域中的得到了广泛应用，发挥着十分重要的作用。随着兵器、航空和航天技术的发展，光电探测器的应用领域渗透到了智能弹药的寻的器、导引头、近炸引信、高程计以及航空航天领域的探测装备。在这些使用场合，半导体光电探测器将会遇到发射过程的强冲击和飞行过程的强振动，此时如果光电探测器内部存在光敏芯片的粘接强度不够，将会直接导致光敏芯片的脱落或电性能的快速衰退，导致整个光电探测系统的失效，这种失效往往是致命的，有可能导致整个智能兵器失效、航天器失控和航空设备失事等。为此，在兵器、航空和航天领域，产品可靠性是一项极为重要的指标，它贯穿到产品设计、筛选、检测和验证等整个过程，这些领域的应用对光电探测器可靠性有极高的要求，已经明确提出了在器件层面上进行强度筛选和抗高过载验证的要求。目前的主要手段是离心试验剔除故障样品，但是这种方法判据模糊、可靠性差、可能引入新的力学损伤，使得经过筛选后的探测器仍然有较高比例的强度失效。大量试验表明，国产某型光电探测器在经过抗高过载加固设计后仍在离心筛选试验中出现约10%的光敏面脱落（结构强度失效），且在离心强度筛选后仍有一定量探测器出现上述强度故障。实际解剖结果表明，这种强度和结构上的失效(光敏面脱落)是由生产工艺离散性，导致光敏芯片、粘接层（银浆或导电胶）与基座之间存在粘接强度不够引起。因此，急切需要发展出一种硅光敏芯片粘接强度的非接触无损检测手段，可免去复杂的离心强度筛选试验，且能高可靠地剔除存在光敏芯片粘接强度不够或粘接缺陷的探测器件，使光电探测器在强冲击和强振动环境中不会出现光敏芯片脱落现象，保证兵器、航空和航天领域中光电探测装备的高可靠性运转。 

超声无损检测技术是一种检测可靠、测定迅速、便于在线使用、对人体无害的检测技术，因而在材料缺陷检测中广泛地应用，并且已经发展并建立了各种超声检测装置和系统。专利号200410073690.X公开了一种超声检测系统，名称为：“一种新型超声波检 测装置及检测方法”，它主要由超声波探测及联动装置、发射/接收电路、控制/处理单元、显示器和人机对话接口。该装置中采用压电换能器作为超声波的激发和接收装置，这种方法可以简单有效地探测材料中的缺陷。但该装置难以用于半导体光电探测器光敏芯片粘接强度的检测。这是因为半导体光电探测器的特殊结构。一方面，光敏芯片被密封在带有光窗的金属或陶瓷外壳内，声换能器无法通过耦合剂紧贴光敏芯片表面，从而无法把超声波耦合到光敏芯片上；另一方面光敏芯片和粘接层的横向尺寸仅为mm量级，且结构复杂，也会使超声波无法耦合到光敏芯片上进行检测。另外，该方法激发出的超声波频率较低，因此空间和时间分辨率低，无法检测微小缺陷，更无法检测粘接层粘接强度。 

随着激光超声技术的发展，2006年Hongjoon Kim等人在NDT& E International, 39, 312中报道了一种激光超声缺陷检测系统。该系统采用短脉冲激光作为检测超声波的激发源，并采用迈克尔逊干涉仪接收超声波传播过程中引起物体表面的位移量，从而得到超声波波形和频谱，并根据超声波信号得到缺陷的参量。这种激光超声检测系统对比传统超声技术有明显的优点：非接触、分辨率高等，从而可以用于各向同性材料中表面缺陷的检测。但该缺陷检测系统不能移植用来检测密封环境中光敏芯片粘接强度的检测，究其原因有以下几个方面：（1）光敏芯片是各向异性材料，且光敏芯片-粘接层-基座是一个复杂系统，需要得到激光在不同方向上激发的超声信号，才能确定粘接强度信息，也就是说，需要得到光敏芯片整个面上的超声场分布，这就要求该系统需要对材料表面进行扫描，得到不同位置处的超声波信号，将导致无法实现快速检测，而且扫描需要激光多次激发超声波，这将容易对光敏芯片造成损伤；（2）该系统结构不适用于半导体光电探测器之类的横向尺寸仅为mm量级的检测；（3）该系统结构探测到的是表面波信号，表面波只适合检测表面缺陷，不适用于粘接层缺陷的检测，更不适用于粘接强度检测。因此，发展半导体光敏芯片粘接强度的非接触无损检测技术已成为光电探测器和激光超声检测技术领域亟待解决的重大难题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量精度高、分辨率高、无损、能够快速检测带光窗密封环境中光敏芯片粘接强度的装置。 

实现本发明目的的技术解决方案为：