光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括光全息光路，還包括計(jì)算機(jī)、顯微鏡、用于放置固體樣品的壓電晶片和用于驅(qū)動(dòng)壓電晶片振動(dòng)的功率放大器，計(jì)算機(jī)上接有同步控制器和數(shù)字相機(jī)，同步控制器上接有波形發(fā)生器和脈沖激光器；光全息光路包括物光光路、參考光光路和第一分束立方鏡，物光光路包括依次設(shè)置的第二分束立方鏡、第一擴(kuò)束鏡和第一反射鏡，參考光光路包括第三分束鏡和第二反射鏡，以及第二擴(kuò)束鏡，壓電晶片設(shè)置在顯微鏡的正下方。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，能夠適用于不同厚度的固體樣品的缺陷檢測(cè)，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度和可靠度高，真正實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，便于推廣使用。
【專利說明】
光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)和微納制造技術(shù)的飛速發(fā)展，使用這些新技術(shù)制造出來的微器件與微系統(tǒng)(例如超高集成芯片、微傳感器等)將滲透到航空航天、國防、軍事和生活的各個(gè)領(lǐng)域。然而，對(duì)這些微型產(chǎn)品的可靠性測(cè)試與質(zhì)量控制技術(shù)大大滯后于制造技術(shù)的發(fā)展。 掃描聲學(xué)顯微鏡(scanning acoustic microscopy,SAM)其顯微成像技術(shù)通過高頻超聲聚焦探頭的逐點(diǎn)掃描實(shí)現(xiàn)樣品內(nèi)部缺陷的斷層成像檢測(cè)，但是，一個(gè)300MHz的超聲聚焦探頭， 其橫向分辨率也只能達(dá)到十幾微米，而且，對(duì)于如此高頻聲波由于色散衰減導(dǎo)致其穿透能力非常差，只能檢測(cè)很薄的樣品。最新三維X射線CT(3D X-Ray CT)能達(dá)到50nm的分辨率，但是，必須把測(cè)試樣品切割成很小的單元，破壞微電子封裝樣品的完整性，而且成像效率極低。原子力顯微鏡及相關(guān)技術(shù)盡管分辨率可以達(dá)到納米級(jí)，但是只能掃描非常小的樣品區(qū)域(幾個(gè)微米X幾個(gè)微米)，而且成像速度很慢，而且沒有穿透力，不能對(duì)微電子封裝內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)這些先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的無損檢測(cè)技術(shù)面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)，需要更高體積分辨率的先進(jìn)無損評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)微集成系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)估?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，能夠適用于不同厚度的固體樣品的缺陷檢測(cè)，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度和可靠度高，真正實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣， 便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括光全息光路，其特征在于:還包括計(jì)算機(jī)、顯微鏡、用于放置固體樣品的壓電晶片和用于驅(qū)動(dòng)壓電晶片振動(dòng)的功率放大器，所述計(jì)算機(jī)上接有同步控制器和與同步控制器連接的數(shù)字相機(jī)，所述同步控制器上接有波形發(fā)生器和脈沖激光器，所述功率放大器與波形發(fā)生器的輸出端連接，所述壓電晶片與功率放大器的輸出端連接;所述光全息光路包括物光光路、參考光光路和第一分束立方鏡，所述物光光路包括依次設(shè)置且與脈沖激光器設(shè)置在同一水平線上的第二分束立方鏡、第一擴(kuò)束鏡和第一反射鏡，所述參考光光路包括設(shè)置在第二分束立方鏡下方的第三分束鏡和設(shè)置在第三分束鏡下方的第二反射鏡，以及與第三分束鏡設(shè)置在同一水平線上的第二擴(kuò)束鏡，所述第一分束立方鏡設(shè)置在第一反射鏡的下方且與第二擴(kuò)束鏡設(shè)置在同一水平線上，所述顯微鏡設(shè)置在第一分束立方鏡的正下方，所述壓電晶片設(shè)置在顯微鏡的正下方，所述數(shù)字相機(jī)設(shè)置在第一分束立方鏡的旁側(cè)，所述脈沖激光器設(shè)置在第二分束立方鏡的旁側(cè)。
[0005]上述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述功率放大器的型號(hào)為 HSA4101。
[0006]上述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字相機(jī)為CCD數(shù)字相機(jī)。
[0007]上述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述CCD數(shù)字相機(jī)的型號(hào)為 PC01600。
[0008]上述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述波形發(fā)生器的型號(hào)為 AFG2021-SC〇
[0009]上述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述脈沖激光器為納秒激光器。
[0010]上述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述脈沖激光器的型號(hào)為 Nimma-400〇
[0011]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1、本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便。
[0013]2、本實(shí)用新型可以通過調(diào)節(jié)波形發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號(hào)的周期使超聲波穿透不同厚度的固體樣品(如微電子器件)，能夠適用于不同厚度的固體樣品(如微電子器件)的缺陷檢測(cè)。
[0014]3、本實(shí)用新型能夠得到固體樣品(如微電子器件)內(nèi)部缺陷的三維圖，成像速度快，能夠?qū)腆w樣品(如微電子器件)內(nèi)部的缺陷進(jìn)行快速檢測(cè)，檢測(cè)精度和可靠度高。
[0015]4、采用本實(shí)用新型進(jìn)行固體樣品(如微電子器件)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，不會(huì)損壞固體樣品(如微電子器件)的完整性，真正實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)。
[0016]5、本實(shí)用新型除了能夠應(yīng)用到無損檢測(cè)中，還能夠應(yīng)用在很多領(lǐng)域，例如生物醫(yī)學(xué)成像，用于研究生物細(xì)胞機(jī)械特性(包括生物細(xì)胞的厚度，密度，聲波速度，衰減系數(shù)的變化)，生物軟組織中應(yīng)變和彈性模量分布的定量成像，活細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的斷層成像等，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0017]綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，能夠適用于不同厚度的固體樣品的缺陷檢測(cè)，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度和可靠度高，真正實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣， 便于推廣使用。
[0018]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述?！靖綀D說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖標(biāo)記說明:
[0021] 1 一計(jì)算機(jī)；2—固體樣品；3—壓電晶片；
[0022] 4—功率放大器；5—同步控制器；6—數(shù)字相機(jī)；
[0023] 7一波形發(fā)生器；8一脈沖激光器；9一第一分束立方鏡；[〇〇24]10—第一擴(kuò)束鏡；11 一第二分束立方鏡；12—第一反射鏡；
[0025] 13—第三分束鏡；14 一第二反射鏡；15—顯微鏡；
[0026]16—第二擴(kuò)束鏡?！揪唧w實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括光全息光路，還包括計(jì)算機(jī)1、顯微鏡15、用于放置固體樣品2的壓電晶片3和用于驅(qū)動(dòng)壓電晶片3振動(dòng)的功率放大器4,所述計(jì)算機(jī)1上接有同步控制器5和與同步控制器5連接的數(shù)字相機(jī)6,所述同步控制器5上接有波形發(fā)生器7和脈沖激光器8,所述功率放大器4與波形發(fā)生器7的輸出端連接，所述壓電晶片3與功率放大器4的輸出端連接;所述光全息光路包括物光光路、參考光光路和第一分束立方鏡9,所述物光光路包括依次設(shè)置且與脈沖激光器8設(shè)置在同一水平線上的第二分束立方鏡11、第一擴(kuò)束鏡10和第一反射鏡12,所述參考光光路包括設(shè)置在第二分束立方鏡11下方的第三分束鏡13和設(shè)置在第三分束鏡13下方的第二反射鏡14,以及與第三分束鏡13設(shè)置在同一水平線上的第二擴(kuò)束鏡16,所述第一分束立方鏡9設(shè)置在第一反射鏡 12的下方且與第二擴(kuò)束鏡16設(shè)置在同一水平線上，所述顯微鏡15設(shè)置在第一分束立方鏡9 的正下方，所述壓電晶片3設(shè)置在顯微鏡15的正下方，所述數(shù)字相機(jī)6設(shè)置在第一分束立方鏡9的旁側(cè)，所述脈沖激光器8設(shè)置在第二分束立方鏡11的旁側(cè)。[〇〇28]本實(shí)施例中，所述功率放大器4的型號(hào)為HSA4101。所述數(shù)字相機(jī)6為(XD數(shù)字相機(jī)， 所述數(shù)字相機(jī)6通過USB線與計(jì)算機(jī)1連接。所述CCD數(shù)字相機(jī)的型號(hào)為PC01600。所述波形發(fā)生器7的型號(hào)為AFG2021-SC。所述脈沖激光器8為納秒激光器。所述脈沖激光器8的型號(hào)為 Nimma-400〇
[0029]采用本實(shí)用新型進(jìn)行光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)時(shí)的過程為:將固體樣品2放置在壓電晶片3上后，計(jì)算機(jī)1通過同步控制器5給波形發(fā)生器7發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，波形發(fā)生器7接收到觸發(fā)信號(hào)后產(chǎn)生3?12個(gè)周期為T的正弦信號(hào)并輸出給功率放大器4,功率放大器 4對(duì)其接收到的正弦信號(hào)進(jìn)行放大后輸出給壓電晶片3,驅(qū)動(dòng)壓電晶片3振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波； 同步控制器5延時(shí)一定時(shí)間后控制數(shù)字相機(jī)6啟動(dòng)，同步控制器5延時(shí)一定時(shí)間后給脈沖激光器8發(fā)送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，脈沖激光器8接收到觸發(fā)信號(hào)后產(chǎn)生一個(gè)脈沖激光照射在第二分束立方鏡11上;第二分束立方鏡11將脈沖激光分離為一個(gè)物光光束和一個(gè)參考光光束;第一擴(kuò)束鏡10對(duì)物光光束進(jìn)行擴(kuò)束后照射在第一反射鏡12上，物光光束經(jīng)過第一反射鏡12反射后，再穿過第一分束立方鏡9照射在固體樣品2的表面上，創(chuàng)建物光波前;參考光光束穿過第三分束鏡13照射在第二反射鏡14上，經(jīng)過第二反射鏡14反射后，再穿過第三分束鏡13到達(dá)第二擴(kuò)束鏡16,第二擴(kuò)束鏡16對(duì)參考光光束進(jìn)行擴(kuò)束后照射在第一分束立方鏡9上;經(jīng)固體樣品2反射回來的物光波前到達(dá)第一分束立方鏡9,并經(jīng)過第一分束立方鏡9將物光波前與參考光光束疊加在一起，在數(shù)字相機(jī)6的感光元件表面產(chǎn)生干涉，形成一幅全息圖；數(shù)字相機(jī)6記錄全息圖，并將記錄的全息圖數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)1;重復(fù)執(zhí)行檢測(cè)的過程，直到得到多幅全息圖，其中，每幅全息圖對(duì)應(yīng)的超聲波聲場(chǎng)表示固體樣品2中一個(gè)斷層的圖像，將多幅全息圖對(duì)應(yīng)的超聲波聲場(chǎng)上下層疊繪制到一張圖中，就能夠形成固體樣品2內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷的三維圖像。
[0030]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括光全息光路，其特征在于:還包括計(jì)算機(jī) (1)、顯微鏡(15)、用于放置固體樣品(2)的壓電晶片(3)和用于驅(qū)動(dòng)壓電晶片(3)振動(dòng)的功 率放大器(4)，所述計(jì)算機(jī)(1)上接有同步控制器(5)和與同步控制器(5)連接的數(shù)字相機(jī) (6)，所述同步控制器(5)上接有波形發(fā)生器(7)和脈沖激光器(8)，所述功率放大器(4)與波 形發(fā)生器(7)的輸出端連接，所述壓電晶片(3)與功率放大器(4)的輸出端連接;所述光全息 光路包括物光光路、參考光光路和第一分束立方鏡(9 )，所述物光光路包括依次設(shè)置且與脈 沖激光器(8)設(shè)置在同一水平線上的第二分束立方鏡(11)、第一擴(kuò)束鏡(10)和第一反射鏡 (12)，所述參考光光路包括設(shè)置在第二分束立方鏡(11)下方的第三分束鏡(13)和設(shè)置在第 三分束鏡(13)下方的第二反射鏡(14)，以及與第三分束鏡(13)設(shè)置在同一水平線上的第二 擴(kuò)束鏡(16)，所述第一分束立方鏡(9)設(shè)置在第一反射鏡(12)的下方且與第二擴(kuò)束鏡(16) 設(shè)置在同一水平線上，所述顯微鏡(15)設(shè)置在第一分束立方鏡(9)的正下方，所述壓電晶片 (3)設(shè)置在顯微鏡(15)的正下方，所述數(shù)字相機(jī)(6)設(shè)置在第一分束立方鏡(9)的旁側(cè)，所述 脈沖激光器(8)設(shè)置在第二分束立方鏡(11)的旁側(cè)。2.按照權(quán)利要求1所述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述功率放大 器(4)的型號(hào)為HSA4101。3.按照權(quán)利要求1所述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)字相機(jī) (6)為CCD數(shù)字相機(jī)。4.按照權(quán)利要求3所述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述CCD數(shù)字 相機(jī)的型號(hào)為PC01600。5.按照權(quán)利要求1所述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述波形發(fā)生 器(7)的型號(hào)為AFG2021-SC。6.按照權(quán)利要求1所述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述脈沖激光 器(8)為納秒激光器。7.按照權(quán)利要求1或6所述的光聲復(fù)合三維微納成像檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述脈沖 激光器(8)的型號(hào)為Nimma-400。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK205607883SQ201620426980
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】馬宏偉, 張廣明, 董明, 陳淵, 齊愛玲, 王星, 張澍, 張一澍, 王浩添
【申請(qǐng)人】西安科技大學(xué)