密封環境中矽光敏晶片粘接缺陷的檢測方法研究

《密封環境中矽光敏晶片粘接缺陷的檢測方法研究》是依託南京理工大學，由趙艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：密封環境中矽光敏晶片粘接缺陷的檢測方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙艷
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

光敏晶片與基座間粘接不良將導致矽光電探測器在強衝擊和振動場合出現光敏晶片脫落或實際使用一段時間後電性能的快速衰退，這種失效在兵器、航空和航天等領域往往是致命的。目前靠離心試驗篩選剔除故障樣品，這種方法試驗判據模糊、可靠性差、篩選效率低且可能引入新的損傷。由於探測器體積小、晶片和基底封裝在密封環境中，這使得粘接缺陷的無損檢測成了探測器篩選中遇到的最為棘手的難題。本項目旨在發揮雷射超聲非接觸點激發的優勢發展密封環境中小尺寸材料粘接缺陷（含粘接強度）的非接觸式光聲無損檢測理論和方法。理論上研究脈衝雷射聚焦惰性氣體-矽光敏晶片界面在橫向受限多層複雜結構中的超聲激發及模態特徵, 討論邊界束縛對雷射超聲的影響，分析小尺寸結構中超聲與粘接缺陷的作用機理，建立粘接缺陷與超音波參量的定量關係。實驗上建立密封環境中小尺寸層狀材料粘接缺陷光聲檢測的實驗裝置，並將其套用於典型矽光電探測器粘接缺陷的實際檢測。

結題摘要

為了解決密封環境中矽光敏晶片粘接缺陷的快速無損檢測問題，本項目發揮雷射超聲非接觸點激發的優勢發展密封環境中小尺寸材料粘接缺陷（含粘接強度）的非接觸式光聲無損檢測理論和方法。通過項目組三年的努力，解決了尺寸受限三維層狀結構中光、熱、力、聲多場耦合分析、複雜超聲模態中粘接缺陷信息的提取方法、流（氣）-固界面上雷射超音波的光學定量探測等多個關鍵問題，建立了惰性氣體-矽光敏晶片界面超音波的雷射激發、傳播及其與界面粘接缺陷相互作用過程的數學模型和有限元算法。該算法一方面能夠得到超音波激發過程中的全場數據，另一方面能夠方便地考慮材料熱物理特性隨溫度的變化，且在材料形狀和結構處理方面有很好的魯棒性，是處理特殊複雜結構中雷射熱彈激發超音波問題的有效途徑。項目創新提出透射式光偏轉探測方法，並建立了相應的光纖耦合感測裝置和密封充滿惰性氣體環境中雷射激發氣-固界面超音波進行矽光敏晶片粘接缺陷檢測的全光學系統。該裝置不僅具有靈敏度高、易調節等優點，更重要的是區分了測量氣-固界面超音波時氣體折射率改變和界面形變兩個分量，能夠準確測量氣-固界面超音波，為正確分析研究密封充滿惰性氣體環境中氣-固界面上雷射超音波提供了實驗基礎。此外，還通過數值仿真研究了橫向受限層狀微型結構中雷射激發超聲場的空間和時間分布特徵；討論了不同邊界束縛形式對超音波模態的影響；還研究了光敏晶片粘接缺陷對層狀複雜結構中雷射超音波形的影響；尋求不同形式的粘接缺陷在雷射超聲信號中的表現形式；討論了粘接缺陷大小、位置、形狀等參量對雷射超音波特徵參量的影響，為探討密封充滿氣體環境中粘接缺陷測量方法做出了有益嘗試。