光聲復合三維微納成像檢測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光聲復合三維微納成像檢測系統，包括光全息光路，還包括計算機、顯微鏡、用于放置固體樣品的壓電晶片和用于驅動壓電晶片振動的功率放大器，計算機上接有同步控制器和數字相機，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置的第二分束立方鏡、第一擴束鏡和第一反射鏡，參考光光路包括第三分束鏡和第二反射鏡，以及第二擴束鏡，壓電晶片設置在顯微鏡的正下方。本實用新型設計合理，實現方便，能夠適用于不同厚度的固體樣品的缺陷檢測，檢測速度快，檢測精度和可靠度高，真正實現了無損檢測，實用性強，應用范圍廣，便于推廣使用。
【專利說明】
光聲復合三維微納成像檢測系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于無損檢測技術領域，具體涉及一種光聲復合三維微納成像檢測系統?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著半導體制造技術和微納制造技術的飛速發(fā)展，使用這些新技術制造出來的微器件與微系統(例如超高集成芯片、微傳感器等)將滲透到航空航天、國防、軍事和生活的各個領域。然而，對這些微型產品的可靠性測試與質量控制技術大大滯后于制造技術的發(fā)展。 掃描聲學顯微鏡(scanning acoustic microscopy,SAM)其顯微成像技術通過高頻超聲聚焦探頭的逐點掃描實現樣品內部缺陷的斷層成像檢測，但是，一個300MHz的超聲聚焦探頭， 其橫向分辨率也只能達到十幾微米，而且，對于如此高頻聲波由于色散衰減導致其穿透能力非常差，只能檢測很薄的樣品。最新三維X射線CT(3D X-Ray CT)能達到50nm的分辨率，但是，必須把測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技術盡管分辨率可以達到納米級，但是只能掃描非常小的樣品區(qū)域(幾個微米X幾個微米)，而且成像速度很慢，而且沒有穿透力，不能對微電子封裝內部缺陷進行檢測。傳統的檢測技術已經不能適應這些先進制造技術的發(fā)展，現有的無損檢測技術面臨著嚴重挑戰(zhàn)，需要更高體積分辨率的先進無損評價技術對微集成系統的可靠性進行評估?！緦嵱眯滦蛢热荨?br>[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種光聲復合三維微納成像檢測系統，其設計合理，實現方便，能夠適用于不同厚度的固體樣品的缺陷檢測，檢測速度快，檢測精度和可靠度高，真正實現了無損檢測，實用性強，應用范圍廣， 便于推廣使用。
[0004]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種光聲復合三維微納成像檢測系統，包括光全息光路，其特征在于:還包括計算機、顯微鏡、用于放置固體樣品的壓電晶片和用于驅動壓電晶片振動的功率放大器，所述計算機上接有同步控制器和與同步控制器連接的數字相機，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置且與脈沖激光器設置在同一水平線上的第二分束立方鏡、第一擴束鏡和第一反射鏡，所述參考光光路包括設置在第二分束立方鏡下方的第三分束鏡和設置在第三分束鏡下方的第二反射鏡，以及與第三分束鏡設置在同一水平線上的第二擴束鏡，所述第一分束立方鏡設置在第一反射鏡的下方且與第二擴束鏡設置在同一水平線上，所述顯微鏡設置在第一分束立方鏡的正下方，所述壓電晶片設置在顯微鏡的正下方，所述數字相機設置在第一分束立方鏡的旁側，所述脈沖激光器設置在第二分束立方鏡的旁側。
[0005]上述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述功率放大器的型號為 HSA4101。
[0006]上述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述數字相機為CCD數字相機。
[0007]上述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述CCD數字相機的型號為 PC01600。
[0008]上述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述波形發(fā)生器的型號為 AFG2021-SC〇
[0009]上述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述脈沖激光器為納秒激光器。
[0010]上述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述脈沖激光器的型號為 Nimma-400〇
[0011]本實用新型與現有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0012]1、本實用新型的結構簡單，設計合理，實現方便。
[0013]2、本實用新型可以通過調節(jié)波形發(fā)生器產生的正弦信號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。
[0014]3、本實用新型能夠得到固體樣品(如微電子器件)內部缺陷的三維圖，成像速度快，能夠對固體樣品(如微電子器件)內部的缺陷進行快速檢測，檢測精度和可靠度高。
[0015]4、采用本實用新型進行固體樣品(如微電子器件)內部缺陷進行檢測時，不會損壞固體樣品(如微電子器件)的完整性，真正實現了無損檢測。
[0016]5、本實用新型除了能夠應用到無損檢測中，還能夠應用在很多領域，例如生物醫(yī)學成像，用于研究生物細胞機械特性(包括生物細胞的厚度，密度，聲波速度，衰減系數的變化)，生物軟組織中應變和彈性模量分布的定量成像，活細胞的內部結構的斷層成像等，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0017]綜上所述，本實用新型設計合理，實現方便，能夠適用于不同厚度的固體樣品的缺陷檢測，檢測速度快，檢測精度和可靠度高，真正實現了無損檢測，實用性強，應用范圍廣， 便于推廣使用。
[0018]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述?！靖綀D說明】
[0019]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0020]附圖標記說明:
[0021] 1 一計算機；2—固體樣品；3—壓電晶片；
[0022] 4—功率放大器；5—同步控制器；6—數字相機；
[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—第二擴束鏡?！揪唧w實施方式】
[0027]如圖1所示，本實用新型的光聲復合三維微納成像檢測系統，包括光全息光路，還包括計算機1、顯微鏡15、用于放置固體樣品2的壓電晶片3和用于驅動壓電晶片3振動的功率放大器4,所述計算機1上接有同步控制器5和與同步控制器5連接的數字相機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置且與脈沖激光器8設置在同一水平線上的第二分束立方鏡11、第一擴束鏡10和第一反射鏡12,所述參考光光路包括設置在第二分束立方鏡11下方的第三分束鏡13和設置在第三分束鏡13下方的第二反射鏡14,以及與第三分束鏡13設置在同一水平線上的第二擴束鏡16,所述第一分束立方鏡9設置在第一反射鏡 12的下方且與第二擴束鏡16設置在同一水平線上，所述顯微鏡15設置在第一分束立方鏡9 的正下方，所述壓電晶片3設置在顯微鏡15的正下方，所述數字相機6設置在第一分束立方鏡9的旁側，所述脈沖激光器8設置在第二分束立方鏡11的旁側。[〇〇28]本實施例中，所述功率放大器4的型號為HSA4101。所述數字相機6為(XD數字相機， 所述數字相機6通過USB線與計算機1連接。所述CCD數字相機的型號為PC01600。所述波形發(fā)生器7的型號為AFG2021-SC。所述脈沖激光器8為納秒激光器。所述脈沖激光器8的型號為 Nimma-400〇
[0029]采用本實用新型進行光聲復合三維微納成像檢測時的過程為:將固體樣品2放置在壓電晶片3上后，計算機1通過同步控制器5給波形發(fā)生器7發(fā)送一個觸發(fā)信號，波形發(fā)生器7接收到觸發(fā)信號后產生3?12個周期為T的正弦信號并輸出給功率放大器4,功率放大器 4對其接收到的正弦信號進行放大后輸出給壓電晶片3,驅動壓電晶片3振動，產生超聲波； 同步控制器5延時一定時間后控制數字相機6啟動，同步控制器5延時一定時間后給脈沖激光器8發(fā)送一個觸發(fā)信號，脈沖激光器8接收到觸發(fā)信號后產生一個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物光光束和一個參考光光束;第一擴束鏡10對物光光束進行擴束后照射在第一反射鏡12上，物光光束經過第一反射鏡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，經過第二反射鏡14反射后，再穿過第三分束鏡13到達第二擴束鏡16,第二擴束鏡16對參考光光束進行擴束后照射在第一分束立方鏡9上;經固體樣品2反射回來的物光波前到達第一分束立方鏡9,并經過第一分束立方鏡9將物光波前與參考光光束疊加在一起，在數字相機6的感光元件表面產生干涉，形成一幅全息圖；數字相機6記錄全息圖，并將記錄的全息圖數據傳輸給計算機1;重復執(zhí)行檢測的過程，直到得到多幅全息圖，其中，每幅全息圖對應的超聲波聲場表示固體樣品2中一個斷層的圖像，將多幅全息圖對應的超聲波聲場上下層疊繪制到一張圖中，就能夠形成固體樣品2內部結構和缺陷的三維圖像。
[0030]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【主權項】
1.一種光聲復合三維微納成像檢測系統，包括光全息光路，其特征在于:還包括計算機 (1)、顯微鏡(15)、用于放置固體樣品(2)的壓電晶片(3)和用于驅動壓電晶片(3)振動的功 率放大器(4)，所述計算機(1)上接有同步控制器(5)和與同步控制器(5)連接的數字相機 (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置且與脈 沖激光器(8)設置在同一水平線上的第二分束立方鏡(11)、第一擴束鏡(10)和第一反射鏡 (12)，所述參考光光路包括設置在第二分束立方鏡(11)下方的第三分束鏡(13)和設置在第 三分束鏡(13)下方的第二反射鏡(14)，以及與第三分束鏡(13)設置在同一水平線上的第二 擴束鏡(16)，所述第一分束立方鏡(9)設置在第一反射鏡(12)的下方且與第二擴束鏡(16) 設置在同一水平線上，所述顯微鏡(15)設置在第一分束立方鏡(9)的正下方，所述壓電晶片 (3)設置在顯微鏡(15)的正下方，所述數字相機(6)設置在第一分束立方鏡(9)的旁側，所述 脈沖激光器(8)設置在第二分束立方鏡(11)的旁側。2.按照權利要求1所述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述功率放大 器(4)的型號為HSA4101。3.按照權利要求1所述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述數字相機 (6)為CCD數字相機。4.按照權利要求3所述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述CCD數字 相機的型號為PC01600。5.按照權利要求1所述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述波形發(fā)生 器(7)的型號為AFG2021-SC。6.按照權利要求1所述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述脈沖激光 器(8)為納秒激光器。7.按照權利要求1或6所述的光聲復合三維微納成像檢測系統，其特征在于:所述脈沖 激光器(8)的型號為Nimma-400。
【文檔編號】G01N29/07GK205607883SQ201620426980
【公開日】2016年9月28日
【申請日】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
【申請人】西安科技大學