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红外相机在检测中的应用

每天清晨,睁开眼镜,我们就可以看到周边的环境,看到我们的亲人,是因为我们的环境中存在光,以及我们有一双精巧的眼睛。光属于电磁波的一种,我们的眼睛,通常只能看到波长在380780nm之间的光线,该波长范围内的光,也称作可见光

1 电磁波谱范围

除了可见光之外,还有更宽波长范围的电磁波,以太阳光为例,辐射到地球表面的电磁波谱从100nm1mm。在光谱范围中,有一段波长要比可见光更长的光,波长为800nm-2500nm,称为近红外光谱,该波长范围内的光就无法用肉眼看到。但是可以通过其他一些感光元器件观察到,把这种感光元器件视作人眼睛的视网膜,就可以达到不可见可见的目的。

近红外光波段响应的探测器

比如,有一种材料叫做Indium Gallium ArsenideInGaAs)的材料,中文名称为砷化铟镓,或铟镓砷,该材料可以对波长在900nm-1700nm之间的光有响应,利用这种特性,制作成探测器件和由很多个像元阵列排布的相机,对近红外波段的环境进行拍照,我们就可以用它将看到原本不可见的近红外光变为肉眼可见了。

2 铟镓砷相机光谱响应范围

近红外相机的应用

那么,刚刚说到的近红外光有什么用呢?可能,我们不会直接接触到,但是,我们生活中的很多小东西内部,都会用到近红外光。比方说,我们家庭中使用的光纤网络,其中光纤中就会有传输的近红外光,这种近红外光,更多在科研及工业中应用。

1.光电子芯片、硅晶圆、半导体激光器巴条EL检测

比方说,某些生产光电子芯片的公司,生产的光电子芯片,在注入低电流时就会发出近红外波长的光,但是,如何去判断这个器件是好的还是坏的,能否达到合格要求呢?这时候就会用到近红外相机,在注入低电流时,根据光电子芯片表面或者侧面的发光情况,就可以判定该芯片是否有断点、均匀性。硅基晶圆和半导体激光器巴条,在注入电流的时候,也会发光,这样就可以判断芯片是否有裂痕、断线等情况。

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3 多晶硅电致发光图像

2.IC电路内部检测

另外,光具有一定的穿透性,什么是穿透性呢,就是我照射一束光在物体表面,但是光不仅仅停留在表面,也会深入到物体的内部,穿透深度取决于材料,也和照射光的波长有关,一般波长越长,穿透深度越深。

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4 穿透深度示例

在某些半导体行业中,就可以用红外光这种比较好的穿透性,去观测物体内部结构。例如,生产IC电路的公司,可以用近红外光去照射IC电路表面,光线可以穿过表面,进入IC电路内部,IC电路内部反射回的光,用近红外相机去观测,就可以看到内部是否有裂痕、空鼓等。

5 键合晶圆内部空鼓检测

3.倒装芯片(Flip chip)标记点对准检查

另外,我们手机、电脑等电子设备中有大量的芯片,这种芯片在结构上并不是一层,而是很多很多层的叠加,例如芯片设计生产中常用的倒装芯片(FC),芯片面朝下,芯片与基板或芯片与芯片之间,有有设置的标记点相互对应,标记点错位则代表着芯片生产没有达到最为理想状态。用这种芯片的检测,同样可以使用近红外光进行穿透芯片内部,再用近红外相机去观察反射回的光路,就可以看到多层芯片之间是否有位移。

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6 标记点示意图

4.光通讯器件耦合情况判断

在光通讯领域,一般使用的激光波长为1550nm1310nm,正好位于InGaAs相机的光谱响应波段内,某些应用需要将光从光纤耦合进芯片或光波导的光回路中,从芯片或光波导的另外一端观察输出光的形貌及光强度,是圆形光斑还是其他光斑,可以用于判断耦合情况及计算传输损耗。

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7 1550nm半导体激光器光斑分析

   Artray Ingaas相机参数

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