本發明涉(she)及太赫茲(zi)無(wu)損檢測，具(ju)體涉(she)及一種基于時域反(fan)射(she)法的(de)電子線路太赫茲(zi)無(wu)損檢測系統。

背景技術：

1、電子線路和(he)(he)半導體(ti)器件如今正(zheng)在(zai)(zai)向(xiang)著高集成度(du)、小(xiao)尺寸封(feng)裝的(de)方(fang)向(xiang)發展，這也對(dui)(dui)這些線路和(he)(he)器件的(de)質量(liang)、成本和(he)(he)可靠(kao)性(xing)等方(fang)面提出了(le)越(yue)來越(yue)高的(de)要(yao)求。通(tong)過無(wu)損檢測(ce)技(ji)術，可以(yi)(yi)對(dui)(dui)電子線路和(he)(he)半導體(ti)器件進行排查(cha)，若(ruo)存(cun)在(zai)(zai)缺陷(xian)，需(xu)要(yao)對(dui)(dui)缺陷(xian)的(de)位(wei)置進行快速(su)且(qie)精準的(de)定(ding)位(wei)。時域反射計(tdr)系(xi)統(tong)是(shi)一種可以(yi)(yi)實現半導體(ti)封(feng)裝、電子元(yuan)件和(he)(he)印刷(shua)電路板中(zhong)存(cun)在(zai)(zai)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)的(de)檢測(ce)的(de)無(wu)損檢測(ce)系(xi)統(tong)。然而，傳統(tong)的(de)基于(yu)階(jie)躍響應的(de)分析系(xi)統(tong)通(tong)過tdr波(bo)形的(de)幅度(du)變化(hua)來區(qu)別故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)是(shi)否存(cun)在(zai)(zai)并定(ding)位(wei)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)位(wei)置，這種方(fang)式的(de)信號(hao)變化(hua)起點難以(yi)(yi)準確判斷(duan)，在(zai)(zai)定(ding)位(wei)故(gu)(gu)障(zhang)(zhang)時會引入(ru)較大的(de)誤(wu)差。

2、太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)波(bo)的(de)頻(pin)率在0.1thz-10thz，對(dui)應波(bo)長(chang)為0.03mm-3mm。太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)脈沖波(bo)的(de)波(bo)長(chang)為皮秒(ps，10-12s)量級，通(tong)過太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)時(shi)(shi)域(yu)光(guang)譜(pu)技術(shu)，可(ke)以實(shi)現太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)波(bo)波(bo)形(xing)和相(xiang)對(dui)時(shi)(shi)間延遲的(de)相(xiang)干測(ce)量。由此(ci)，根據測(ce)量到的(de)太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)時(shi)(shi)域(yu)波(bo)形(xing)，可(ke)以推(tui)知被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)(ti)的(de)內(nei)部(bu)信(xin)(xin)息。太(tai)(tai)赫(he)茲(zi)無(wu)(wu)損檢測(ce)技術(shu)利(li)用這種方法，通(tong)過測(ce)量被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)(ti)的(de)透射(she)或反射(she)信(xin)(xin)號，并通(tong)過與參考信(xin)(xin)號(通(tong)常為無(wu)(wu)缺陷位(wei)置的(de)信(xin)(xin)號)進行對(dui)比，來重構物(wu)體(ti)(ti)的(de)內(nei)部(bu)結構。

3、對(dui)于(yu)(yu)(yu)太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲波無(wu)法(fa)(fa)穿透或(huo)內(nei)部(bu)(bu)(bu)具有多層(ceng)結構(gou)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)(wu)體，可(ke)以采用(yong)太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲飛行時(shi)(shi)間(thz-tof)方(fang)(fang)法(fa)(fa)進行檢(jian)測。其基本原理(li)是若(ruo)(ruo)物(wu)(wu)(wu)(wu)體內(nei)部(bu)(bu)(bu)存在(zai)缺陷或(huo)多層(ceng)結構(gou)，入(ru)射至物(wu)(wu)(wu)(wu)體的(de)(de)(de)太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲脈沖在(zai)分層(ceng)的(de)(de)(de)界面處，會由于(yu)(yu)(yu)界面兩側的(de)(de)(de)折(zhe)射率差異而產生反射。通(tong)(tong)(tong)過測量反射的(de)(de)(de)太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲時(shi)(shi)域波形，根據不同的(de)(de)(de)反射脈沖的(de)(de)(de)時(shi)(shi)間延遲，若(ruo)(ruo)已知各層(ceng)材(cai)料的(de)(de)(de)折(zhe)射率，則可(ke)以計算得到物(wu)(wu)(wu)(wu)體內(nei)部(bu)(bu)(bu)分層(ceng)結構(gou)的(de)(de)(de)厚度。這種方(fang)(fang)法(fa)(fa)通(tong)(tong)(tong)常被(bei)(bei)用(yong)于(yu)(yu)(yu)物(wu)(wu)(wu)(wu)體內(nei)部(bu)(bu)(bu)結構(gou)的(de)(de)(de)無(wu)損檢(jian)測，若(ruo)(ruo)將被(bei)(bei)測物(wu)(wu)(wu)(wu)體按二維掃(sao)描方(fang)(fang)式(shi)移動，同時(shi)(shi)提取不同掃(sao)描位置(zhi)處太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲脈沖信號的(de)(de)(de)特征參量(如峰(feng)值(zhi)大(da)小，時(shi)(shi)間延遲等)，還可(ke)以實(shi)現物(wu)(wu)(wu)(wu)體內(nei)部(bu)(bu)(bu)結構(gou)的(de)(de)(de)太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲成(cheng)像。將太(tai)(tai)(tai)(tai)赫茲脈沖引入(ru)電子線路和半導(dao)體封裝的(de)(de)(de)故障無(wu)損檢(jian)測，可(ke)以通(tong)(tong)(tong)過脈沖波形直接識別(bie)缺陷位置(zhi)。

4、現有(you)具有(you)高分(fen)辨(bian)能力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)域反(fan)射計(ji)采(cai)用(yong)異步電(dian)光(guang)(guang)(guang)采(cai)樣方法，使用(yong)兩(liang)臺(tai)飛秒脈(mo)沖激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)。第一臺(tai)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)產(chan)生上升時(shi)(shi)間(jian)<10ps電(dian)脈(mo)沖，通過射頻探(tan)頭(tou)耦合至樣品(pin)，反(fan)射信號由內(nei)部損壞產(chan)生。這些(xie)電(dian)脈(mo)沖反(fan)射到光(guang)(guang)(guang)電(dian)導開(kai)關，并由第二(er)臺(tai)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)照(zhao)射到光(guang)(guang)(guang)電(dian)導開(kai)關，測(ce)得(de)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)流反(fan)映(ying)反(fan)射信號的(de)(de)(de)(de)(de)(de)幅(fu)度。由于兩(liang)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)頻率(lv)(lv)差δf，能在1/δf時(shi)(shi)間(jian)內(nei)記錄(lu)到反(fan)射波(bo)，實(shi)現高分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)測(ce)量。這種技術(shu)需要配備(bei)2臺(tai)飛秒激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)，且(qie)需要對這2臺(tai)飛秒激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重復頻率(lv)(lv)進行精確控制和鎖定，因此(ci)這導致(zhi)系(xi)統需要更(geng)加復雜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)控制技術(shu)和控制系(xi)統，使得(de)系(xi)統建(jian)設過程復雜，并且(qie)額(e)外的(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)和控制裝置(zhi)導致(zhi)成(cheng)本提高。此(ci)外，兩(liang)臺(tai)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)輸出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)脈(mo)沖之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)抖動(time?jitter)會影響(xiang)測(ce)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)，進而影響(xiang)缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)定位精度。

技術實現思路

1、鑒(jian)于(yu)上述問題(ti)，本發明提供(gong)了一(yi)種基(ji)于(yu)時域反(fan)射(she)法的(de)電(dian)(dian)子線路太赫茲無損檢(jian)測(ce)系統，解決了現有技術中使(shi)用飛秒(miao)激光(guang)泵浦光(guang)電(dian)(dian)二極管產(chan)生電(dian)(dian)脈沖，產(chan)生的(de)電(dian)(dian)脈沖能量較弱，對于(yu)內部電(dian)(dian)子線路較長(chang)的(de)器件，傳輸(shu)衰減、界(jie)面反(fan)射(she)等因(yin)素可能會導致缺陷(xian)處的(de)有用反(fan)射(she)信號(hao)弱的(de)技術問題(ti)。

2、本發明提供(gong)了一(yi)種(zhong)基于時域(yu)反射法(fa)的電子線路太赫茲(zi)無損檢測(ce)系統，包括光源(yuan)與(yu)分光模塊(kuai)、強(qiang)場太赫茲(zi)脈沖(chong)產生模塊(kuai)、太赫茲(zi)收集(ji)與(yu)傳輸模塊(kuai)、樣品檢測(ce)模塊(kuai)和太赫茲(zi)脈沖(chong)探測(ce)模塊(kuai)；其中，

3、光(guang)(guang)源與分光(guang)(guang)模塊包(bao)括：激光(guang)(guang)器1和第(di)一分束鏡2；

4、強場太赫(he)茲脈沖產生(sheng)模塊包括：第一(yi)反射(she)鏡(jing)3、光學延遲(chi)線(xian)14、第一(yi)反射(she)光柵4、第二反射(she)鏡(jing)5、第一(yi)成(cheng)像(xiang)系統(tong)6、第一(yi)半波片7和鈮酸鋰(li)晶體8；

5、太赫(he)茲收集與(yu)傳輸模塊包括：第(di)三反射(she)鏡9、第(di)一(yi)拋物面(mian)鏡10和耦合器(qi)11；

6、樣(yang)(yang)品檢測(ce)模塊包括：探針(zhen)12和電子線路樣(yang)(yang)品臺13；

7、所述(shu)(shu)(shu)(shu)激光器1產(chan)生(sheng)激光，第一分束(shu)鏡(jing)2將(jiang)激光光束(shu)分為泵浦(pu)光束(shu)和(he)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)光束(shu)；所述(shu)(shu)(shu)(shu)泵浦(pu)光束(shu)進(jin)入(ru)(ru)強(qiang)場太(tai)赫(he)(he)茲(zi)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)產(chan)生(sheng)模(mo)塊(kuai)，產(chan)生(sheng)強(qiang)場太(tai)赫(he)(he)茲(zi)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)；所述(shu)(shu)(shu)(shu)太(tai)赫(he)(he)茲(zi)傳(chuan)(chuan)輸與收(shou)集模(mo)塊(kuai)對所述(shu)(shu)(shu)(shu)強(qiang)場太(tai)赫(he)(he)茲(zi)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)進(jin)行收(shou)集，并(bing)傳(chuan)(chuan)輸到所述(shu)(shu)(shu)(shu)樣品檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)模(mo)塊(kuai)；所述(shu)(shu)(shu)(shu)樣品檢測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)模(mo)塊(kuai)收(shou)集電子線路樣品對太(tai)赫(he)(he)茲(zi)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)的反射信號(hao)(hao)；所述(shu)(shu)(shu)(shu)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)光束(shu)進(jin)入(ru)(ru)太(tai)赫(he)(he)茲(zi)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)模(mo)塊(kuai)，所述(shu)(shu)(shu)(shu)太(tai)赫(he)(he)茲(zi)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)模(mo)塊(kuai)對所述(shu)(shu)(shu)(shu)反射信號(hao)(hao)進(jin)行相干(gan)測(ce)(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)。

8、優選地，所述太(tai)赫茲脈沖探測(ce)模塊包括：脈寬壓縮器15、第(di)(di)三(san)透(tou)鏡(jing)16、第(di)(di)四(si)透(tou)鏡(jing)17、第(di)(di)四(si)反(fan)射鏡(jing)18、階梯鏡(jing)19、第(di)(di)五透(tou)鏡(jing)20、第(di)(di)二分束片21、探測(ce)晶(jing)體22、第(di)(di)六透(tou)鏡(jing)23、第(di)(di)七透(tou)鏡(jing)24、四(si)分之一波片25、第(di)(di)八(ba)透(tou)鏡(jing)26、偏振(zhen)分束棱鏡(jing)27、相機28。

9、優(you)選地，對于所述(shu)太赫(he)茲脈(mo)沖探(tan)(tan)測模塊(kuai)：探(tan)(tan)測光(guang)(guang)束(shu)(shu)和泵浦光(guang)(guang)束(shu)(shu)之(zhi)間的光(guang)(guang)程差(cha)通(tong)過(guo)光(guang)(guang)學延遲線14調節，探(tan)(tan)測光(guang)(guang)束(shu)(shu)經過(guo)脈(mo)寬壓縮(suo)器15、第(di)(di)三透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)16、第(di)(di)四(si)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)17、第(di)(di)四(si)反(fan)射鏡(jing)(jing)18反(fan)射至階梯鏡(jing)(jing)19，然后經過(guo)第(di)(di)五透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)20和第(di)(di)二(er)分束(shu)(shu)片(pian)21，與耦合器11發送的所述(shu)反(fan)射太赫(he)茲脈(mo)沖共(gong)線聚焦(jiao)于探(tan)(tan)測晶體22，經過(guo)第(di)(di)七透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)24、四(si)分之(zhi)一(yi)波片(pian)25、第(di)(di)八透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)26和偏振分束(shu)(shu)棱鏡(jing)(jing)27后成像至相機28的探(tan)(tan)測陣列。

10、優選地，所述太赫(he)茲(zi)脈(mo)沖探測模(mo)塊(kuai)包括：脈(mo)寬壓縮器15、快(kuai)速延遲(chi)線(xian)29、第(di)二半波(bo)片30、探測晶體22、第(di)九透鏡(jing)31、四分之一波(bo)片25、沃拉斯頓棱鏡(jing)32和(he)平衡探測器33。

11、優(you)選地，對于(yu)所(suo)述太赫茲脈(mo)沖(chong)探(tan)(tan)測模塊：探(tan)(tan)測光束經過(guo)脈(mo)寬壓縮器(qi)(qi)(qi)15、快速延遲線(xian)29，經過(guo)第(di)(di)二半波片30后穿過(guo)第(di)(di)一拋物面鏡10上的小(xiao)孔，與耦合器(qi)(qi)(qi)11發送的所(suo)述反(fan)射(she)太赫茲脈(mo)沖(chong)在探(tan)(tan)測晶體22上空間重(zhong)合，經過(guo)第(di)(di)九透鏡31、四分之(zhi)一波片25、沃拉斯頓(dun)棱(leng)鏡32入射(she)至平衡探(tan)(tan)測器(qi)(qi)(qi)33，進行太赫茲波形的探(tan)(tan)測。

12、優選地，對于所(suo)(suo)述(shu)(shu)強(qiang)(qiang)場(chang)太(tai)赫茲脈沖(chong)產生(sheng)模(mo)塊：所(suo)(suo)述(shu)(shu)泵浦光束經過(guo)第(di)一(yi)(yi)反(fan)射鏡(jing)(jing)(jing)3、光學(xue)延遲線14、第(di)一(yi)(yi)反(fan)射光柵4、第(di)二反(fan)射鏡(jing)(jing)(jing)5、第(di)一(yi)(yi)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)61、第(di)一(yi)(yi)半波片7和第(di)二透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)62照(zhao)射鈮酸鋰晶體8產生(sheng)強(qiang)(qiang)場(chang)太(tai)赫茲脈沖(chong)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)第(di)一(yi)(yi)成像系統6包括(kuo)第(di)一(yi)(yi)透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)61和第(di)二透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)62。

13、優選(xuan)地，對于所述太(tai)赫(he)茲(zi)收(shou)集與傳輸模塊：所述強場太(tai)赫(he)茲(zi)脈沖(chong)經第(di)三(san)反(fan)射鏡9反(fan)射至(zhi)第(di)一拋物面(mian)鏡10，第(di)一拋物面(mian)鏡10將所述強場太(tai)赫(he)茲(zi)脈沖(chong)收(shou)集并(bing)耦(ou)合(he)(he)至(zhi)耦(ou)合(he)(he)器11，耦(ou)合(he)(he)器11將自由(you)空間(jian)太(tai)赫(he)茲(zi)脈沖(chong)傳輸至(zhi)樣品檢測模塊，并(bing)將樣品檢測模塊測試(shi)到的反(fan)射太(tai)赫(he)茲(zi)脈沖(chong)傳輸至(zhi)自由(you)空間(jian)。

14、優選地，對于所(suo)述樣(yang)(yang)(yang)品檢(jian)測模塊(kuai)：所(suo)述探針12將來自耦合器的強場(chang)太(tai)赫茲(zi)脈沖(chong)傳(chuan)輸(shu)至待(dai)(dai)測的電(dian)子線(xian)路(lu)(lu)樣(yang)(yang)(yang)品，所(suo)述電(dian)子線(xian)路(lu)(lu)樣(yang)(yang)(yang)品安裝在(zai)電(dian)子線(xian)路(lu)(lu)樣(yang)(yang)(yang)品臺(tai)13上；控制電(dian)子線(xian)路(lu)(lu)樣(yang)(yang)(yang)品臺(tai)13的移動，使探針12與(yu)待(dai)(dai)測位置(zhi)對準。

15、優(you)選(xuan)地，所(suo)述(shu)激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)(qi)1為(wei)飛秒激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)(qi)或皮秒激(ji)(ji)光(guang)器(qi)(qi)(qi)，所(suo)述(shu)脈寬壓縮器(qi)(qi)(qi)15將脈寬壓縮至100fs以(yi)內(nei)。

16、優選地，所述探測晶體22使用電光(guang)晶體。

17、與現有(you)技(ji)術相比，本發(fa)明至少具有(you)如下有(you)益效(xiao)果：

18、(1)本發明提(ti)供的(de)基于時(shi)域(yu)反射法的(de)電子(zi)線路太赫(he)茲無損(sun)檢測系(xi)統僅(jin)使用一臺激光器驅動，減少了系(xi)統的(de)復雜度(du)，降(jiang)低了對控制技術和控制系(xi)統的(de)要(yao)求。

19、(2)本發明(ming)提供的(de)(de)強場(chang)太(tai)赫(he)(he)(he)茲脈(mo)沖(chong)產生模塊使用傾斜波前技術(shu)，激光泵(beng)浦鈮(ni)酸鋰晶體(ti)產生強場(chang)太(tai)赫(he)(he)(he)茲脈(mo)沖(chong)用于(yu)缺(que)(que)陷探測，產生的(de)(de)太(tai)赫(he)(he)(he)茲脈(mo)沖(chong)絕對(dui)能量強，在存在多(duo)次界面反射(she)和長距(ju)離傳輸損(sun)耗的(de)(de)情況下，由缺(que)(que)陷反射(she)的(de)(de)太(tai)赫(he)(he)(he)茲脈(mo)沖(chong)能量更(geng)強，便于(yu)探測。

20、(3)本(ben)發(fa)明(ming)提供的系統(tong)中的泵浦(pu)光(guang)(guang)束和(he)探測光(guang)(guang)束由同一(yi)束激光(guang)(guang)通(tong)過分束鏡分束得(de)到，采(cai)用同步光(guang)(guang)學采(cai)樣(yang)技(ji)術(shu)，使得(de)泵浦(pu)光(guang)(guang)束和(he)探測光(guang)(guang)束之間(jian)沒有激光(guang)(guang)脈(mo)沖時(shi)間(jian)抖(dou)動(dong)，降低了時(shi)間(jian)抖(dou)動(dong)對探測信號精確度(du)的影響。

21、(4)本發(fa)明(ming)使(shi)用階梯(ti)鏡實現(xian)空(kong)間編碼單(dan)發(fa)采樣裝置，對每個單(dan)獨的太赫茲脈沖波形進行(xing)一次性探測；或者采用快速延遲線，具有快速探測能力。