LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Фотоакустична мікроскопія з оптимізованою п'єзоелектричною реєстрацією сигналів

залягання дефекту, що може бути виявлений методом ФАМ. Фотоакустична мікроскопія дозволяє досліджувати дефекти розміром від 0,2 мкм, що розташовані на глибині до трьох довжин теплової дифузії від поверхні взірця.

5. Запропонований принцип побудови моделі, оснований на розв'язанні системи рівнянь термопружності для кожного шара, моделюючого об'єкт із дефектом, та методики ії вирішення, заснованої на математичній теорії диференціальних обчислювань, є перспективними для моделювання ФАЄ в багатошарових структурах.

Практична цінність результатів дисертаційної роботи:

1. Побудована модель фотоакустичного ефекту, що дозволяє обрахувати амплітуду і фазу фотоакустичного сигналу для взірців з відомою підповерхневою сруктурою, та вирішити протилежну задачу — по експериментальним характеристикам відновити інформацію про фізичні властивості об'єкту дослідження. Завдяки цьому запропонована модель фотоакустичного ефекту може бути використана для розшифрування фотоакустичних зображень.

2. Розроблена комп'ютерна програма для розрахунку амплітуди та фази фотоакустичного сигналу, контрасту амплітудного та фазового зображень та побудови графіків залежностей цих характеристик від частоти модуляції лазерного випромінювання, розміру дефекта та глибини його залягання, що дозволяє застосовувати запропоновану модель для практичних досліджень.

3. Розроблена методика оцінки якості мікрозварних з'єднань на основі залежності контрасту амплітудного та фазового зображеньвід частоти модуляції та товщини повітряного зазору, що дозволяє проводити неруйнівний контроль якості цих з'єднань.

4. На основі аналізу різних конструкцій п'єзоперетворювачів за такими критеріями, як чутливість, діапазон робочих частот, матеріал та розміри п'єзоелемента, міцність та складність виготовлення, розроблена конструкція п'єзоелектричного перетворювача біморфного типу, застосування якої в ФАМ дозволило зменшити поріг чутливості до 2 мкм.

Особистий внесок здобувача:

1. Автором розроблена одновимірна математична модель фотоакустичної мікроскопії твердих тіл з п'єзоелектричною реєстрацією, що враховує наявність внутрішніх дефектів і максимально наближена до умов експерименту.

2. Розроблено програмне забезпечення на основі пакета прикладних програм Maple V Release 4 для проведення обчислень і побудови двовимірних і тривимірних графіків, що дозволяють здійснювати аналіз залежності амплітуди і фази фотоакустичного сигналу, а також контрасту амплітудного і фазового зображень, від частоти модуляції, розміру дефекту і глибини його залягання.

3. Розроблено методику аналізу ФАС по експериментальних амплітудних і фазових характеристиках, що дозволяє по графіках визначити товщину і глибину залягання дефекту для заданої частоти модуляції. Ця методика була використана для оцінки якості мікрозварних з'єднань напівпровідникових приладів і мікросхем.

4. Розроблено конструкцію п'єзоперетворювача біморфного типу для реєстрації акустичних коливань у твердому тілі, яка була використана у ФАМ при експериментальному дослідженні якості продукції електронної техніки.

Впровадження отриманих результатів. На основі розробленої схеми установки фотоакустичного контролю з оптимізованною конструкцією п'єзоперетворювача в підприємстві "Техноторг" (м. Київ) була створена система автоматизованого контролю якості мікрозварних з'єднань інтегральних схем. Розроблена математична модель і методика відбраковування виробів за принципом "придатний" — "не придатний" були використані для обробки фотоакустичних зображень і аналізу якості з'єднань.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на науково-технічних конференціях, наукових сесіях і симпозіумах, серед яких: "18 Miedzynarodowe Sympozjum Naukowe Studentow I Mlodych Pracownikow Nauki" (Zielona Gora, Poland, 1996), "The Tenth International Symposium on the Applications on Ferroelectrics" (East Brunswick, USA, 1996), семінар-виставка "Сучасні методи і засоби неруйнівного контролю, технічної і медичної діагностики, екологічного моніторингу" (Ялта, 1996), Міжнародна науково-технічна конференція "Проблемы физической и биомедицинской электроники " (Київ, 1998, 1999, 2000), Ninth International Symposium on Nondestructive Characterization of Materials (Sydney, Australia, 1999), 12th IEEE International Symposium on the Application of Ferroelectrics (Honolulu, Hawaii, 2000).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 12 робіт (7 статей у наукових журналах та 5 публікацій в матеріалах і тезах наукових конференцій).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури з 110 найменувань і чотирьох додатків. Робота виконана на 181 машинописних сторінках, ілюстрована 42 малюнками і 15 таблицями.


ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


У вступі розкривається зміст і стан вирішення наукової проблеми, її значущість для науки і промисловості, сформульовані мета і задачі дослідження, його наукова новизна, практична цінність та впровадження результатів досліджень.

В першому розділі подано огляд методів неруйнівного контролю якості матеріалів і готових виробів електронної техніки, що розвиваються в нашій країні та за її межами, і обґрунтований вибір методу фотоакустичної мікроскопії для дослідження підповерхневої структури неоднорідних твердих тіл.

ФАМ дозволяє виявляти дефекти мікроструктури об'єктів, непрозорих для фотонів і електронів, визначати, на відміну від інших існуючих методів, їхні теплофізичні властивості, дає можливість візуалізації внутрішньої структури виробів незалежно від типу приладу, матеріалів, з яких він виготовлений, і технології виготовлення. Фотоакустичне зображення може бути отримане в повітрі при звичайних обставинах з високою роздільною здатністю (0,5–5мкм) та за короткий час (5-30 с).

Фізичною основою методів фотоакустичної діагностики є процес генерації акустичних коливань у твердому тілі під впливом модульованого за інтенсивністю зондуючого лазерного випромінювання. Акустичні коливання реєструються датчиком та перетворюються їм в електричний сигнал, який називається фотоакустичним сигналом (ФАС).

Лазерний засіб збудження звуку має наступні перваги: дистанційність; бесконтактність; можливість роботи в повітрі і при високих температурах; можливість створення джерел, що рухаються із довільною швидкістю, і оптичної генерації акустичних хвиль у широкому діапазоні частот (від дуже низьких звукових частот до гіперзвуку); легка адаптація до умов дослідження складних поверхонь.

В результаті аналізу існуючих методів реєстрації акустичних коливань у твердому тілі (газомікрофонний, п'єзоелектричний, інтерфереційний та дефлексійний, міраж-ефекту, реєстрації ІЧ-випромінення фотодетектором) обґрунтований вибір п'єзоелектричного методу як простого, дешевого і найбільш чуттєвого. Перевагою п'єзоелектричних перетворювачів, що обумовило їхнє широке використання у ФАМ, є велика ефективність, можливість виготовлення елементів будь-якої форми, збудження різних видів коливань і широкий частотний діапазон.

В літературі не міститься свідчень про теоретичні та практичні дослідження п'єзоперетворювачів для ФАМ. Розроблені раніше моделі фотоакустичної мікроскопії з п'єзоєлектричною реєстрацією спрощені та будуються для