無(wú)損檢測(cè)是指在不損害或不影響被檢測(cè)對(duì)象使用性能,不傷害被檢測(cè)對(duì)象內(nèi)部組織的前提下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕荽嬖谝鸬臒?、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，以物理或化學(xué)方法為手段，借助現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備器材，對(duì)試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)及缺陷的類(lèi)型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進(jìn)行檢查和測(cè)試的方法。

無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平，無(wú)損檢測(cè)的重要性已得到公認(rèn)。

日前，浙江省計(jì)量科學(xué)研究院戚海洋博士承擔(dān)的“基于聲表面波技術(shù)快速無(wú)損檢測(cè)低介電常數(shù)材料的機(jī)械特性的應(yīng)用基礎(chǔ)研究”獲批2021年度浙江省科技廳公益技術(shù)應(yīng)用研究項(xiàng)目。

項(xiàng)目將基于超聲表面波技術(shù)，深入研究low-k材料機(jī)械特性的在線無(wú)損表征，擬解決low-k材料機(jī)械特性計(jì)量檢測(cè)中相應(yīng)的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)。成果可服務(wù)于low-k材料研發(fā)和生產(chǎn)中的檢測(cè)需求，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性，降低檢測(cè)造成的損失。課題契合浙江省打造“互聯(lián)網(wǎng)+”、生命健康、新材料三大科創(chuàng)高地思路，對(duì)我國(guó)集成電路行業(yè)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

低介電常數(shù)材料或稱(chēng)low-K材料是當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)研究的熱門(mén)話題。通過(guò)降低集成電路中使用的介電材料的介電常數(shù)，可以降低集成電路的漏電電流，降低導(dǎo)線之間的電容效應(yīng)，降低集成電路發(fā)熱等等。低介電常數(shù)材料的研究是同高分子材料密切相關(guān)的。傳統(tǒng)半導(dǎo)體使用二氧化硅作為介電材料，氧化硅的介電常數(shù)約為4。真空的介電常數(shù)為1，干燥空氣的介電常數(shù)接近于1。

SiLK是Dow Chemical開(kāi)發(fā)的一種低介電常數(shù)材料，目前廣泛用于集成電路生產(chǎn)。目前已知SiLK是一種高分子材料，但是具體結(jié)構(gòu)仍然是秘密。SiLK的介電常數(shù)為2.6。

目前已知SiLK是一種芳香族熱固性有機(jī)材料，含不飽和鍵，不含氟，不含氧和氮。SiLK以寡聚物溶液的形式提供，通過(guò)spin coating到硅片上后在氮?dú)庀录訜岬?20攝氏度去除溶劑并初步交聯(lián)。最終需要在400攝氏度以上保溫來(lái)完成交聯(lián)。

聲表面技術(shù)是一門(mén)新興科學(xué)技術(shù)，聲學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合的邊緣學(xué)科。因?yàn)槁暠砻娌ǖ膫鞑ニ俣缺入姶挪f(wàn)倍，而且在它的傳播路徑上容易取樣和進(jìn)行處理。所以聲表面波去模擬電子學(xué)的各種功能，能使電子器件實(shí)現(xiàn)超小型化和多功能化。

從嚴(yán)格意義上說(shuō)，聲表面波泛指沿表面或界面?zhèn)鞑サ母鞣N模式的波，不同的邊界條件和傳播介質(zhì)條件可以激發(fā)出不同模式的聲表面波。在半無(wú)限基片上存在的聲表面波有瑞利波、漏波、廣義瑞利波、水平剪切波、電聲波、蘭姆波等。在層狀結(jié)構(gòu)的基片存在有樂(lè)甫波、西沙瓦波、斯東萊波等。

聲表面波是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波。聲表面波是英國(guó)物理學(xué)家瑞利在19世紀(jì)80年代研究地震波的過(guò)程中偶爾發(fā)現(xiàn)的一種能量集中于地表面?zhèn)鞑サ穆暡ā?965年，美國(guó)的懷特和沃爾特默發(fā)表題為“一種新型聲表面波聲——電轉(zhuǎn)化器”的論文，取得了聲表面波技術(shù)的關(guān)鍵性突破，能在壓電材料表面激勵(lì)聲表面波的金屬叉指換能器 IDT的發(fā)明，大大加速了聲表面波技術(shù)的發(fā)展，使這門(mén)年輕的學(xué)科逐步發(fā)展成為一門(mén)新興的、聲學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合的邊緣學(xué)科。

聲表面波器件是在壓電基片上制作兩個(gè)聲一電換能器―叉指換能器。所謂叉指換能器，就是在壓電基片表面上形成形狀像兩只手的手指交叉狀的金屬圖案，它的作用是實(shí)現(xiàn)聲一電換能。聲表面波器件的工作原理是，基片左端的換能器(輸入換能器)通過(guò)逆壓電效應(yīng)將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)，此聲信號(hào)沿基片表面?zhèn)鞑?，最終由基片右邊的換能器(輸出換能器)將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出。整個(gè)聲表面波器件的功能是通過(guò)對(duì)在壓電基片上傳播的聲信號(hào)進(jìn)行各種處理，并利用聲一電換能器的特性來(lái)完成的。

聲表面波技術(shù)的特點(diǎn)：

第一，聲表面波具有極低的傳播速度和極短的波長(zhǎng)，它們各自比相應(yīng)的電磁波的傳播速度的波長(zhǎng)小十萬(wàn)倍。在VHF 和UHF 頻段內(nèi)，電磁波器件的尺寸是與波長(zhǎng)相比擬的。同理，作為電磁器件的聲學(xué)模擬聲表面波器件，它的尺寸也是和信號(hào)的聲波波長(zhǎng)相比擬的。

因此，在同一頻段上，聲表面波器件的尺寸比相應(yīng)電磁波器件的尺寸減小了很多，重量也隨之大為減輕。例如，用一公里長(zhǎng)的微波傳輸線所能得到的延遲，只需用傳輸路徑為1 。m 的聲表面波延遲線即可完成。這表聲表面波技術(shù)能實(shí)現(xiàn)電子器件的超小型化。

第二，由于聲表面波系沿固體表面?zhèn)鞑ィ由蟼鞑ニ俣葮O慢，這使得時(shí)變信號(hào)在給定瞬時(shí)可以完全呈現(xiàn)在晶體基片表面上。于是當(dāng)信號(hào)在器件的輸入和輸出端之間行進(jìn)時(shí)，就容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行取樣和變換。這就給聲表面波器件以極大的靈活性，使它能以非常簡(jiǎn)單的方式去.完成其它技術(shù)難以完成或完成起來(lái)過(guò)于繁重的各種功能。

比如脈沖信號(hào)的壓縮和展寬，編碼和譯碼以及信號(hào)的相關(guān)和卷積。一個(gè)實(shí)際例子是1976 年報(bào)道的一個(gè)長(zhǎng)為一英寸的聲表面波卷積器，它具有使兩個(gè)任意模擬信號(hào)進(jìn)行卷積的功能，而它所適應(yīng)的帶寬可達(dá)100MHz ，時(shí)帶寬積可達(dá)一萬(wàn)。這樣一個(gè)卷積器可以代替由幾個(gè)快速傅里葉變換(FFT )鏈作成的數(shù)字卷積器，即實(shí)際上可以代替一臺(tái)專(zhuān)用卷積計(jì)算機(jī)。

此外，在很多情況下，聲表面波器件的性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了最 好的電磁波器件所能達(dá)到的水平。比如，用聲表面波可以作成時(shí)間-帶寬乘積大于五千的脈沖壓縮濾波器，在UHF 頻段內(nèi)可以作成Q 值超過(guò)五萬(wàn)的諧振腔，以及可以作成帶外抑制達(dá)70dB 、頻率達(dá)1 低Hz 的帶通濾波器。

第三，由于聲表面波器件是在單晶材料上用半導(dǎo)體平面工藝制作的，所以它具有很好的一致性和重復(fù)性，易于大量生產(chǎn)，而且當(dāng)使用某些單晶材料或復(fù)合材料時(shí)，聲表面波器件具有極高的溫度穩(wěn)定性。

第四，聲表面波器件的抗輻射能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)范圍很大，可達(dá)100dB 。這是因?yàn)樗玫氖蔷w表面的彈性波而不涉及電子的遷移過(guò)程。

迄今已經(jīng)研制成功了許多聲表面波器件，如表面波帶通濾波器、延遲線、匹配濾波器、溫度傳感器、振蕩器和表面波卷積器等。由于聲表面波器件具有小型、可靠性高、一致性好、多功能以及設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，所以它在雷達(dá)、通信、空中交通管制、電子戰(zhàn)爭(zhēng)、微波中繼、聲納以及電視中已經(jīng)或正在得到廣泛的應(yīng)用。在其應(yīng)用的智能電網(wǎng)，室外電纜接頭，干式變壓器、箱式變電站、高壓母線接頭等均可運(yùn)用其原理實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

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