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380～780nm之间的光线，该波长范围内的光，也称作“可见光”。

图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100nm到1mm。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”变“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 Arsenide（InGaAs）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。

图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。

图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。

图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。

图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。

图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1550nm和1310nm，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。

图7 1550nm半导体激光器光斑分析