突破芯片内检痛点，推动国产替代——中北大学“芯穹鉴瑕”团队三年研发芯片缺陷三维检测仪

突破芯片内检痛点，推动国产替代
——中北大学“芯穹鉴瑕”团队三年研发芯片缺陷三维检测仪

当前，新一轮科技革命和产业变革加速演进，集成电路已成为支撑数字经济和新质生产力发展的战略性产业。随着芯片向高集成、先进封装方向演进，内部微裂纹、有机污染和层间结构异常等缺陷更加隐蔽，而传统自动光学检测难以穿透硅基底，X射线对部分低密度缺陷辨识能力有限，常规三维检测又多停留在表面重构，高端检测装备长期依赖进口。

面向产业链自主可控的迫切需求，中北大学“芯穹鉴瑕”创新团队在项目负责人陈怡苇，核心成员康权宁等团队骨干的共同努力下，历经2024年至2026年连续三年研发，围绕短波红外穿透、全偏振辨识和三维层析重构开展原创技术攻关，最终研发出一套成熟的半导体芯片缺陷三维检测产品，实现内部缺陷“看得见”、不同缺陷“辨得清”、层级位置“看得深”，为破解行业检测盲区、逐步推动高端芯片检测装备国产替代提供了青年方案。

三年深耕，在深入研发中突破行业痛点

项目起点，来自企业一线真实而迫切的需求。2024年4月，团队跟随教师深入半导体封测企业调研，围绕“内部缺陷如何无损看见、低密度缺陷如何准确区分、缺陷层级如何三维定位”反复访谈工程师、采集样品并梳理工艺流程。确定短波红外技术路线后，成员按光学系统、机械控制、算法软件和产品验证分工，开始了从光路搭建、器件选型到程序开发的系统攻关。2024年9月，第一代样机完成搭建，但初期图像对比度不足、偏振器旋转与图像采集难以同步等问题接踵而至。团队没有绕开难题，而是将企业样品一次次送上载物台，在显微物镜、波片、检偏器和短波红外探测器之间反复调试，用一轮轮实验数据逼近可靠答案。

在持续迭代中，团队逐步形成三项相互协同的核心技术：利用短波红外穿透硅基底，获取芯片内部缺陷信息；将全偏振成像与智能算法融合，根据偏振态差异识别油污、划痕、微裂纹等不同缺陷；通过三维层析重构，将多层平面图像叠加为立体缺陷图谱，实现缺陷层级定位。2025年至2026年，团队围绕企业反馈持续优化成像对比度、检测速度、识别算法和整机稳定性，完成多轮企业样品试扫、第三方检测与产品化验证，形成4项发明专利、2项软件著作权和1篇论文支撑的自主知识产权体系。实验室里的“可行方案”，由此逐步成长为能够对接真实产线需求的成熟产品。

图1 项目负责人完成设备及芯片布局位置校准调整

图2 核心成员完成芯片缺陷三维检测分析算法方案设计

导师领航，在定期组会中校准攻关方向

一套成熟产品的诞生，既需要青年学生敢闯敢试，也离不开教师团队长期、系统的指导。项目研发期间，指导教师定期组织专题组会，听取各模块进展，围绕光路方案、偏振模型、三维重构、算法精度和系统集成逐项研判。每当实验结果出现波动，教师们不是简单给出结论，而是带着团队回到原始数据和企业需求中追问：技术路线是否真正解决痛点，指标提升是否能够重复验证，实验样机如何转化为稳定产品。一次次组会，既是技术会诊，也是研发路线的持续校准。

图3 会议中进行“芯穹鉴瑕”项目成果专项分享

依托中北大学极限环境光电动态测试全国重点实验室、电子测试技术全国重点实验室等平台，教师团队为项目开放实验条件、协调跨学科资源，并在关键节点指导成员完成模型推导、光机结构优化、软件算法融合和企业测试方案设计。面对“从二维检测走向内部三维检测”的关键转折，教师及时引导团队跳出单一成像思路，将短波红外、全偏振和三维层析进行系统融合；面对产品落地中的速度、稳定性和适配性要求，又推动团队以真实样品和生产节拍反向验证技术。正是在定期组会和持续指导下，项目从单点创新走向系统集成，从学生科研成果走向具备产业化潜力的检测装备。

心系国之所需，在科技报国中推进国产替代

“以前只在课本里学过偏振光和傅里叶变换，真正把它们变成解决国家‘卡脖子’难题的装备时，那种自豪感是无与伦比的。”项目负责人陈怡苇和团队核心成员康权宁在完成企业测试后感慨道。对团队而言，研发这台检测仪不是为了做一件停留在展台上的作品，而是希望让企业真正用得上、用得起，让隐藏在芯片内部的质量风险能够被国产装备看见。三年里，成员从课堂走进实验室，从实验室走向企业产线，在一次次失败与重来中更加理解：科技报国不是抽象口号，而是把论文写在产业需求上，把创新落到解决实际问题的产品中。

面向未来，“芯穹鉴瑕”团队将继续围绕核心部件国产化、整机稳定交付和智能缺陷诊断开展攻关，持续推进产品在封装检测、电子元器件检测等场景中的应用，以自主原创技术打破内部缺陷检测盲区，以更具性价比和适配性的国产方案降低企业对进口高端设备的依赖，以实际行动推动国产替代，让“中国芯”拥有更加可靠的“中国检”。

中北大学“芯穹鉴瑕”创新团队：陈怡苇、康权宁