在半导体行业，摩尔定律的可扩展性挑战正在推动该行业开发 2.5D/3D-IC 和先进的封装技术以提高性能。微机电系统 (MEMS) 设备目前正在为智能手机中的无数传感器、智能扬声器/设备的麦克风。硅光子学提供了处理超大规模数据中心中 5G、AI 和 IOT/IIOT 的大量数据需求所需的带宽。第二近红外 (NIR-II) 区域中的高级荧光可以改进体内光学成像的深层组织穿透。

所有这些技术都受益于短波红外 (SWIR) 显微镜的扩展功能。本文更详细地探讨了这些应用，以及 SWIR 显微镜（如 Optem FUSION 模块化显微镜下图）如何在 SWIR 成像中提供灵活的优势。

Xenics近红外成像仪与数字显微平台开启科技前沿应用。借着CMOS探测器升级的这股东风，Xenics顺风而上，Xenics短波红外相机在SWIR 成像中又有了新的进步，针对硅材料的一些领域，数字显微成像有了更好的图像呈现给用户。

随着我们的社会迅速接受远程工作、教育、远程医疗、视频会议，以及许多其他方面的数字化，新数字时代和超连接社会即将到来。

Xenics短波红外显微镜相机

常见显微镜在 400-700 nm 的可见波长范围内工作，通常包含一组观察目镜和一个摄像头端口。随着智能手机相机的普及，在各种条件下以及在极端尺寸、重量和功率限制下，对低成本高质量图像的需求，促进了市场，极大地提高了互补金属氧化物半导体 (CMOS) 传感器的性能。适用于显微应用的高性能传感器也从中受益，这使得向数字显微系统的发展又迈出了一步。

    Excelitas 的 Optem FUSION 模块化系统拥有各种现成的光学模块，提供了一个灵活的数字显微镜平台，可以满足许多显微成像应用的要求。多功能系统支持可见光、近红外 (NIR) 和 SWIR 波长范围，并且可以配置固定放大或变焦（7:1 或12.5:1）。该系统还提供了许多电动模块，以满足高吞吐量和自动化应用的要求。

在新的探测器材料，制造技术，以及应用需求的进一步发展下，对可见光以外波长的成像开辟了全新的可能，红外成像传感器供应商 Xenics Infrared Solutions最近发布了 Wildcat 640近红外成像仪，这是一款紧凑型短波红外热像仪 (尺寸55 x 55 x 91.5 mm3)，配备 CameraLinkTM 或 USB3 接口，基于 InGaAs在短波红外波长范围（900 nm – 1700 nm）内实现高性能成像。能够运行到 220 Hz并且保证低噪音

图3将成像扩展到 SWIR 波段提供了可见波段中不可用的附加信息

（高增益下只有 80 个电子）具有高动态范围（高增益模式下为 63 dB，高动态范围模式下为 68 dB），Wildcat 640 为SWIR 显微镜提供了非常灵活的解决方案。将 SWIR Wildcat 640 相机与 Optem FUSION 模块化显微镜相结合，可实现以其他方式无法实现的全新应用和技术范围（图 3）。

产品应用：

短波红外显微镜应用之一：半导体检测

芯片的扩展，增加晶体管密度和计算性能面临越来越困难的物理挑战。重点正在转移到其他领域，以实现更低的功耗和更高的速度，包括 2.5D/3D-IC 和先进的封装技术。其中许多依赖于具有垂直互连的多个裸片或晶圆的复杂堆叠和键合（图 4、图 5）。

硅是大多数电子设备的基础，在可见光波长下是不透明的，这限制了对其表面结构的堆叠和粘合层的检查。然而，在大于硅的带隙（1100 nm）的波长下，硅是透明的。使用 Optem FUSION SWIR 显微镜可以看到粘合层，以进行对齐、质量评估和缺陷检查。此外，SWIR 显微镜可在切割前操作期间实现对准，然后对切割后的芯片进行芯片缺陷和裂纹检测。

图 4：通过半导体芯片的 SWIR 成像突出显示，可见波长未见的掩埋特征

图 5：采用 3D 堆叠和互连层的高带宽内存

短波红外显微镜应用之一：微机电系统

MEMS 传感器的高灵敏度、可靠性和成本效益正在为智能手机、汽车、高级显示器和医疗设备的许多功能提供动力。

MEMS 器件制造依赖于硅层的微加工。工程结构的检查和粘合后的检查对于检测气泡和破裂的情况至关重要。

今天的工业打印头（用于工业打印和 3D 制造）使用 MEMS 膜。检查打印头是否有污垢/碎屑/气泡对于质量控制至关重要。SWIR数字显微成像能够通过硅检查气泡、空隙和缺陷，以改进质量控制（图 6）。

图 6：MEMS 硅打印头。使用 SWIR 显微镜可以直接通过硅对气泡和碎片进行成像

短波红外显微镜应用之一： 硅光子学

由于社会市场的5G 和 IOT/IIOT 在内的技术推动，设备互连被迅速采用，人们对数据的需求呈指数级增长。大量数据需要具有难以置信的带宽的巨大数据中心， 使用 VSLI 技术将光学元件集成到硅晶片上，可实现高带宽的硅光子收发器（目前为100 Gb/s，未来为 400 Gb/s 及更高），这是满足数据中心带宽需求的关键。

硅光子器件通过集成的硅（或 Si）波导传播 SWIR 波长的光信号。由于不能在硅中生产激光器（Si 不是直接带隙材料），因此需要将单独的直接带隙 III-V 激光管芯（例如 InP 或 GaN）倒装芯片组装并对准到硅光子芯片上。SWIR 显微镜提供了对这些光子集成电路进行高精度制造、对准、封装和测试的方法。

短波红外显微镜应用之一： 生物医学荧光

了解人体内活细胞和固定细胞的相互作用和功能对于医学进步至关重要。荧光显微镜能够对蛋白质和其他生物分子进行选择性成像，为 DNA 测序、了解活细胞相互作用和递送系统提供革命性的机会，仅举几例创新。

共焦和光片显微镜，利用 SWIR 波长更少的散射和没有自发的荧光，可以更深入的渗透到人体组织中，提高图像清晰度，并且见证以前无法证实理论