超声波扫描显微镜的基本工作原理

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超声波扫描显微镜的基本工作原理

超声波扫描显微镜，Scanning Acoustic Microscope (SAM)，作为新一代扫描显微镜，是一种非常重要的无损检测方法，具有精度高、非接触、无损等优势，可以在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，精确显示器件内部结构，并定位缺陷类型和位置，广泛用在物料检测（IQC）、失效分析（FA）、可靠性分析、元器件二次筛选、质量控制(QC)、质量保证及可靠性(QA/REL)、研发(RD)等领域。几十年来，超声波扫描显微镜正朝着智能化、自动化、图像化、数字化、小型化、系列化、多功能化、信息化和交叉领域的前沿方向发展，实现了复杂形面复合构件的超声波扫描显微成像无损检测，满足现代质量对无损检测的要求。接下来，我们介绍一下超声波扫描显微镜的基本工作原理。

超声波扫描显微镜检测原理示意图

超声波扫描显微镜发射的超声波属于机械波，由超声波换能器晶片的机械振动产生。超声波在两种不同材料的结合面，声阻抗差大于0.1%，而界面又明显大于波长，即大界面时，则发生反射，碰到空气（分层或离层）100%反射。由于超声波扫描显微镜采用的波长非常短，所以和光线一样直线传播。采样透射波或反射波，超声波扫描显微镜可以根据波形的变化判断出材料或器件内部的结构变化。通过向封装后的器件内部发射超声波脉冲，超声波在同一超声阻抗的材料反射非常弱，而由一种材料到另一种材料传输，将会有较强的反射，超声波扫描显微镜分析反射波的强度和相位，并构建Ａ，Ｂ，Ｃ超声波扫描图像。超声扫描显微镜的常用模式有Ａ扫描、Ｂ扫描、Ｃ扫描及断层显微成像。

超声波扫描显微镜基本原理框图

超声波扫描显微镜基于脉冲回波原理工作，由带有聚焦功能的特定高频超声波换能器发射和接收高重复率的短超声脉冲，超声波与被测样品发生相互作用，反射波被接收并转换为图像信号，扫描机构在样品上方来回运动通过逐点扫描的方式，样品每一点反射波的强度及相位信息均被按顺序同步记录，并转换为一定灰度值的像素点，检测材料内部结构和缺陷，并形成一个材料内部结构的显微图像。超声波扫描显微镜目前最高分辨率可达到微米级。

超声波扫描显微镜波形原理图