超声波扫描显微镜的分辨率和穿透深度

行业领先、开放共享、交流学习

超声波扫描显微镜,超声波扫描检测仪,超声波扫描显微检测系统

SAMbaike(超扫百科）
记住本站不迷路

超声波扫描显微镜的分辨率和穿透深度

作为重要的无损检测手段之一，超声波扫描显微镜的性能得到不断的发展，尤其在半导体行业，随着半导体材料和器件的不断发展，封装形式的多样化、小型化、集成化，对超声波扫描显微镜的分辨率和穿透深度不断提出新的要求。超声波扫描显微镜的核心是超声波换能器，Transducer，能够在射频信号的激励下产生超声波脉冲，这些超声波信号被聚焦在被测元器件或者材料上，超声波遇到不同的材料界面或缺陷会发生反射，反射回来的超声波又被超声波换能器转换为电信号，采集进计算机进行分析处理并图形显示。这就是超声波扫描显微镜反射工作模式的基本原理。为了提高超声波扫描显微镜的检测灵敏度，需要不断地提高超声探头的信噪比和超声波发射功率，另外为了能在回波信号低于噪声的情况下提取出需要的信息，相关检测技术的应用也会不断地发展。

超声波扫描显微镜水浸式超声波探头

作为超声波扫描显微镜的核心部件，超声波换能器的性能至关重要，主要技术参数性能指标包括压电晶片尺寸、超声波频率、探头焦距、频率带宽等。一般情况下，超声波换能器的频率频率越高，超声波扫描显微镜的分辨率越高，探测微小缺陷的能力越强，穿透深度越小。所以，对于比较厚的样品，超声波扫描显微镜通常采用频率比较低的超声波探头以获得更高的穿透能力，对于超声波低衰减材料样品，超声波扫描显微镜通常采用频率较高的探头。

超声波扫描显微镜分辨率估算参考计算公式

超声波扫描显微镜的分辨率主要受探头频率的影响，理论分辨率可以达到超声波在材料内部波长L的1/2-1/3，这里的波长L=V/F，V表示超声波在材料内部纵向传播速度，F表示超声波探头的频率，可见探头的频率越大，则超声波扫描显微镜的分辨率越高，微小缺陷的探测能力越强。同时，超声波扫描显微镜的分辨率还受到超声波在材料内部的纵向传播速度、探头焦距、焦点声斑直径的影响，因此对于不同特性的材料器件、不同的焦距、不同的焦点声斑直径，超声波扫描显微镜的分辨率实际表现也不尽相同。

超声波扫描显微镜与波长频率焦距直径的关系

高频聚焦超声换能器的选取对超声波扫描显微镜检测效果有着很重要的影响，它的主要性能指标有频率、焦距、焦区声束宽度等，对于超声波扫描显微镜检测成像而言，焦区声束宽度越小，扫描出的图像越清晰，即横向分辨力越高。一般来说，频率越高，焦区声束宽度越窄，横向成像精度越高，因此在超声波扫描显微镜检测时，一般希望所用换能器的频率越高越好。但是，当超声波扫描显微镜换能器的频率提高时，声强的衰减会迅速增大，其穿透能力会急剧下降，而且一般频率越高，其信噪比越差，回波信号常淹没在噪声信号中，扫描的图像反而会由于噪点的增加而变得模糊。同时对超声波扫描显微镜检测来说，轴向分辨率也是一个需要考虑的重要指标，为得到较高的轴向分辨率，要求脉冲的持续时间短，因此超声波扫描显微镜检测系统常采用窄脉冲，且所用换能器一般为宽带换能器，并将系统设置为高频、高阻尼方式。

超声波扫描显微镜频率分辨率穿透力相互关系

随着超声波扫描显微镜检测技术的不断发展和检测产品的发展，其系列化程度越来越高，检测方式也会越来越多。经分析表明，无损检测技术可带来明显的经济效益，虽然其本身并非生产技术，但经其检测的半导体产品，因稳定性提高，都可大幅增值，甚至可以说成是产品价值的“倍增器”。作为无损检测的主要技术之一，超声波扫描显微镜检测设备必将在将来的产业链中发挥越来越重要的作用，作为超声波扫描显微镜的重要技术指标，检测分辨力也必将不断突破和发展。

超声波扫描显微镜理论穿透深度和分辨率参考列表