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超聲掃描顯微鏡的掃描方式有哪些?

來源: 發(fā)布時間:2025-07-18

超聲掃描顯微鏡(Scanning Acoustic Microscope, SAM)的掃描方式根據(jù)聲束發(fā)射與接收方式的不同,主要分為以下幾種類型:

1. 脈沖回波法(Pulse-Echo Mode)

原理:

  • 超聲換能器發(fā)射短脈沖聲波,聲波穿透樣品后,反射回波被同一換能器接收。

  • 通過分析回波的時間延遲、幅度和相位,重建樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。

特點(diǎn):

  • 適用于單面檢測(如晶圓、封裝芯片),無需破壞樣品。

  • 可檢測多層結(jié)構(gòu)(如晶圓層間空洞、封裝層間分層)。

局限: 

  • 分辨率受聲波波長限制(通常為聲波頻率的1/2)。

  • 對聲阻抗差異較小的材料(如聚合物層間)敏感度較低。

應(yīng)用場景:

  • 晶圓內(nèi)部缺陷檢測(如空洞、裂紋)。

  • 封裝芯片的分層、空洞分析。


2. 穿透法(Through-Transmission Mode)

原理:

  • 兩個換能器分別位于樣品兩側(cè),一個發(fā)射聲波,另一個接收。

  • 聲波穿透樣品時,若遇到缺陷(如空洞、裂紋),聲波能量會衰減或散射,接收信號強(qiáng)度降低。

特點(diǎn):

  • 靈敏度高,尤其適合檢測低聲阻抗差異的材料(如塑料、陶瓷)。

  • 可檢測大尺寸缺陷(如封裝中的大面積空洞)。

局限: 

  • 需要雙面接觸,不適用于封閉結(jié)構(gòu)(如已封裝的芯片)。

  • 無法定位缺陷的具體深度。

應(yīng)用場景:

  • 聚合物材料的內(nèi)部缺陷檢測。

  • 陶瓷基板的裂紋分析。


3. C掃描(C-Scan)

原理:

  • 結(jié)合脈沖回波法,通過機(jī)械掃描(如X-Y平臺)或電子掃描(如相控陣換能器),獲取樣品某一深度層面的二維圖像。

  • 每個像素點(diǎn)對應(yīng)一個回波信號的幅度或時間信息。

特點(diǎn):

  • 提供平面缺陷分布圖(如晶圓表面或?qū)娱g的缺陷位置)。

  • 可通過調(diào)整聚焦深度,分層檢測多層結(jié)構(gòu)。

局限: 

  • 掃描速度較慢,適合靜態(tài)檢測。

應(yīng)用場景:

  • 晶圓表面劃痕、裂紋的定位。

  • 封裝芯片的分層分析。


4. B掃描(B-Scan)

原理:

  • 結(jié)合脈沖回波法,通過線性掃描(如X軸方向),獲取樣品某一截面的深度-距離圖像。

  • 每個像素點(diǎn)對應(yīng)一個深度方向的回波信號。

特點(diǎn):

  • 提供截面結(jié)構(gòu)信息(如晶圓內(nèi)部層間結(jié)構(gòu))。

  • 可檢測垂直方向的缺陷(如裂紋深度)。

局限: 

  • 只能顯示單個截面,無法全局成像。

應(yīng)用場景:

  • 晶圓內(nèi)部空洞的深度分析。

  • 封裝芯片的焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)檢測。


5. 相控陣掃描(Phased Array)

原理:

  • 使用多個單獨(dú)控制的換能器陣列,通過電子方式調(diào)整聲束的發(fā)射角度和聚焦深度。

  • 無需機(jī)械移動,即可實(shí)現(xiàn)快速掃描和三維成像。

特點(diǎn):

  • 掃描速度快,適合在線檢測。

  • 可實(shí)時調(diào)整聲束方向,檢測復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

  • 局限: 

  • 設(shè)備成本高,技術(shù)復(fù)雜。

  • 應(yīng)用場景:

  • 先進(jìn)封裝芯片的快速缺陷檢測。

  • 三維封裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部成像。


6. 共聚焦掃描(Confocal Scanning)

原理:

  • 結(jié)合光學(xué)顯微鏡的共聚焦技術(shù),通過聲束聚焦和光軸同步掃描,實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。

  • 只接收來自聚焦深度的回波信號,抑制其他深度的噪聲。

特點(diǎn):

  • 分辨率極高,可檢測微米級缺陷。

  • 適合高精度檢測(如MEMS器件)。

局限: 

  • 掃描范圍小,速度慢。

應(yīng)用場景:

  • MEMS傳感器的內(nèi)部缺陷檢測。

  • 納米級結(jié)構(gòu)的成像。


總結(jié)對比:


選擇建議

  • 單面檢測:優(yōu)先選擇脈沖回波法或相控陣掃描。

  • 雙面檢測:穿透法更合適。

  • 高精度需求:共聚焦掃描是選擇。

  • 快速在線檢測:相控陣掃描效率 。

通過結(jié)合多種掃描方式,超聲掃描顯微鏡可滿足從微米級到宏觀尺度的全場景檢測需求。


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