超声波扫描显微镜工作原理

超声波扫描显微镜，英文是：Scanning Acoustic Microscope，简称SAM，由于它的主要工作模式是C模式，因此也简称：C-SAM。现在做失效分析的实验室里，这个设备直接被通称为C-SAM，就像X射线透射机被通称为X-Ray一样。

超声波扫描显微镜有两种工作模式：基于超声波脉冲反射和透射模式工作的。反射模式是主要的工作模式，它的特点是分辨率高，对待测样品厚度的没有限制。透射模式只在半导体企业中用作器件筛选。

超声显微镜的核心就是带压电陶瓷的微波链，压电陶瓷在射频信号发生的激励下，产生短的声脉冲，随后这些声脉冲被声透镜聚焦在一起，超声波扫描显微镜的这个带压电陶瓷的部件叫换能器，英文是：Transducer。换能器既能把电信号转换成声波信号，又能把从待测样品反射或透射回来的声波信号转换成电信号，送回系统进行处理。

换能器负责将电磁脉冲转换成声脉冲，离开换能器后，声波被声透镜通过耦合介质（一般是去离子水或*等）聚焦在样品上。耦合介质是为了防止超声波信号快速衰减，因为超声波信号在一些稀疏介质中传播是，会快速衰减。样品置于耦合介质中，只要声波信号在样品表面或者内部遇到声波阻抗介面（如遇到孔隙、气泡、裂纹等），就会发生反射。

换能器接收到反射信号后，会将其转换成电脉冲，超声波信号转换成电脉冲后表征为256级灰度值。每只换能器都有其特定的超声波频率，凯斯安公司可以针对用户的需要特别配置。这个过程就是超声波扫描显微镜反射工作模式的基本过程。

另一种超声显微镜的工作模式叫透射模式。透射扫描时，样品下方要安装另外一只换能器，这只换能器会接收所有*穿透样品的超声波信号。根据接收的信号就能还原出各种超声波C扫图像。

超声波显微镜在失效分析中的应用

• 晶圆面处分层缺陷

• 锡球、晶圆、或填胶中的开裂

• 晶圆的倾斜

• 各种可能之孔洞（晶圆接合面、锡球、填胶…等）

超声波显微镜的在失效分析中的优势

• 非破坏性、无损检测材料或IC芯片内部结构

• 可分层扫描、多层扫描

• 实施、直观的图像及分析

• 缺陷的测量及缺陷面积和数量统计

• 可显示材料内部的三维图像

• 对人体是没有伤害的

• 可检测各种缺陷（裂纹、分层、夹杂物、附着物、空洞、孔洞等）

超声波扫描显微镜的应用领域

• 半导体电子行业：半导体晶圆片、封装器件、大功率器件IGBT、红外器件、光电传感器件、SMT贴片器件、MEMS等;

• 材料行业：复合材料、镀膜、电镀、注塑、合金、超导材料、陶瓷、金属焊接、摩擦界面等；

生物医学：活体细胞动态研究、骨骼、血管的研究等.