|
超声波扫描显微镜的知识库，帮助用户了解超声波扫描显微镜技术
|
换能器——超声波扫描显微镜
超声波扫描显微镜系统有很多部件，其中一个关键部件叫：换能器，俗称探头。它是把高频电子脉冲信号转换为超声波信号的一个器件，相当于把电能量转换为机械能，因此称为换能器。它的内部是一些压电晶体，就是一片片很 薄的陶瓷片粘接到一起的一个“堆”，当在两端加上电压时，这个堆就作微量的位移（即会伸长或缩短，且具有线性特性）。换能器的外观，如下图所示，各种形状 都有，特别是一个菱形外观的换能器，这是德国凯斯安公司推出的全新一代FCT换能器，用在高速超波显微镜系统上。
|
|
透射工作模式——超声波扫描显微镜
超声波扫描显微镜有两种工作模式，分别是反射和透射。这里着重 介绍一下透射工作模式。在透射模式下需要两个换能器才能工作，一个用于发射超声波，位于样品的上方；一个用于接收透过样品的超声波，固定于样品的底部。透 射工作模式用于样品内部分层缺陷的快速简易筛选，主要是针对一些大企业或工厂，有大量产品需要筛检的场合。超声波扫描显微镜的透射工作模式原理，如图如 示：
透射模式无法确定被测材料内部缺陷的深度位置，但可以比反射扫描模式更快捷，方便的判断被测器件内部是否有缺陷，因此被许多半导体封装企业在筛选产品时所广泛应用。 |
换能器的焦距——超声波扫描显微镜
超声波扫描显微镜的换能器，它的工作焦距取决于被测材料的物理性质。由于不同的材料中声速也不相同，因此换能器的焦距一般特指在水中的焦距。大多数材料中的声速都大于水中的声速，换能器的有效焦距均缩短了。造成这种效应的原因是声波在界面上的折射，如下图所示。
下式可以计算焦距的变化情况。
其中WP代表水中的距离，MD代表声波在材料中穿透的深度，F表示水中的焦距，Ctm，Cw分别表示被测材料及水中的声速。
例如，在特定的焦距及材料路径下，上式可以用于计算为了补偿焦距变化换能器到样品表面的有效距离。 |
|
|
换能器与分辨率和穿透深度的关系——超声波扫描显微镜
超声波扫描显微镜对被测器件是有一定限制的，因为它的工作频率一般在5MHz~400MHz之间，所以它在不同材料中，穿透深度是不同。一般有这样的规律：频率越高的超声波，穿透性越差，但是分辨率高；频率低的超声波，穿透性好，但是分辨率有限！
穿透深度（与材料本身有关*）: 穿透深度取决于被测物的弹性参数、信噪比及超声扫描显微镜系统的工作频率。被测物与耦合介质之间较大的声失配会降低穿透深度，但另一方面，高信噪比可以提 高穿透深度。在高声阻抗的固体中超声波的穿透深度与超声波的频率成反比。对于低声阻抗的固体，横波和纵波均可以用于内部成像，因此在这种情况下穿透深度不 受频率的限制。
分辨率：取决于样品和换能器的状况，一般情况下可达到半波长（λ/2）。
|
频率（MHz）
|
穿透深度*（mm）
|
理论分辨率（μm）
|
焦距（mm）
|
|
5
|
15,0
|
300
|
19
|
|
10
|
10,0
|
150
|
15
|
|
15
|
5,1
|
100
|
19
|
|
20
|
4,1
|
75
|
15
|
|
25
|
4,1
|
60
|
15
|
|
30
|
3,4
|
50
|
12
|
|
40
|
5,4
|
38
|
20
|
|
75
|
3,4
|
20
|
12
|
|
80
|
2,2
|
19
|
8
|
|
100
|
0,4
|
15
|
1
|
|
110
|
2,2
|
14
|
8
|
|
120
|
2,2
|
12
|
8
|
|
基本工作原理——超声波扫描显微镜
超声扫描显微镜采用脉 冲回波技术工作，由特定的声学组件发射和接收高重复率的短超声脉冲，声波与被测样品发生相互作用后，反射波被接收并转换为视频 信号。要形成一幅声学图像，扫描机构需在样品上方来回做扫描运动，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，显 示在高分辨率显示屏上。
其中λ为波长，NA为透镜的数值孔径。
数值孔径定义为介质的折射率（n）和孔径角半数（α）的正弦之乘积，即：NA=n.Sinα 。如果透镜制作的足够好的情况下，声学显微镜的分辨率可以小于声波的波长，而声波的波长可以通过提高声波的频率来减小。 |
|
|
|
|
<< 首页 < 上页 1 2 3 下页 > 末页 >>
|
|
第2页（共3页） |
