超声显微镜基础知识

什么是超声显微镜？

超声显微镜（也称为超声缺陷探测器或SAM）是一种通过对物体（样品）发射超声波，并检测反射波和透射波的强度及位置来观察样品表面和内部的显微镜。

虽然分辨率略低于工业领域常用的电子显微镜，但有些产品能够以比光学显微镜更高的分辨率测量微观区域，最重要的是，它们具有能够观察内部的巨大优势。

超声显微镜的特点

超声显微镜最重要的特点是能够“无损观察内部结构和缺陷"，而无需切割或拆解物体。

超声波在材料的连续部分被衰减并传播，但无法在“不连续部分"传播，如与不同材料的间隙或界面，大多数是反射的。 利用这一特性，可以准确捕捉表面看不到的内部剥离和空腔（空洞）。

超声显微镜的应用

超声显微镜主要用于工业领域的产品质量控制和无损检测。 具体的使用场景包括：

• 电子元件如集成电路芯片和半导体封装的内部检测

• 金属和塑料等常见材料的内部缺陷检测

• 检查粘合剂和粘合剂

• 检测不同材料结合表面上的裂纹、空隙和剥落

近年来，它不仅应用于工业领域，还应用于生物学和医学领域。

超声显微镜原理

超声显微镜的基本原理是利用超声波在到达不同材料边界时的“反射和透射"特性来形成图像。

在显微镜的核心“声学透镜"内部，有一个“压电元件"，将电信号转换为超声波（反之亦然）。 该压电元件产生的超声波被照射到样品上，从样品内部反射的反射波（或穿透的透射波）再次被压电元件接收。 接收到的超声波的强度（幅度）和时间（相位）数据被计算机分析，并以带阴影的图像形式可视化。

超声显微镜的类型

超声显微镜主要根据超声的检测方法分为两种类型：“反射式"和“透射式"。

1. 反射式超声显微镜

这是一种从样品顶部发射超声波，反射波从内部界面和底部反射的方法。

由于无需将样品夹在上下透镜之间，其特点是能够测量而不受样品厚度限制。 它们操作相对简单，能够测量缺陷的深度（距离），使其成为当今市场上超声显微镜的主力。

2. 透射超声显微镜

这是一种方法，从样品顶部发射超声波，并通过穿透样品并从底部表面发出。

必须放置两个声学透镜以固定样品，一个用于透射，一个用于接收。 它适合测量内部超声波的散射和吸收程度，但在较厚的样品中，超声波会衰减且难以测量。

如何选择超声显微镜

选择超声显微镜时，确定你想观察物体特性和缺陷大小的最佳规格非常重要。

• 频带选择：超声波频率越高（高频），发现更多微小缺陷的分辨率越高，但其到达的深度（透射）较浅。 另一方面，低频穿透得很深，但分辨率会降低。 无论你是在靠近表面还是深入厚材料中观察微小裂纹，都要选择频率合适的探头（换能器）。

• 测量方法确认：如果您想识别缺陷在一般厚件或深度方向的位置，选择“反射类型";如果想检查薄膜状样品的整体渗透率，则选择“透光类型"。