超聲波掃描顯微鏡工作原理

超聲波掃描顯微鏡，英文是：Scanning Acoustic Microscope，簡稱SAM，由于它的主要工作模式是C模式，因此也簡稱：C-SAM。現在做失效分析的實驗室里，這個設備直接被通稱為C-SAM，就像X射線透射機被通稱為X-Ray一樣。

超聲波掃描顯微鏡有兩種工作模式：基于超聲波脈沖反射和透射模式工作的。反射模式是主要的工作模式，它的特點是分辨率高，對待測樣品厚度的沒有限制。透射模式只在半導體企業中用作器件篩選。

超聲顯微鏡的核心就是帶壓電陶瓷的微波鏈，壓電陶瓷在射頻信號發生的激勵下，產生短的聲脈沖，隨后這些聲脈沖被聲透鏡聚焦在一起，超聲波掃描顯微鏡的這個帶壓電陶瓷的部件叫換能器，英文是：Transducer。換能器既能把電信號轉換成聲波信號，又能把從待測樣品反射或透射回來的聲波信號轉換成電信號，送回系統進行處理。

換能器負責將電磁脈沖轉換成聲脈沖，離開換能器后，聲波被聲透鏡通過耦合介質（一般是去離子水或*等）聚焦在樣品上。耦合介質是為了防止超聲波信號快速衰減，因為超聲波信號在一些稀疏介質中傳播是，會快速衰減。樣品置于耦合介質中，只要聲波信號在樣品表面或者內部遇到聲波阻抗介面（如遇到孔隙、氣泡、裂紋等），就會發生反射。

換能器接收到反射信號后，會將其轉換成電脈沖，超聲波信號轉換成電脈沖后表征為256級灰度值。每只換能器都有其特定的超聲波頻率，凱斯安公司可以針對用戶的需要特別配置。這個過程就是超聲波掃描顯微鏡反射工作模式的基本過程。

另一種超聲顯微鏡的工作模式叫透射模式。透射掃描時，樣品下方要安裝另外一只換能器，這只換能器會接收所有*穿透樣品的超聲波信號。根據接收的信號就能還原出各種超聲波C掃圖像。

超聲波顯微鏡在失效分析中的應用

• 晶圓面處分層缺陷

• 錫球、晶圓、或填膠中的開裂

• 晶圓的傾斜

• 各種可能之孔洞（晶圓接合面、錫球、填膠…等）

超聲波顯微鏡的在失效分析中的優勢

• 非破壞性、無損檢測材料或IC芯片內部結構

• 可分層掃描、多層掃描

• 實施、直觀的圖像及分析

• 缺陷的測量及缺陷面積和數量統計

• 可顯示材料內部的三維圖像

• 對人體是沒有傷害的

• 可檢測各種缺陷（裂紋、分層、夾雜物、附著物、空洞、孔洞等）

超聲波掃描顯微鏡的應用領域

• 半導體電子行業：半導體晶圓片、封裝器件、大功率器件IGBT、紅外器件、光電傳感器件、SMT貼片器件、MEMS等;

• 材料行業：復合材料、鍍膜、電鍍、注塑、合金、超導材料、陶瓷、金屬焊接、摩擦界面等；

生物醫學：活體細胞動態研究、骨骼、血管的研究等.