超声扫描仪原理

超声扫描原理
超声扫描是一种诊断手段，利用声波的传播和反射原理来形成人体内部结构的影像。

超声波是一种机械波，其频率高于
20kHz，无法被人耳听到。

超声扫描仪由超声发声器和接收器组成。

发声器发出超声波，其对应的频率被选择为能够穿透人体组织的范围，这样可以有效地获取目标区域的信息。

当超声波传播到不同的组织边界或器官内部时，会发生反射、散射和折射。

接收器接收被反射回来的声波，并将其转化为电信号。

随后，这些电信号会被转化成图像，显示在监视器上。

超声波的强度和时间被用来确定反射物的距离。

通过改变发射和接收超声波的位置，可以获得物体在不同方向上的图像。

超声扫描的原理基于不同组织对超声波的传播速度和反射程度的不同。

由于声波的频率高、能量低，因此对人体组织没有损伤。

它可以用于检测内脏器官、肌肉、骨骼和血管等结构，同时还可以对胎儿进行评估。

总结来说，超声扫描利用超声波的传播和反射原理，通过发射和接收超声波，并将其转化为图像来显示人体内部结构。

它是一种安全、无创的影像学检查方法，被广泛应用于医学诊断和监测。

2020/6/18
问题1
如何产生 扇形扫描？
2020/6/18
方案 延迟
在激励脉冲到达超声换能器各个阵元之前，依
次延迟一个固定的很小的时间间隔
则各阵元上所产生的声脉冲的传输也获得相应 的延迟。
发射波叠加波束方向与法线之间就有一个偏向
角 。
2020/6/18
2020/6/18
合成波阵面
阵元
123
2020/6/18
相控阵发送电路原理
• 超声相控阵发送电路由4个部分组成：
– 1. 偏向角参数发生器 – 2. 相控信号发生器 – 3. 延时电路和发送聚焦电路 – 4. 激励单元
2020/6/18
去阵子1
激励 单元
去阵子2
激励 单元
去阵子32
激励 单元
激
励
单4 元
来自 ROM
延时 聚焦
延时 聚焦
激励 脉冲
叠加 波束 方向
单一阵元
n 波阵面
2020/6/18
合成波阵面
法 线
单一阵元
波阵面
阵元 1 2 3
n
激励 脉冲
2020/6/18
法 线
单一阵元
波阵面
合成波阵面
123
n 阵元
2020/6/18
激励 脉冲
• 问题
– 假设扫描线为128条，扇形扫描范围为72º； – 如果扫描线均匀分布，则对应的延时有多少个
• 在接近体表处采用小孔径，即用较少的接收阵元 ；
• 随着距离的增加，分段增加接收回波的阵元数。
2020/6/18
接受时 的振子
声束中心轴
孔径
2020/6/18
0~2cm

超声波根据其介质分子的振动方向和传播方向的不同，分为纵波和横波二种。
纵波
声波在纵向方向的传播, 出现在液体，气体和固体内
剪切波
声波在横向方向上的部分, 只出现在固体内
瑞利波
在物体表面上传播的声波, 只出现在固体内
兰姆波
声波沿薄形界面的传播, 只出现在固体内
北京：沈芳 13810819436 fay_shen@,
北京：沈芳 13810819436 fay_shen@,
超声波显微镜
频率范围: 5–2000MHz 分辨率范围: 0.3-100μm 应用领域：电子工业等
超声波的传播方式
超声波与电磁波不同，是一种机械波，其传播的方式是通过介质中分子的振动进行 的，因此超声波的传播情况和介质具有非常大的关系，通常来说，介质的密度越大 超声波传播的速度越快，衰减也越低，在稀薄的空气中，超声波无法传播。
Questar China Limited
科视达(中国)有限公司
超声波扫描显微镜特点及原理介绍
超声波仪器的分类
声纳
频率范围： 》500KHz 分辨率范围： m－cm 应用领域：航海测绘等
B-超
频率范围： 1 MHz 分辨率范围：cm－mm 应用领域：医疗诊断等MHz 分辨率范围： 0.01- 5 mm 应用领域：工业探伤等
Questar China Limited
科视达(中国)有限公司
所有介质具有不同的声阻抗，声阻抗参数代表了超声波在其介质中的传播能力， 材料的声阻抗 Z 和材料的密度 ρ 以及超声波的传播速度 v 成正比: Z = ρ · v
超声波检测的特点
z 无损检测 可做非破坏性的缺陷检测，是目前最常用的无损检测手段之一；
超声波显微镜和 X-光检测技术的比较

超声波扫描仪原理超声波扫描仪是一种利用超声波技术进行医学影像诊断的设备。

它通过发射超声波并接收其回波来获取人体内部组织器官的图像信息。

超声波扫描仪原理基于声波在不同组织中传播速度和被吸收的特性，通过对发射声波和接收回波信号的处理，可以得到高质量的图像。

超声波扫描仪主要由发射器、探头、接收器和图像处理系统组成。

发射器是用来产生超声波信号的设备，它通常采用压电晶体材料，当施加电场时，晶体会发生压电效应，从而产生超声波信号。

探头是将发射器产生的超声波信号转化为机械波并将其传递到被检测物体的设备，它通常由一个或多个压电晶体组成，可以发射和接收超声波信号。

接收器是用来接收回波信号并将其转化为电信号的设备，它通常也采用压电晶体材料，当超声波信号传入时，晶体会发生压电效应，从而将机械波转化为电信号。

图像处理系统则是对接收到的电信号进行处理和分析，并将其转化为可视化的图像。

超声波扫描仪原理是基于超声波在不同组织中的传播速度和被吸收程度的差异。

在超声波扫描中，发射器会发射一束超声波信号，该信号会在人体内部的组织中传播，并与组织中的界面发生反射、散射和吸收。

当超声波信号与组织的界面相遇时，一部分信号会被反射回来，这些反射信号被探头接收到并转化为电信号。

接收到的电信号经过放大、滤波和数字化等处理后，可以得到组织的反射信号强度和时间延迟信息。

根据超声波在组织中的传播速度和被吸收程度的差异，超声波扫描仪可以对不同组织进行区分和识别。

例如，超声波在液体中的传播速度较快，而在固体中传播速度较慢，因此在图像中液体和固体之间的界面会有明显的反射信号差别。

此外，超声波在不同组织中的吸收程度也不同，高密度组织如骨骼会吸收更多的超声波信号，而低密度组织如脂肪则吸收较少的超声波信号。

通过对反射信号和吸收信号的分析和处理，超声波扫描仪可以生成高分辨率的图像，显示出不同组织的形态和结构。

超声波扫描仪原理的应用非常广泛，特别是在医学领域中。

它可以用于检测和诊断多种疾病，如肿瘤、肌肉骨骼损伤、心血管疾病等。

超声波扫描显微镜原理
超声波扫描显微镜（Scanning Acoustic Microscope，简称SAM）是一种使用超声波作为探测信号的显微镜，它利用声波在不同介质中的传播速度差异来获取样品的内部结构和性质信息。

SAM的工作原理基于声波的传播和反射特性。

当超声波从声
源发出并照射到样品表面时，一部分声能会被表面反射回来，而另一部分则会进入样品内部。

超声波在不同材料之间传播时，由于材料的密度、弹性模量等物理性质的差异，声波的传播速度也会有所变化。

SAM利用接收器接收到的反射信号和透射信号，来构建样品
的剖面图或图像。

通过测量声波信号的传播时间差（Time of Flight），可以计算出声波在样品内部传播的距离。

基于声速
和时间之间的关系，可以绘制得出不同深度处的声速分布情况。

为了实现高分辨率的成像，SAM采用了扫描探头的方式。

探
头通常由压电材料制成，可以通过电压的变化来发射声波，并接收形成的回波信号。

通过固定探头与样品之间的距离，并控制探头位置的移动，可以扫描样品的不同区域，获得精确的声波传播时间差信号。

最终，利用这些信号可以重建出样品的微观结构图像。

超声波扫描显微镜在材料科学、生物医学以及微电子等领域有着广泛的应用。

它可以非破坏地观察材料的内部缺陷、结构和界面情况，对于微细结构的分析和质量检测具有重要的意义。

同时，由于超声波在生物组织中的传播特性，SAM也可以用于生物医学领域的生物组织成像、病变检测等应用。

超声波扫描仪的工作原理
超声波扫描仪是一种常见的医疗设备，用于图像化地观察被检测物体的内部结构。

其工作原理基于超声波的传播和反射，并通过计算机处理来生成图像。

超声波是一种机械波，具有高频率、短波长和能够在介质中传播的特性。

超声波扫描仪首先发射超声波脉冲，这些脉冲经由传感器（也称为探头）产生并传播到被检测物体内部。

当超声波遇到组织或介质的不同密度界面时，会发生反射、散射和传播。

这些反射声波（也称为回声）被传感器接收到，并转换为电信号。

接收到的信号经过放大和滤波等处理后，将其传送给计算机。

计算机通过测量声波的传播时间以及回声强度的变化，分析整个信号的特性。

计算机会把这些信号转化为图像显示在监视器上。

图像的亮度和灰度编码等属性反映了声波在被测物体内部传播和反射的特性，帮助医生判断组织的结构、形状、大小、位置等信息。

因此，超声波扫描仪的工作原理主要包括超声波的发射和接收、回声信号的处理以及图像的生成和显示。

这种无创、无辐射、实时性好的医疗成像技术在临床上被广泛应用于各种检测和诊断工作中。

1) The vibration direction and propagation direction are same. 振幅方向和传播方向是一致的
2) Transmission in liquid is possible. 可以在液体中传播
Vibration Propagation
4
HS Jang
• Sound waves which have
a frequency over 20kHz. 频率超过20Khz的声波
16Hz - 20,000Hz
(Audible frequency: 16Hz - 20kHz)
(人耳能听到的声音频率为:16Hz-20kHz)
• The sound waves which can not be heard by the human ear.
2. Detectable defects : Crack, Tilt and Void. 检测的缺陷： 裂缝，倾斜和空洞
3. Merit : Analysis of the level of defects are possible. 优点：可以分析水平缺陷
20
HS Jang
BB--SSccaann BB--扫扫描描方方式式
2) Transmission in liquid or air is impossible. Vibration在液体和空气中无法传播
Propagation
3
HS Jang
TTyyppeessooffUUllttrraassoonniiccWWaavveess 超超声声波波的的波波形形
2. Longitude Wave (纵波)
HS Jang
SSccaannnniinngg AAccoouussttiicc MMiiccrroossccooppee((SSAAMM)) 超超声声波波扫扫描描显显微微镜镜

超声扫描显微镜工作总结
超声扫描显微镜是一种非常重要的显微镜技术，它可以利用超声波来观察样品
的微观结构和性质。

在过去的几十年里，超声扫描显微镜已经被广泛应用于生物医学、材料科学、纳米技术等领域。

本文将对超声扫描显微镜的工作原理和应用进行总结。

首先，超声扫描显微镜的工作原理是利用超声波的特性来观察样品的微观结构。

当超声波穿过样品时，它会受到样品内部结构的影响，从而产生反射和散射。

通过检测反射和散射的信号，可以得到样品的内部结构信息。

因此，超声扫描显微镜可以用来观察生物细胞、材料微观结构等。

其次，超声扫描显微镜在生物医学领域有着重要的应用。

它可以用来观察生物
细胞的结构和功能，对于疾病的诊断和治疗有着重要的意义。

此外，超声扫描显微镜还可以用来观察生物材料的微观结构，对于生物材料的研究和开发也具有重要意义。

另外，超声扫描显微镜在材料科学和纳米技术领域也有着广泛的应用。

它可以
用来观察材料的微观结构和性质，对于材料的研究和开发有着重要的意义。

同时，超声扫描显微镜还可以用来观察纳米材料的结构和性质，对于纳米技术的发展也具有重要意义。

总的来说，超声扫描显微镜是一种非常重要的显微镜技术，它在生物医学、材
料科学、纳米技术等领域有着广泛的应用。

随着科学技术的不断发展，超声扫描显微镜将会发挥越来越重要的作用，为人类的健康和科技的发展做出更大的贡献。

超声波c扫描原理
超声波C扫描技术是一种将超声检测与微机控制和微机进行数据采集、存贮、处理、图像显示集合在一起的技术。

C扫描成像时，探头需要作二维运动，为了采集从样品中某一深度回来的超声信号，在电路上需要一个较窄的电子阀门，改变阀门的延迟时间，就能探测到物体不同深度的横截面图像。

超声波C扫描技术利用超声探伤原理提取垂直于声束指定截面（即横向截面像）的回波信息而形成二维图像。

其原理简单，可获取不同截面的信息，因此应用广泛，但由于扫描时一般采用逐点逐行扫描，故成像效率较低。

以上内容仅供参考，建议查阅专业书籍或文献以获取更全面和准确的信息。

超声波检测设备及原理概述超声波检测是一种常用的非破坏性检测技术，它利用超声波在物体中传播的特性来检测物体的内部结构和缺陷。

超声波检测设备是实现超声波检测的必要工具，本文将介绍超声波检测设备的原理和使用方法。

超声波检测设备的原理超声波检测设备主要由传感器、控制器和显示器三部分组成。

传感器传感器是超声波检测设备的核心部件，它主要负责发射和接收超声波信号。

传感器通常采用压电材料制造，即将压电陶瓷片粘贴在片状金属基底上，利用压电材料在电场作用下的压电效应来实现超声波振动。

控制器控制器是超声波检测设备的主要控制部分，它负责调节传感器发射的超声波信号的频率、幅度和脉冲宽度等参数，使其适应不同的检测需求。

控制器还负责接收传感器接收到的信号，并进行信号处理和分析，提取出所需要的信息。

显示器显示器是超声波检测设备的输出部分，它将控制器处理后的数据以图形或数字方式显示出来，帮助用户判断被检测物体的内部结构和缺陷。

超声波检测设备的使用方法超声波检测设备一般包括以下几个步骤：1. 准备首先需要确认被检测物体的尺寸、形状、材料和检测部位等信息，确定适当的探头和检测参数。

2. 检测将探头与被检测物体表面接触，并启动超声波检测设备，开始检测。

根据显示器上的数据，分析被检测物体的内部结构和缺陷。

3. 分析根据检测结果分析被检测物体的内部结构和缺陷的性质、大小、位置等信息。

4. 记录将检测结果记录下来，并进行归档保存，以备今后查阅和参考。

超声波检测设备具有非破坏性、高精度、广泛适用等优点，被广泛应用于工业生产、医学检测、建筑检测等领域，较好地解决了物体内部结构和缺陷检测的难题。

粗糙表面
气泡
声阻抗Acoustic Impedance
声阻抗决定在两种物质的界面处超声波能量反射 和穿透的多少
超声波检测的原理
Ultrasonics Pulse Generator
Pulse Receiver
Trigger System
Motor Driver
Transducer
Mechanical Scan Controller
13~16
10~15 6~9
适宜封裝
All package BGA/SOP/QFP/QFN
/SOT… BGA/SOP/QFP/QFN
/SOT… BGA/SOP/QFP/QFN
/SOT… Flip chip
适宜扫描模 式
T-Scan
C-Scan / T-Scan
C-Scan
可以检测到的缺陷
1. Delamination（离层） 2. Package Crack（塑封体裂缝） 3. Die Crack（硅片裂缝） 4. Void（空洞） 5. Tilt（硅片倾斜） 6. Foreign Materials （外来杂质）
PKG Surface
Die Surface
Die Bottom
PKG Surface Die Surface
Die Bottom
2）B-scan：检测垂直x方向的二维截面图
3）C-scan：检测水平x方向的二维截面图
4） TAMI ：可以同时扫描出2-999层C-扫描方式
EMC
Silicon Chip D/A Epoxy
S.A.M. 的结构
A-Scan B-Scan C-Scan T-Scan
Computer

3）发射电路：见图4-4 ，发射电路利用闸流管或晶闸管的开关特性，产生几百伏至上千伏的电脉冲。

电脉冲加于发射探头，激励压电晶片振动，使之发射超声波，可控硅发射电路的典型电路如图所示。

图4-4 发射电路图发射电路中的电阻R0 称为阻尼电阻，用发射强度旋钮可改变R0的阻值。

阻值大发射强度高，阻值小发射强度低，因R0 与探头并联，改变R0 同时也改变了探头电阻尼大小，即影响探头的分辨力。

4）接收电路：见图4-5 ，接收电路由衰减器、射频放大器、检波器和视频放大器等组成。

它将来自探头的电信号进行放大、检波，最后加至示波管的垂直偏转板上，井在荧光屏上显示。

由于接收的电信号非常微弱，通常只有数百微伏到数伏，而示波管全调制所需电压要几百伏，所以接收电路必须具有约105的放大能力。

接收电路的性能对探伤仪性能影响极大，它直接影响到探伤仪的垂直线性、动态范围、探伤灵敏度、分辨力等重要技术指标。

接收电路的方框图及其波形如图所示。

由大小不等的缺陷所产生的回波信号电压大约有几百微伏到几伏，为了使变化范围如此大的缺陷回波在放大器内得到正常的放大，并能在示波管荧光屏的有效观察范围内正常显示，可使用衰减器改变输入到某级放大器信号的电平。

一般把放大器的电压放大倍数用分贝来表示：图4-8 PXUT-350B+ 数字式超声波探伤仪面板图如图4-7 和图4-8 可见模拟式探伤仪操作、读数通过诸多旋钮且无法保存其状态。

数字式超探仪过通中文热健及数码旋钮，操作简易，轻松读数无需人为计算，且能存储各种数据，更轻巧的体积和超长工作时间使探伤工作更为轻松。

四、数字式超声波探伤仪的功能特点1）读数更准确、直观计算机自动读数精度高，结合探伤参数计算出最终结果，简单，直观，快速，准确。

自动报警定量合理。

对超声检测信号波幅具有以下几种读数方式：波高百分数+当前增益分贝数；波高分贝数+当前增益分贝数；波高相对闸门高度分贝数；波高相对距离波幅曲线分贝数；缺陷尺寸当量（相当于标准缺陷类型的尺寸）数；对超声检测信号定位读数具有以下几种读数方式：相对超声波发射脉冲的延时；相对工件表面超声波入射点的超声波传输延时；相对工件表面超声波入射点的反射点埋藏深度；相对工件表面超声波入射点的超声波传输声程距离；相对工件表面超声波入射点的沿表面投XZ 平面相垂直的y 1，y 2、 y 3轴（如图 4-9 所示）。

超声诊断仪基本原理及其结构江西中医学院计算机学院08生物医学工程2班黄月丹学号200801015047超声诊断仪原理及其基本结构超声成像检查技术是指运用超声波的物理特性，通过高科技电子工程技术对超声波发射、接收、转换及电子计算机的快速分析处理和显像，从而对人体软组织的物理特性、形态结构与功能状态作出判断的一种非创性检查技术。

超声诊断技术的发展历程20世纪50年代建立，70年代广泛发展应用的超声诊断技术，总的发展趋势是从静态向动态图像(快速成像)发展，从黑白向彩色图像过渡，从二维图像向三维图像迈进，从反射法向透射法探索，以求得到专一性、特异性的超声信号，达到定量化、特异性诊断的目的。

80年代介入性超声逐渐普及，体腔探头和术中探头的应用扩大了诊断范围，也提高了诊断水平，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。

二．超声诊断仪的种类(一) A型这是一种幅度调制超声诊断仪，把接收到的回声以波的振幅显示，振幅的高低代表回声的强弱，以波型形式出现，称为回声图，现已被B型超声取代，仅在眼科生物测量方面尚在应用，其优点是测量距离的精度高。

(二) B型这是辉度调制型超声诊断仪，把接收到的回声，以光点显示，光点的灰度等级代表回声的强弱。

通过扫描电路，最后显示为断层图像，称为声像图。

B型超声诊断仪由于探头和扫描电路的不同，显示的声像图有矩形、梯形和扇形。

矩形声像图和梯形声像图用线阵探头实现，适用于浅表器官的诊断；扇形声像图用的探头有多种，机械扇扫探头、相控阵探头和凸阵探头均显示扇形声像图。

前二种探头可由小的声窗窥见较宽的深部视野，适用于心脏诊断；后一种探头浅表与深部显示均宽广，适用于腹部诊断，有一种曲率半径小的凸阵探头，也可用小的声窗，窥见深部较宽的视野。

(三) M型 M型超声诊断仪是B型的一种变化，介于A型和B型之间，得到的是一维信息。

在辉度调制的基础上，加上一个慢扫描电路，使辉度调制的一维回声信号，得到时间上的展开，形成曲线。

超声原理
超声原理是利用超声波在介质中传播时产生的反射、散射、传输和吸收等现象，来获取目标区域的图像信息。

超声波是一种频率超过人耳可听到范围的机械波，其工作频率通常在1MHz
至20MHz之间。

在超声成像中，首先通过超声探头产生并发射超声波。

探头中的压电晶体在交变电场激励下发生震动，从而产生超声波。

超声波在组织和器官中传播时，会遇到不同密度和声阻抗的界面。

当超声波遇到界面时，一部分能量被反射回来，一部分能量被散射或传输到下一个界面。

探头同时也是接收器，接收到的回波信号被转化为电信号并传输给超声仪器。

超声仪器对信号进行放大、滤波、波形处理等处理后，通过扫描和定位算法将信号转换为图像。

图像上显示了不同组织和器官的区别，包括形状、结构、密度和血流等信息。

超声成像具有无损伤、无辐射、实时性和可重复性等优势，被广泛应用于医学诊断、生物学研究和工业检测等领域。

它能够提供组织结构和血流动力学等方面的重要信息，有助于医生做出准确的诊断和治疗决策。

B型 (Brightness mode)
线形扫描（linear scan)
B型超声诊断仪
线扫和扇扫： 线扫适用于腹 部脏器，扇形 扫描适用于对 心脏的检查。
B型超声诊断仪
诊断基础
B型超声诊断是通过对一系列切面声像图的分析而 作出的。 分析内容：外形
边界回声 内部回声 后方回声 比邻关系 活动度和活动规律 硬度 排空功能
➢多用于对心脏的探测。
B型超声诊断仪
• 机械摆动式扇型扫描B 超仪
➢ 摆动式扇扫B超仪探头利 用直流电机或步进电机驱动， 通过凸轮、曲柄、连杆机构 将电机的旋转运动转换为往 返摆动，从而带动单个晶体 换能器在一定角度(30°～ 90°之间)范围内产生扇形 超声扫描。
➢ 需要声媒质来传递超声波， 多采用蓖麻油
CWD超声诊断仪的探头中，超声的发射和接收采用 不同的换能器。其原理如下：
接受换能器
高频放大 解调
低通
频谱分析
显示、记录
发射换能器
振荡器
连续式超声多普勒
➢探头中的一个换能器发射某一频率的连续超声 波信号，当声波遇到运动目标中的红细胞群， 则反射回来的信号已是变化了频率的超声波 ➢混频、解调 ➢声音、波形或血流图
反 射
射信号的强弱，
回 声
可探测脏器径线
及鉴别病变的物
理特性。
弱
浅
深
A型超声诊断仪
原理
根据回波的波幅 、波密度等特征，可 测得回波所在位置人 体脏器的厚度、病灶 的深度和大小，还可 对病灶进行定性分析
A型超声诊断仪
诊断基础
由于人体脏器、组织其正常与异常的物理性 质及结构不同，形成相应的超声界面，认识这 些界面回声规律，即A型诊断法的诊断基础

超声的工作原理
超声的工作原理是利用声波在介质中传播和反射的特性来实现成像和检测的目的。

具体来说，超声成像的工作原理如下：
1. 发射：超声成像设备通过压电式或磁致伸缩式的超声探头发射高频声波，通常在2-20MHz范围内。

2. 传播：发射出的声波穿过体内组织，逐渐传播，其中部分能量会被组织吸收，而部分能量会继续传播。

3. 反射：当声波遇到不同的组织边界或密度不同的病变部位时，会部分反射回探头。

4. 接收：超声探头同时充当发射器和接收器的角色，接收到反射回来的声波信号。

5. 转换：接收到的声波信号经过探头内的压电材料转化为电信号。

6. 处理：超声成像设备对接收到的电信号进行处理，包括放大、滤波、编码等，以便于后续的成像。

7. 显示：处理后的信号通过显像系统转化为图像，并在显示器上进行显示。

通过以上步骤，超声成像设备可以生成人体内部组织的实时图
像，以便医生对疾病进行诊断和监测。

同时，超声还可以用来测量血流速度、评估心脏功能等。

1Scanning Acoustic Microscope(SAM)超声波扫描显微镜Scanning Acoustic Microscope(SAM)超声波扫描显微镜H.S. Jang2What is Ultrasonics ?什么是超声波What is Ultrasonics ?什么是超声波•Sound waves which have a frequency over 20kHz. 频率超过20Khz 的声波(Audible frequency: 16Hz -20kHz) (人耳能人耳能听听到的声音频率为:16Hz-20kHz)•The sound waves which can not be heard by the human ear .超声波是人耳波是人耳听听不到的16Hz -20,000Hz3Types of Ultrasonic Waves超声波的波形Types of Ultrasonic Waves 超声波的波形1. Shear Wave(横波)1)The vibration direction and propagation direction areperpendicular .振幅方向和传播方向是垂直的2)Transmission in liquid or air is impossible.在液在液体体和空气中无法传播VibrationPropagation4Types of Ultrasonic Waves超声波的波形Types of Ultrasonic Waves 超声波的波形2. Longitude Wave (纵波)1)The vibration direction and propagation direction are same .振幅方向和传播方向是一致的2)Transmission in liquid is possible.可以在液可以在液体体中传播PropagationVibration5Characteristics of Ultrasonics超声波的特性Characteristics of Ultrasonics 超声波的特性1.100% reflection when it meets air(delamination)碰到空气(分层或离层)100%反射2.Reflects at interfaces在任何界面会反射3. Travels straight as light because of the very short wavelength.由于它的波长非常短, 所以和光线一样直线传播50%50%Air100%DieEMCAdvantages of Ultrasonics超声波的优点Advantages of Ultrasonics超声波的优点1.High resolution:很高的分辨率:Detectable minimum gap thickness of Sonix : 0.13 micro meterSonix 能够检测到的最小间隙厚度为0.13微米2.High sensitivity :很高的灵敏度:The measuring of size, location, shape of fine defects is possible.能够检测出细微缺陷的大小,位置和形状3.Real time inspection is possible.可以实时检测4.Safe : Harmless to human body.安全:对人体无害67Weak Points of Ultrasonics超声波的弱点Weak Points of Ultrasonics 超声波的弱点1.Difficult to inspect samples that have a rough surface or bubbles.很难检测出表面出表面很很粗糙或者内部有部有很很多气泡的样品2. Liquid is required to transmit ultrasonic需要液需要液体体进行超声波传输3.Needs expertise(Solution:TAMI )需要专家分析和判断(解决方案:TAMI)rough surfacebubbles100%100%100%8Uses for Ultrasonics超声波的用途Uses for Ultrasonics 超声波的用途1.Nondestructive test equipment.(S.A.M.)超声波无损探伤测试设备(如:超声波扫描显微镜)2. Sonar to find submarine, fish-finder用声纳找潜找潜水艇和水艇和鱼群3. Medical examination equipment身体检查设备4. Cleaner(15~50KHz)超声波清洗机5.Humidifier 超声波增湿机6.Welding(15~40KHz)超声波焊接9Reasons for Use of Ultrasonics使用超声波的理由Reasons for Use of Ultrasonics 使用超声波的理由1. Evaluation of semiconductor reliability评估半导体可靠性Existing the only estimation method of semiconductor reliability目前仅有的评估半导体可靠性的方法2. Nondestructive inspection of internal defects对内部缺陷进行无损检测Keep fine defects which can be lost by destructive inspection可以保留在损坏性检测中被丢失的细微缺陷Reuse of good samples after inspection样品通过检测后可以继续使用10Structure of QFP QFP 的结构图Structure of QFP QFP 的结构图EMC Epoxy Cu Lead FrameCu L/FCu L/FSilicon ChipGold WireHS JangDDeetteeccttaabblleeDDeeffeeccttss 可可以以检检测测到到的的缺缺陷陷1. Delamination（离层） 2. Package Crack（塑封体裂缝） 3. Die Crack（硅片裂缝） 4. Void（空洞） 5. Tilt（硅片倾斜） 6. Foreign Materials （外来杂质）VoidDelamination Chip CrackPKG CrackPKG Crack11HS JangIInnssppeeccttiioonnuussiinnggUUllttrraassoonniicc 使使用用超超声声波波检检测测的的原原理理Signals in Digital OscilloscopeTransducer 超声波探头Ultrasonic 超声波EMCPackage SurfaceDie SurfaceDieDie BottomDie Attach AdhesivePackage SurfaceGateDie SurfaceDie BottomInspect defects using reflected signal in each interface 用反射信号检测每个界面的缺陷12HS JangIInnssppeeccttiioonnMMeetthhooddss 检检测测方方法法1. Pulse Echo Methods（脉冲回波方法）1) A-scan : Inspection with waveform displayed on oscilloscope. A-扫描方式：检测波形并显示在示波器上2）B-scan : Inspection with vertically x-sectioned 2-d image. B-扫描方式：检测垂直x方向的二维截面图3）C-scan : Inspection with horizontally x-sectioned 2-d image.. C-扫描方式：检测水平x方向的二维截面图4） TAMI : C-Scan with multiple(2~999) gate TAMI扫描模式：可以同时扫描出2-999层C-扫描方式2. Thru-Transmission Method（透射方法）1) T-scan : Inspection with transmitted signal. T-扫描方式：检测透射信号13HS JangPPuullsseeEEcchhoo&&TThhrruu--TTrraannssmmiissssiioonn 脉脉冲冲回回波波和和透透射射Pulse Echo 脉冲回波Thru-Transmission 透射传输14HS JangSSttrruuccttuurreeooffaaSSccaannnneerrWWhhiicchhuusseessbbootthhPPuullssee EEcchhooaannddTThhrruu--TTrraannssmmiissssiioonn 同同时时使使用用脉脉冲冲回回波波和和透透射射的的扫扫描描图图Transducer for Pulse Generation and Receiver for Pulse Echo用于脉冲发射和脉冲回波接收的探头Transducer for Thru-Transmission接收探头用于透射Water 水15HS JangAA--SSccaann AA--扫扫描描方方式式1. Inspect defects with the phase and the magnitude ofreflected waves on oscilloscope. 用在示波器上显示出反射波的相位和大小来检测缺陷2. Merit : The most accurate inspection method.优点： 最精确的检测方式3. Weak Point : Only one point analysis is available not plane.弱点：只能对于一个点进行分析不能对于一个平面分析4. Used to confirm the inspection results. 用于确认检测结果UltrasonicPKG SurfaceDie SurfaceDie BottomPKG Surface Die Surface Die Bottom16HS JangStethoscope 听诊器AA--SSccaann AA--扫扫描描方方式式17HS JangAA--SSccaann AA--扫扫描描方方式式PKG Surface Die Surface塑封体表面芯片表面18HS JangAA--SSccaann19HS JangBB--SSccaann BB--扫扫描描方方式式1. Show the vertically x-sectional image from each interface. 显示每个界面垂直x方向的截面图2. Detectable defects : Crack, Tilt and Void. 检测的缺陷： 裂缝，倾斜和空洞3. Merit : Analysis of the level of defects are possible. 优点：可以分析水平缺陷2021B-Scan B-扫描方式B-Scan B-扫描方式22B-Scan B-扫描方式B-Scan B-扫描方式23B-Scan B-扫描方式B-Scan B-扫描方式PKG SurfaceP K G C r a c kD ie S u r f a c e24B-Scan B-扫描方式B-Scan B-扫描方式25C-Scan C-扫描方式C-Scan C-扫描方式1.Shows the horizontally x-sectioned images after focus at an interface.在一个界面对焦后显示的平行x 方向的图片2.Detectable defects : Delamination, Die crack.检测的缺陷的缺陷：：离层，芯片裂缝3. Merit : The most precise inspection method.优点：最精确的检测方式4. Weak point : Needs expertise(Solution : TAMI).弱点弱点：：需要专家分析家分析（（解决方案方案：：TAMI)26C-Scan C-扫描方式C-Scan C-扫描方式E M CEMC27C-Scan C-扫描方式C-Scan C-扫描方式Dimple Pad Bottom of TSOPDie Surface of QFP281.Shows the 2~999 sheets of horizontally x-sectioned imagesof all interfaces. 显示所有界面上平行于X 方向的2 ~999层图象2.Detectable defects 可探测缺陷: All kinds of defects. 所有种类的缺陷3.Merit 优点:1) Do not need expertise. 不需要专家2) Do not need focusing. 不需要聚焦3) Inspection of any thin interface is possible. 可以检查任何细微的界面(Detectable minimum layer thickness : 1.5X ofwavelength) 可探测最小层厚可探测最小层厚：：波长的1。