测试原理

超声扫描由传感器产生特定频率（频率通常为10~110MHz）的超声脉冲，一般通过纯水为介质到达样品。由于超声能量的传递要求是连续的，所以如气孔、杂质、分层、裂纹等不连续界面都会干扰超声信号传播或导致超声信号发生反射。当脉冲通过样品时，由于声阻的不同，在有缺陷或粘结不良的界面会存在空气，而超声波遇到空气会出现反射波，通过安装有超声换能器的扫描轴，可以对待测品进行高速扫描，从而得到一张高分辨率的超声波图像。在反射回波脉冲中，有选择的聚焦，并使用声学阻抗极性检测器（AIPD）等分析技术，就可以从样品选定的深度和平面中或从粘结界面检测到分层的界面或者缺陷。

超声波的特点

超声波是指频率超过20KHz的声波，任何频率的超声波都不能穿透真空，当超声波的频率大于10MHz，也不能穿透空气，且在任何界面均会产生一定的反射，同时由于超声波的波长短，所以会和光线一样直线传播。

那么，当超声波从探头发射到接收，会经历一个什么过程呢？

首先，在测试时，测试的样品和探头均需要浸没在纯水中，如下图，以C-SAM模式为例，超声波在每个界面均会形成一个脉冲反射波形，如发射探头与水的界面会有一个起始波；样品上表面与水的界面为产品表面波；分层或空洞位置会有空气，可认为是空气与样品基材的界面形成的信号波；样品下表面与水的界面为底部波。

从上图我们也可以看出来，信号波峰从上往下是逐渐变弱的，这也是超声波信号强度的衰减过程的表现，而造成超声波衰减的原因有反射、散射和吸收。而超声波信号的强弱是会直接影响到检测结果，因此如何尽量降低超声波信号衰减也是我们需要探讨的问题。

测试影响因素

超声扫描检测最常用到的两种测试模式为C-SAM和T-Scan，这两种模式的区别是C-SAM是通过发射和接收超声波脉冲回波信号来分析检测，发射和接收信号的探头均为上方的探头，而T-Scan则是上方特定频率的探头发射超声波来穿透整个样品，通过下方安装的探头接收超声波信号来实现检测。

C-SAM与T-Scan的区别

从中我们可以知道，超声波信号能否穿过样品，脉冲反射的信号是否能正常接收是决定能否测试的关键因素。

从测试样品层面来说，测试样品本身需要尽量减少对超声波信号的衍射、散射和吸收。因此，样品表面和结合界面要尽可能平整，这样可以减少因为表面粗糙或不平整导致超声波信号发生衍射、散射的现象，而样品材料本身密度分布均匀则可以减少超声波信号在样品材质中被吸收从而导致信号衰减。

这里我们可以总结出对测试样品的要求，测试样品上下表面，测试内部结合界面要平整平行，样品内部每层材料介质密度分布均匀，无大量空洞。

从硬件方面来说，超声波发射探头的频率在很大程度上决定了超声波检测能力，对待不同材料的产品需要选择合适频率的探头，才能达到最好的测试效果。一般情况下，当探头频率高时，分辨率高，缺陷定位准确，但扫描空间小，而且超声波在材料中衰减大，穿透能力差。频率低时，分辨率低，但扫描空间大，穿透能力强。由于超声波发射峰值功率有限，使得检测深度与分辨率之比受到限制，即要想增加检测深度，就要牺牲分辨率和减小检测深度。

总结

虽然超声扫描检测具有微米级的分辨率、高灵敏度、能够检测出细微缺陷的大小、位置和形状，实时检测，样品通过检测后可以继续使用。但由于超声波显微检测对样品的要求较为严苛，以及不同材料需要合适频率的探头，而每个频率的探头是单独售卖且价格高昂。因此，目前超声扫描检测在半导体封装领域应用较为广泛成熟，而其他领域由于样品形状不规则以及材质等因素，应用相对较少。

金鉴实验室作为一家专注于光电半导体失效分析的科研检测机构，在超声波检测方面拥有丰富的经验和卓越的技术实力，严格遵循IPC/JEDEC J-STD-035等行业标准，配备了先进的测试设备和严格的质量控制流程，能够提供超声波扫描显微镜无损检测服务。