超聲波的發展歷史
超聲波顯微鏡的發展歷史可以追溯到19世紀末和20世紀初，這一時期物理學上發現了壓電效應與反壓電效應，這為利用電子學技術產生超聲波提供了可能，從而揭開了超聲技術發展的序幕。
超聲波的發現源于意大利，18世紀時，意大利教士、生物學家斯帕蘭扎尼揭示了蝙蝠能在黑暗中飛行自如的奧秘，發現它們是用超聲波確定障礙物的位置。超聲波的運用則源于英國，20世紀50年代，英國格拉斯哥醫生唐納德發現，超聲波可以用來探測孕婦腹中胎兒的情況，這一發現極大地推動了超聲波在醫學領域的應用。
超聲波顯微鏡的工作原理
核心部件與信號轉換
超聲波掃描顯微鏡的核心是帶壓電陶瓷的微波鏈，這個帶壓電陶瓷的部件叫換能器。壓電陶瓷在射頻信號發生的激勵下，產生短的聲脈沖。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（一般是去離子水或無水酒精等）聚焦在樣品上。耦合介質的作用是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時，會快速衰減。
超聲波掃描顯微鏡的基本原理是，通過發射短波傳遞到樣品內部，在經過兩種不同材質之間界面時，由于不同材質的阻抗不同，吸收和反射程度也不同，所以能夠采集不同的反射能量信息或者相位信息，由此來檢查樣品內部出現的分層、裂縫或者空洞等缺陷，做到不破壞產品檢查產品內部缺陷。
反射模式原理
反射模式是主要的工作模式。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。通過對這些反射信號的分析，就能檢測出樣品內部的缺陷情況。
透射模式原理
透射模式只在半導體企業中用作器件篩選。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完全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。
檢測方式優勢
無損檢測：超聲波顯微鏡具有不用拆除組件外部封裝的非破壞性檢測能力，可以在不需破壞封裝的情況下探測到分層、空洞和裂縫等缺陷。這對于半導體器件的后封裝檢測至關重要，因為在不破壞封裝的前提下，能有效避免對器件造成額外損傷，確保器件后續仍可正常使用。比如在集成電路（芯片）、大功率器件如 IGBT 的檢測中，可直接對封裝后的器件進行檢測，不會影響其原有性能。
非接觸式檢測：與傳統的接觸式檢測手段相比，采用非接觸式檢測方式，避免了因接觸可能導致的材料損傷或污染。這對于一些易碎、易污染或需要保持原始狀態的材料來說尤為重要。
精確定位與定量分析：不同類型的超聲顯微鏡能對特定缺陷進行精確定位和定量分析。例如分層超聲顯微鏡能檢測出分層的位置、面積和深度；氣泡超聲顯微鏡能檢測出氣泡的位置、大小和分布情況；裂縫超聲顯微鏡能檢測出裂縫的深度、寬度、長度以及走向和形態；孔洞超聲顯微鏡能檢測出孔洞的位置、大小，還能分析孔洞的形狀和分布規律。
高分辨率成像：壓電陶瓷晶體產生的超聲波打到待測物品上，將聲波在不同界面上反射或穿透信號接收后成像，再以成像和信號加以分析。能夠提供微米級甚至納米級的分辨率，能夠清晰地揭示半導體材料內部的細微結構和缺陷，這對于檢測微小缺陷和細微結構時具有獨特的優勢，可精準定位缺陷，滿足半導體制造對高精度檢測的需求。
三維圖像顯示：可以顯示材料內部的三維圖像，可分層掃描、多層掃描，能提供 IC 封裝因水氣或熱能所造成破壞分析，例如裂縫、空洞和脫層等。通過不同的掃描方式可以實現材料內部橫截面、縱切面、聲透射二維圖像，不同焦距多層析圖、3D 圖等，保證了半導體內部結構觀測的完整性，讓檢測人員更直觀地了解器件內部的情況。
不受材料透明度限制：能夠檢測金屬、陶瓷、塑料等多種材料，不受材料透明度的限制，應用范圍廣泛。
多領域應用：在電子、航空航天、汽車制造、電子封裝、機械、化工、電力、醫學、考古、地質勘探、石油開采等多個領域都具有普遍應用前景。
互補檢測優勢：超聲波掃描顯微鏡可與 X - ray 成像技術形成很好的互補。X - ray 射線檢測是基于器件內部的密度差異進行成像的，對于材料內部結構復雜密度差異不明顯的半導體檢測工件會出現重影和檢測不出來的情況。而超聲波掃描顯微鏡檢測則可以根據超聲檢測技術進行分層檢測，聲波穿透器件后，即可抓取成像，解決了 X - ray 設備無法分層檢測以及檢測不精準的問題。
美國 Sonix 作為國際知名品牌，有多種型號的超聲波掃描顯微鏡，如 ECHO - VS、LS等。該品牌產品在市場上應用廣泛，不同的型號能滿足不同用戶的需求。
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