超声扫描仪原理
超声扫描原理
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。
第5B型超声诊断仪扫描原理b课件
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
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法 线
单一阵元
波阵面
合成波阵面
123
n 阵元
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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
超声波扫描电镜原理
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
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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。
超声扫描仪原理
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。
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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 JangDetectable Defects Detectable Defects 可以检测 到的缺陷 检测到的缺陷 可以检测到的缺陷 可以检测 检测到的缺陷 可以检测1. Delamination（离层） （ 2. Package Crack（塑封体裂缝） （塑封体 3. Die Crack（硅片裂缝） （硅片裂缝 4. Void（空洞） （空洞） 5. Tilt（硅片倾斜） （硅片倾 6. Foreign Materials （外来杂质） 杂质）PKG Crack Void Delamination Chip Crack PKG Crack11HS JangInspection using Ultrasonic Inspection using Ultrasonic 使用超声 波检测的原理 使用超声波检测的原理 使用超声 检测的原理 使用超声 检测的原理Signals in Digital OscilloscopeGateTransducer 波探头 超声波探头 Die SurfaceDie BottomUltrasonic 超声波 Package Surface EMC Die Die Surface Die BottomDie Attach AdhesivePackage SurfaceInspect defects using reflected signal in each interface 用反射信号检测 号检测每 用反射信号检测每个界面的缺陷12HS JangInspection Methods Inspection Methods 检测方法 检测方法 检测方法 检测方法1. Pulse Echo Methods（脉冲回波方法） 回波方法） （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 扫描方式：检测波形并显示在示波器上 波形并显 2）B-scan : Inspection with vertically x-sectioned 2-d image. ） B-扫描方式：检测垂直 方向的二维截面图 扫描方式：检测垂直x方向的二 截面图 垂直 方向的二维 3）C-scan : Inspection with horizontally x-sectioned 2-d image.. ） C-扫描方式：检测水平 方向的二维截面图 扫描方式：检测水平x方向的二 截面图 水平 方向的二维 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 扫描模式：可以同时扫描出 时扫描出 层 扫 2. Thru-Transmission Method（透射方法） （透射方法） 1) T-scan : Inspection with transmitted signal. T-扫描方式：检测透射信号 扫描方式：检测透射信 透射13HS JangPulse Echo & Thru-Transmission Pulse Echo & Thru-Transmission 脉冲回波和透射 脉冲回波和透射 脉冲回波和透射 脉冲回波和透射Pulse Echo 脉冲回波 脉冲回波 Thru-Transmission 透射传输 透射传输14HS JangStructure of a Scanner Which uses both Pulse Structure of a Scanner Which uses both Pulse Echo and Thru-Transmission Echo and Thru-Transmission 使用脉冲回波和透射的扫 脉冲回波和透射的 同时使用脉冲回波和透射的扫描图 使用脉冲回波和透射的扫 脉冲回波和透射的 同时使用脉冲回波和透射的扫描图Transducer for Pulse Generation and Receiver for Pulse Echo 用于脉冲 射和脉冲回波接收的 脉冲发 脉冲回波接收 用于脉冲发射和脉冲回波接收的探头Water 水Transducer for Thru-Transmission 接收探头 接收探头用于透射15HS JangA-Scan A-Scan A-扫描方式 扫 A-扫描方式 扫1. Inspect defects with the phase and the magnitude of reflected waves on oscilloscope. 示波器上显示出反射波的相位和大小来检测 显示出反射波的相位和大小来检测缺陷 用在示波器上显示出反射波的相位和大小来检测缺陷 Merit : The most accurate inspection method. 最精确 检测方式 优点： 最精确的检测方式 3. 4. Weak Point : Only one point analysis is available not plane. 弱点：只能对于一个 弱点：只能对于一个点进行分析不能对于一个平面分析 行分析不能对于一个 Used to confirm the inspection results. 用于确认检测结果 用于确认检测结果PKG Surface Die Surface Die BottomUltrasonic2.PKG Surface Die Surface Die Bottom16HS JangA-Scan A-Scan A-扫描方式 扫 A-扫描方式 扫Stethoscope 听诊器17HS JangA-Scan A-Scan A-扫描方式 扫 A-扫描方式 扫PKG Surface 塑封体 塑封体表面Die Surface 芯片表面18HS JangA-Scan A-Scan19HS JangB-Scan B-Scan B-扫描方式 扫 B-扫描方式 扫1.Show the vertically x-sectional image from each interface. 方向的截面图 显示每个界面垂直x方向的截面图 示每个界面垂直 方向的截面2.Detectable defects : Crack, Tilt and Void. 检测的缺陷： 检测的缺陷： 裂缝，倾斜和空洞 的缺陷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。