很多电子器件出现功能失效、间歇性故障，根源藏在多层封装粘接界面。传统光学显微镜、X-Ray 检测存在局限，无法识别界面脱粘、微分层；SAM 扫描声学显微镜作为无损检测"金标准"，无需破坏样品，精准定位微米级内部隐性缺陷，是电子可靠性验证、失效溯源、来料质检必备检测手段。
SAM 整体系统原理图
图 1 SAM 扫描声学显微镜系统原理示意图
一、什么是 SAM 扫描声学显微镜
1.1 基础定义与检测原理
扫描声学显微镜（Scanning Acoustic Microscope，简称 SAM）是基于高频超声波的精密无损分析设备，区别于光学、电子显微镜，依靠声波在不同介质界面的反射、透射特性，穿透塑封、陶瓷、金属封装，无损还原器件表层、多层内部微观结构与缺陷状态。
1.2 两种基础声学检测模式
◆ 反射式 SAM（脉冲回波模式）：单探头 Transducer 兼具发射、接收功能，采集材料界面反射信号，检测分层、裂纹、空洞。
◆ 透射式 SAM（穿透传输模式）：上下双探头，探头 1 发射超声、探头 2 接收穿透声波，大面积筛查内部大面积空洞、界面完全脱粘。
二、SAM 对比 X-Ray 核心优势
X-Ray 检测 | SAM 扫描声学显微镜 |
擅长识别金属异物、键合断线、体积型孔洞 | 依靠声阻抗差异，检出界面贴合类缺陷 |
无法识别界面贴合类缺陷（分层、粘接不良、微脱粘） | 封装界面完整性检测唯一无损手段，适配 QFN、BGA、SiP、功率器件、TO 封装等全品类半导体样品
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三、SAM 可检出的六大封装典型缺陷
图 2 SAM 可检出的六大封装典型缺陷示意图
四、SAM 核心工作流程
01 超声波发射
SAM 设备高频超声探头（Transducer）发射超声波，声波穿透器件塑封表层，抵达芯片、粘接胶、焊盘、框架等多层结合界面。
02 信号采集
不同材质声阻抗存在差值，界面会产生反射 / 透射声波信号，设备同步采集回波传播时长、幅值、相位偏移三类核心数据。
03 算法解析
系统算法解析信号，区分完好界面与缺陷界面，生成平面、剖面、单点波形图像。
04 综合判定
工程师结合波形与成像综合判定缺陷位置、尺寸、深度、严重程度。
五、扫描模式详细解析
5.1 A-Scan 单点幅度扫描（基础模式）
图 3 A-Scan 单点幅度扫描原理图
成像原理
所有扫描模式底层基础，单点纵深检测。探头固定单一坐标，垂直发射超声脉冲，横轴代表声波传播时间（对应样品深度），纵轴代表回波幅值（对应界面声阻抗差异），输出一维波形曲线。
图像判断逻辑
▸ 完好粘接界面：稳定、规律的标准回波峰。
▸ 分层 / 空洞缺陷：空气间隙声阻抗差距极大，出现超高幅值、相位反转波形。
▸ 材料均匀区域：无明显回波峰值。
优缺点
✅ 优势：深度定位精度极高，可精准计算缺陷埋藏深度，是 B/C 扫描参数调试基准。
❌ 劣势：仅单点检测，无法展示缺陷平面分布，不适合大面积筛查。
5.2 B-Scan 纵向剖面扫描
图 4 B-Scan 纵向剖面扫描示意图
成像原理
沿 X/Y 轴直线移动探头，采集路径上全部点位 A-Scan 数据，整合生成器件垂直二维剖面图。横轴 = 扫描水平位置，纵轴 = 样品纵深深度，灰度代表回波强弱。
应用价值
直观展示缺陷纵向延伸形态、裂纹深度、分层厚度，清晰区分塑封层、芯片层、粘接层、焊盘多层结构，多用于失效样品剖面结构分析。
5.3 C-Scan 平面层扫描
图 5 C-Scan 平面层扫描成像效果对比
成像原理
设置固定深度时间门，筛选指定界面回波；探头 X-Y 平面全域栅格扫描，采集每个坐标点幅值、相位，生成单一层平面俯视图。
图像特征
灰度 / 彩色区分界面状态：空洞、分层区域高亮 / 红色色块，完好粘接区域颜色均匀统一；可直接测量缺陷面积、尺寸、平面分布范围。
优缺点
✅ 优势：成像直观、检测效率高，批量筛查封装分层、空洞首选。
❌ 劣势：单张图像仅对应单一深度，需搭配 B-Scan 确认缺陷埋藏深度。
5.4 T-Scan 透射扫描
图 6 T-Scan 透射扫描原理与成像
上下双探头透射式检测，声波完整穿透样品，缺陷区域声波大幅衰减，图像呈现大面积黑色暗区，适合快速筛查大面积完全分层、大尺寸空洞，适配 TO、TSOP 等扁平封装器件初筛。
六、真实失效分析案例：SAM + 切片交叉验证
案例背景 某 IC 件批量出现电性失效，外观无破损，X-Ray 未检出异常， 采用 SAM T-scan 扫描确认 NG 样品无法穿透，内部存在分层情况。
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图 7 T-Scan 扫描结果：NG 样品无法穿透，确认内部分层
验证结论
经 C-scan 定位及切片验证，锁定 EMC 与 lead frame 有分层。
图 8 C-Scan 定位与切片验证结果对照
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