超声显微成像技术的应用与研究

　　1 引言

　　对片式多层瓷介电容器(简称MLCC:Multi-layer Ceramic Capacito)r的内部结构分析是生产检验中的重要一环，其主要分为两类，一类是破坏性的物理分析(简称DPA:Destructive PhysicalAnalysis)，采用的多是将被检测样品制作成一定硬度的研磨样本，然后将研磨样本进行研磨抛光，在显微镜下观察其内部结构;此方法的主要特点是随机抽样与显微切片相结合。另一类是非破坏性的物理分析，其多采用超声显微成像技术(简称AMI:Acoustic Micro Imaging)、X射线和红外成像等;此类无损检测技术对被检测样品无任何形式的损伤，检测覆盖面可以达到100%等，正因为有这些优点，所以此类技术被业界所推崇。

　　本文主要介绍了AMI技术在MLCC检测中的应用，文中的AMI检测分析试验是采用了美国Sonoscan公司生产的D-9000型超声波探伤仪进行检测分析。分别对15、50、75、100和230MHz等5种超声传感器进行分析计算，得出了其在MLCC检测中的一些设计参数和技术指标。通过AMI对MLCC样品进行的检测，并对AMI探测出有缺陷的样品进行DPA分析，以验证 AMI 检测的准确性。

　　2 AMI的优越性

　　由于MLCC具有体积小、容量大等性能优点，已被广泛应用于各类军用、民用电子整机中。为使其应用于高可靠性及质量要求苛刻的航空、航天、国防等领域，必须排除MLCC内部结构的细微缺陷。这些细微缺陷主要分为裂纹、空洞、分层等，而且用通常的试验手段很难将其检测出来，但会随着使用时间的增加和使用环境严酷度的增大，而导致不可预料的失效，这些细微缺陷不容忽视。所以在生产过程中，使用无损检测技术非常必要。AMI 技术不同于X射线和红外成像等其它无损检测技术，它对材料弹性有着极强的敏感性, 能够从组件和材料的内部就分辨出隐藏的微小缺陷，在查找和定性这些物理缺陷的能力上更是优势明显。

　　在检测的效率上，AMI技术具有的便捷化和量能化的全检测功能也深得用户的喜爱。以上多种特性更加凸显了AMI技术在无损检测领域的优势地位。

　　3 AMI检测的原理和检测方法

　　3.1 超声显微成像仪器的工作原理

　　Sonoscan超声波探伤仪的原理是利用超声波的穿透与反射的特性来检测物体中的缺陷。超声波在固体、液体、气体中均可以传播，且在同种物质中可以直接穿透物质;但当物质中间存在缺陷时，超声波在缺陷的两种不同物质的界面会产生反射，从而可以探测到缺陷的存在。

　　超声波在同种物质中，其声学阻抗Z是一个定量，它等于物质的密度ρ与超声波速度ν的乘积，即Z=ρν。但是不同物质中的声学阻抗Z是不同的，超声波到达两种物质的界面时，其声学阻抗和超声波的传播能量与反射能量的大小，有如下关系:反射能量R/传播能量=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)而传播能量与反射能量直接影响到传播波与反射波的振幅的大小，该仪器利用超声波在缺陷与被检测固体的界面时传播与反射信号的不同在探伤仪内部分析成像，从而得出缺陷的大小及所在的位置。