和伍超声扫描显微镜焊接检测应用

作者：Hiwave 发布时间：2026/04/17

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专注超声技术15年

一部工业发展史，半部钢铁史。人类工业从无到有、从弱到强的整个进化历程，一半以上的主线，都是围绕钢铁的冶炼、加工、应用展开的；可以说没有钢铁技术的突破，就没有现代工业体系。在钢铁加工应用中90%的连接应用绕不“焊接技术。焊接工艺本质上与我们“缝衣服”类似；将两块布料“缝”在一起。焊接也被称为“金属缝纫术”。我国作为世界第一大工业制造国，焊接技术也得到了大量应用。大到飞机船舶，汽车电子，小到常见生活日用品。几乎渗透于生活的方方面面。因此，焊接质量检测技术也尤为重要。

焊接工艺

焊接是通过加热或加压、或者两者并用或填充材料使工件实现原子之间的结合实现工件的连接方法。它是现在生产加工各类金属机械结构件的主要工艺方法之一，焊接的方法种类有很多，按其工艺特点可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。常见分类如下。

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传统超声探伤（Ultrasonic Testing, UT）是利用高频声波传播特性与界面反射规律：（>20kHz，工业常用0.5-15MHz）检测材料内部缺陷的无损检测技术，广泛应用于制造业、能源、航空航天等领域，尤其在大型结构件焊缝质量控制中发挥关键作用，如石油管道、铁路轨道的无损探伤，可满足多数工业大型金属构件的超声无损探伤。

随着集成电路电子半导体技术发展，焊接应用的场景、产品愈发小型化、精密化。对于焊接质量的要求也愈发苛刻。焊接气孔、空洞、分层，虚焊等缺陷尺寸常在毫米以下。传统超声（0.5-15MHZ）超声检测精度无法满足要求。超高频水浸超声扫描显微镜SAM检测设备成为了微器件焊接、微气泡、裂纹、空洞等缺陷检测的首选。

Hiwave超声扫描显微镜

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水浸超声扫描显微镜基于三大核心物理机制，实现对材料内部的 “透视” 检测：

1. 声阻抗差异反射

· 超声波在不同介质中传播时，声阻抗（Z=ρv，ρ 为密度，v 为声速）差异界面会产生反射波

· 缺陷（如空气空洞 Z≈0）与材料（如硅 Z≈1.9×10⁶ kg/(m²・s)）的声阻抗差异极大，会形成强反射信号，成为缺陷识别的物理基础

反射系数公式：R=(Z₂-Z₁)²/(Z₂+Z₁)²，界面差异越大，反射信号越强

2. 脉冲回波时间差定位

采用脉冲 - 回波模式（Pulse-Echo）：探头发射短脉冲声波，接收反射回波

缺陷深度计算：d=v×Δt/2（v 为材料声速，Δt 为发射 - 接收时间差）

3. 聚焦声场与扫描成像

通过声学透镜将超声波聚焦为微米级束斑，实现高分辨率检测

探头在 X-Y 平面逐点扫描，采集每个点位置的回波信号，重建二维图像

IGBT模块钎焊质量检测案例：

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IGBT 模块作为新能源汽车、光伏逆变、风电变流、轨道交通等领域的核心功率半导体器件，其封装可靠性直接决定整机设备的安全与寿命，而钎焊工艺是 IGBT 封装中最关键、最脆弱的核心环节，直接决定模块的散热、机械、电气与长期可靠性，是 IGBT 的 “命脉工艺”。C-SAM 依靠声阻抗差异原理，对钎焊空洞、分层、微裂纹、未焊合等缺陷灵敏度极高，可检出毫米以下的微小缺陷，精准定位芯片正下方等核心散热区的缺陷，反向通过 C-SAM 的量化检测数据，可反向指导真空钎焊的真空度、温度曲线、焊接压力等工艺参数优化，快速降低钎焊空洞率、消除分层缺陷，大幅提升 IGBT 钎焊工艺的批量稳定性与良率，从工艺端保障模块可靠性。彻底解决钎焊不良导致的热阻飙升、芯片过热等失效问题。