Un microscopio acústico de barrido ( SAM ) es un dispositivo que utiliza un sonido enfocado para investigar, medir o obtener imágenes de un objeto (un proceso llamado tomografía acústica de barrido). Se usa comúnmente en análisis de fallas y evaluación no destructiva . También tiene aplicaciones en la investigación biológica y médica. La industria de los semiconductores ha encontrado que el SAM es útil para detectar huecos, grietas y delaminaciones dentro de paquetes microelectrónicos.
Historia
El primer microscopio acústico de barrido (SAM), con una lente ultrasónica de 50 MHz, fue desarrollado en 1974 por RA Lemons y CF Quate en el Laboratorio de Microondas de la Universidad de Stanford . [1] Unos años más tarde, en 1980, R.Gr. construyó el primer SAM de transmisión directa de alta resolución (con una frecuencia de hasta 500 MHz). Maev y sus estudiantes en su Laboratorio de Introscopia Biofísica de la Academia de Ciencias de Rusia . [2] El primer SAM ELSAM comercial, con un amplio rango de frecuencia desde 100 MHz hasta 1.8 GHz, fue construido en Ernst Leitz GmbH por el grupo dirigido por Martin Hoppe y sus consultores Abdullah Atalar ( Universidad de Stanford ), Roman Maev ( Academia Rusa). of Sciences ) y Andrew Briggs ( Universidad de Oxford ). [3] [4]
Desde entonces, se han realizado muchas mejoras en dichos sistemas para mejorar la resolución y la precisión. La mayoría de ellos se describieron en detalle en la monografía Advanced in Acoustic Microscopy, Ed. por Andrew Briggs , 1992, Oxford University Press y en monografía de Roman Maev , Fundamentos y aplicaciones de microscopía acústica, Monografía, Wiley & Son - VCH, 291 páginas, agosto de 2008, así como recientemente en. [5]
Principios de Operación
La microscopía acústica de barrido funciona dirigiendo el sonido enfocado desde un transductor a un pequeño punto de un objeto objetivo. El sonido que golpea el objeto se dispersa, se absorbe, se refleja (se dispersa a 180 °) o se transmite (se dispersa a 0 °). Es posible detectar los pulsos dispersos que viajan en una dirección particular. Un pulso detectado informa de la presencia de un límite u objeto. El "tiempo de vuelo" del pulso se define como el tiempo que tarda en ser emitido por una fuente acústica, dispersado por un objeto y recibido por el detector, que suele coincidir con la fuente. El tiempo de vuelo se puede utilizar para determinar la distancia de la falta de homogeneidad desde la fuente dado el conocimiento de la velocidad a través del medio.
Según la medición, se asigna un valor a la ubicación investigada. El transductor (u objeto) se mueve ligeramente y luego se vuelve a insonificar. Este proceso se repite en un patrón sistemático hasta que se ha investigado toda la región de interés. A menudo, los valores de cada punto se ensamblan en una imagen del objeto. El contraste que se ve en la imagen se basa en la geometría del objeto o en la composición del material. La resolución de la imagen está limitada por la resolución de exploración física o el ancho del haz de sonido (que a su vez está determinado por la frecuencia del sonido).
Aplicaciones
- Control de producción rápido - Normas: IPC A610, Mil-Std883, J-Std-035, Esa, etc. - Clasificación de piezas - Inspección de almohadillas de soldadura, flip-chip, relleno inferior, unión a matriz - Sellado de juntas - Juntas soldadas y soldadas - Calificación y rápida selección de colas, adhesivos, análisis comparativos de envejecimiento, etc - Inclusiones, heterogeneidades, porosidades, grietas en material
Prueba de dispositivo
SAM se utiliza para la detección de falsificaciones, pruebas de confiabilidad de productos, validación de procesos, calificación de proveedores, control de calidad, análisis de fallas, investigación y desarrollo. La detección de discontinuidades en el silicio es solo una de las formas en que se utiliza la microscopía acústica de barrido para realizar pruebas en el mercado de los semiconductores.
Medicina y biología
SAM puede proporcionar datos sobre la elasticidad de células y tejidos, lo que puede proporcionar información útil sobre las fuerzas físicas que mantienen las estructuras en una forma particular y la mecánica de estructuras como el citoesqueleto . [6] [7] Estos estudios son particularmente valiosos para investigar procesos como la motilidad celular . [8] [9]
También se han realizado algunos trabajos para evaluar la profundidad de penetración de las partículas inyectadas en la piel mediante inyección sin aguja [10].
Otra dirección prometedora fue iniciada por diferentes grupos para diseñar y construir SAM portátil de mano para el diagnóstico subterráneo de tejidos duros y blandos [11] [5] y esta dirección está actualmente en el proceso de comercialización en la práctica clínica y cosmetológica.
Ver también
Referencias
- ^ Limones RA; Quate CF (1974). "Microscopio acústico - versión de barrido". Apl. Phys. Lett . 24 (4): 163-165. Código Bibliográfico : 1974ApPhL..24..163L . doi : 10.1063 / 1.1655136 .
- ^ 7. R. Gr. Maev , Principios y futuro de la microscopía acústica, Actas del Simposio internacional conjunto soviético-alemán sobre fotometría microscópica y microscopía acústica en la ciencia, Moscú, Rusia, 1-12, 1985
- ^ M. Hoppe, R. Gr. Maev, editores y coautores, Microscope Photometry and Acoustic Microscopy in Science, Proceedings of the FRG-USSR Symposium, Moscú, 231 páginas, 1985.
- ^ Hoppe, M. y Bereiter-Hahn, J., "Aplicaciones de la microscopía acústica de barrido: encuesta y nuevos aspectos", IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. Frec. Control, 32 (2), 289 –301 (1985)
- ^ a b R.Gr. Maev, editor y coautor, Avances en microscopía acústica e imágenes ultrasónicas de alta resolución: de los principios a las nuevas aplicaciones, monografía, 14 capítulos, 400 páginas, Wiley & Son - VCH, abril de 2013
- ^ Bereiter-Hahn J; Karl I; Lüers H; Vöth M (1995). "Base mecánica de la forma celular: investigaciones con el microscopio acústico de barrido". Biochem. Cell Biol . 73 (7-8): 337-48. doi : 10.1139 / o95-042 . PMID 8703407 .
- ^ Lüers H; Hillmann K; Litniewski J; Bereiter-Hahn J (1991). "Microscopía acústica de células cultivadas. Distribución de fuerzas y elementos citoesqueléticos". Cell Biophys . 18 (3): 279–93. doi : 10.1007 / BF02989819 . PMID 1726537 . S2CID 11466285 .
- ^ Hildebrand JA; Rugar D; Johnston RN; Quate CF (1981). "Microscopía acústica de células vivas" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 78 (3): 1656–60. Código bibliográfico : 1981PNAS ... 78.1656H . doi : 10.1073 / pnas.78.3.1656 . PMC 319191 . PMID 6940179 .
- ^ Johnston RN; Atalar A; Heiserman J; Jipson V; Quate CF (1979). "Microscopía acústica: resolución de detalle subcelular" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 76 (7): 3325–9. Código Bibliográfico : 1979PNAS ... 76.3325J . doi : 10.1073 / pnas.76.7.3325 . PMC 383818 . PMID 291006 .
- ^ Condliffe, Jamie; Schiffter, Heiko; Coussios, Constantin C (2008). "Una técnica acústica para mapear y dimensionar partículas después de la administración de vacunas y fármacos transdérmicos sin aguja". Revista de la Sociedad Americana de Acústica . 123 (5): 3001. Bibcode : 2008ASAJ..123.3001C . doi : 10.1121 / 1.2932570 .
- ^ Vogt, M. y Ermert, H., "Imagen compuesta espacial de ángulo limitado de la piel con ultrasonido de alta frecuencia", IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr. Frec. Control, 55 (9), 1975-1983 (2011)