一种超声扫描显微成像装置及方法与流程

本发明涉及元器件检测成像设备，尤其涉及一种超声扫描显微成像装置及方法。

背景技术：

1、在现有的超声扫描显微成像装置和设备都是将待测样品浸泡在介质中，通过反复调整探头和夹具的相对位置来保证探头与待测样品之间的水平状态。

2、此外传统的超声波探头与夹具之间通过螺栓固定，每次调整探头时都需要反复拆装螺栓，操作繁琐，且由于探头本身体积较小，人手不好控制调节角度，导致调准难度非常高；而待测样品为电子电容器件时，若长时间浸泡则会存在样品腐蚀和器件失效的问题。

3、专利文献cn112166320a公开了一种用于检查对象的超声显微镜，该显微镜包括：对象保持器，所述对象保持器配置成将所述对象保持在对象区域中；扫描头，所述扫描头能够相对于所述对象区域移动；第一换能器，所述第一换能器由所述扫描头支撑，其中，所述第一换能器配置成沿着发射方向发射第一声学脉冲并将所述第一声学脉冲聚焦在焦点中，以及其中，所述第一换能器还配置成检测从所述对象发出的第二声学脉冲并输出第一检测信号，所述第一检测信号表示有所述第一换能器检测到的所述第二声学脉冲；第一致动器，所述第一致动器配置成所述第一换能器沿着与所述发射方向基本平行的竖直方向相对于所述扫描头移动；以及控制器，所述控制器配置成基于所述第一检测信号对由所述第一致动器提供的所述第一换能器相对于所述扫描头的竖向移动进行控制。该装置包括一对上下布置的探头，样品浸泡在介质中进行检测。但是该装置的前期调试工作比较繁琐，不仅要对两个探头进行对焦，同时也要保证两者对称，同时样品在检测过程中需要长时间浸泡在介质中，导致样品存在被腐蚀的危险。

4、专利文献cn216669845u公开了一种超声显微镜水槽多探头扫查机，该装置包括机架，水槽，升降工作台，二维数控换向器和多探头支架；两个安装扫查工件的升降工作台位于水槽内；二维数控换向器主要有进步x模组、y轴模组支架、换向y轴模组和二维数控换向器滑座组成，所述的多探头支架是装有多个高频探头的超声显微镜自动对焦装置，通过连接板与二维数控换向器滑座连接；自动对焦装置的调整机构是由伺服电机驱动的滚珠丝杠与滚珠丝母的调整机构，并设置有由方形滑轨与导轨滑块组成的导向装置。该装置通过多组探头增加同一时间可检测的样品数量，同时通过升降工作台实现多个样品同时浸泡在介质中。但是该装置未考虑到探头与样品之间的水平关系会导致最终图像畸变问题，若逐一调节探头与对应样品间的水平关系，其工作量会非常大，同时将样品完全浸没在介质中会存在样品被腐蚀或器件失效的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种超声扫描显微成像装置，该装置可以避免样品长时间浸泡在介质中导致样品失效的问题。

2、一种超声扫描显微成像装置，包括水槽，横跨在水槽上方的载物台，位于载物台与水槽之前的成像机构以及存储有超声介质的存储箱，所述载物台的载物面设有上下贯通的成像孔，所述成像机构包括从载物台下方伸入成像孔内的超声探头，往成像孔内提供超声介质的喷水单元，以及用于调节超声探头与成像孔相对位置的位移单元，所述喷水单元包括位于载物台下方、与存储箱连通的喷嘴，以及为喷嘴喷出超声介质提供驱动力的水泵。

3、该装置仅需样品位于成像孔处的部分与超声介质接触且流动式，从而避免样品长时间浸泡在超声介质中出现腐蚀失效的问题。

4、优选的，所述载物台还包括用于调节载物台水平位置的第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架的中心位置设有第一调节螺栓，所述第二固定支架的中心两侧分别设有第二调节螺栓和第三调节螺栓，以超声探头的探测面为水平基准，通过调节载物台的水平位置，从而简化水平调整的过程，同时提高调节的准确度。

5、优选的，所述第一调节螺栓与第二、第三调节螺栓的平面分布连接图为等腰三角形，保证调节过程中两侧水平角度变化一致。

6、优选的，所述载物台还配备有用于调节第一调节螺栓，第二调节螺栓以及第三调节螺栓的旋转电机，使得调节过程量化，从而提高水平校准的准确与效率。

7、具体的，所述成像孔为由上至下的台阶式通孔，所述台阶式通孔带有与上端口配合固定样品的压紧盖和与下端口配合使用的密封圈，避免介质流入台阶上腐蚀样品。

8、优选的，所述水槽底部还设有带有滤网的排水口，所述排水口与存储箱连通，使介质可以循环使用，从而节约成本。

9、具体的，所述位移单元包括x轴方向，y轴方向以及z轴方向的线性滑动组，与所述线性滑动组配合使用的夹具臂，所述夹具臂用于夹持固定超声探头和喷嘴。

10、本发明还提供了一种超声扫描显微成像方法，通过上述超声扫描显微成像装置实现，可以有效简化超声探头与样品之间的水平调节工作，包括：

11、步骤1、将样品放置在载物台的台阶式通孔位置，通过压紧盖将样品固定，当压力传感器反馈的压力达到阈值后完成固定工作；

12、步骤2、将超声探头和喷嘴固定在夹具臂上，通过控制线性滑动组完成超声探头与样品之间的对焦工作；

13、步骤3、将完成对焦后的超声探头位置设为扫描原点，通过控制线性滑动组使超声探头沿x、y轴水平方向与z轴竖直方向分别采集对应的信号，并根据采集获得的信号利用旋转电机逐一调节载物台三处的调节螺栓高度，完成样品与超声探头的水平校准工作；

14、步骤4、锁定旋转电机参数，并调节z轴方向的线性滑动组使得超声探头的超声覆盖范围涵盖整个台阶式通孔；

15、步骤5、开始正式扫描：放置待测样品，通过压紧盖进行固定后激活喷嘴往台阶式通孔内提供传递超声的介质，再开启超声探头进行信号采集，完成扫描后关闭喷嘴并松开压紧盖后替换一下个待测样品；

16、步骤6、收集采集获得的信号，通过外接的计算机生成可视化图像输出。

17、优选的，所述水平校正工作具体如下：

18、设定扫描初始位置为o，水平方向的终点位置为h，竖直方向的终点为g，直线oh与水平线的水平夹角为θ1，直线oh与竖直线的竖直夹角为θ2；

19、步骤3-1、根据第一调节螺栓和第二、第三调节螺栓连接线的垂直距离，与水平夹角θ1，采用反正切函数计算获得旋转电机的第一转动螺距；

20、步骤3-2、根据第二调节螺栓和第三调节螺栓的连接线长度，与竖直夹角θ2，采用反正切函数计算获得旋转电机的第二转动螺距；

21、步骤3-3、根据步骤3-1获得的第一转动螺距，控制第一调节螺栓对应的旋转电机工作；

22、根据步骤3-2获得的第二转动螺距，分别控制第二调节螺栓和第三调节螺栓对应的旋转电机工作，其中第二调节螺栓的调节方向与第三调节螺栓相反。

23、具体的，所述步骤3-1中的第一反正切函数表达式如下：

24、

25、式中，p1表示旋转电机的第一转动螺距，m表示第一调节螺栓和第二、第三调节螺栓连接线的垂直距离。

26、具体的，所述步骤3-2中第二反正切函数表达式如下：

27、

28、式中，p2表示旋转电机的第二转动螺距，n表示第二调节螺栓和第三调节螺栓的连接线长度。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果：

30、(1)本发明提供的装置通过布置超声探头位于待测样品下方，同时配合喷水单元往成像孔内喷入超声介质，使得进行超声显微成像扫描过程中样品只需局部与超声介质接触，从而解决特别是针对igbt、电容能带引脚的电子元器件长时间浸泡在介质中导致样品腐蚀失效的问题，对样品保护产生一定的收益价值。

31、(2)本发明提供的方法通过调节载物台三处的调节螺栓，完成以超声探头为基准的载物台水平调节工作，该方法不需要反复扫描并拆卸和安装超声探头，从而简化了超声探头与样品之间的水平调节工作，避免了由于超声探头和样品之间不平行而导致的图像畸变问题。