Ultraschallmikroskopie (USM)

Bei der Ultraschallmikroskopie USM (engl.: Scanning Acoustic Microscopy SAM) wird eine fokussierte Ultraschallwelle als Impuls genutzt und über ein Koppelmedium (wie Wasser, Öl oder Gel) in die Probe eingeleitet. Prinzipiell sind Messungen in Reflexion möglich. An Grenzflächen wird ein Teil der Schallwelle zurückgeworfen. Mit zunehmender Differenz der Schallgeschwindigkeiten der Materialien, die die Grenzfläche bilden, steigt der reflektierte Anteil des Schallimpulses. Die Probe wird abgerastert und das reflektierte Signal dann zur Bildgebung genutzt. Durch Bestimmung der Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Empfang des Schallimpulses können zudem Tiefeninformationen gesammelt und anhand einer Farbcodierung in einem Bild dargestellt werden.

Der Vorteil der Ultraschallmikroskopie ist die zerstörungsfreie Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen mit einer Informationstiefe von mehreren Millimetern bis zu wenigen Zentimetern, durch welche Defekte unterhalb der Oberfläche, beispielsweise in Schweißverbindungen und Lacksystemen, dargestellt werden können. Spezifische Signal- und Bildverarbeitungsmethoden erlauben eine frühzeitige Identifikation von Schädigungen, welche visuell mittels Lichtmikroskopie noch nicht wahrnehmbar sind. Ergänzend kann die Ultraschallmikroskopie durch weitere bildgebende Methoden wie Infrarot- und Raman-Mikroskopie erweitert werden, um umfassende Ergebnisse zu erhalten.

Anwendungen für die Ultraschallmikroskopie liegen vorwiegend in der bildgebenden Untersuchung planarer Strukturen. Weitere Anwendungsgebiete sind:

  • Abbilden von Oberflächenprofilen
  • Bestimmung von Schichtdicken
  • Vermessen verdeckter bzw. unzugänglicher Strukturen
  • Prüfung von Bauteilen und Werkstoffen auf Materialdefekte
    wie z.B. Einschlüsse, Poren und/oder Risse
  • Nachweis von Enthaftungen (Delaminationen)


Folgende Bauteile und Werkstoffe können mithilfe der Ultraschallmikroskopie untersucht werden:

  • Bauteile wie Sensoren, Wafer, Chips, Verkapselungen, etc.
  • Komposite (z.B. Leichtbauteile), u.a. auf Polymerbasis
  • Planare Strukturen (z.B. Photovoltaik-Module, Laminate, etc.)
  • Beschichtungen und Lacksysteme
    z.B. Blasen in KTL-Beschichtungen (KTL = Kathodische Tauchlackierungen)
  • Anaylse von Klebstoffen und Klebefugen (z.B. hinsichtlich Lufteinschlüssen)


Parameter unseres Ultraschallmikroskops:

  • Prüffrequenzen: 15 - 150 MHz
  • Auflösung: < 20 µm
  • Eindringtiefe: Abhängig von Material und Prüffrequenz
  • Messmodus: Puls-Echo
  • Scan-Bereich: x,y; 320 mm x 320 mm

Probe 1: Untersuchung einer Kehlnaht-Schweißung zwischen zwei Aluminiumblechen

Probe 2: Kehlnaht-Schweißung zweier Aluminiumbleche

Probe 3: Bildgebende Untersuchung einer Reibschweißung von Buchse auf Blech ohne Tiefeninformation durch Farbcodierung

Probe 4: Bildgebende Untersuchung einer Reibschweißung von Bolzen auf Blech