(57)【要約】【課題】多層構造部材の内部のいずれかの層を検査対象層として、その内部構造を検査する際、検査対象層の上側界面と下側界面の位置を精度良く特定することができ、検査対象層の内部構造を精緻に検査することのできる超音波検査方法を提供する。【解決手段】超音波を用いて多層構造部材１０の表面１ａの位置を特定するステップと、多層構造部材１０の表面１ａの位置と検査対象層２よりも多層構造部材１０の表面１ａ側の第一層１の最大厚みと最小厚みとから、検査対象層２の上側界面２ａの位置を特定するステップと、検査対象層２の上側界面２ａの位置から検査対象層２の最大厚みの位置までの領域を推定検査対象層２Ｒとし、その推定検査対象層２Ｒの内部構造を検査するステップと、からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造部材の内部のいずれかの層を検査対象層として、その内部構造を検査する超音波検査方法であって、
超音波を用いて、多層構造部材の表面の位置を特定する第１のステップと、
前記多層構造部材の表面の位置と、超音波を用いて検出される検査対象層よりも前記表面側の層の最大厚みと最小厚みとから、検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置を特定する第２のステップと、
前記検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置から、超音波を用いて検出される検査対象層の最大厚みの位置までの領域を推定検査対象層とし、その推定検査対象層の内部構造を超音波を用いて検査する第３のステップと、からなる超音波検査方法。
【請求項２】
前記第２のステップにおいて、検査対象層よりも前記表面側の層を透過して検査対象層の多層構造部材の表面側の界面で反射する超音波の反射波強度から、検査対象層よりも前記表面側の層の最大厚みと最小厚みを検出する請求項１に記載の超音波検査方法。
【請求項３】
前記第３のステップにおいて、検査対象層よりも前記表面側の層と検査対象層とを透過して検査対象層の多層構造部材の表面側とは反対側の界面で反射する超音波の反射波強度から、検査対象層の最大厚みを検出する請求項１または２に記載の超音波検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波検査方法に関し、たとえば多層構造部材の内部構造を検査する超音波検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属鋼板や半導体デバイスなどの内部構造を非破壊で検査する方法として、Ｘ線を用いたＸ線回折法や超音波を用いた超音波探傷法などの検査方法が知られている。
【０００３】
上記する検査方法のうち、超音波を用いた超音波探傷法は、検査対象物に探触子（プローブ：Probeともいう。）を当接させて超音波を発信し、内部の音響インピーダンスの違いによって生じる反射波を受信して、当該検査対象物の内部欠陥や減肉などを検査する方法である。
【０００４】
図６は、従来の超音波探傷法を模式的に説明した縦断面図であって、多層構造部材の内部の検査対象層の内部構造を検査する方法を説明した図である。
【０００５】
図６（ａ）で示すように、超音波探触子Ｓによる検査領域Ｒ、具体的には超音波探触子Ｓから発信される超音波が多層構造部材Ｋの内部で到達する位置Ｒ１が適正に設定されている場合には、多層構造部材Ｋの表面上方に配置した超音波探触子Ｓから多層構造部材Ｋに超音波を発信し、多層構造部材Ｋの各層Ｋ１〜Ｋ４の界面で反射した反射波を超音波探触子Ｓで受信し、その受信した反射波を画像処理した際、画像表示装置Ｄで多層構造部材Ｋの内部の検査対象層Ｋ２の内部構造（たとえば、内部欠陥の位置や大きさ）を鮮明に表示することができ、検査対象層Ｋ２の内部構造を検査することができる。
【０００６】
一方で、図６（ｂ）で示すように、たとえば検査対象層Ｋ２の下方に減衰率の大きな樹脂層Ｋ４が存在する状況下で、超音波探触子Ｓによる検査領域Ｒ、具体的には超音波探触子Ｓから発信される超音波が多層構造部材Ｋの内部で到達する位置Ｒ１が適正に設定されていない場合には、超音波探触子Ｓから発信される超音波が検査対象層Ｋ２の下層Ｋ３を透過して更に前記樹脂層Ｋ４に到達し、反射波を画像処理した際に樹脂層Ｋ４で反射した反射波によって画像の一部Ｗが白色化（「画像のかすれ」ともいう。）し、検査対象層Ｋ２の内部構造を精緻に検査することができないといった問題が発生する。
【０００７】
従来の超音波探傷法においては、多層構造部材Ｋの表面位置Ｒ２から当該多層構造部材Ｋの内部の各層Ｋ１〜Ｋ４の界面を特定し、検査対象層Ｋ２の上側界面や下側界面の位置を特定しているため、各層Ｋ１〜Ｋ４に発生する製造公差が大きくなると、超音波探傷法によって特定される検査対象層Ｋ２の上側界面と下側界面の位置と実際の検査対象層Ｋ２の位置との差が大きくなる可能性がある。よって、図６（ｂ）に基づいて説明したように、たとえば検査対象層Ｋ２の下方に減衰率の大きな樹脂層Ｋ４が存在する場合には、その樹脂層Ｋ４などから発生される情報によって画像処理後の画像の精度が低下するといった問題が生じ得る。
【０００８】
このような問題に対し、特許文献１には、音響インピーダンスの差に基づいて超音波を反射する界面を内部に有する多層構造の部材について、超音波を入射して得られる反射波に基づいて部材内の欠陥の有無を検査する際、反射波中に部材の最下面からの固有の反射波に相当する周波数成分が含まれているか否かによって欠陥の有無を検査する方法や、反射波中に前記界面の存在によって生じるべき固有の反射波の数に相当する数の周波数成分が含まれているか否かによって欠陥の有無を検査する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−５３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されている欠陥検査方法によれば、超音波を用いて特定される検査対象層の上側界面と下側界面の位置が実際の検査対象層の位置から乖離したとしても、検査対象となる多層構造部材の内部欠陥を検査することができる。
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示されている欠陥検査方法においては、依然として超音波を用いて特定される検査対象層の上側界面と下側界面の位置と実際の検査対象層の位置との差が大きくなる可能性があり、たとえば検査対象層の下方に減衰率の大きな樹脂層が存在する場合に、その樹脂層から発生される情報によって画像処理後の画像の精度が低下するといった問題を解消し得ない。
【００１２】
本発明は上記する課題に鑑みてなされたものであり、多層構造部材の内部のいずれかの層を検査対象層として、その検査対象層の内部構造を検査する際、検査対象層の上側界面と下側界面の位置を精度良く特定することができ、検査対象層の内部構造を精緻に検査することのできる超音波検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成すべく、本発明による超音波検査方法は、多層構造部材の内部のいずれかの層を検査対象層として、その内部構造を検査する超音波検査方法であって、超音波を用いて、多層構造部材の表面の位置を特定する第１のステップと、前記多層構造部材の表面の位置と、超音波を用いて検出される検査対象層よりも前記表面側の層の最大厚みと最小厚みとから、検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置を特定する第２のステップと、前記検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置から、超音波を用いて検出される検査対象層の最大厚みの位置までの領域を推定検査対象層とし、その推定検査対象層の内部構造を超音波を用いて検査する第３のステップと、からなる方法である。
【００１４】
上記する超音波検査方法によれば、超音波を用いて多層構造部材の表面の位置を特定するとともに、その多層構造部材の表面の位置と、超音波を用いて検出される検査対象層よりも多層構造部材の表面側に存在する層の最大厚みと最小厚みとを用いて、検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置を特定することができる。また、そのように特定された検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置から、超音波を用いて検出される検査対象層の最大厚みの位置までの領域を推定検査対象層とすることによって、多層構造部材を構成する各層に発生する製造公差などに起因する推定検査対象層の上側界面と下側界面の位置と実際の検査対象層の位置との乖離を抑制することができるため、検査対象層の周囲の各層から発生される情報に起因する検査精度の低下を抑制することができ、検査対象層の内部構造を精緻に検査することが可能となる。
【００１５】
ここで、上記する超音波検査方法では、前記第２のステップにおいて、検査対象層よりも前記表面側の層を透過して検査対象層の多層構造部材の表面側の界面で反射する超音波の反射波強度から、検査対象層よりも前記表面側の層の最大厚みと最小厚みを検出することができる。
【００１６】
また、前記第３のステップにおいて、検査対象層よりも前記表面側の層と検査対象層とを透過して検査対象層の多層構造部材の表面側とは反対側の界面で反射する超音波の反射波強度から、検査対象層の最大厚みを検出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から理解できるように、本発明の超音波検査方法によれば、多層構造部材の内部の検査対象層の内部構造を検査するに当たり、検査対象層の多層構造部材の表面側の界面の位置を特定してその界面を新たな基準面とするという、極めて簡単な改良方法により、検査対象層の周囲の各層から発生される情報に起因する検査精度の低下を抑制して、検査対象層の内部構造を精緻に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の超音波検査方法を実施するための検査装置の一例を示した模式図である。
【図２】本発明の超音波検査方法の実施の形態を説明したフロー図である。
【図３】本発明の超音波検査方法にて多層構造部材の内部構造を検査する方法を説明した模式図であって、超音波を用いて多層構造部材の表面の位置を特定するステップを説明した図であり、（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は反射波強度と多層構造部材の表面の位置の関係を示した図である。
【図４】図３で示すステップに続いて、検査対象層の上側界面の位置を特定するステップを説明した図であり、（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は反射波強度と検査対象層の上側界面の位置の関係を示した図である。
【図５】図４で示すステップに続いて、検査対象層の内部構造を超音波を用いて検査するステップを説明した図であり、（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は反射波強度と推定検査対象層の関係を示した図である。
【図６】従来の超音波探傷法を模式的に説明した縦断面図であって、（ａ）は、多層構造部材の内部の検査対象層の内部構造を検査する方法の一例を説明した図であり、（ｂ）は、多層構造部材の内部の検査対象層の内部構造を検査する方法の他例を説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の超音波検査方法の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の超音波検査方法を実施するための検査装置の一例を示した模式図である。
【００２１】
図示する超音波検査装置１００は、検査対象となる多層構造部材１０を載置するための載置台２２と、前記多層構造部材１０を載置台２２に固定保持するための保持部２３と、前記多層構造部材１０に超音波を発信し、多層構造部材１０で反射した反射波を受信するための超音波探触子２０と、超音波探触子２０を稼動させるための稼動機構２１と、超音波探触子２０で受信した信号を波形変換するためのオシロスコープ３０と、変換条件を指定してオシロスコープ３０で変換された波形を画像に変換する画像変換部４１を有する制御装置４０と、制御装置４０の画像変換部４１で変換した画像を表示し、画像情報として保存するための画像表示装置５０と、から大略構成されている。
【００２２】
なお、超音波探触子２０と多層構造部材１０の間に空気層があると、超音波探触子２０から発信される超音波の大部分が多層構造部材１０の表面で反射してしまうため、たとえば、超音波探触子２０を多層構造部材１０の表面に当接させてもよいし、多層構造部材１０を水中に浸漬させてもよい。
【００２３】
上記する超音波検査装置１００では、載置台２２に載置された多層構造部材１０に超音波探触子２０から超音波を発信し、多層構造部材１０の内部の音響インピーダンスの違いによって生じる反射波を超音波探触子２０で受信する。その際、稼動機構２１によって超音波探触子２０を多層構造部材１０の全体に亘って稼動させ、多層構造部材１０の全体から反射波を受信する。
【００２４】
超音波探触子２０は、受信した反射波に関する信号をオシロスコープ３０へ送信し、オシロスコープ３０では、送信された信号を波形変換してその波形信号を制御装置４０へ送信する。制御装置４０は変換条件を指定し、その画像変換部４１でオシロスコープ３０から送信された波形信号を画像に変換して画像表示装置５０へ送信する。画像表示装置５０は、制御装置４０から送信された画像をたとえばディスプレイなどに表示する共に、その画像を内部に設けられた不図示の記憶装置に画像情報として保存する。
【００２５】
以下、図２〜図５を参照して本発明の超音波検査方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の超音波検査方法は、たとえば図１で示す制御装置４０での変換条件として適用される方法であり、特に多層構造を有する多層構造部材１０の内部のいずれかの層を検査対象層として、その検査対象層の内部構造を検査する方法である。
【００２６】
図２は、本発明の超音波検査方法の実施の形態を説明したフロー図である。
【００２７】
まず、第１のステップ（Ｓ１）では、オシロスコープ３０から送信された波形信号から多層構造部材１０の表面の位置を特定する。
【００２８】
次いで、第２のステップ（Ｓ２）では、前記多層構造部材１０の表面の位置と、オシロスコープ３０から送信された波形信号から検出される検査対象層よりも多層構造部材１０の表面側の層の最大厚みと最小厚みとから、多層構造部材１０の内部の検査対象層の多層構造部材１０の表面側の界面（上側界面）の位置を特定する。
【００２９】
そして、第３のステップ（Ｓ３）では、前記検査対象層の多層構造部材１０の表面側の界面の位置（上側界面）の位置から、オシロスコープ３０から送信された波形信号から検出される検査対象層の最大厚みの位置までの領域を検査対象層と推定し、その推定検査対象層の内部構造を波形信号から検査する。
【００３０】
図３〜図５は、本発明の超音波検査方法にて多層構造部材の内部構造を検査する方法をより具体的に説明した模式図であって、図３は、多層構造部材の表面の位置を特定するステップ（第１のステップ）を説明した図であり、図３（ａ）はその縦断面図であり、図３（ｂ）は反射波強度と多層構造部材の表面の位置の関係を示した図である。また、図４は、図３で示すステップに続いて、検査対象層の上側界面の位置を特定するステップ（第２のステップ）を説明した図であり、図４（ａ）はその縦断面図であり、図４（ｂ）は反射波強度と検査対象層の上側界面の位置の関係を示した図である。また、図５は、図４で示すステップに続いて、検査対象層の内部構造を検査するステップ（第３のステップ）を説明した図であり、図５（ａ）はその縦断面図であり、図５（ｂ）は反射波強度と推定検査対象層の関係を示した図である。
【００３１】
なお、図示例では、四層構造を有する多層構造部材１０においてその表面から二層目の第二層２を検査対象層とする場合について説明するが、音響インピーダンスの差によって各層の界面で反射波を反射し得る構成であれば、多層構造部材１０を構成する層の基数や検査対象層とする層の位置は適宜設定することができる。
【００３２】
また、多層構造部材１０が半導体デバイスである場合には、たとえば、はんだを用いて銅からなるリードフレームにシリコン（Si）チップを実装し、そのSiチップなどをエポキシ樹脂などのモールド樹脂で封止した半導体デバイスを多層構造部材１０とすることができ、そのような場合には、多層構造部材１０を構成する各層１〜４は、表面に最も近接する第一層１を銅層、その下方の第二層２をはんだ層、その下方の第三層３をシリコン層、最も下方の第四層４を樹脂層などとすることができる。
【００３３】
図３（ａ）で示す第１のステップでは、図３（ｂ）で示すように、オシロスコープ３０から送信された波形信号の反射波強度から最初に所定の閾値よりも大きなピークを示す位置を検出し、その検出された位置を多層構造部材１０の表面（第一層１の上側界面）１ａの位置（１Ａ位置）と特定する。
【００３４】
次いで、図４（ａ）で示す第２のステップでは、図４（ｂ）で示すように、オシロスコープ３０から送信された波形信号の反射波強度のうち、多層構造部材１０の表面１ａと検査対象層である第二層２の間に存在する第一層１の最大厚みの位置（１Ｃ位置）と最小厚みの位置（１Ｂ位置）の間の反射波強度から、所定の閾値よりも大きなピークを示す位置を検出し、その検出されたピークの位置を検査対象層である第二層２の上側界面２ａの位置（２Ａ位置）と特定する。
【００３５】
なお、第一層１の最大厚みの位置（１Ｃ位置）と最小厚みの位置（１Ｂ位置）は、オシロスコープ３０から送信された波形信号の反射波強度のうち、前記第一層１を透過して検査対象層である第二層２の上側界面２ａで反射した超音波の反射波強度から特定することができる。
【００３６】
ここで、第一層１の最大厚みの位置（１Ｃ位置）や最小厚みの位置（１Ｂ位置）とは、多層構造部材１０の全体に亘って取得されたオシロスコープ３０の波形信号から、第一層１のうち最も厚いと判定される位置や最も薄いと判定される位置である。
【００３７】
そして、図５（ａ）で示す第３のステップでは、図５（ｂ）で示すように、オシロスコープ３０から送信された波形信号の反射波強度から検査対象層である第二層２の最大厚みの位置（２Ｃ位置）を特定し、上記する第２のステップで特定された第二層２の上側界面２ａの位置（２Ａ位置）と第二層２の最大厚みの位置（２Ｃ位置）の間の領域２Ｒを検査対象層と推定し、その推定検査対象層２Ｒのうちで反射波強度の最も強い箇所を画像変換するなどして、推定検査対象層２Ｒの内部欠陥等の内部構造を検査する。
【００３８】
なお、第二層２の最大厚みの位置（２Ｃ位置）は、オシロスコープ３０から送信された波形信号の反射波強度のうち、前記第一層１と第二層２を透過して検査対象層である第二層２の下側界面２ｂで反射した超音波の反射波強度から特定することができる。
【００３９】
上記する超音波検査方法によれば、多層構造部材１０の内部の検査対象層２の内部構造を検査するに当たり、多層構造部材１０の表面１ａの位置に基づいて検査対象層２の上側界面２ａの位置を特定し、その上側界面２ａを新たな基準面として検査対象とするべき検査対象層を推定することによって、超音波検査の際に検査対象層２の周囲の各層から発生する情報（例えばノイズ）に起因する検査精度の低下を抑制することができ、たとえば画像表示装置５０における画像の白色化（かすれ）を抑制することができるため、検査対象層２の内部構造（たとえば欠陥部や減肉部）をより精緻に検査することができる。
【００４０】
また、検査対象層が多層構造部材のより内部に存在する場合、たとえば図３〜図５における第三層や第四層を検査対象層とする場合には、上記する超音波検査方法を繰り返すことによって、その検査対象層の上側界面の位置を更に特定することができるため、多層構造部材のより内部の層を検査対象層とする場合であっても、検査対象層の周囲の各層から発生する情報に起因する検査精度の低下を抑制することができ、検査対象層の内部構造をより精緻に検査することが可能となる。
【００４１】
なお、上記する超音波検査方法においては、１つの超音波探触子２０を使用し、その超音波探触子２０から多層構造部材１０に超音波を発信し、当該超音波探触子２０で多層構造部材１０で反射した反射波を受信する形態について説明したが、たとえば、ある超音波探触子から多層構造部材の表面に対して傾いた方向から超音波を発信し、別の超音波探触子で多層構造部材で反射した反射波を受信してもよい。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１…多層構造部材の第一層、１ａ…第一層の上側界面、２…多層構造部材の第二層（検査対象層）、２ａ…第二層の上側界面、２ｂ…第二層の下側界面、２Ｒ…推定検査対象層、３…多層構造部材の第三層、４…多層構造部材の第四層、１０…多層構造部材、２０…超音波探触子、２１…稼動機構、２２…載置台、２３…保持部、３０…オシロスコープ、４０…制御装置、４１…画像変換部、５０…画像表示装置、１００…超音波検査装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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