(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された前記第１部材と前記第２部材、である計測対象物における前記第１部材の表面に設定した計測点に加熱用レーザを照射して、前記加熱用レーザに関する情報と、前記計測点から取得される前記計測対象物の被加熱状態に関する情報と、に基づいて、前記接合界面の面積である接合部面積を求める、光学非破壊検査方法であって、
レーザ出力装置と、位相差検出装置と、判定装置と、を用いて、
前記レーザ出力装置から、前記計測点における強度が正弦波状に変化するように前記加熱用レーザを出射する、レーザ出射ステップと、
前記位相差検出装置にて、正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度、を計測するレーザ強度計測ステップと、
前記位相差検出装置にて、前記計測点から放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する前記赤外線の強度を計測する赤外線強度計測ステップと、
前記位相差検出装置にて、計測された正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度と、計測された正弦波状に変化する前記赤外線の強度と、の位相差を求め、求めた前記位相差を前記判定装置に出力する位相差計測ステップと、
前記計測対象物に対する前記位相差と前記接合部面積との相関関係を示す位相差・接合部面積相関情報が記憶されている前記判定装置にて、入力された前記位相差と、前記位相差・接合部面積相関情報と、に基づいて、前記接合部面積を求める接合部面積演算ステップと、を有する、
光学非破壊検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記位相差・接合部面積相関情報は、複数のサンプルまたは複数のシミュレーションに基づいて前記計測対象物に対して予め求めた、前記位相差に対する前記接合部面積の特性、または前記位相差に対する前記接合部面積を導出する回帰式、の少なくとも一方を含む、
光学非破壊検査方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学非破壊検査方法であって、
前記接合部面積演算ステップにて求めた前記接合部面積が、予め設定された所定範囲内であるか否か、あるいは予め設定された所定面積以上であるか否か、を示す判定結果を出力する、判定結果出力ステップ、を有する、
光学非破壊検査方法。
【請求項４】
接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された前記第１部材と前記第２部材、である計測対象物における前記第１部材の表面に設定した計測点に加熱用レーザを照射して、前記加熱用レーザに関する情報と、前記計測点から取得される前記計測対象物の被加熱状態に関する情報と、に基づいて、前記接合界面の面積である接合部面積を求める、光学非破壊検査装置であって、
前記計測点における強度が正弦波状に変化するように前記加熱用レーザを出射する、レーザ出力装置と、
前記計測点に照射される前記加熱用レーザの強度であって正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度に基づいたレーザ強度検出信号を、位相差検出装置に出力する、レーザ強度検出手段と、
前記計測点から放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する前記赤外線の強度に基づいた赤外線強度検出信号を、前記位相差検出装置に出力する、赤外線強度検出手段と、
入力された正弦波状に変化する前記レーザ強度検出信号に基づいて正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度を計測し、入力された正弦波状に変化する前記赤外線強度検出信号に基づいて正弦波状に変化する前記赤外線の強度を計測し、計測した前記加熱用レーザの強度と、計測した前記赤外線の強度と、の位相差を求め、求めた前記位相差を判定装置に出力する前記位相差検出装置と、
前記計測対象物に対する前記位相差と前記接合部面積との相関関係を示す位相差・接合部面積相関情報が記憶されており、入力された前記位相差と、前記位相差・接合部面積相関情報と、に基づいて、前記接合部面積を求める前記判定装置と、を有する、
光学非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記位相差・接合部面積相関情報には、複数のサンプルまたは複数のシミュレーションに基づいて前記計測対象物に対して予め求めた、前記位相差に対する前記接合部面積の特性である位相差・接合部面積特性、または前記位相差に対する前記接合部面積を導出する回帰式、の少なくとも一方が含まれている、
光学非破壊検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記判定装置は、
記憶されている前記位相差・接合部面積特性または回帰式の少なくとも一方と、入力された前記位相差と、に基づいて、前記位相差を前記接合部面積に変換する変換手段を有している、
光学非破壊検査装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか一項に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記判定装置は、求めた前記接合部面積が、予め設定された所定範囲内であるか否か、あるいは予め設定された所定面積以上であるか否か、を示す判定結果を出力する出力手段を有している、
光学非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された第１部材と第２部材、である計測対象物における接合界面の面積である接合部面積を、光学的に非破壊にて求める、光学非破壊検査方法及び光学非破壊検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、種々の材質の第１部材と第２部材との接合が有り、接合状態の検査が望まれている。接合状態の検査において、従来では、生産ロットの中から適当にサンプルを抜き取り、当該サンプルを破壊して接合状態を確認し、当該ロットの製品は、破壊したサンプルと同等の接合状態を有している、とみなしていた。この従来の方法は、接合状態を確認するためにサンプルを破壊しなければならない。そこで、破壊することなく接合部に関する物理特性を測定する種々の方法が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、単体の試料の計測スポットに、変調したビームを照射して。変調したビームの位相と、計測スポットからの温度応答の位相と、に基づいて試料の熱拡散率を求める、熱拡散率測定方法が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、熱物性値が未知の非金属薄膜層の上下に、熱物性値が既知の同種の金属薄膜層を形成した３層物質の下側からパルス光により加熱し、上側の過渡的温度上昇を測定することにより、３層物質の熱拡散率と界面熱抵抗を同時に測定する、熱拡散率と界面熱抵抗の測定方法が開示されている。
【０００５】
また特許文献３には、第１物質よりなる層１と、第２物質よりなる層２と、の積層により構成された２層試料の表面をパルス加熱し、裏面の温度応答を観測することにより、２層試料間の界面熱抵抗を測定する、界面熱抵抗測定方法が開示されている。また、第１物質のみからなる単層試料１の表面をパルス加熱して測定した温度応答と、第２物質のみからなる単層試料２の表面をパルス加熱して測定した温度応答と、を測定し、第１物質の層１と第２物質の層２とを積層した２層試料において界面熱抵抗が無いと仮定して計算した計算温度応答を求めている。そして、２層試料の表面をパルス加熱して測定した裏面の測定温度応答と、計算で求めた計算温度応答と、の差から２層試料間の界面熱抵抗を求める、界面熱抵抗測定方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ７３６４３５４号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２５５９号公報
【特許文献３】特許第３２６５３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の発明は、第１部材と第２部材を接合した接合部材ではなく単体の試料の熱拡散率を測定しており、測定した熱拡散率を、第１部材と第２部材を直接接合あるいは接合部材を挟んで接合した計測対象物の接合状態の判定に利用することができない。
【０００８】
特許文献２に記載の発明は、熱物性値が既知の同種の金属薄膜層（上層と下層）にて非金属薄膜層を挟み込んだ構造の３層物質でなければ適用できない。また、測定される物理特性は、３層物質の熱拡散率と界面熱抵抗であり、第１部材と第２部材を直接接合あるいは接合部材を挟んで接合した計測対象物の接合状態の判定に利用するには適切でない。
【０００９】
特許文献３に記載の発明は、試料の表面をパルス加熱し、試料の裏面からの温度応答を測定しなければならない。つまり、試料の表面から裏面まで熱が充分に伝播されなければならず、薄膜状の試料でなければ適用できない。また、測定される物理特性は、２層試料の界面熱抵抗であり、第１部材と第２部材を直接接合あるいは接合部材を挟んで接合した計測対象物の接合状態の判定に利用するには適切でない。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された第１部材と第２部材、である計測対象物において、接合状態を判定するために非破壊にて接合界面の接合部面積を求めることができる、光学非破壊検査方法及び光学非破壊検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る光学非破壊検査方法及び光学非破壊検査装置は、次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された前記第１部材と前記第２部材、である計測対象物における前記第１部材の表面に設定した計測点に加熱用レーザを照射して、前記加熱用レーザに関する情報と、前記計測点から取得される前記計測対象物の被加熱状態に関する情報と、に基づいて、前記接合界面の面積である接合部面積を求める、光学非破壊検査方法であって、レーザ出力装置と、位相差検出装置と、判定装置と、を用いて、前記レーザ出力装置から、前記計測点における強度が正弦波状に変化するように前記加熱用レーザを出射する、レーザ出射ステップと、前記位相差検出装置にて、正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度、を計測するレーザ強度計測ステップと、前記位相差検出装置にて、前記計測点から放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する前記赤外線の強度を計測する赤外線強度計測ステップと、前記位相差検出装置にて、計測された正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度と、計測された正弦波状に変化する前記赤外線の強度と、の位相差を求め、求めた前記位相差を前記判定装置に出力する位相差計測ステップと、前記計測対象物に対する前記位相差と前記接合部面積との相関関係を示す位相差・接合部面積相関情報が記憶されている前記判定装置にて、入力された前記位相差と、前記位相差・接合部面積相関情報と、に基づいて、前記接合部面積を求める接合部面積演算ステップと、を有する、光学非破壊検査方法である。
【００１２】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る光学非破壊検査方法であって、前記位相差・接合部面積相関情報は、複数のサンプルまたは複数のシミュレーションに基づいて前記計測対象物に対して予め求めた、前記位相差に対する前記接合部面積の特性、または前記位相差に対する前記接合部面積を導出する回帰式、の少なくとも一方を含む、光学非破壊検査方法である。
【００１３】
次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る光学非破壊検査方法であって、前記接合部面積演算ステップにて求めた前記接合部面積が、予め設定された所定範囲内であるか否か、あるいは予め設定された所定面積以上であるか否か、を示す判定結果を出力する、判定結果出力ステップ、を有する、光学非破壊検査方法である。
【００１４】
次に、本発明の第４の発明は、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された前記第１部材と前記第２部材、である計測対象物における前記第１部材の表面に設定した計測点に加熱用レーザを照射して、前記加熱用レーザに関する情報と、前記計測点から取得される前記計測対象物の被加熱状態に関する情報と、に基づいて、前記接合界面の面積である接合部面積を求める、光学非破壊検査装置であって、前記計測点における強度が正弦波状に変化するように前記加熱用レーザを出射する、レーザ出力装置と、前記計測点に照射される前記加熱用レーザの強度であって正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度に基づいたレーザ強度検出信号を、位相差検出装置に出力する、レーザ強度検出手段と、前記計測点から放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する前記赤外線の強度に基づいた赤外線強度検出信号を、前記位相差検出装置に出力する、赤外線強度検出手段と、入力された正弦波状に変化する前記レーザ強度検出信号に基づいて正弦波状に変化する前記加熱用レーザの強度を計測し、入力された正弦波状に変化する前記赤外線強度検出信号に基づいて正弦波状に変化する前記赤外線の強度を計測し、計測した前記加熱用レーザの強度と、計測した前記赤外線の強度と、の位相差を求め、求めた前記位相差を判定装置に出力する前記位相差検出装置と、前記計測対象物に対する前記位相差と前記接合部面積との相関関係を示す位相差・接合部面積相関情報が記憶されており、入力された前記位相差と、前記位相差・接合部面積相関情報と、に基づいて、前記接合部面積を求める前記判定装置と、を有する、光学非破壊検査装置である。
【００１５】
次に、本発明の第５の発明は、上記第４の発明に係る光学非破壊検査装置であって、前記位相差・接合部面積相関情報には、複数のサンプルまたは複数のシミュレーションに基づいて前記計測対象物に対して予め求めた、前記位相差に対する前記接合部面積の特性である位相差・接合部面積特性、または前記位相差に対する前記接合部面積を導出する回帰式、の少なくとも一方が含まれている、光学非破壊検査装置である。
【００１６】
次に、本発明の第６の発明は、上記第５の発明に係る光学非破壊検査装置であって、前記判定装置は、記憶されている前記位相差・接合部面積特性または回帰式の少なくとも一方と、入力された前記位相差と、に基づいて、前記位相差を前記接合部面積に変換する変換手段を有している、光学非破壊検査装置である。
【００１７】
次に、本発明の第７の発明は、上記第４の発明〜第６の発明のいずれか１つに係る光学非破壊検査装置であって、前記判定装置は、求めた前記接合部面積が、予め設定された所定範囲内であるか否か、あるいは予め設定された所定面積以上であるか否か、を示す判定結果を出力する出力手段を有している、光学非破壊検査装置である。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、正弦波状に変化する加熱用レーザの強度と正弦波状に変化する赤外線の強度との位相差と、（計測対象物に対応させて）予め記憶されている位相差・接合部面積情報と、に基づいて接合部面積を求める。これにより、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材だけでなく、互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された第１部材と第２部材であっても、非破壊にて接合部面積を適切に求めることができる。
【００１９】
第２の発明によれば、計測対象物に応じた位相差・接合部面積情報を、具体的かつ適切に作成することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、接合部面積の値に応じて、接合状態の良否判定の結果を適切に出力することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、計測対象物に対する位相差・接合部面積相関情報を用いることで、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材だけでなく、互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された第１部材と第２部材であっても、非破壊にて接合部面積を適切に求めることができる光学非破壊検査装置を、適切に実現することができる。
【００２２】
第５の発明によれば、計測対象物に応じた位相差・接合部面積情報を、具体的かつ適切に作成することができる。
【００２３】
第６の発明によれば、判定装置に変換手段を設けることで、位相差から接合部面積を容易に得ることができる。
【００２４】
第７の発明によれば、接合部面積の値に応じて、接合状態の良否判定の結果を適切に出力することができるので、便利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】光学非破壊検査装置の全体構成の第１の実施の形態を説明する図である。
【図２】光学非破壊検査装置の全体構成の第２の実施の形態を説明する図である。
【図３】判定装置及び位相差検出装置の処理手順の例を説明するフローチャートである。
【図４】位相差検出装置に入力される照射光強度と赤外線強度の例と、測定された位相差の例を説明する図である。
【図５】接合部面積のみが異なるサンプルの例を説明する図である。
【図６】各サンプルの接合部面積（既知）と位相差（測定値）の例を説明する図である。
【図７】図６の例に基づいた、位相差・接合部面積相関情報の例を説明する図である。
【図８】判定結果の例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。以下に説明する第１の実施の形態の光学非破壊検査装置１、第２の実施の形態の光学非破壊検査装置１Ａは、いずれも、ハンダ５３にて互いに接合された第１部材５１と第２部材５２である計測対象物５０における第１部材５１の表面に設定した計測点ＳＰに、正弦波状に強度が変化する加熱用レーザを照射している。そして、加熱用レーザに関する情報と、計測点ＳＰから取得される計測対象物５０の被加熱状態（温度応答）に関する情報と、に基づいて、第１部材及び第２部材の接合界面の面積である接合部面積を求める。この場合の「接合界面」とは、第１部材５１とハンダ５３とが接合されている面状の領域、及び第２部材５２とハンダ５３とが接合されている面状の領域を指す。そして計測点から取得される温度応答は、面積が小さい方の接合界面の影響を大きく受ける。
【００２７】
なお、加熱用レーザに関する情報とは、計測点ＳＰに照射される加熱用レーザの強度であり、例えば図４の実線にて示すように、時間の経過に対して正弦波状に変化する加熱用レーザの強度である。また計測点ＳＰから取得される計測対象物５０の被加熱状態に関する情報とは、計測点ＳＰから放射される赤外線から検出した計測点ＳＰの温度応答であり、例えば図４の点線にて示すように、時間の経過に対して正弦波状に変化する計測点ＳＰの温度である。そして図４に示すように、正弦波状に変化する加熱用レーザの強度と、正弦波状に変化する計測点ＳＰの温度と、から位相差（δ）を求め、当該位相差に基づいて、接合部面積を求める。
【００２８】
●［第１の実施の形態の光学非破壊検査装置１の全体構成（図１）］
まず図１を用いて、第１の実施の形態における光学非破壊検査装置１の全体構成について説明する。第１の実施の形態の光学非破壊検査装置１は、レーザ光源（この場合、半導体レーザ光源２１）から出射されるレーザ光そのものの強度を正弦波状に変化させ、当該レーザ光の強度を直接的に検出するタイプの光学非破壊検査装置の例を示している。光学非破壊検査装置１は、レーザ出力装置２７、集光手段１０（図１、図２の例では、反射型対物レンズ）、レーザ強度検出手段４１、赤外線強度検出手段３１、位相差検出装置６０、判定装置７０等を有している。また、以下の説明では、第１部材５１が電子部品（例えばチップ型の素子）であり、第２部材５２がプリント基板であり、第１部材５１と第２部材５２とが、ハンダ５３（接合部材に相当）によって接合されている例で説明する。従って、第１部材５１の接合界面は、第１部材５１とハンダ５３との接合部の面であり、第２部材の接合界面は、第２部材５２とハンダ５３との接合部の面である。
【００２９】
レーザ出力装置２７は、例えば半導体レーザ光源２１と、コリメートレンズ２２と、変調信号出力手段２５と、を有している。変調信号出力手段２５は、例えばオシレータであり、判定装置７０からの制御信号に基づいて、電圧が所定周波数かつ所定振幅で正弦波状に変化する変調信号を発生させる。半導体レーザ光源２１は、強度を調整するための強度調整用入力を備えており、この強度調整用入力には、変調信号出力手段２５から変調信号が入力される。そして半導体レーザ光源２１は、変調信号出力手段２５からの変調信号に基づいて、強度が正弦波状に変化する加熱用レーザＬａを出射する。半導体レーザ光源２１から出射された加熱用レーザＬａは、コリメートレンズ２２にて平行光に変換されて加熱レーザ選択反射手段２３に達する。なお出射された加熱用レーザが平行光である場合は、コリメートレンズ２２を省略することができる。従って、計測点ＳＰに集光される加熱用レーザＬａの強度は正弦波状に変化し、その周波数は変調信号の周波数に同期する。なお、加熱用レーザの出力は、計測対象物５０を破壊することなく加熱できる出力に調整されている。
【００３０】
集光手段１０は、自身の光軸に沿って一方の側から（図１の例では上方から）入射された平行光を、焦点位置として第１部材５１の表面に設定した計測点ＳＰに向けて集光して他方の側から（図１の例では下方から）出射する。また集光手段１０は、（焦点位置である）計測点ＳＰから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、自身の光軸に沿った平行光である第１測定光Ｌ１１に変換して一方の側から出射する。なお集光手段１０は、光を透過させて屈折する集光レンズで構成することも可能であるが、異なる複数の波長の光を扱うので、色収差が発生する集光レンズではあまり好ましくない。そこで、（非球面）反射ミラー１０Ａ、１０Ｂにて集光手段を構成することで、色収差の発生を排除し、広い波長帯に対応させている。なお集光手段１０は、対物レンズが好ましい。
【００３１】
レーザ出力装置２７から出射される加熱用レーザＬａの光軸と、集光手段１０の光軸と、が交差する位置には、加熱レーザ選択反射手段２３が配置されている。例えば加熱レーザ選択反射手段２３は、加熱用レーザＬａの波長の光を反射し、加熱用レーザの波長以外の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。なお図１の例では、加熱レーザ選択反射手段２３は、加熱用レーザＬａの波長の光を、数［％］程度（例えば２％程度）透過する。そして加熱用レーザＬａが透過した先には、レーザ強度検出手段４１が配置されている。
【００３２】
レーザ強度検出手段４１は、例えば加熱用レーザの波長の光のエネルギーを検出可能なフォトセンサである。加熱レーザ選択反射手段２３を透過した加熱用レーザＬ４（正弦波状に強度が変化する加熱用レーザ）は、集光レンズ４２にて集光されてレーザ強度検出手段４１に入力される。そしてレーザ強度検出手段４１からの検出信号は、例えばセンサアンプにて増幅されて位相差検出装置６０に入力される。
【００３３】
集光手段１０にて平行光に変換された第１測定光Ｌ１１（計測点ＳＰにて反射した照射光と計測点ＳＰから放射された赤外線を含む測定光）には、計測点ＳＰから放射された所定波長の赤外線が含まれている。第１測定光Ｌ１１の先には、赤外線強度検出手段３１が配置されている。
【００３４】
赤外線強度検出手段３１は、例えば所定波長の赤外線のエネルギーを検出可能な赤外線センサである。第１測定光Ｌ１１に含まれている所定波長の赤外線（正弦波状に強度が変化する赤外線）は、集光レンズ３２にて集光されて赤外線強度検出手段３１に入力される。そして赤外線強度検出手段３１からの検出信号は、例えばセンサアンプにて増幅されて位相差検出装置６０に入力される。
【００３５】
位相差検出装置６０は、例えばロックインアンプであり、レーザ強度検出手段４１からの正弦波状に強度が変化する検出信号（正弦波状検出信号（レーザ））と、赤外線強度検出手段３１からの正弦波状に強度が変化する検出信号（正弦波状検出信号（赤外線））と、が入力される。そして位相差検出装置６０は、正弦波状検出信号（レーザ）と正弦波状検出信号（赤外線）との位相差を測定し、測定した位相差を判定装置７０に出力する。なお、レーザ強度検出手段４１からの検出信号は、計測点ＳＰに照射される加熱用レーザＬａである照射光の強度であって正弦波状に変化する照射光の強度に応じた信号である。また、赤外線強度検出手段３１からの検出信号は、計測点ＳＰから放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する赤外線の強度に応じた信号である。そして上記の位相差には、接合界面の面積に関する情報が含まれている。
【００３６】
判定装置７０は、例えばパーソナルコンピュータであり、レーザ出力装置２７に制御信号を出力し、位相差検出装置６０から位相差を取り込む。そして判定装置７０は、後述するように、取り込んだ位相差と、記憶している（計測対象物に対する）位相差・接合部面積相関情報と、に基づいて、接合界面の面積である接合部面積を求める。なお、位相差・接合部面積相関情報の詳細、及び接合部面積を求める手順については後述する。
【００３７】
なお、例えば工場等の施設に光学非破壊検査装置１を設ける場合、施設内の通信回線８０（例えば施設内ＬＡＮ）に、判定装置７０を接続して、（計測対象物に対する）位相差・接合部面積相関情報（図７参照）を、通信回線８０に接続された配信装置８１（配信サーバ）から配信すると便利である。光学非破壊検査装置１の判定装置７０は、通信回線８０を介して、位相差・接合部面積相関情報を受信して記憶する。特に、施設内に複数の光学非破壊検査装置１を設けた場合、１台ずつ位相差・接合部面積相関情報を記憶させる場合と比較して、手間無く容易に複数の光学非破壊検査装置１に、位相差・接合部面積相関情報を受信させて記憶させることができるので、便利である。
【００３８】
●［第２の実施の形態の光学非破壊検査装置１Ａの全体構成（図２）］
次に図２を用いて、第２の実施の形態における光学非破壊検査装置１Ａの全体構成について説明する。第２の実施の形態の光学非破壊検査装置１Ａは、レーザ光源２１Ａから出射されるレーザ光そのものの強度を変化させるのではなく、出射されたレーザ光を種々の角度で屈折させてピンホールＰＨを通過するレーザ光を増減させ、計測点ＳＰにて反射したレーザ光の強度を検出するタイプの光学非破壊検査装置の例を示している。第２の実施の形態の光学非破壊検査装置１Ａは、第１の実施の形態の光学非破壊検査装置１に対して、レーザ出力装置２７がレーザ出力装置２７Ａに変更されて加熱用レーザＬａが線状である点と、加熱レーザ選択反射手段２３が省略されている点と、反射光選択反射手段４３が追加されている点が異なる。以下、これらの相違点について主に説明する。相違点以外の構成については、第１の実施の形態にて説明したとおりであるので、説明を省略する。なお図２の例では、説明上、計測対象物５０（ハンダ５３にて接合された第１部材５１と第２部材５２）への入射光である加熱用レーザＬａの入射角度と、加熱用レーザＬａの反射光の反射角度（光軸Ｘの角度）と、に合わせて計測対象物５０の傾斜角度を設定している例を示している。
【００３９】
レーザ出力装置２７Ａは、例えば線状の加熱用レーザＬａを出射するレーザ光源２１Ａと、音響光学変調器２４と、変調信号出力手段２５と、を有しており、計測点ＳＰに照射された加熱用レーザＬａの強度が正弦波状に変化するように、判定装置７０からの制御信号に基づいて、加熱用レーザＬａを出射する。変調信号出力手段２５は、例えばオシレータであり、判定装置７０からの制御信号に基づいて、電圧が所定周波数かつ所定振幅で正弦波状に変化する変調信号を発生させる。レーザ光源２１Ａから出射された線状の加熱用レーザＬａは、音響光学変調器２４に入力され、後述するように音響光学変調器２４によって回折（屈折）される。音響光学変調器２４は、光変調器（ＥＯＭ）デバイスや、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを含む。例えば光変調器デバイスは、圧電結晶中に光を透過させるとき、変調信号出力手段２５からの変調信号に基づいて電界や超音波を印加して圧電効果を生じさせ、圧電結晶中の屈折率を変化させる。そして屈折された加熱用レーザは、回折光として取り出される。そして音響光学変調器２４から出射された加熱用レーザＬａは、上記のとおり微細な屈折角度で周期的に屈折されており、レーザ遮光部材に設けられたピンホールＰＨを通過した後、対物レンズＬＴにて計測点ＳＰに集光されている。つまり、加熱用レーザＬａが種々の屈折角度で周期的に屈折しながらピンホールＰＨを通過する際、ピンホールＰＨを通過する加熱用レーザＬａの量が周期的に変化する。結果として計測点ＳＰに照射された加熱用レーザＬａの強度は正弦波状に変化し、その周波数は変調信号の周波数に同期する。なお、加熱用レーザの出力は、計測対象物を破壊することなく加熱できる出力に調整されている。
【００４０】
第１測定光Ｌ１１（計測点ＳＰにて反射した照射光と計測点ＳＰから放射された赤外線を含む測定光）の光路中のいずれかの位置には、反射光選択反射手段４３が配置されている。例えば反射光選択反射手段４３は、加熱用レーザＬａが計測点ＳＰにて反射した反射光の波長（すなわち加熱用レーザの波長）の光を反射し、反射光の波長以外の光を透過するダイクロイックミラーである。そして反射光選択反射手段４３が反射した反射光Ｌ５の先には、集光レンズ４２及びレーザ強度検出手段４１が配置されている。なお、集光レンズ４２及びレーザ強度検出手段４１については、第１の実施の形態にて説明したとおりであるので、説明を省略する。
【００４１】
●［判定装置７０及び位相差検出装置６０の処理手順（図３、図４）］
次に図３に示すフローチャートを用いて、判定装置７０及び位相差検出装置６０の処理手順の例について説明する。判定装置７０及び位相差検出装置６０の処理手順を含め、以降の説明は、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態にて、共通である。例えば作業者が判定装置７０を起動すると、位相差検出装置６０が連動して起動され、判定装置７０はステップＳ１５へと処理を進め、位相差検出装置６０はステップＳ１４０へと処理を進める。
【００４２】
まず、判定装置７０におけるステップＳ１５〜ステップＳ３５の処理手順について説明する。ステップＳ１５にて判定装置７０は、受信データ（通信回線８０を介して受信するデータ）があるか否かを判定し、受信データがある場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２０に進み、受信データが無い場合（Ｎｏ）はステップＳ３０に進む。
【００４３】
ステップＳ２０に進んだ場合、判定装置７０は、通信回線８０を介してデータを受信し、ステップＳ２５に進む。そしてステップＳ２５にて判定装置７０は、受信が終了したか否かを判定し、受信が終了した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ３０に進み、受信が終了していない場合（Ｎｏ）はステップＳ２０に戻る。
【００４４】
判定装置７０が受信するデータは、図１及び図２に示す配信装置８１から配信される位相差・接合部面積相関情報であり、図７に位相差・接合部面積相関情報の例を示す。例えば位相差・接合部面積相関情報には、製品品番（計測対象物に相当）、位相差・接合部面積特性グラフ（図７のグラフ）、回帰式ｆ（δ）（図７のグラフから求めた回帰式）、最小許容面積、最大許容面積、等が含まれている。例えば配信装置８１は、所定のタイミング（施設内で検査する計測対象物の製品品番が変わる毎、位相差・接合部面積相関情報の内容が変更される毎、等）で位相差・接合部面積相関情報の配信を行い、判定装置７０は、通信回線８０を介して配信装置８１から位相差・接合部面積相関情報を受信し、受信した位相差・接合部面積相関情報を、製品品番に対応させて記憶する。
【００４５】
計測対象物は、第１部材の材質、第１部材のサイズ、第２部材の材質、第２部材のサイズ、第１部材と第２部材との間の接合部材の有無、等に応じて複数あるので、「製品品番」で計測対象物が区別されている。そして当該「製品品番」に応じて、位相差・接合部面積特性グラフ、回帰式ｆ（δ）、最小許容面積、最大許容面積、等が対応付けられているが、これらの詳細については後述する。
【００４６】
なお、最小許容面積は、本フローチャートにて最終的に算出された接合部面積において、正常と判定するべき面積の最小値を示している。また最大許容面積は、本フローチャートにて最終的に算出された接合部面積において、正常と判定するべき面積の最大値を示している。すなわち、判定装置７０は、算出された接合部面積が、最小許容面積以上かつ最大許容面積以下である場合、第１部材と第２部材の接合状態は正常であると判定し、算出された接合部面積が、最小許容面積よりも小さい場合、または最大許容面積よりも大きい場合、第１部材と第２部材の接合状態は異常であると判定する。なお接合部面積の最大値の判定を行わず、算出した接合部面積が、最小許容面積以上である場合に正常と判定するようにしてもよい。
【００４７】
ステップＳ３０に進んだ場合、判定装置７０は、作業者からの計測指示の有無を判定し、計測指示がある場合（Ｙｅｓ）はステップＳ３５に進み、計測指示が無い場合（Ｎｏ）はステップＳ３０に戻る。なお、計測指示には「製品品番」の入力が含まれており、作業者は、キーボードやバーコードリーダ（計測対象物に製品品番に対応するバーコードが付与されている場合）等から製品品番を入力する。
【００４８】
ステップＳ３５に進んだ場合、判定装置７０は、レーザ出力装置２７（またはレーザ出力装置２７Ａ）に向けて制御信号を出力する。レーザ出力装置２７（またはレーザ出力装置２７Ａ）は、入力された制御信号に基づいて、計測点ＳＰに照射された加熱用レーザの強度が（所定周波数の）正弦波状に変化するように加熱用レーザを出射する。そして判定装置７０は、ステップＳ３５の処理を終えると、ステップＳ６０にて、位相差検出装置６０からの位相差の入力を待つ。このステップＳ３５の処理は、計測点ＳＰにおける強度が正弦波状に変化するように加熱用レーザを出射するレーザ出射ステップに相当する。
【００４９】
次に、位相差検出装置６０におけるステップＳ１４０〜ステップＳ１５５の処理手順について説明する。ステップＳ１４０にて、位相差検出装置６０は、レーザ強度検出手段４１からの検出信号の入力の有無（照射光（図１参照）または反射光（図２参照）である加熱用レーザの有無）を判定し、検出信号（加熱用レーザ）の入力が有る場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１４５に進み、検出信号（加熱用レーザ）の入力が無い場合（Ｎｏ）はステップＳ１４０に戻る。
【００５０】
ステップＳ１４５に進んだ場合、位相差検出装置６０は、赤外線強度検出手段３１からの検出信号に基づいた温度応答の有無を判定し、温度応答が有る場合（Ｙｅｓ）はステップＳ１５０に進み、温度応答が無い場合（Ｎｏ）はステップＳ１４５に戻る。なお、所定波長の赤外線の入力の有無で判定してもよい。
【００５１】
ステップＳ１５０に進んだ場合、位相差検出装置６０は、レーザ強度検出手段４１からの検出信号に基づいて、強度が（所定周波数の）正弦波状に変化する照射光（図１の構成の場合）または反射光（図２の構成の場合）を計測する。なお図４中の実線にて、計測された照射光（または反射光）の例を示す。また位相差検出装置６０は、赤外線強度検出手段３１からの検出信号に基づいて、強度が正弦波状に変化する赤外線を計測する。なお図４中の点線にて、計測された赤外線の例を示す。そして位相差検出装置６０は、計測した（正弦波状に強度が変化する）照射光（または反射光）と、計測した（正弦波状に強度が変化する）赤外線と、の位相差δ（図４参照）を計測してステップＳ１５５に進む。
【００５２】
このステップＳ１５０の処理は、計測点ＳＰにて反射された加熱用レーザの反射光の強度であって（所定周波数の）正弦波状に変化する反射光の強度、または計測点ＳＰに照射される加熱用レーザである照射光の強度であって（所定周波数の）正弦波状に変化する照射光の強度、を計測するレーザ強度計測ステップを含む。またステップＳ１５０の処理は、計測点ＳＰから放射された赤外線の強度であって正弦波状に変化する赤外線の強度を計測する赤外線強度計測ステップを含む。またステップＳ１５０の処理は、計測された正弦波状に変化する加熱用レーザ（反射光または照射光）の強度と、計測された正弦波状に変化する赤外線の強度と、の位相差を求め、求めた位相差を判定装置に出力する位相差計測ステップを含む。
【００５３】
ステップＳ１５５にて位相差検出装置６０は、計測した位相差δを判定装置７０に向けて出力し、ステップＳ１４０に戻る。
【００５４】
次に、判定装置７０におけるステップＳ６０〜ステップＳ８０の処理手順について説明する。ステップＳ６０にて判定装置７０は、位相差検出装置６０からの位相差の入力の有無を判定し、位相差の入力が有る場合（Ｙｅｓ）はステップＳ６５に進み、位相差の入力が無い場合（Ｎｏ）はステップＳ６０に戻る。
【００５５】
ステップＳ６５に進んだ場合、判定装置７０は、位相差を取り込み、レーザ出力装置２７（またはレーザ出力装置２７Ａ）に制御信号を出力し、レーザ出力装置２７（またはレーザ出力装置２７Ａ）からの加熱用レーザの出射を停止させてステップＳ７０に進む。
【００５６】
ステップＳ７０にて判定装置７０は、取り込んだ位相差と、自身あるいは外部の記憶装置に記憶している（計測対象物に対する）位相差・接合部面積相関情報（位相差と接合部面積との相関関係を示す情報）と、に基づいて、接合部面積を求め、ステップＳ８０に進む。なお、位相差・接合部面積相関情報の詳細、及び接合部面積の求め方の詳細については後述する。なおステップＳ７０の処理は、位相差と、（計測対象物に対する）位相差・接合部面積相関情報と、に基づいて接合部面積を求める、接合部面積演算ステップに相当する。このように、判定装置７０は、位相差と、位相差・接合部面積相関情報（後述するように、位相差・接合部面積特性または回帰式の少なくとも一方）と、に基づいて、位相差を接合部面積に変換する変換手段（変換部）を有している。
【００５７】
ステップＳ８０にて判定装置７０は、ステップＳ７０にて求めた接合部面積に応じて、第１部材と第２部材との接合状態が正常または異常であることを示す判定結果を出力（図８参照）して処理を終了する。例えば判定装置７０は、求めた接合部面積が、最小許容面積から最大許容面積までの所定範囲内である場合に正常と判定する。あるいは判定装置７０は、求めた接合部面積が、最小許容面積以上である場合に正常と判定する。なおステップＳ８０の処理は、求めた接合部面積が、予め設定された所定範囲内であるか否か、あるいは予め設定された所定面積以上であるか否か、を示す判定結果を出力する、判定結果出力ステップに相当する。このように、判定装置７０は、求めた接合部面積が、予め設定された所定範囲内であるか否か、あるいは予め設定された所定面積以上であるか否か、を示す判定結果を出力する、出力手段（出力部）を有している。なお、判定結果の出力の詳細については後述する。
【００５８】
●［位相差・接合部面積相関情報の作成方法と、接合部面積の求め方（図５〜図７）］
次に、位相差・接合部面積相関情報の作成方法の例について説明する。図５に示すように、特定の製品品番（例えば製品品番：Ａ）である計測対象物に対して、第１部材５１と第２部材５２との接合部面積の大きさのみが異なる複数のサンプルを用意する。図５の例では、４個のサンプル（サンプル１〜サンプル４）を用意しており、それぞれの接合部面積（Ｓ１〜Ｓ４）は、予めわかっているものとする。そして、各サンプルを、図１または図２に示す光学非破壊検査装置にかけて、位相差（δ）を計測する。例えば、接合部面積がＳ１のサンプル１の位相差がδ１であり、接合部面積がＳ２のサンプル２の位相差がδ２であり、接合部面積がＳ３のサンプル３の位相差がδ３であり、接合部面積がＳ４のサンプル４の位相差がδ４であったとする。このようにして、第１部材５１と第２部材５２との接合部面積の大きさのみが異なる複数のサンプルを用いて、図６に示すように、（製品品番：Ａに対する）サンプル計測結果特性を得ることができる。なお、複数のサンプルを用意してサンプル計測結果特性を得る代わりに、複数のシミュレーションに基づいて、図６に示すサンプル計測結果特性と同等の特性を得るようにしてもよい。
【００５９】
そして、得られたサンプル計測結果特性（またはシミュレーションにて得られた特性）から、図７に示すように、（製品品番：Ａに対する）位相差・接合部面積特性を得ることができる。また、この（製品品番：Ａに対する）位相差・接合部面積特性から、位相差（δ）に対する接合部面積（Ｓ）を導出する回帰式ｆ（δ）を求めることもできる。なお、位相差・接合部面積特性は、図７に示すようなグラフ形式であってもよいし、種々の値の位相差に対する接合部面積を示すルックアップテーブルの形式等であってもよい。そして判定装置に記憶されている位相差・接合部面積相関情報は、上記の位相差・接合部面積特性または回帰式、の少なくとも一方を含む。これにより、判定装置は、計測対象物に応じた位相差・接合部面積特性または計測対象物に応じた回帰式、の少なくとも一方を用いて、位相差から接合部面積を求めることができる。この方法であれば、第１部材と第２部材とが溶接等で直接接合されている計測対象物の場合、第１部材と第２部材とがハンダ等の接合部材を挟んで接合されている計測対象物の場合、第１部材や第２部材が単一の物質でない場合、など、種々の計測対象物に対して、より正確に、かつ容易に、接合部面積を求めることができる。なお、求めた接合部面積の良否判定については、例えば図７に示すように、最小許容面積Ｓ３と最大許容面積Ｓ４を設定して最小許容面積Ｓ３から最大許容面積Ｓ４である所定面積範囲Ａ１内を正常と判定するようにしてもよいし、最小許容面積Ｓ３を設定して最小許容面積Ｓ３以上の範囲Ａ２を正常と判定するようにしてもよい。あるいは、接合部面積に換算することなく、最小許容面積Ｓ３に対応する位相差δ３以下、かつ最大許容面積Ｓ４に対応する位相差δ４以上の位相差である場合に正常、あるいは最小許容面積Ｓ３に対応する位相差δ３以下の位相差である場合に正常、と判定するようにしてもよい。
【００６０】
●［判定結果の出力（図８）］
また図８に、判定装置７０の表示手段（モニタ等）に、求めた接合部面積Ｓを含む判定結果情報７０Ｇを表示した例を示す。この場合、判定装置７０に記憶されている位相差・接合部面積相関情報には、製品品番、位相差・接合部面積特性または回帰式の少なくとも一方、最小許容面積、最大許容面積、が含まれている。図８中における最小許容面積は、判定装置７０が記憶している位相差・接合部面積相関情報と、ステップＳ３０にて入力された製品品番にて特定された最小許容面積である。また図８中における最大許容面積は、判定装置７０が記憶している位相差・接合部面積相関情報と、ステップＳ３０にて入力された製品品番にて特定された最大許容面積である。判定装置７０は、算出した接合部面積Ｓが、最小許容面積以上かつ最大許容面積以下以下である場合、接合状態は「正常」であると判定し、最小許容面積よりも小さいまたは最大許容面積よりも大きい場合、接合状態は「異常」であると判定する。図８の例は、「正常」と判定した場合の例を示している。作業者は、判定結果情報７０Ｇを見ることで、計測対象物の接合状態が、正常であるか異常であるかを、容易に知ることができる。
【００６１】
なお、主にデジタル値を扱うソフトウェアを用いた上記の例の他にも、種々の方法で判定結果を出力することができる。例えば、アナログ値を扱うハードウェアの電圧比較器を用いて、最小許容面積に相当する電圧と、求めた接合部面積に相当する電圧と、を入力し、「最小許容面積に相当する電圧」≦「求めた接合部面積に相当する電圧」である場合に、電圧比較器からＯＮ信号を出力させて正常ランプの点灯や、正常チャイム等の音声の出力をさせるようにしてもよい。このように、判定結果を出力する出力手段（出力部）は、ソフトウェア、ハードウェア、デジタル、アナログ等にかかわらず、種々の構成とすることができる。
【００６２】
以上、本発明の光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法は、接合界面にて互いに接合された第１部材と第２部材、あるいは互いの接合界面にて接合部材を挟んで互いに接合された第１部材と第２部材、である計測対象物において、非破壊にて接合部面積を求めることができる。
【００６３】
上記のとおり、本発明の光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法は、赤外線と反射光（または照射光）との位相差を用いる。従って、計測点ＳＰから放射される赤外線による絶対温度（絶対強度）を求める必要がなく、正弦波状に変化する赤外線の強度（赤外線の強度の変化による正弦波状の波形（振幅の精度は不要））を検出できればよい。同様に、計測点ＳＰにて反射される反射光（またはレーザ出力装置からの照射光）の絶対強度を求める必要がなく、正弦波状に変化する反射光（または照射光）の強度（反射光または照射光の強度の変化による正弦波状の波形（振幅の精度は不要））を検出できればよい。従って、計測点ＳＰの表面の状態の影響を受けることなく、高い精度で接合部面積を求めることができる。従って、外乱の影響による誤差の発生を低減できるので、高い精度で接合界部面積を求めることができる。また、複数のサンプルあるいは複数のシミュレーションにて求めた計測対象物に対する位相差・接合部面積相関情報を用いることで、第１部材と第２部材とが溶接等で直接接合されている計測対象物の場合、第１部材と第２部材とがハンダ等の接合部材を挟んで接合されている計測対象物の場合、第１部材や第２部材が単一の物質でない場合、など、種々の計測対象物に対して、より正確に、かつ容易に、接合部面積を求めることができる。
【００６４】
本発明の光学非破壊検査装置の構成、外観等、及び光学非破壊検査方法の処理手順等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
【００６５】
本実施の形態の説明では、第１部材が電子部品、第２部材がプリント基板、ハンダ（接合部材）で接合、の例を説明したが、第１部材が半導体で用いるボンディングワイヤ、第２部材が半導体のチップフレーム、超音波圧着でボンディングワイヤをチップフレームに接合、等、種々の計測対象物に適用することができる。つまり、第１部材の材質、第２部材の材質、接合部材の有無及び接合方法、等に限定されず、種々の計測対象物の接合部面積を求める際に利用することができる。
【００６６】
加熱用レーザには、赤外線レーザや紫外線レーザや可視光レーザ等、種々のレーザを用いることができる。
【００６７】
本実施の形態の説明では、位相差検出装置６０と判定装置７０とを別々の装置で構成した例を説明したが、位相差検出装置と判定装置とを一体化した装置としてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１、１Ａ    光学非破壊検査装置
１０        集光手段（対物レンズ）
２１        半導体レーザ光源
２１Ａ      レーザ光源
２２        コリメートレンズ
２３        加熱レーザ選択反射手段
２４        音響光学変調器
２５        変調信号出力手段
２７、２７Ａ    レーザ出力装置
３１        赤外線強度検出手段
３２、４２  集光レンズ
４１        レーザ強度検出手段
４３        反射光選択反射手段
５０        計測対象物
５１        第１部材
５２        第２部材
５３        ハンダ（接合部材）
６０        位相差検出装置
７０        判定装置
８０        通信回線
８１        配信装置
Ｌａ        加熱用レーザ
Ｓ、Ｓ１〜Ｓ４    接合部面積
ＳＰ        計測点
δ          位相差
【図１】
0006604210.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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