(57)【要約】【課題】本発明は、被検査体を水等の液体音響媒体に触れさせないことに加えて、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーを液体音響媒体に没入した場合と比較してより高強度、高周波数にした状態で被検査体内部を鮮明に映像化する方法を提供するものに関する。【解決手段】液体音響媒体を介して被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化し得るようにした液体音響媒体式超音波映像方法において、液体音響媒体と被検査体との間に固体薄層音響媒体を挿入し、前記固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させることによって、被検査体を液体音響媒体に触れさせることなく、液体音響媒体から被検査体への超音波透過率を固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して変化させることで被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーを高強度、高周波数にした状態で被検査体の内部を映像化することを特徴とする固体薄層挿入式超音波映像方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体音響媒体を介して被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化し得るようにした液体音響媒体式超音波映像方法において、液体音響媒体と被検査体との間に固体薄層音響媒体を挿入し、前記固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させることによって、被検査体を液体音響媒体に触れさせることなく、液体音響媒体から被検査体への超音波透過率を固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して変化させたあるいは同一にしたうえ被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化することを特徴とする固体薄層挿入式超音波映像方法。
【請求項２】
水を液体音響媒体となして被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化する水浸式超音波映像方法において、水と被検査体との間に固体薄層音響媒体を挿入し、前記固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させることによって、被検査体を水に触れさせることなく、水から被検査体への超音波透過率を固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して向上させたうえ被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化することを特徴とする固体薄層挿入式超音波映像方法。
【請求項３】
被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの強度が固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して増幅し得る物性及び厚みを有する固体薄層音響媒体を液体音響媒体と被検査体との間に挿入して被検査体内部を映像化し、その内部映像の鮮明さを固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して向上させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体薄層挿入式超音波映像方法。
【請求項４】
被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの中心周波数が固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して高周波数側へ変化し得る物性および厚みを有する固体薄層音響媒体を液体音響媒体と被検査体との間に挿入して被検査体内部を映像化し、その内部映像の鮮明さを固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して向上させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体薄層挿入式超音波映像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査体を水等の液体音響媒体に触れさせないことに加えて、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーを液体音響媒体への没入時と比較して高強度、高周波数にした状態で被検査体内部を鮮明に映像化する方法を提供するものに関する。本発明は特に水分吸収を嫌うことに加えて、高分解能が要求される電子デバイス製品、複合材料、およびセラミクス材料等の非破壊検査に好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子デバイス製品等の被検査体内部を可視化する手法として、被検査体を水等の液体音響媒体に没入させたうえ、超音波探触子を走査して被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーを収録する水浸式超音波映像方法が知られている。
【０００３】
当該水浸式超音波映像方法は、被検査体内部の剥離等、それ自体が体積を有しない面状欠陥の検出法として、現状において最も高分解能かつ鮮明な内部映像を得ることのできる可視化手法である。しかしながら同手法は被検査体を水没させる必要があり水分吸収を嫌う被検査体に対してはその適用が制限されていた。
【０００４】
また、電子デバイス製品の小型化、高密度実装化に伴い、より鮮明な内部映像が求められるようになってきており、現状において最も鮮明な内部映像を得ることのできる水浸式超音波映像方法でも満足な内部映像が得られない被検査体が出現してきている。これは被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの微弱化に伴い内部映像のＳＮ比が低下したり、また反射エコーの低周波数化に伴い内部映像の分解能が低下してしまうためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、従来の水浸式超音波映像方法は被検査体を水没させる必要があることに加え、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの微弱化、低周波数化によって、要求される鮮明さを満足する内部映像を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明は、当該水浸式超音波映像方法における被検査体の水没、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの微弱化、低周波数化という技術課題を克服すべく、鋭意研究した。その結果、液体音響媒体式超音波映像方法において、液体音響媒体と被検査体との間に固体薄層音響媒体を介し、超音波伝達時のいかなる場合においても固体薄層音響媒体が被検査体表面から離れないように密着させることによって、被検査体を水等の液体音響媒体中に没入させなくても被検査体内部を映像化できること、その際、固体薄層音響媒体の挿入により液体音響媒体から被検査体への超音波透過率が変化する物理現象をうまく利用することにより、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーを増幅したり、高周波数側へ変調し得るとの技術知見を得た。本発明者らは、これらの技術知見に基づき、液体音響媒体と被検査体との間へ固体薄層音響媒体を挿入することにより、被検査体を液体音響媒体に触れさせることなく、液体音響媒体式超音波映像方法以上の、若しくはそれと同等の鮮明な内部映像を得ることのできる超音波映像方法を実現したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
特許を受けようとする第１発明は、液体音響媒体を介して被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化し得るようにした液体音響媒体式超音波映像方法において、液体音響媒体と被検査体との間に固体薄層音響媒体を挿入し、前記固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させることによって、被検査体を液体音響媒体に触れさせることなく、液体音響媒体から被検査体への超音波透過率を固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して変化させたあるいは同一にしたうえ被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化することを特徴とする固体薄層挿入式超音波映像方法である。
【０００８】
当該第１発明は、ドライ方式の超音波映像方法であるが、その主要な特徴は、超音波の音響媒体として液体音響媒体と固体薄層音響媒体とを介在させた点にある。その際、被検査体表面と前記固体薄層音響媒体とを密着させることによって、被検査体が液体音響媒体に触れることがなくても、超音波が被検査体内に伝達し、内部を映像化できるようにした点が肝要である。また液体音響媒体から被検査体への超音波透過率を固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して変化させたあるいは同一にしたうえ内部を映像化することで、このような被検査体のドライ環境下においても、水浸式超音波映像方法以上の、若しくはそれと同等の鮮明な映像化が可能になった。当該超音波映像方法は電子デバイス製品、複合材料、およびセラミクス材料等、水などの液体音響媒体に触れることが禁止されている被検査体の非破壊検査に好適である。
【０００９】
特許を受けようとする第２発明は、水を液体音響媒体となして被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化する水浸式超音波映像方法において、水と被検査体との間に固体薄層音響媒体を挿入し、前記固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させることによって、被検査体を水に触れさせることなく、水から被検査体への超音波透過率を固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して向上させたうえ被検査体に超音波を伝達し、その反射エコーに基づいて被検査体の内部を映像化することを特徴とする固体薄層挿入式超音波映像方法である。
【００１０】
当該第２発明は、液体音響媒体として水を用いた態様の発明である。従来の水浸式超音波映像方法の欠点を解消し、被検査体を水に触れさせたり、水没させなくとも超音波により被検査体の内部を映像化できるようにした。しかも、水から被検査体への超音波透過率を水浸式超音波映像方法の場合より向上させることでより鮮明に被検査体の内部を映像化できるようにしたものである。
【００１１】
特許を受けようとする第３発明は、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの強度が固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して増幅し得る物性及び厚みを有する固体薄層音響媒体を液体音響媒体と被検査体との間に挿入して被検査体内部を映像化し、その内部映像の鮮明さを固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して向上させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体薄層挿入式超音波映像方法である。
【００１２】
第３発明は、固体薄層音響媒体には、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの強度を増幅し得る物性および厚みを有するものがあり、この物性および厚みに着目して、当該固体薄層音響媒体を液体音響媒体と被検査体との間に挿入して被検査体内部を映像化することで液体音響媒体への没入時と比較してＳＮ比が向上し、より鮮明に被検査体内部を映像化できるようにした固体薄層挿入式超音波映像方法を具現化したものである。
【００１３】
特許を受けようとする第４発明は、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの中心周波数が固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して高周波数側へ変化し得る物性および厚みを有する固体薄層音響媒体を液体音響媒体と被検査体との間に挿入して被検査体内部を映像化し、その内部映像の鮮明さを固体薄層音響媒体を挿入しない場合と比較して向上させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体薄層挿入式超音波映像方法である。
【００１４】
第４発明は、固体薄層音響媒体には、被検査体内部の映像化する界面からの反射エコーの中心周波数が高周波数側へ変化し得る物性および厚みを有するものがあり、この物性および厚みに着目して、当該固体薄層音響媒体を液体音響媒体と被検査体との間に挿入して被検査体内部を映像化することで液体音響媒体への没入時と比較して分解能が向上し、より鮮明に被検査体内部を映像化できるようにした固体薄層挿入式超音波映像方法を具現化したものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の方法により、被検査体を水その他の液体音響媒体に触れさせることなく被検査体内部を映像化できるようになった。
【００１６】
また本発明は、液体音響媒体と被検査体との間に介在させた固体薄層音響媒体を被検査体表面と密着させることで、液体音響媒体から被検査体への超音波透過率が変化する物理現象を利用し、被検査体を液体音響媒体へ没入させた場合と比較してより高強度、高周波数な被検査体内部からの反射エコーを得ることができるようになった。その結果、従来の水浸超音波映像方法や液体音響媒体式超音波映像方法よりも鮮明な内部映像を得ることができるようになった。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明にかかる固体薄層挿入式超音波映像方法の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。図１は、固体薄層挿入式超音波映像方法の構成例を示す説明図である。本実施例の被検査体４として外形寸法４．７ｍｍ×３．５ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのシリコンチップをエポキシ樹脂に埋め込み、シリコンとエポキシ樹脂との界面を映像化する対象界面４ｂとした。液体音響媒体１として水を、固体薄層音響媒体２としてポリ塩化ビニリデン製の厚さ９μｍの固体薄層を用いた。また超音波伝達時のいかなる場合においても固体薄層音響媒体２が被検査体表面４ａから離れないよう固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させる手段３として固体薄層音響媒体２と被検査体表面４ａとの間を減圧し、固体薄層音響媒体２と被検査体表面４ａとの界面に約０．１ＭＰａの圧力を作用させるようにした。この状態で公称周波数５０ＭＨzの超音波探触子５ａを用いて水中から被検査体４に向けて超音波を発信５ｂし、液体音響媒体である水１からポリ塩化ビニリデン製の固体薄層音響媒体２を介して被検査体４内に超音波を伝達し、映像化する対象界面４ｂであるシリコンチップとエポキシ樹脂との界面から反射エコー５ｃの振幅スペクトルを収録した。
【００１８】
図２は、第１実施例の反射エコー５ｃの振幅スペクトルを実線で示し、同様の被検査体４を液体音響媒体である水に没入させた状態で実施する水浸式超音波映像方法により公称周波数５０ＭＨzの超音波探触子５ａを用いて得られた反射エコーの振幅スペクトルを点線（比較例１）で示す。図２より、本発明にかかる固体薄層挿入式超音波映像方法により得られた反射エコー５ｃの振幅スペクトルが水浸式超音波映像方法により得られた反射エコーの振幅スペクトルを上回っており、エコー増幅が実現されたことがわかる。また本発明にかかる固体薄層挿入式超音波映像方法により得られた振幅スペクトルの中心周波数が水浸式超音波映像方法により得られた振幅スペクトルの中心周波数より高く、高周波数側へエコー変調が実現されたことがわかる。
【実施例２】
【００１９】
実施例２の被検査体４は、図３に示すように被検査体表面４ａがシリコンの電子パッケージである。その外形寸法は、４．７ｍｍ（Ｘ方向）×３．５ｍｍ（Ｙ方向）×１ｍｍ（Ｚ方向）であり、被検査体４の裏面には０．５ｍｍの間隔で４８個の銅支柱４ｃが配列されている。また、４７個の銅支柱４ｃには直径０．３５ｍｍのはんだボール４ｄが接合されており、映像化する対象界面４ｂは銅支柱４ｃとはんだボール４ｄとの接合界面である。
【００２０】
図１に示す固体薄層挿入式超音波映像方法において、液体音響媒体１として水、固体薄層音響媒体２としてポリ塩化ビニリデン製の厚さ９μｍの固体薄層を用いた。また超音波伝達時のいかなる場合においても固体薄層媒体２が被検査体表面４ａから離れないようにするため、固体薄層音響媒体２と被検査体表面４ａとの間を減圧し、固体薄層音響媒体２と被検査体表面４ａとの界面に約０．１ＭＰａの圧力を作用させるようにした。この状態で図示しない超音波探触子移動手段により公称周波数５０ＭＨｚの超音波探触子５ａを走査して得られたＹ方向の反射エコー５ｃの振幅分布（実施例２）を図４に実線で示し、同様にして水浸式超音波映像方法により得られた反射エコーの振幅分布（比較例２）を図４に点線で示す。
【００２１】
当該図４より、水浸式超音波映像方法により得られた反射エコーの振幅分布では、はんだボール４ｄが接合されている箇所と接合されていない箇所（図中矢印）での振幅のピーク値が同程度であるため両者を見分けることが困難である。これに対し、本発明にかかる固体薄層挿入式超音波映像方法により得られた反射エコー５ｃの振幅分布では、高周波数側へのエコー変調により分解能が向上したことで、はんだボール４ｄが接合されている箇所と接合されていない箇所とを振幅のピーク値の差異として明瞭に見分けることができる。
【実施例３】
【００２２】
実施例３の被検査体４は実験例２と同一の電子パッケージであり、映像化する対象界面４ｂは銅支柱４ｃとはんだボール４ｄとの接合界面である。図１に示す固体薄層挿入式超音波映像方法において、液体音響媒体１として水、固体薄層音響媒体２としてポリ塩化ビニリデン製の厚さ９μｍの固体薄層を用いた。また実験例２と同様にして固体薄層音響媒体１と被検査体表面４ａとの界面に約０．１ＭＰａの圧力を作用させ固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させる手段３とした。この状態で図示しない超音波探触子移動手段により公称周波数１００ＭＨｚの超音波探触子５ａを走査して得られた電子パッケージの内部映像を図５に示す。同様にして水浸式超音波映像方法により得られた内部映像（比較例３）を図６に示す。いずれの内部映像もはんだボール４ｄが接合されていない箇所（図中矢印）を可視化できているが、本発明にかかる固体薄層挿入式超音波映像方法により得た内部映像の方がエコー増幅によりＳＮ比が向上したため、水浸式超音波映像方法により得られた内部映像に比べて鮮明である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の固体薄層挿入式超音波映像方法を示す概念図である。
【図２】実験例１および比較例１の反射エコーの振幅スペクトルである。
【図３】実験２および実験３で用いた被検査体の形状および寸法を示す説明図である。
【図４】実験例２および比較例２の反射エコーの振幅分布である。
【図５】実験例３の内部映像である。
【図６】比較例３の内部映像である。
【符号の説明】
【００２４】
１：  液体音響媒体
２：  固体薄層音響媒体
３：  固体薄層音響媒体と被検査体表面とを密着させる手段
４：  被検査体
４ａ：  被検査体表面
４ｂ：  映像化する対象界面
４ｃ：  銅支柱
４ｄ：  はんだボール
５：  超音波計測手段
５ａ：  超音波探触子
５ｂ：  超音波を発信
５ｃ：  反射エコー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005077118.tif 000006
【図５】
2005077118.tif 000007
【図６】
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