(57)【要約】【課題】広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で超音波検査を実施する方法と、そのための装置を提供すること。【解決手段】音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜を検査対象表面に沿うように変形させる、若しくは減圧後の薄膜に作用する張力と逆向きの張力を薄膜に付与し、対象と薄膜の間の空気を、排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置で排除することにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で超音波映像方法を実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜を検査対象表面に沿うように変形させる、若しくは減圧後の薄膜に作用する張力と逆向きの張力を薄膜に付与し、対象と薄膜の間の空気を、排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置で排除することにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で実施することを特徴とする超音波映像方法。
【請求項２】
音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜に垂直応力を付与して薄膜を検査対象表面に沿うようにし、対象と薄膜の間の空気を、排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置で排除することにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で実施することを特徴とする請求項１に記載の超音波映像方法。
【請求項３】
音響媒体を収容した容器の中に超音波計測手段と接続された超音波探触子を内装するとともに、当該容器に設けた開口部に固体薄膜を備え、薄膜と検査対象との間に介在し、薄膜と対象間の空気を排気経路を制御しながら排除するための機構と、これと連結された排気能力の高い真空装置と、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないようにするための機構とから構成されることを特徴とするドライ式超音波映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で超音波検査を実施する方法と、そのための装置を提供するものに関する。本発明は特に水分吸収を嫌う電子デバイス製品、複合材料、およびセラミクス材料等のドライ環境下における高分解能な超音波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検査対象内部を可視化する手法として、対象を水没させたうえ、超音波探触子を走査して対象内部の界面からの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。水浸式超音波映像方法は対象内部のはく離等、それ自体が体積を有しない面状欠陥の検出に有効であるが、同手法は検査対象を水没させる必要があるために水分吸収を嫌う検査対象に対してはその適用が制限されていた。
【０００３】
水浸式超音波映像方法での検査対象の水没問題を克服すべく、水と対象との間に高分子フィルムを介し、フィルムと対象との間を減圧することでフィルム／対象界面に負圧力を作用させた状態で超音波検査を実施する手法がある（特許文献１参照）。同手法では減圧時に空気の排気経路を制御して高分子フィルム／検査対象界面を形成しており、そのようなドライ音響界面を介して高周波数超音波の伝達は十分に実現されている。
【特許文献１】特願２００１−３７７４４３  また、水と検査対象との間に挿入する固体薄膜を水と対象との間の音響整合層として機能させることで、ドライ環境下において、従来の水没時をも上回る高効率超音波伝達が実現されている（特許文献２参照）。
【特許文献２】特願２００３−３０４３２４  しかしながら、上述のいずれの手法においても、減圧時に固体薄膜／検査対象界面に空気泡が生じた場合は、界面形成後にこの残存空気泡を排除することが困難であり、超音波検査を行った場合に空気泡混入位置において検査対象の内部映像が得られないといった問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されてしまうことで、検査対象の内部映像が得られなくなるという技術課題を克服すべく、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で超音波検査を実施する方法と、そのための装置を提供せんとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特許を受けようとする第１発明は、音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜を検査対象表面に沿うように変形させる、若しくは減圧後の薄膜に作用する張力と逆向きの張力を薄膜に付与し、対象と薄膜の間の空気を、排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置で排除することにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で実施することを特徴とする超音波映像方法である。
【０００６】
特許を受けようとする第２発明は、音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜に垂直応力を付与して薄膜を検査対象表面に沿うようにし、対象と薄膜の間の空気を、排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置で排除することにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で実施することを特徴とする請求項１に記載の超音波映像方法である。
【０００７】
特許を受けようとする第３発明は、音響媒体を収容した容器の中に超音波計測手段と接続された超音波探触子を内装するとともに、当該容器に設けた開口部に固体薄膜を備え、薄膜と検査対象との間に介在し、薄膜と対象間の空気を排気経路を制御しながら排除するための機構と、これと連結された排気能力の高い真空装置と、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないようにするための機構とから構成されることを特徴とするドライ式超音波映像装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面が形成できることとなり、これにより、ドライ環境下における高分解能な超音波検査が安定して実施できるようになった。
【実施例１】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、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、本発明にかかるドライ式超音波映像方法とそのための装置の基本構成を示す図である。先ず、音響媒体を収容するための容器１に設けた開口部に固体薄膜２を備え、薄膜２と検査対象３との間に排気能力の高い真空装置４と連結され、薄膜２と対象３間の空気を排気経路を制御しながら排除するための機構５を介在させる。
【００１０】
次いで、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜を検査対象表面に沿うように変形させる、若しくは減圧後の薄膜に作用する張力と逆向きの張力を薄膜に付与６し、検査対象３と固体薄膜２との間の空気を、排気経路制御機構５により排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置４で排除する。これにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成する。
【００１１】
その後、容器１を音響媒体７で満たし、超音波計測手段８と接続された超音波探触子９により検査対象３に対して超音波１０を送受信する。超音波探触子９は自動走査ステージ１１に取り付けられており、検査領域内を移動しながら、可視化する界面３’で反射した超音波１０の収録を繰り返すことで、検査対象３内部が可視化できる。
【００１２】
図２は、中央に貫通する狭空間を設けるとともに、当該狭空間内の空気を円周方向経路１６に繋がれた径方向経路１７を介して、排気経路を制御しながら排除できる排気経路制御機構５の一実施例を示す断面図である。これを固体薄膜２と検査対象３との間に介し、これと繋がれた排気能力の高い真空装置４により中央の狭空間に存在する空気を排除する場合、空気は狭空間の中心１８から外側に対称に排除されるため、薄膜２は狭空間の中心１８から規則正しく検査対象３表面に密着し、薄膜／対象界面に混入する空気泡が少なくなる。
【００１３】
実施例１での検査対象３は寸法１０×１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアクリル樹脂試験片であった。ポリ塩化ビニリデン製の厚さ９μｍの固体薄膜２を音響媒体を収容するための容器１の開口部に備え、薄膜２と検査対象３との間に図２に示す排気能力の高い真空装置４と連結された排気経路制御機構５を配置した。この状態で、減圧前に真鍮製の錘６ａにより薄膜２を対象３の表面に沿うように変形させた６後、対象３と薄膜２の間の空気を、排気経路制御機構５により排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置４で排除した。
【００１４】
その後、真鍮製の錘６ａを取り除き、容器１を音響媒体７である水で満たして超音波検査を実施した。ここで可視化する界面３’はアクリル樹脂／空気界面であり、用いた集束型の超音波探触子９の公称周波数は１００ＭＨｚであった。また排気能力の高い真空装置４として、排気速度が２×１０-3ｍ3／ｓの真空ポンプを用いた。
【００１５】
一方、比較例１として、排気能力の高い真空ポンプを用いて減圧前に薄膜２を対象３の表面に沿うように変形させなかった場合と、比較例２として排気能力の低い真空ポンプ（８×１０-5ｍ3／ｓ）を用いて、減圧前に薄膜２を対象３の表面に沿うように変形させなかった場合についても実験を行った。
【００１６】
得られたアクリル樹脂／空気界面の音響映像より、固体薄膜／アクリル樹脂界面の空気混入率（％）を次式で算出した。空気混入率＝（空気混入データ点数／全データ点数）×１００（式１）ここでは振幅値が全データ点内での最大振幅値の８５％以下となったデータ点を空気混入データ点とした。
【００１７】
実施例１、比較例１および２の空気混入率と減圧開始からの時間との関係を図３に示す。図中、○印は実施例１を、●印は比較例１を、◎印は比較例２を示している。実施例１と比較例１および比較例２との比較より、減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前に薄膜を検査対象表面に沿うように変形６させ、対象３と薄膜２の間の空気を、排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置４で排除することにより、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面が形成できていることが明らかである。
【００１８】
実施例１、比較例２で、減圧開始から６００秒後に得られたアクリル樹脂／空気界面の音響映像を図４および図５にそれぞれ示す。比較例２では混入した空気泡の影響が音響映像に現われているのに対して、実施例１ではそのような空気泡の影響が認められない（図４）。
【００１９】
実施例２での検査対象３は図６に示す電子パッケージであり、外形寸法は４．７×３．５×１ｍｍであった。検査対象３の裏面には０．５ｍｍの間隔で４８個の銅支柱３ａが配列されていた。また、４７個の銅支柱３ａには直径０．３５ｍｍのはんだボール３ｂが健全に接合されており、映像化する界面３’は銅支柱３ａとはんだボール３ｂとの接合界面であった。
【００２０】
ポリ塩化ビニリデン製の厚さ９μｍの固体薄膜２を音響媒体を収容するための容器１の開口部に備え、薄膜２と検査対象３との間に図２に示す排気能力の高い真空装置４と連結された排気経路制御機構５を配置した。この状態で、減圧前に真鍮製の錘６ａにより薄膜２を対象３の表面に沿うように変形させた６後、対象３と薄膜２の間の空気を、排気経路制御機構５により排気経路を制御しながら排気能力の高い真空装置４で排除した。
【００２１】
その後、真鍮製の錘６ａを取り除き、容器１を音響媒体７である水で満たして超音波検査を実施した。用いた集束型の超音波探触子９の公称周波数は１００ＭＨｚであった。また排気能力の高い真空装置４として、排気速度が２×１０-3ｍ3／ｓの真空ポンプを用いた。
【００２２】
一方、比較例３として排気能力の低い真空ポンプ（８×１０-5ｍ3／ｓ）を用いて、減圧前に薄膜２を対象３の表面に沿うように変形させなかった場合についても超音波検査を行った。実施例２、比較例３で得られた音響映像を図７および図８にそれぞれ示す。図７に示す実施例２では図中矢印で示す欠陥接合部が鮮明に可視化できている。
【００２３】
これに対して図８に示す比較例３では、本来の欠陥接合部（図中矢印）に加えて、図中に円で囲む、健全接合部の一つが欠陥接合部のように可視化されている。これは、固体薄膜／電子パッケージ界面の空気泡の影響によるものであり、誤検査を招く。
【００２４】
本発明の方法および装置により、音響媒体と検査対象との間に固体薄膜を介し、対象と薄膜との間を減圧することで、対象と薄膜との界面に負圧力を作用させた状態で実施するドライ式超音波映像方法において、広範囲において空気泡の混入の少ないドライ音響結合界面を形成した状態で超音波検査を実施できることとなり、従来より安定して、ドライ環境下における高分解能な超音波検査が実施できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のドライ式超音波映像方法とそのための装置の基本構成を示す図である。
【図２】排気経路を制御しながら負圧にできる負圧付与手段の一例を示す断面図である。
【図３】実施例１、比較例１および比較例２の空気混入率と減圧開始からの時間との関係を示す図である。
【図４】実施例１の音響映像である。
【図５】比較例２の音響映像である。
【図６】実施例２および比較例３で用いた検査対象の形状と寸法を示す説明図である。
【図７】実施例２の音響映像である。
【図８】比較例３の音響映像である。
【符号の説明】
【００２６】
１：音響媒体を収容するための容器
２：固体薄膜
３：検査対象
３’：可視化する界面
３ａ：銅支柱
３ｂ：はんだボール
４：排気能力の高い真空装置
５：排気経路制御機構
６：減圧後に薄膜／対象界面に空気泡を生じ、これが薄膜に作用する過大な張力により拘束されないよう、減圧前若しくは減圧中に薄膜を検査対象表面に沿うように変形させる、若しくは減圧後の薄膜に作用する張力と逆向きの張力を薄膜に付与
６ａ：真鍮製の錘
７：音響媒体
８：超音波計測手段
９：超音波探触子
１０：超音波
１１：自動走査ステージ
１２：負圧力
１３：固体薄膜を保持する機構
１４：真空パッキン
１５：真空リング
１６：円周方向経路
１７：径方向経路
１８：狭空間の中心
【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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【図７】
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【図８】
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