(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体を、マイクロ波を用いて非破壊で検査する非破壊評価装置であって、
マイクロ波をホーン・アンテナから送信する送信部と、
前記送信部からのマイクロ波を、前記被検査体に集束する反射鏡と、前記被検査体からの反射波または透過波を受信する受信部と、
前記受信部が受信したマイクロ波の反射波または透過波を測定する測定部とを備え、
前記反射鏡は、傾けた楕円体の表面の一部であり、前記楕円体の一方の焦点に前記送信部を、他方の焦点に前記被検査体を設置し、前記楕円体の長軸は水平軸から所定角度傾いていることを特徴とする非破壊評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の非破壊評価装置において、前記反射鏡を一つまたは複数個用いてマイクロ波を集束させることを特徴とする非破壊評価装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非破壊評価装置において、前記送信部、反射鏡および受信部と、前記被検査体との相対的位置を変化させる駆動部を備えることを特徴とする非破壊評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いた非破壊評価装置に関し、一定の空間分解能を有しながらスタンド・オフ距離を大きくとれる、感度の高いマイクロ波を用いた非破壊評価装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年、誘電体材料の新規非破壊評価法としてマイクロ波による非破壊評価法が注目されている。
マイクロ波は周波数３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの帯域の電磁波であり、伝達媒質を必要とせず空気中を良好に伝播できる。また、マイクロ波は誘電体を透過し金属表面で反射する特性を有し、非接触かつ接触媒質不要な材料の非破壊評価に好適である。電子パッケージ内の剥離のオンライン評価等、様々な分野への応用が期待されている。
【０００３】
図１は、そのマイクロ波を利用した、従来の非破壊評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示した非破壊評価装置は、第１の基台２０に載置された被検査体１０の上方に送受信部であるセンサ３０が設けられ、このセンサ３０は第１の基台２０に対向して設置されている。センサ３０は、周囲の物体からの反射波によるノイズが大きくならないように、被検査体１０の近傍に設けられている。第１の基台２０の側方には第２の基台２２が設けられており、第２の基台２２上にはセンサ支持部材２４が固定される。
センサ３０は、ケーブル３２を介してマイクロ波制御装置３６に接続しており、センサ支持部材２４に支持される。第２の基台２２は、コンピュータ４０によって制御されており、図の上下方向（Ｚ方向）にセンサ支持部材２４を移動させる駆動部（図示せず）を有し、センサ支持部材２４がＺ方向に移動することができる。第１の基台２０は図の左右方向（Ｘ方向）、および図面に垂直な方向（Ｙ方向）に移動するための駆動部（図示せず）を有し、この駆動部により被検査体１０のセンサ３０に対するＸ，Ｙ方向に関する相対位置が変化させられる。第１および第２の基台２０，２２の駆動部は、コンピュータ４０により制御される。すなわち、被検査体１０に対するセンサ３０のＸ，Ｙ，Ｚ方向に関する相対位置は、コンピュータ４０により制御される。詳細は特開平１１−２８１５９１号公報参照のこと。
図１に示す非破壊評価装置では、マイクロ波が空気中で発散、減衰するため、一定の分解能（１．０ｍｍ程度）を有するには、マイクロ波センサと被検査体１０との間のスタンド・オフ距離ｄを１．０ｍｍ以下に設定しなければならないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、発散の特性を有するマイクロ波を微小領域に集束させ、感度を高めてスタンド・オフ距離を大きくとることを可能にする非破壊評価装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被検査体を、マイクロ波を用いて非破壊で検査する非破壊評価装置であって、マイクロ波をホーン・アンテナから送信する送信部と、前記送信部からのマイクロ波を、前記被検査体に集束する反射鏡と、前記被検査体からの反射波または透過波を受信する受信部と、前記受信部が受信したマイクロ波の反射波または透過波を測定する測定部とを備え、前記反射鏡は、傾けた楕円体の表面の一部であり、前記楕円体の一方の焦点に前記送信部を、他方の焦点に前記被検査体を設置し、前記楕円体の長軸は水平軸から所定角度傾いていることを特徴とする。
また、前記反射鏡を一つまたは複数個用いてマイクロ波を集束させることができる。前記送信部は、ホーン・アンテナを備え、マイクロ波の発散を少なくすることができる。前記非破壊評価装置は、前記送信部、反射鏡および受信部と、前記被検査体との相対的位置を変化させる駆動部を備えることにより、被検査体の各部の反射波または透過波を測定することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に関して図を用いて詳しく説明する。
図２は本発明の実施形態の一つである、発散の特性を有するマイクロ波を微小領域に集束させ、感度を高めてスタンド・オフ距離を大きくとることを可能にする非破壊評価装置のブロック図である。この非破壊評価装置は、被検査体１０を載置する基台２８を備え、この基台２８に載置された被検査体１０の上方にはマイクロ波の送受信部を含むセンサ５０が設けられている。このセンサ５０は、送受信部を備えたホーン・アンテナ５２とマイクロ波を集束させるための反射鏡５４とで構成されている。センサ５０はセンサ支持部材２６によって固定されている。このセンサ５０と被検査体１０との距離がスタンド・オフ距離である。
センサ５０内のマイクロ波の送受信部は、ケーブル３２を介してマイクロ波制御装置３６に接続している。センサ５０はセンサ支持部材２６により支持されている。基台２８は、図面の垂直方向（Ｘ方向）、左右方向（Ｙ方向）および、上下方向（Ｚ方向）に移動するための駆動部（図示せず）を有し、この駆動部により被検査体１０の、センサ５０に対するＸ，Ｙ，Ｚ方向に関する相対位置が変化させられる。基台２８の駆動部は、コンピュータ４０により制御されている。すなわち、被検査体１０に対するセンサ５０のＸ，Ｙ，Ｚ方向に関する相対位置は、コンピュータ４０により制御される。マイクロ波制御装置３６はコンピュータ４０と接続されており、被検査体の各位置における、送受信部で送受信した入射波と反射波の振幅比又は位相差を、コンピュータ４０により測定することができる。
【０００７】
図３はセンサ５０の構成の一例を詳細に示している。センサ５０の反射鏡５４は、楕円体の楕円面６０の一部として構成されている。送受信部からのマイクロ波の発散をなくすために、楕円体の焦点Ａに広がり角度αのホーン・アンテナ５２を用い、焦点Ａよりホーン・アンテナ５２の開口部への延長上に、楕円面６０の反射鏡５４を設置する。この反射鏡５４の楕円体の焦点Ｂに被検査体１０を置いている。反射鏡５４は、楕円体を右回りに角度θ回転した状態に設置されている。このとき、センサ５０と被検査体１０間の最適スタンド・オフ距離はＤ、焦点Ａ，Ｂ間の距離のｙ成分である長さはｌである。
送受信部が楕円体の一方の焦点Ａに位置しているホーン・アンテナ５２からマイクロ波を照射すると、楕円面６０からなる反射鏡５４を介して、焦点Ｂの被検査体１０にマイクロ波を集束させることができる。さらに楕円面を用いることにより、入射マイクロ波の焦点Ｂまでの行路が一定となるため、点Ｂで同位相となり振幅は最大となる。従って、大きいスタンド・オフ距離Ｄで高分解能かつ高感度に材料を非破壊評価することができる。
【０００８】
【実施例】
以下、実施例を用いて、この構成について具体的に説明する。
センサ５０の反射鏡５４の具体例を図４に示す。図４（ａ）は反射鏡５４の正面図であり、図４（ｂ）は側面図である。図４（ｂ）に示すように、この実施例における楕円体の焦点は、長軸上の中心から外側に２２．８０ｍｍのところに位置している。楕円体の短軸の長さの１／２は２２．８０ｍｍ、長軸の長さの１／２は３２．２５ｍｍである。この反射鏡５４の反射面は、図３に示した楕円面６０の一部として構成されるようにしている。反射鏡５４の筐体の幅は５０ｍｍ、奥行きは３５ｍｍであり、反射鏡５４の筐体の上部が、楕円体の中心より２５ｍｍになるのところに設置する。
図３における楕円体の傾きθを１５度とすると、図４の反射鏡を用いた場合、センサ５０と被検査体１０間の最適スタンド・オフ距離Ｄは１１．８０ｍｍ、焦点Ａ，Ｂ間の距離のｙ成分である長さｌは４４．０５ｍｍとなる。
【０００９】
上述の非破壊評価装置の有効性を確認するため、図４に示した反射鏡５４を使用している装置を用いて、非破壊評価装置の分解能等を検証する。
このとき、焦点Ａと反射鏡５４間のマイクロ波の発散をなくすためのホーン・アンテナ５２は、広がり角度αが３０度のものを使用し、反射鏡５４は銅製ものを使用した。ホーン・アンテナ５２は使用周波数７５ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚに対するものである。
【００１０】
（検証１）
図５および図６を用いて、非破壊評価装置の分解能の検証結果を説明する。
図５は非破壊評価装置の分解能を検証するために用いた試料７０を示している。試料７０は、基板７５上に、直径０．６ｍｍの２本の金属棒７２，７３が、０．６ｍｍ間隔で並べてある。
この試料７０を図４に示した反射鏡を使用した非破壊評価装置を用いて、上から垂直にマイクロ波を照射し、試料７０をｘ方向に移動して入射波と反射波の振幅比の測定した。なお、マイクロ波の周波数を１０２ＧＨｚに設定した。
図６は、試料７０をｘ方向に移動して、入射波と反射波の振幅比の測定した結果のグラフである。図６より、スタンド・オフ距離が１１．８０ｍｍと従来のものよりもはるかに大きいにもかかわらず、鋭いピークが生じ、２本の金属捧７２，７３を区別できることを示している。よって、この実施例の空間分解能は、０．６ｍｍ以上であるといえる。
【００１１】
（検証２）
また、電子パッケージ内の剥離の非破壊評価試験を行った場合について、図７および図８を用いて説明する。図７は電子パッケージ８０を示す図である。図７（ａ）は立面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は斜視図である。これらの図に示すように、電子パッケージ８０は、縦１４ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み２．０ｍｍの樹脂である。この中に、９．５×９．５ｍｍのＩＣ本体であるチップ・パッドが、表面から０．７ｍｍのところに埋め込まれている。
電子パッケージ８０として、２つの検査対象Ｓ１，Ｓ２が用意され、電子パッケージＳ１は剥離を生じているものであり、電子パッケージＳ２は剥離を生じていない正常な部品である。この２つの電子パッケージＳ１，Ｓ２を、図２〜図４に示す実施例の非破壊評価装置を用いて、マイクロ波を照射して電子パッケージ８０を移動して入射波と反射波の位相差の測定を行った。測定において、図７（ｃ）に示すように、被検査体Ｓ１またはＳ２の表面をｘ−ｙ平面とし、表面の中心を原点とする直交３次元座標が設定される。この３次元座標により電子パッケージ８０に対するセンサ５０の走査が定められる。
図８はｘ方向を横軸にしたときの電子パッケージＳ１，Ｓ２の位相の変化（単位は度）の測定結果をそれぞれ示す図である。剥離を生じている被検査体Ｓ１では、剥離を生じていない被検査体Ｓ２と比較して、素子搭載板上で位相差が変化しているのがわかる。これは剥離の影響に他ならない。よって、本非破壊評価装置を用いて電子パッケージ内の剥離の検出に成功したといえる。
【００１２】
なお、上述の非破壊評価装置では、送受信部が送信機能と受信機能とを兼ね備えたセンサ５０を用いているが、特にこれに限定されることはなく、送受信部は送信器と受信器とが別体に構成されたものでもよい。この場合、例えば送信器が被検査体１０の上方に、受信器が被検査体１０の裏面側に設けられ、受信器は被検査体１０を透過したマイクロ波、すなわち透過波を受信する。また、上述の非破壊評価装置では楕円面の一部となる単体の反射鏡を用いているが、被検査体にマイクロ波を集束できるようにできれば楕円面以外の形でもよく、マイクロ波を反射する反射鏡を複数で構成してもよい。  本非破壊評価装置により、従来の非破壊評価装置と同程度の空間分解能を有しながら、スタンド・オフ距離を大きくとることができた。材料のオンライン非破壊評価が可能となり、電子、工業、食品加工、医療など、様々な分野への応用が期待できる。例えば、カップラーメン中の調味料などの有無の出荷検査等に応用ができる。
【００１３】
【発明の効果】
上述の構成を用いることにより、発散の特性を有するマイクロ波を微小領域に集束させ、感度を高めてスタンド・オフ距離を大きくとることを可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の非破壊評価装置のブロック図である。
【図２】  本発明の実施形態である、新しい非破壊評価装置のブロック図である。
【図３】  本発明の実施例に用いているセンサの全体図である。
【図４】  本発明の実施例に用いている反射鏡を示した図である。
【図５】  センサの分解能を検証するために用いた試料を示した図である。
【図６】  試料をｘ方向に走査して、入射波と反射波の振幅比を測定した結果のグラフである。
【図７】  試料である電子パッケージを示した図である。
【図８】  ２種類の電子パッケージにマイクロ波を照射して、それぞれの入射波と反射波の位相差を比較したグラフである。
【符号の説明】
１０    被検査体
２０，２２      基台
２４    センサ支持部材
２６    センサ支持部材
２８    基台
３０    センサ
３２    ケーブル
３６    マイクロ波制御装置
４０    コンピュータ
５０    センサ
５２    ホーン・アンテナ
５４    反射鏡
６０    楕円体
７０    試料
７２，７３      金属棒
７５    基板
８０    電子パッケージ
８２    チップ・パッド
８５    樹脂
【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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