CN114258488A - 超声波检查装置以及超声波检查方法 - Google Patents

超声波检查装置以及超声波检查方法 Download PDF

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Abstract

提供一种超声波检查装置，能够确切地检测检查对象物的内部缺陷。为此，超声波检查装置具备：超声波探头，发生超声波而发送给检查对象物，并接收从所述检查对象物反射的反射波；以及运算处理部，在所述运算处理部中，(A)设定表示所述反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门，(B)关于多个测定点的各个测定点，(B1)取得表示所述反射波的按时间的强度的反射信号，(B2)计算所述反射信号与参考信号的差分即差分信号，(B3)针对所述门内的所述差分信号而计算特征量，(C)根据针对多个所述测定点的所述特征量来检测缺陷，(D)输出表示沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息。

Description

超声波检查装置以及超声波检查方法
技术领域
本发明涉及超声波检查装置以及超声波检查方法。
背景技术
作为从检查对象物的图像检查检查对象物的缺陷的非破坏检查方法，已知如下方法：向检查对象物照射超声波，使用检测其反射波而生成的超声波图像。例如，在下述专利文献1的摘要中记载有“[课题]提供一种超声波测量装置，在多个反射信号在时域中接近且波形干扰的情况下，正确地再现性良好且稳定地抽出内部缺陷的信息，能够清晰地进行图像化。[解决手段]超声波测量装置用超声波探头16对被检体15的表面进行扫描，从超声波探头向被检体送出超声波U1并且接收从被检体返回的反射回波U2，用运算处理单元(波形运算处理程序37)来处理根据反射回波生成的接收波形数据，检查被检体的内部缺陷51。运算处理单元具有波形特征抽出单元，该波形特征抽出单元针对处于多个反射回波相互干扰的状态的接收波形数据进行小波变换处理，抽出内部缺陷的波形特征并进行影像化。”。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2010-169558号公报
发明内容
但是，在接收波形数据中成为多个反射回波相互干扰的状态时，有时无法精度良好地检测检查对象物的缺陷。
本发明是鉴于上述的情形而作出的，其目的在于提供一种能够确切地检测检查对象物的内部状态的超声波检查装置以及超声波检查方法。
为了解决上述课题，本发明的超声波检查装置的特征在于，具备：
超声波探头，发生超声波而发送给检查对象物，并接收从所述检查对象物反射的反射波；以及
运算处理部，
在所述运算处理部中，
(A)设定表示所述反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门，
(B)关于多个测定点的各个测定点，(B1)取得表示所述反射波的按时间的强度的反射信号，(B2)计算所述反射信号与参考信号的差分即差分信号，(B3)针对所述门内的所述差分信号而计算特征量，
(C)根据针对多个所述测定点的所述特征量来检测缺陷，
(D)输出表示沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息。
根据本发明，能够确切地检测检查对象物的内部状态。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的超声波检查装置的框图。
图2是示出超声波检查装置的动作原理的示意图。
图3是试样的一例的剖面图。
图4是示出反射信号的一例的图。
图5是试样的其它例的剖面图。
图6是示出反射信号的其它例的图。
图7是示出反射信号的其它例的图。
图8是超声波检查处理程序的流程图。
图9是反射信号以及参考信号的波形图的例子。
图10是示出差分信号以及相关系数的一例的波形图。
图11是示出标准化反射信号、参考信号、差分信号以及部分相关系数的一例的波形图。
图12是示出特征计算门和对应的剖面图像的例子的图。
图13是在第2实施方式中取得参考信号的动作说明图。
(符号说明)
2：超声波探头；5：试样(检查对象物)；7：信号处理部(运算处理部)；8：整体控制部(运算处理部)；81：基波(基波信号)；83、130、150、911：特征计算门(门(gate))；100：超声波检查装置；118、138、158、178：剖面图像(特征图像)；tc1、tc2：时刻(接收定时)；IA(t)：参考信号；IB(t)：反射信号；I’B(t)：标准化反射信号(反射信号)；m(t)：差分信号；R(t)：相关系数；Rp(t)：部分相关系数(相关系数)。
具体实施方式
[第1实施方式]
<第1实施方式的概要>
一般而言，为了用超声波来检测存在于具有多层构造的检查对象物的内部的缺陷，往往利用基于声阻抗的差异的反射特性。如果超声波在液体或固体物质中传播，则在声阻抗不同的物质的边界面、空隙的部位处产生反射波(回波)。此处，由于剥离、孔隙、裂纹等的缺陷而产生的反射波与来自没有缺陷的部位的反射波相比，存在其强度变高的倾向。因此，在利用超声波的检查装置中，设想所照射的超声波在期望的边界面处发生反射而被接收的时间段，设定门(时间宽度)。然后，在将门内的反射波的强度进行图像化时，能够使检查对象物内的接合界面处存在的剥离等的缺陷在检查图像中显现出来。此外，门如后所述除了时间宽度以外还具有开始时间。
但是，近年的LSI(Large Scale Integration，大规模集成)等的检查对象物具有将薄膜层层叠好几层得到的构造，因此来自各层的边界面的反射波的接收时间接近。由此，产生反射波进行干扰这样的问题，正在变得难以明确地区分来自期望的边界面的反射波与来自其它边界面的反射波。因此，在检查对象物具有缺陷的情况下，与该缺陷对应的信号也由于干扰而失真或者被湮没，难以检测缺陷。此外，在以下的说明中，“反射波”是指从各边界面等反射的超声波。另外，“反射信号”是表示反射波的按时间的强度的信号。此外，在本说明书中，“信号”除了指模拟形式的信号以外，还包括被数字化的数据。
在本实施方式中，将层叠变得超薄的芯片而得到的集成电路等具有多个接合界面的电子部件作为主要的检查对象。即使在来自各界面的反射波的发生时间接近且成为合成的反射信号而被接收的情况下，也能够将来自缺陷的反射波与来自其它接合界面的反射波进行分离来检测，确定其发生深度。即，在本实施方式中，针对来自多个接合界面的反射波在时间方向上接近且变成它们的合成信号而得到的反射信号，运算与参考信号的差，得到差分信号。根据该差分信号，使参考信号以及反射信号的差异显现出来。
<第1实施方式的结构>
(整体结构)
图1是本发明的第1实施方式的超声波检查装置100的框图。
在图1中，超声波检查装置100具备检测部1、A/D变换器6、信号处理部7(运算处理部)、整体控制部8(运算处理部)以及机械控制器16。此外，图1所示的坐标系10是X、Y、Z的正交3轴的坐标系。
检测部1具备扫描仪台11、水槽12以及扫描仪13。扫描仪台11是大致水平地设置的底座。水槽12载置于扫描仪台11的上表面。在扫描仪台11的上表面，以横跨水槽12的方式设置有扫描仪13。机械控制器16在X、Y、Z方向上驱动扫描仪13。在水槽12中，将水14注入至水平LV1的高度，在水槽12的底部(水中)载置有作为检查对象物的试样5(检查对象物)。试样5一般而言具有多层构造。在所发送的超声波入射到试样5时，从试样5的表面或者异质边界面发生反射波。各部分的反射波被超声波探头2接收并且被合成，作为反射信号而输出。超声波探头2在被使用时浸泡于水14中。水14作为使从超声波探头2射出的超声波在试样5的内部中高效地传播的介质而发挥功能。
超声波探头2从其下端针对试样5发送超声波，并接收从试样5返回来的反射波。超声波探头2安装于保持架15，通过由机械控制器16驱动的扫描仪13而在X、Y、Z方向上能够自由地移动。整体控制部8一边使超声波探头2在X、Y方向上移动，一边在事先设定的多个测定点使超声波探头2发送超声波。此外，关于超声波探头2的超声波的发送方向，也可以改为其它方法。
在超声波探头2经由线缆22向探伤器3供给接收到的反射波的反射信号时，探伤器3针对反射信号实施滤波处理等。A/D变换器6将探伤器3的输出信号变换为数字信号，并供给到信号处理部7。信号处理部7根据被数字化的反射信号，取得XY平面上的测定区域中的试样5的接合面的二维图像，对试样5中的缺陷进行检查。
(信号处理部7)
信号处理部7对由A/D变换器6变换为数字信号的反射信号进行处理来检测试样5的内部状态。信号处理部7具备CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)等作为一般的计算机的硬件，在ROM中储存有由CPU执行的控制程序、由DSP执行的微程序以及各种数据等。
在图1中，在信号处理部7的内部中，将由控制程序、微程序等实现的功能表示为方框。即，信号处理部7具备图像生成部7-1、缺陷检测部7-2、数据输出部7-3以及参数设定部7-4。
图像生成部7-1将反射信号变换为亮度值，在XY平面上配置亮度值而生成图像。缺陷检测部7-2对由图像生成部7-1生成的图像进行处理，检测试样5的内部缺陷等内部状态。数据输出部7-3将由缺陷检测部7-2检测到的内部缺陷等检查结果输出到整体控制部8。参数设定部7-4受理从整体控制部8输入的测定条件等参数，设置到缺陷检测部7-2以及数据输出部7-3。然后，参数设定部7-4将这些参数存储到存储装置30。
(整体控制部8)
整体控制部8具备CPU、RAM、ROM、SSD(Solid State Drive，固态驱动器)等作为一般的计算机的硬件，在SSD中储存有OS(Operating System，操作系统)、应用程序、各种数据等。OS以及应用程序被展开到RAM中并由CPU执行。
另外，整体控制部8连接于GUI部17和存储装置18。
GUI部17具备：输入装置(未附加符号)，受理来自用户的参数等的输入；以及显示器(未附加符号)，向用户显示各种信息。另外，整体控制部8针对机械控制器16，输出用于对扫描仪13进行驱动的控制指令。而且，整体控制部8还输出对探伤器3、信号处理部7等进行控制的控制指令。如以上的说明那样，在将信号处理部7以及整体控制部8合并而处理为运算处理部的情况下，可以说运算处理部具备CPU、RAM、ROM、SSD(Solid State Drive)等作为一般的计算机的硬件，在SSD中储存有OS(Operating System)、应用程序、各种数据等。另外，可以说OS以及应用程序被展开到RAM中并由CPU执行。另外，运算处理部也可以连接于GUI部17和存储装置18。此外，运算处理部既可以通过使共同的硬件执行程序来实现信号处理部7和整体控制部8，也可以用不同的硬件来实现信号处理部7和整体控制部8。另外，也可以用ASIC、FPGA等硬件来实现运算处理部的一部分。
图2是示出超声波检查装置100的动作原理的示意图。
在图2中，探伤器3通过对超声波探头2供给脉冲信号来驱动超声波探头2，超声波探头2发生超声波。由此，该超声波以水14(参考图1)为媒介而被发送到试样5。试样5一般而言具有多层构造。在超声波入射到试样5时，从试样5的表面或者异质边界面发生反射波4。反射波4被超声波探头2接收并且被合成，作为反射信号而被供给到探伤器3。在探伤器3中，对反射信号实施滤波处理等。
接下来，被实施了滤波处理等的反射信号在A/D变换器6中被变换为数字信号，并被输入到信号处理部7。在图1中，在试样5的上方，预先决定有作为使超声波探头2进行扫描的范围的测定区域(未图示)。整体控制部8在测定区域中一边使超声波探头2进行扫描，一边反复执行上述的超声波的发送和反射信号的接收。此外，为了便于说明，有时将超声波探头2发生的超声波称为“发送波”。
图像生成部7-1进行将反射信号变换为亮度值的处理，生成试样5的一个或者多个接合面的剖面图像(特征图像)。缺陷检测部7-2根据所生成的接合面的剖面图像，检测剥离、孔隙、裂纹等缺陷。另外，在数据输出部7-3中，生成由缺陷检测部7-2检测到的缺陷各自的信息、剖面图像等作为检查结果而输出的数据，并输出到整体控制部8。
(试样400)
图3是作为试样5的一例的试样400的剖面图。在图示的例子中，试样400将不同的材质的基板401、402进行接合而成的试样。另外，在图示的例子中，在基板401、402的边界面404形成有作为缺陷的孔隙406。在试样400的表面408的上方配置超声波探头2，在发送超声波49时，超声波49被传播到试样400的内部。另外，超声波49在试样400的表面408、边界面404等出现声阻抗的差异的部位处反射，反射波被超声波探头2接收。各反射波在与反射部位和超声波探头2的距离或传播速度对应的定时(timing)被超声波探头2接收，超声波探头2接收将各反射波进行合成得到的反射信号。
图4是示出在图3中被超声波探头2接收的反射信号S40的一例的图。
图4的纵轴是反射信号S40的反射强度即峰值。图4的横轴是接收时刻，但能够将它换算为试样400的深度，对应于反射信号S40的路程。纵轴的反射强度以中值为0而从此开始上方向是正值，下方向是负值。在反射信号S40中，交替地出现极性不同的波峰。以下，将各个波峰称为局部波峰。此外，关于横轴的接收时刻，考虑例如将发送了超声波的时刻设为零，但也可以将其它定时设为零。
在图示的例子中，设定有S门41，该S门41是用于对来自表面408(参考图3)的反射波进行检测的门(即，时间宽度)。并且，在由S门41设定的时间范围(横宽的范围内)中，将最初“S40<-Th1”或者“Th1<S40”成立的定时称为触发点43。此处，Th1是预定的阈值。信号处理部7的图像生成部7-1首先检测触发点43。
另外，将从自触发点43延迟了预定时间T2的定时起至进一步延迟了预定时间T3的定时为止的期间称为影像化门42。信号处理部7将在该影像化门42中反射信号40的绝对值成为最大的局部波峰，辨识为由来自边界面404(参考图3)的反射波引起的局部波峰。在图示的例子中，局部波峰44被辨识为由来自边界面404的反射波引起的局部波峰。
如上所述，整体控制部8一边使超声波探头2在X、Y方向(参考图1)上移动，一边在多个测定点处使超声波探头2发送超声波。信号处理部7的图像生成部7-1在各测定点处辨识局部波峰44，取得各局部波峰44中的波峰值I44，并将其变换为亮度值。图像生成部7-1通过将这样得到的亮度值配置到X、Y平面上，将边界面404的接合状态图像化为剖面图像。此时，在存在孔隙406等缺陷的部位中，波峰值I44的绝对值变高。由此，在剖面图像中，能够显现出孔隙406等边界面404等的缺陷。
(试样500)
图5是作为试样5的其它例的试样500的剖面图。在近年来成为主流的电子部件中，纵向构造的复杂化、薄型化得到发展。试样500是这样的电子部件的一例。
试样500具备微凸起(micro bump)51、树脂封装52、芯片53、封装基板55以及球栅阵列(Ball Grid Array)56。
微凸起51将芯片53的各部分和封装基板55的各部分进行连接。另外，在微凸起51的一部分中发生由裂纹引起的缺陷54。树脂封装52由覆盖封装基板55以及芯片53的树脂形成，保护芯片53等免受外部影响。在试样500的表面508的上方，配置有超声波探头2。在超声波探头2向水中的试样500发送超声波59时，超声波59被传播到试样500的内部。
超声波59在试样500的表面508、芯片53的上表面、芯片53的下表面、微凸起51等出现声阻抗的差异的部位处反射。这些反射波被合成，并作为反射信号而被超声波探头2接收。
图6是示出在图5中被超声波探头2接收的反射信号S50的一例的图。
图6的纵轴是反射信号S50的反射强度即峰值。图6的横轴是接收时刻，但能够将它换算为试样500的深度，对应于反射信号S50的路程。纵轴的反射强度以中值为0而从此开始上方向是正值，下方向是负值。在反射信号S50中，交替地出现极性不同的局部波峰。此外，关于图6以及后述的图7的横轴的接收时刻，考虑例如将发送了超声波的时刻设为零，但也可以将其它定时设为零。
在图示的例子中，设定有S门510，该S门510是用于对来自试样500的表面508的反射波进行检测的门。即，S门510中的反射信号S50主要是由来自表面508的反射波产生的信号。另外，影像化门502、503、504中的反射信号S50分别是由来自芯片53的上表面、芯片53的下表面以及封装基板55的上表面的反射波产生的信号。如图示那样，各部分的反射波的发生定时接近，需要将影像化门502、503、504的时间宽度设定得窄。因此，今后如果电子部件的薄型化进一步得到发展，则预想到难以将各界面的反射信号进行分离来抽出。
图7是示出来自各界面的反射信号的接收时间差相比于图6而进一步变小的情况的各种信号的例子的图。
图7的最上方示出的反射波632、634是来自两个边界面(未图示)的反射波。并且，将反射波632的波峰(时刻t632)与反射波634的波峰(时刻t634)的间隔设为Δt。此处，关于发送波虽然省略图示，但发送波的波形例如与反射波632的相似形大致相等。关于该发送波，定义“发送波长T”。关于发送波长T，虽然有各种定义的方法，但此处定义为“包含波峰时刻的1.5周期的长度”。该发送波长T如图示那样，与反射波632的“包含波峰时刻的1.5周期的长度”相等。另外，在图示的例子中，间隔Δt变得与发送波长T的2倍相等。
另外，图7的从上起第2个所示的反射信号630是将反射波632、634进行合成得到的信号，实际上是在超声波探头2中得到的信号。反射信号630能够分割为大致由反射波632引起的部分和大致由反射波634引起的部分。因此，例如通过设定图示的影像化门601、602，能够将反射波632、634的特征进行分离来抽出。
另外，图7的从上起第3个所示的反射波642、644分别是与上述的反射波632、634同一形状的波形。反射波642的波峰(时刻t642)与反射波644的波峰(时刻t644)的间隔Δt是0.9T。另外，图7的最下方示出的反射信号640是将反射波642、644进行合成得到的信号，实际上是在超声波探头2中得到的信号。
从该反射信号640的波形分离地抽出反射波642、644的特征这在单纯的解析中变得困难。因此，在本实施方式中，在将以这样短的时间差接收到的反射波进行合成而得到反射信号的情况下，通过分离地抽出从各接合界面发生的反射波的特征而使缺陷显现出来。
<第1实施方式的动作>
图8是在信号处理部7以及整体控制部8中执行的超声波检查处理程序的流程图。
在图8中处理进入到步骤S101时，由整体控制部8进行针对信号处理部7的预定的初始设定。此处初始设定是指对以下的条件(1)～(3)进行指定，例如用户经由GUI部17来输入这些条件(1)～(3)。
(1)参考点：如上所述，整体控制部8在事先设定的多个测定点处，使超声波探头2发送超声波。用户将这些测定点之中的任意一个指定为“参考点”。此外，关于作为参考点的测定点，也可以省略步骤S103至步骤S107的一部分或者全部的处理。
(2)门的开始位置以及宽度：例如如图6所示的S门510、影像化门502、503、504那样，在本实施方式中决定多个门来解析反射信号(图6的S50)。用户根据试样5的纵向构造，指定这些各门的开始位置以及宽度。
(3)基波：基波是指发送波之中的包含绝对值成为最大的定时的发送波长的波形。基波的波形例如成为与图7所示的发送波长T的范围中的反射波632的相似形大致相等的波形。基波是由超声波探头2的种类来决定的，因此用户根据应用的超声波探头2的种类来设定基波。此外，基波的一例是图10所示的基波81。另外，在信号处理部7以及整体控制部8中进行基波与反射信号等的比较、运算，因此存储为“信号”。因此，在以后的说明中，将存储为信号的基波也简称为“基波”。其中，在想要更加明示是“信号”的情况下，也有时称为“基波信号”。
在图8中，接下来在处理进入到步骤S102时，整体控制部8使信号处理部7取得参考信号。即，整体控制部8驱动机械控制器16，使超声波探头2移动到参考点。然后，从超声波探头2输出发送波。于是，各部分的反射波返回到超声波探头2，将它们进行合成得到的反射信号从超声波探头2输出。反射信号经由探伤器3而被滤波处理，通过A/D变换器6而变换为数字信号，并被供给到信号处理部7。整体控制部8针对图像生成部7-1，使图像生成部7-1存储该参考点处的反射信号作为参考信号。
接下来，在处理进入到步骤S103时，整体控制部8使信号处理部7取得一个测定点处的反射信号。即，整体控制部8驱动机械控制器16，使超声波探头2移动到尚未取得反射信号的测定点。然后，从超声波探头2输出发送波。于是，反射信号从超声波探头2输出，变换为数字信号的反射信号被供给到信号处理部7。整体控制部8针对图像生成部7-1，使图像生成部7-1存储该反射信号作为该测定点处的反射信号。
接下来，在处理进入到步骤S104时，图像生成部7-1进行参考信号与反射信号的差分运算。此处，参考图9，说明步骤S104中的差分运算的概要。
图9是一个测定点处的反射信号70以及参考点处的参考信号71的波形图的例子。此外，有时将反射信号70以及参考信号71作为时刻t的函数而称为反射信号IB(t)以及参考信号IA(t)。在反射信号70中发生局部波峰701，在参考信号71中发生局部波峰711。局部波峰701、711的波峰值(最大值)以及波峰定时(产生最大值的时刻)少许不同。
因此，图像生成部7-1以使局部波峰701、711的波峰值以及波峰定时一致的方式，对反射信号70的波形进行标准化(变形)。即，以使局部波峰701、711的波峰值一致的方式在纵轴方向上延长或缩短反射信号70，以使波峰定时一致的方式在横轴方向上移动反射信号70。这样，将标准化的反射信号IB(t)称为标准化反射信号I’B(t)。另外，也有时将反射信号IB(t)以及标准化反射信号I’B(t)总称为“反射信号(IB(t)、I’B(t))”。此外，在标准化中既可以仅使波峰定时一致的方式进行变形，也可以仅使波峰值一致的方式进行变形。
为了得到标准化反射信号I’B(t)，需要进行成为标准化的基准的局部波峰701、711的对应关联。这已知有表面触发点法、概率传播法、标准化互相关法、DP匹配法等各种方法，但只要是能够对照局部波峰的方法，就可以应用任意方法。这样，在得到标准化反射信号I’B(t)时，图像生成部7-1根据下式(1)来计算差分信号m(t)。
[数学式1]
m(t)＝I′B(t)-IA(t) …式(1)
在图8中，接下来在处理进入到步骤S105时，图像生成部7-1进行基波与差分信号m(t)的相关运算。参考图10，说明其详情。
此处，图10是示出差分信号m(t)以及相关系数R(t)的一例的波形图。图10所示的波形80是差分信号m(t)的一例，波形80的纵轴是差分值。如上所述，基波81是与超声波探头2的固有的发送波形对应的波形，是根据超声波探头2的种类而在步骤S101中设定的。
另外，在图10中，波形82是相关系数R(t)的一例。相关系数R(t)是针对差分信号m(t)，一边在X轴方向上扫描基波81一边根据下式(2)而计算出的系数。在下式(2)中，f(n)是基波81的反射强度，n是基波81的时间长度(数据点数)。
[数学式2]
Figure BDA0003507875990000131
在图8中，接下来在处理进入到步骤S106时，图像生成部7-1进行基于相关系数R(t)(参考图10)的相关解析。即，图像生成部7-1在图10所示的特征计算门83(门)的范围中计算至少一个特征量。此处，通过针对在S102中得到的参考信号设定开始时刻和时间宽度，而能够定义特征计算门83。此外，超声波检查装置既可以不具备影像化门42而具备特征计算门83，也可以具备两者。在该装置具备两者的情况下，例如影像化门和特征计算门也可以是以下的关系。
■特征计算门83和影像化门42相同。
■特征计算门83与影像化门42为一部分重复或者包含关系。
■特征计算门83和影像化门42不重复。
图11是示出标准化反射信号I’B(t)、参考信号IA(t)、差分信号m(t)以及部分相关系数Rp(t)的一例的波形图。
在图11中，波形901是标准化反射信号I’B(t)的一例，波形902是参考信号IA(t)的一例，波形903是差分信号m(t)的一例。其中，将差分信号m(t)在纵向上进行了放大。
另外，特征计算门911(门)是比特征计算门83(参考图10)更窄的范围的特征计算门。波形91是在特征计算门911内与相关系数R(t)(参考图10)一致、并在其它部分中成为“0”的部分相关系数Rp(t)的波形的一例。图像生成部7-1根据该特征计算门911内的波形91、即部分相关系数Rp(t)来计算特征量。
即，图像生成部7-1根据特征计算门911内的部分相关系数Rp(t)，检测以下列举的特征量之中的一个或者多个特征量。
■是否存在部分相关系数Rp(t)小于预定的阈值ThC的部分；
■部分相关系数Rp(t)成为小于阈值ThC的时刻tc1(接收定时)；
■时刻tc1下的差分信号m(tc1)；
■部分相关系数Rp(t)的绝对值的最大值Rpmax；
■检测到最大值Rpmax的时刻tc2(接收定时)；
■时刻tc2下的部分相关系数Rp(t)的极性；
■时刻tc2下的差分信号m(tc2)。
上述的时刻tc1、tc2相当于与特征计算门911对应的反射波的接收定时。
在图8中，接下来在处理进入到步骤S107时，缺陷检测部7-2根据在相关解析(S106)中检测到的特征量进行缺陷判定。例如在特征计算门911内，如果“部分相关系数Rp(t)的最小值<阈值ThC”成立则能够判定为“有缺陷”，如果不成立则能够判定为“无缺陷”。另外，缺陷检测部7-2在判定为“有缺陷”的情况下，根据图11的时刻tc1来计算该缺陷的“发生深度”。
接下来，在处理进入到步骤S108时，整体控制部8关于测定区域内的所有的测定点，判定是否取得了反射信号。此处在判定为“否”时处理返回到步骤S103，关于尚未取得反射信号的测定点，反复进行步骤S103～S107的处理。
然后，在所有的测定点处取得了反射信号的情况下，在步骤S108中判定为“是”，处理进入到步骤S109。
在步骤S109中，图像生成部7-1通过在X、Y方向上排列各测定点处的特征量而生成剖面图像(特征图像)。另外，数据输出部7-3将以下的信息输出到整体控制部8。
■用于缺陷判定的剖面图像；
■在剖面图像中是否存在缺陷、以及在存在缺陷的情况下的缺陷数；
■试样5中的各部分的膜厚与膜厚分布；
■差分信号m(t)的图形；
■相关系数R(t)或者部分相关系数Rp(t)的图形。
此处，上述剖面图像包括X、Y方向上的缺陷的发生位置(坐标)、各个缺陷的尺寸、以及时间方向(图1中的Z方向)上的发生位置即表示缺陷的深度的信息。整体控制部8使从数据输出部7-3供给的数据显示于GUI部17的显示器。根据以上，本例程的处理结束。
图12是示出各种特征计算门与对应的剖面图像的例子的图。此外，在本说明书中所称的“剖面图像”是指将在本说明书中检测到的特征量进行二维化得到的图像。此外，二维化的面可以认为是沿着X、Y方向(换言之，沿着探头的扫描面的面)的面，但也可以是沿着其它基准面的面。该基准面例如是具有沿着超声波的前进方向的法线的面、或检查对象物的表面即超声波入射的面。
设为针对图12的最上方示出的参考信号IA(t)以及标准化反射信号I’B(t)，设定了图示的特征计算门110。该特征计算门110具有一个发送波长程度、即将正负的局部波峰各包含1次的程度的宽度。另外，剖面图像118(特征图像)是与特征计算门110对应地取得的图像，具有圆形的6个缺陷区域121～126。特别是，在构成试样5(参考图1)的各层薄的情况下，如果将特征计算门110的宽度设为一个发送波长程度，则可能引起剖面图像118同时包含不同的接合面的缺陷的情形。图示的缺陷区域121～126实际上也是多个不同的接合面之中的任意接合面，但仅利用剖面图像118难以确定发生了缺陷的接合面。
另外，图12的从上起第2个所示的特征计算门130的宽度是1/2发送波长程度。在该特征计算门130中未包含有参考信号IA(t)或者标准化反射信号I’B(t)的局部波峰。根据本实施方式，如该特征计算门130那样，在不包含局部波峰的特征计算门中也能够检测缺陷。剖面图像138(特征图像)是与特征计算门130对应地取得的图像，具有圆形的3个缺陷区域141、143、144。这些缺陷区域141、143、144分别对应于与剖面图像118中的缺陷区域121、123、124相同的缺陷。
另外，图12的从上起第3个所示的特征计算门150具有与特征计算门130相同的宽度，但设定于在横轴(时间轴)方向上向后方进行了移动的位置。剖面图像158(特征图像)是与特征计算门150对应地取得的图像，具有圆形的3个缺陷区域162、165、166。这些缺陷区域162、165、166分别对应于与剖面图像118中的缺陷区域122、125、126相同的缺陷。这样，能够利用宽度窄的特征计算门130、150，区分存在于不同的深度的缺陷而进行检测。
另外，图12的最下方示出的特征计算门170具有与特征计算门110相同的宽度，被划分为在横轴(时间轴)方向上以定时172、174为边界的多个区划。并且，在特征计算门170内，在相关解析(S106)中检测到的特征量被区分为包含于哪个区划。剖面图像178(特征图像)是与特征计算门170对应地取得的图像，具有圆形的6个缺陷区域181～186。
这些缺陷区域181～186分别对应于与剖面图像118中的缺陷区域121～126相同的缺陷。其中，缺陷区域181～186根据特征计算门170内的区划而显示形态不同。在图示的例子中，利用阴影线、网格、点状物等来示出显示形态，但也可以根据特征计算门170内的区划而对缺陷区域181～186赋予不同的“显示色”。这样，在应用了特征计算门170的例子中，能够区分发生深度不同的多个缺陷而进行检测，能够生成可将它们区分地显示的剖面图像178。此外，深度的精度如前所述，具有比所述反射信号的局部波峰彼此的时间宽度更精细的精度。换言之，能够实现比利用所述反射信号的局部波峰彼此的时间宽度而得到的路程更精细的精度。
<第1实施方式的效果>
如以上那样，本实施方式的超声波检查装置100具备：超声波探头(2)，发生超声波并发送给检查对象物(5)，接收从检查对象物(5)反射的反射波；以及运算处理部(7、8)，在运算处理部(7、8)中，(A)设定表示反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门(911)，(B)关于多个测定点的各个测定点，(B1)取得表示反射波的按时间的强度的反射信号(IB(t)、I’B(t))，(B2)计算反射信号(IB(t)、I’B(t))与参考信号(IA(t))的差分即差分信号(m(t))，(B3)针对门(911)内的差分信号(m(t))而计算特征量，(C)根据针对多个测定点的特征量来检测缺陷，(D)输出表示沿着超声波的发送方向的缺陷的深度的信息。
由此，根据本实施方式，能够确切地检测试样的内部缺陷。更具体而言，能够高精度地掌握在所设定的门内检测到的缺陷的深度。
另外，在其它观点中，本实施方式的超声波检查装置100具备：超声波探头(2)，发生超声波并发送给检查对象物(5)，接收从检查对象物(5)反射的反射波；以及运算处理部(7、8)，根据基于反射波来计算的特征量，输出二维图像，在运算处理部(7、8)中，(1)设定表示反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门(911)，(2)关于包含于二维图像的1个以上的像素，(2A)取得表示反射波的按时间的强度的反射信号(IB(t)、I’B(t))，(2B)计算反射信号(IB(t)、I’B(t))与参考信号(IA(t))的差分即差分信号(m(t))，(2C)针对门(911)内的差分信号(m(t))而计算特征量，(3)根据特征量来检测缺陷，(4)生成包含表示沿着超声波的发送方向的缺陷的深度的信息的二维图像。
由此，根据本实施方式，能够根据所生成的二维图像而高精度地掌握缺陷的深度。
另外，特征量包括预定的基波信号(81)和差分信号(m(t))的相关系数(R(t))的状态(例如，是否存在成为Rp(t)<ThC的部分)、根据相关系数(R(t))来计算的反射波的接收定时(tc1、tc2)、或者接收定时(tc1、tc2)下的差分信号(m(tc1)、m(tc2))之中的任意特征量。
由此，能够准确地抽出相关系数(R(t))的状态、反射波的接收定时(tc1、tc2)、或者接收定时(tc1、tc2)下的差分信号(m(tc1)、m(tc2))中出现的特征量。
另外，基波信号(81)是与超声波探头(2)的特性对应地决定的信号。由此，能够抽出与超声波探头(2)的特性对应的正确的特征量。
另外，本实施方式中的参考信号(IA(t))是在参考点处得到的反射信号(IB(t)、I’B(t))。由此，能够容易地求出参考信号(IA(t))。
另外，关于所设定的门(130、150)，能够设定成在从开始时间起至经过时间宽度为止的时间范围中不包含反射信号(IB(t)、I’B(t))的局部波峰。
由此，能够根据不包含局部波峰的窄的时间范围的反射信号，将存在于不同的深度的缺陷高精度地进行区分来检测。
另外，沿着超声波的发送方向的缺陷的深度的信息具有比反射信号(IB(t)、I’B(t))的局部波峰彼此的时间宽度更精细的精度，或者具有比利用反射信号的局部波峰彼此的时间宽度而得到的路程更精细的精度。
由此，能够将比与局部波峰彼此的时间宽度对应的深度的差更窄的范围中存在的缺陷，高精度地进行区分来检测。
[第2实施方式]
接下来，说明本发明的第2实施方式的超声波检查装置。本实施方式的硬件结构以及软件的内容与第1实施方式(图1～图12)相同，但取得参考信号的步骤S102(参考图8)的内容与第1实施方式不同。在上述第1实施方式中，优选为从试样5之中的没有发生缺陷的测定点中选择取得参考信号的参考点。但是，还存在难以事先掌握“没有发生缺陷的测定点”的情况。因此，在本实施方式的步骤S102中，按照以下说明的过程来取得参考信号。
(1)首先，整体控制部8以及信号处理部7(参考图1)将与试样5的期望的边界面对应的影像化门设定于图像生成部7-1(参考图2)，在各测定点处取得反射信号。由此，在图像生成部7-1中生成与影像化门对应的剖面图像。
图13是在第2实施方式中取得参考信号的动作说明图。设为图13的最上方示出的剖面图像200是这样生成的剖面图像。
(2)接下来，整体控制部8以及信号处理部7将剖面图像200分割为具有同样的(例如相同的)图案构造的多个部分区域。图13的最上方示出的N个部分区域202-1～202-N是通过分割而得到的部分区域。此处，有时将“1”～“N”的值称为拍摄编号。
(3)接下来，整体控制部8以及信号处理部7在各部分区域202-1～202-N中抽出具有同样的(例如相同的)图案的测定点。在图13中，设为是抽出了N个测定点204-1～204-N的测定点。
(4)接下来，整体控制部8以及信号处理部7一边使超声波探头2依次移动到这些N个测定点204-1～204-N，一边使图像生成部7-1取得这些测定点处的N个反射信号。在这些N个反射信号中，还可能存在包含由缺陷引起的反射波的信号。图13的从上起第2个所示的波形群210是以特定的局部波峰为基准而将取得的N个反射信号进行重叠得到的波形群。
(5)接下来，整体控制部8以及信号处理部7在波形群210的各时刻t，计算反射信号的强度的中值。在图13的最下方用虚线示出的线212、214表示属于波形群210的各波形的上限值以及下限值。另外，波形220是将属于波形群210的各波形的各时刻t下的中值进行连结而成的波形。在本实施方式中，应用该波形220作为参考信号IA(t)。
如以上那样，根据本实施方式，在运算处理部(7、8)中，(E)关于多个测定点，通过对反射信号(IB(t)、I’B(t))实施预定的统计处理而取得参考信号(IA(t))。
由此，即便在一部分反射信号中包含由缺陷导致的影响，也能够取得抑制了由缺陷导致的影响的参考信号IA(t)。
[第3实施方式]
接下来，说明本发明的第3实施方式的超声波检查装置。本实施方式的硬件结构以及软件的内容与第1实施方式(图1～图12)相同。但是，在本实施方式的初始设定(图8，步骤S101)中对“各门的开始位置以及宽度”进行指定的动作与第1实施方式不同。
在第1实施方式中，如上所述，根据试样5的纵向构造来指定各门的开始位置以及宽度。但是，在本实施方式中，用户将试样5的“纵向构造信息”输入到整体控制部8。此处，关于纵向构造信息，列举了试样5的各层的“层编号”、“材质”以及“厚度”。此外，“层编号”是在图1中从超声波探头2观察时按照从近到远的顺序，从“1”起以升序方式赋予的编号。例如，纵向构造信息为“1：环氧树脂密封材料，500μm；2：Si(硅)，20μm；3：Al(铝)，7μm；4：Cu(铜)，7μm；……”这样的信息。
各材质中的超声波的传播速度是既知的，因此如果材质和厚度被确定，则能够求出各层中的超声波的传播时间。由此，整体控制部8在从超声波探头2输出发送波之后，计算反射波从各层的边界面返回到超声波探头2的时间，决定各门的开始位置以及宽度。此外，也可以由整体控制部8根据试样5的CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)数据来求出上述纵向构造信息。
如以上那样，根据本实施方式的超声波检查装置，在运算处理部(7、8)中，(F)取得检查对象物(5)的纵向构造信息，(G)根据纵向构造信息来设定门(911)，(H)将表示缺陷的深度的信息与差分信号(m(t))一起显示于显示器。
由此，能够自动地设定基于纵向构造信息的门，因此能够节省用户的工夫。
[变形例]
本发明并非限定于上述实施方式，而能够进行各种变形。上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而例示的实施方式，未必限定于具备所说明的所有的结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的结构，还能够对某个实施方式的结构追加其它实施方式的结构。另外，关于各实施方式的结构的一部分，能够进行删除或者其它结构的追加、置换。另外，关于图中示出的控制线、信息线，示出了认为在说明上所需的线，未必示出在产品上所需的所有的控制线、信息线。实际上也可以认为几乎所有的结构相互连接。针对上述实施方式能够进行的变形例如是以下那样的变形。
(1)在上述第2实施方式中，说明了在通过统计处理来求出参考信号时应用了多个反射信号的“中值”的例子。但是，统计处理不限于求出中值的处理，而能够应用平均值等其它统计性的运算处理。
(2)另外，在第2实施方式中，将所得到的剖面图像200分割为测定点204-1～204-N，选择了应用于统计处理的多个测定点204-1～204-N。但是，也可以从试样的布局信息、设计数据等，自动地选择应用于统计处理的测定点。另外，在第2实施方式中，也可以从测定区域，随机地选择多个测定点204-1～204-N。
(3)上述实施方式中的信号处理部7以及整体控制部8的硬件能够通过一般的计算机来实现，因此也可以将执行图8所示的流程图、其它上述的各种处理的程序等存储到存储介质、或者经由传送路径进行分发。
(4)在上述实施方式中将图8所示的处理、其它上述的各处理说明为使用了程序的软件的处理，但也可以将其一部分或者全部置换为使用了ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit(专用集成电路)；面向特定用途的IC)或者FPGA(Field ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)等的硬件的处理。
(5)根据反射波来生成反射信号的部位也可以是探伤器3、A/D变换器6以外。例如，也可以由超声波探头2生成反射信号。在该情况下，也可以说超声波探头2内置有探伤器3、A/D变换器6。
(6)如前所述，剖面图像的二维面即使未必对应于超声波探头2的测定点(位置)，但只要能够在沿着其它基准面的面中生成二维的图像即可。换言之，也可以针对包含于剖面图像的各像素(例如点状物、点、微小区域)的每一个，向检查对象面的不同的位置发送超声波并接收反射波，以利用该反射波能够取得的反射信号为对象而进行本说明书中记载的处理。另外，图像也可以仅包含一个像素。换言之，也可以在所述运算处理部(7、8)中，(1)设定表示反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门(例如图10所示的特征计算门83)，(2)关于包含于所述二维图像的1个以上的像素，(2A)取得表示所述反射波的按时间的强度的反射信号，(2B)计算所述反射信号与参考信号的差分即差分信号，(2C)针对所述门内的所述差分信号而计算所述特征量，(3)根据所述特征量来检测缺陷，(4)生成包含表示沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息的所述二维图像。

Claims (16)

1.一种超声波检查装置，其特征在于，具备：
超声波探头，发生超声波而发送给检查对象物，并接收从所述检查对象物反射的反射波；以及
运算处理部，
在所述运算处理部中，
(A)设定表示所述反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门，
(B)关于多个测定点的各个测定点，(B1)取得表示所述反射波的按时间的强度的反射信号，(B2)计算所述反射信号与参考信号的差分即差分信号，(B3)针对所述门内的所述差分信号而计算特征量，
(C)根据针对多个所述测定点的所述特征量来检测缺陷，
(D)输出表示沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息。
2.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
所述特征量包括预定的基波信号与所述差分信号的相关系数的状态、根据所述相关系数来计算的所述反射波的接收定时、或者所述接收定时下的所述差分信号之中的任意特征量。
3.根据权利要求2所述的超声波检查装置，其特征在于，
所述基波信号是与所述超声波探头的特性对应地决定的信号。
4.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
所述参考信号是在参考点处得到的反射信号。
5.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
在所述运算处理部中，
(E)关于多个所述测定点，通过对所述反射信号实施预定的统计处理，取得所述参考信号。
6.根据权利要求2所述的超声波检查装置，其特征在于，
在所述运算处理部中，
(F)取得所述检查对象物的纵向构造信息，
(G)根据所述纵向构造信息来设定所述门，
(H)将表示所述缺陷的深度的信息与所述差分信号一起显示于显示器。
7.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
关于所设定的所述门，能够设定成在从所述开始时间起至经过所述时间宽度为止的时间范围中不包含所述反射信号的局部波峰。
8.根据权利要求1所述的超声波检查装置，其特征在于，
沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息具有比所述反射信号的局部波峰彼此的时间宽度精细的精度、或者具有比利用所述反射信号的所述局部波峰彼此的时间宽度得到的路程精细的精度。
9.一种超声波检查方法，使用发生超声波而发送给检查对象物并接收从所述检查对象物反射的反射波的超声波探头，在运算处理部中对所述反射波进行解析，所述超声波检查方法的特征在于，具有：
(A)设定表示所述反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门的步骤；
(B)关于多个测定点的各个测定点，(B1)取得表示所述反射波的按时间的强度的反射信号的步骤、(B2)计算所述反射信号与参考信号的差分即差分信号的步骤、和(B3)针对所述门内的所述差分信号而计算特征量的步骤；
(C)根据针对多个所述测定点的所述特征量来检测缺陷的步骤；以及
(D)输出表示沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息的步骤。
10.根据权利要求9所述的超声波检查方法，其特征在于，
所述特征量包括预定的基波信号与所述差分信号的相关系数的状态、根据所述相关系数来计算的所述反射波的接收定时、或者所述接收定时下的所述差分信号之中的任意特征量。
11.根据权利要求10所述的超声波检查方法，其特征在于，
所述基波信号是与所述超声波探头的特性对应地决定的信号。
12.根据权利要求9所述的超声波检查方法，其特征在于，
所述参考信号是在参考点处得到的反射信号。
13.根据权利要求9所述的超声波检查方法，其特征在于，还具有：
(E)关于多个所述测定点，通过对所述反射信号实施预定的统计处理而取得所述参考信号的步骤。
14.根据权利要求10所述的超声波检查方法，其特征在于，还具有：
(F)取得所述检查对象物的纵向构造信息的步骤；
(G)根据所述纵向构造信息来设定所述门的步骤；以及
(H)将表示所述缺陷的深度的信息与所述差分信号一起显示于显示器的步骤。
15.根据权利要求9所述的超声波检查方法，其特征在于，
关于所设定的所述门，能够设定成在从所述开始时间起至经过所述时间宽度为止的时间范围中不包含所述反射信号的局部波峰。
16.一种超声波检查装置，其特征在于，具备：
超声波探头，发生超声波而发送给检查对象物，并接收从所述检查对象物反射的反射波；以及
运算处理部，根据基于所述反射波来计算的特征量，输出二维图像，
在所述运算处理部中，
(1)设定表示所述反射波的解析对象的开始时间和时间宽度的门，
(2)关于包含于所述二维图像的1个以上的像素，(2A)取得表示所述反射波的按时间的强度的反射信号，(2B)计算所述反射信号与参考信号的差分即差分信号，(2C)针对所述门内的所述差分信号而计算所述特征量，
(3)根据所述特征量来检测缺陷，
(4)生成包含表示沿着所述超声波的发送方向的所述缺陷的深度的信息的所述二维图像。
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