JP2005098875A

JP2005098875A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2005098875A
Application number: JP2003333757A
Authority: JP
Inventors: Taketo Kishi; 武人岸
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP4356413B2

Abstract

【課題】半田ボールと配線パターンとの接合状況や、Ｘ線吸収率が相違する複数の物質が混在するような物品中のクラック等を明確に画像化することのできるＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】試料Ｗを回転させつつ取り込んだＸ線透過データから、例えば画素間の濃度の差分値等、試料の各部位のＸ線吸収率の空間的変動に係るデータを算出し、その空間的変動データを用いて断層像を再構成演算することにより、試料内部でＸ線吸収率の空間的変化が大きな部位が強調された断層像を得て、半田ボールと基板上の配線パターン間の微小なクラック等を明確に画像化することを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は産業用のＸ線ＣＴ装置に関し、特に回路基板上の半田ボールと配線パターンとの接合状況や、あるいは、金属等のＸ線吸収率の高い物質と樹脂等のＸ線吸収率の低い物質が混在しているような測定対象物における樹脂中のクラック等の有無などを、良好に可視化することのできるＸ線ＣＴ装置に関する。

産業用のＸ線ＣＴ装置においては、一般に、互いに対向配置されたＸ線源とＸ線検出器の間に測定に供すべき試料を配置し、その試料に回転を与えるか、あるいはＸ線源とＸ線検出器の対を試料に対して回転させつつ、試料にＸ線を照射して得られるＸ線透過データを取り込み、そのＸ線透過データを用いた断層像再構成演算によって、回転軸に直交する平面に沿った試料の断層像を構築する（例えば特許文献１参照）。

このようなＸ線ＣＴ装置を用いることにより、例えば物品内部に存在するクラックなどの欠陥の有無等を、非破壊のもとに調査することができる。

しかしながら、以上のようなＸ線透過データを用いて試料の断層像を再構成する従来のＸ線ＣＴ装置によると、測定対象試料によっては、所望の部位の断層像を正確に得ることができない場合がある。

すなわち、例えば回路基板に形成された配線パターンに対して、半田ボールを介して半導体チップ等を接合した試料において、半田ボールと配線パターンとの間の微小なクラックや隙間等は、実際の基板上で上で存在するにも関わらず、それを正確に画像化することが困難である。

また、測定対象が金属のようなＸ線吸収率の高い物質と樹脂のようなＸ線吸収率の低い物質など、複数の材質からなる物質が混在しているような物品の場合、樹脂内部の微小なクラックなどの微妙なコントラストが、吸収率の高い物質の影響でうまく画像化できない場合がある。
特開２００２−３５７５６７号公報

本発明は上記に鑑みてなされたもので、半田ボールと配線パターンとの接合状況や、Ｘ線吸収率が相違する複数の物質が混在するような物品中のクラック等を明確に画像化することのできるＸ線ＣＴ装置の提供をその課題としている。

上記の目的を達成するため、本発明のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源とＸ線検出器の間に試料を配置し、Ｘ線源とＸ線検出器の対と試料とに相対的な回転を与えつつ試料にＸ線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだＸ線透過データを用いて、上記回転の中心軸に直交する平面に沿った断層像を再構成する断層像再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、上記Ｘ線透過データを用いて、試料の各部位のＸ線吸収率の空間的変動に係るデータを算出し、そのＸ線吸収率の空間的変動データを用いて、上記断層像再構成演算手段による断層像の再構成演算と同じ演算を実行する強調断層像再構成演算手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記試料の各部位のＸ線吸収率の空間的変動データを、上記Ｘ線検出器の出力に基づく各回転角度ごとのＸ線強度分布画像における互いに隣接する画素間の濃度データの差分値とすること（請求項２）ができる。

また、本発明においては、上記Ｘ線源がパラレルビームもしくはファンビーム状のＸ線を出力するＸ線源であり、上記相対的な回転を与えつつＸ線検出器により基準位置と参照位置の各１ライン分のＸ線透過データをそれぞれ取り込み、各回転角度ごとの基準位置と参照位置のライン間の対応画素間の強度データの差分値を算出して上記空間変動データとする構成（請求項３）を採用することができる。

更に、本発明においては、上記Ｘ線源がコーンビーム状のＸ線を出力するＸ線源であり、上記相対的な回転を与えてＸ線検出器に取り込んだ全ての画素のＸ線透過データについて、互いに隣接する画素どうしの差分値を算出して上記空間変動データとする構成（請求項４）を採用することもできる。

本発明によれば、試料を回転させて取り込んだ各回転角度ごとのＸ線透過データから、例えば互いに隣接する画素間のＸ線強度データの差分値などの、試料の各部位におけるＸ線吸収率の空間変動データを求め、その空間変動データを用いて試料の断層像を構築するので、試料内部でＸ線吸収率の空間的変化が大きな部位が強調された断層像が得られる。その結果、半田ボールと基板上の配線パターンとの間の微小なクラックや、金属と樹脂などのＸ線吸収率の相違する材質が混在している部品における金属内部や樹脂内部の微小なクラックを鮮明化した断層像が得られ、これらのクラック等の存在の有無を正確に判別することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明をコーンビームＣＴ装置に適用したの実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と主要な機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。

コーンビーム状のＸ線を出力するＸ線源１はそのＸ線光軸Ｌを斜め上方に向かうように配置されており、そのＸ線源１に対向して２次元状Ｘ線検出器２が配置されている。そして、これらのＸ線源１とＸ線検出器２の間に試料ステージ３が配置されている。

試料ステージ３は、その試料搭載面３ａが水平面に沿うように配置され、その試料搭載面３ａ上に載せられた試料Ｗを、鉛直方向（ｚ軸方向）に沿った回転軸Ｒを中心として回転させるための回転機構３１と、そのｚ軸を含む互いに直交する３軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）方向に移動させるための移動機構３２を備えている。

試料ステージ３上の試料Ｗを回転させつつ、所定の回転角度ごとのＸ線検出器２の出力、つまりＸ線透過データは、画像取り込み回路４を介して演算装置５に取り込まれる。演算装置５は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体とするものであって、インストールされているプログラムに従って機能を実現するのであるが、図１では説明の便宜上、主要な機能ごとにブロック図で示している。

画像取り込み回路４を介して取り込んだＸ線検出器２の各画素データは、感度補正演算部５１および歪み補正演算部５２によって感度補正並びに歪み補正された後、差分値演算部５３に送られる。差分値演算部５３では、各回転角度で取り込んだ１画面分のデータごとに、水平方向に並ぶ複数の画素からなる１ライン分のデータについて、縦方向に隣接するものどうしの画素データの濃度（従ってＸ線吸収率）の差分値を算出する。

断層像再構成演算部５４は、操作部６によって選択されたデータ、つまり感度補正および歪み補正されたＸ線透過データを用いるか、あるいは差分値演算部５３により算出された差分値データを用いて、試料Ｗの回転軸Ｒに直交する水平面でスライスした断層像を再構成する。また、縦断層像再構成演算部５５では、断層像再構成演算部５４で再構成された複数の断層像を用いて、回転軸Ｒに平行な鉛直面に沿った断層像を構築する。

断層像再構成演算部５４および縦断層像再構成演算部５５により再構成された断層像ないしは縦断層像は、表示器７に表示される。

さて、上記したように、操作部６によって、断層像再構成演算部５４で用いるデータを選択することができ、感度補正および歪み補正されたＸ線透過データを用いるように選択された場合には、従来と同じ断層像が得られる。

一方、差分値演算部５３によって求められた差分値データを用いるように選択された場合には、各回転角度ごとに取り込まれる１画面分のＸ線透視画像中で、隣接する画素どうしの濃度差の激しい部分が強調された断層像が得られる。

試料Ｗとして、回路基板上の配線パターンに対して半田ボールを介して半導体チップ等を接続したものの断層像を撮像した場合の例を用いて、通常の断層像と差分値データを用いた断層像の相違について説明する。

図２は、回路基板の銅からなる配線パターンＷｐと半田ボールＷｓとの接合状況を検査するために、回路基板を試料Ｗとして試料ステージ３の試料搭載面３ａに沿わせて搭載し、基板の平面に直交する方向の回転軸Ｒを中心として回転させを与えつつ取り込んだＸ線透過データを用いた場合の縦断層像の例を示す模式図であり、（Ａ）は感度補正および歪み補正を施したＸ線透過データを再構成して構築した通常の縦断層像を模式的に表した図であり、（Ｂ）は同じＸ線透過データから差分値を算出し、その差分値データを用いて再構成した場合の縦断層像を模式的に表した図である。

この配線パターンＷｐと半田ボールＷｓとの間には、実際には微小なクラックが介在して両者は接合されていないのであるが、（Ａ）に示す通常の縦断層像では、配線パターンＷｐと半田ボールＷｓとの間が繋がっているような画像となっている。

これに対し、Ｘ線透過データの差分値を用いて構築した（Ｂ）に示す縦断層像では、両者間に介在する隙間Ｃが明確に現れている。これは、半田ボールＷｓと銅製の配線パターンＷｐのようにＸ線吸収率の大きな部材の間に介在する微小な隙間が、通常の断層像では明確に現れないのに対し、差分値データを用いて構築した断層像では、半田ボールＷｓないしは配線パターンＷｐと隙間との境界部分で隣り合う画素間の濃度データに大きな差があるために、その部分が特に強調されて画像化されることにほかならない。

以上の半田ボールＷｓと配線パターンＷｐとが良好に接合している場合には、上記の差分値データを用いて構築した縦断層像は、図３に示す通りとなり、半田ボールＷｓの先端部分によって隙間Ｃが分断された画像となり、図２（Ｂ）に示した隙間Ｃの形状の相違から、接合状況を容易に把握することができる。

ここで、以上の実施の形態では、水平方向に並ぶ複数の画素からなる１ライン分のデータについて、縦方向に隣接するものどうしの画素データの濃度の差分値を算出したが、縦方向に並ぶ複数の画素からなる１ライン分のデータについて、水平方向に隣接するものどしの画素データの濃度の差分値を算出して差分値データとしても、同等の効果を奏することができる。

また、この実施の形態では、コーンビームＣＴ装置に本発明を適用した例を示したが、パラレルビームもしくはファンビーム状のＸ線を試料に照射して、水平の１ライン分のＸ線透過データを取り込むＣＴ装置においては、図４にその動作手順を示すフローチャートを示すように、断層像のスライス面に沿った１ライン分のＸ線透過データ（基準位置データ）と、これと対比して差分値を求めるための位置の１ライン分のＸ線透過データ（参照位置データ）とをそれぞれ取り込み、各データの感度補正および歪み補正を行った後、これらの各ラインの各回転角度ごとのデータどうしについて、水平方向への同じ位置の画素データ間の差分値を算出し、その差分値データを用いて断層像を再構成することによって、上記と同等の作用効果を奏することができる。

そして、このパラレルビームもしくはファンビーム状のＸ線を試料に照射するタイプのＸ線ＣＴ装置においても、上記のように横方向に伸びる１ライン分のＸ線透過データどうしを縦方向に比較して差分値を求めるほか、１本のライン内で横方向に隣接する画素のＸ線透過データどうしの差分値を算出して断層像の再構成に供してもよく、この場合、基準位置データを収集するだけで上記と同等の所要部分が強調された断層像を構築することができる。

なお、以上の各例においては、試料の各部位のＸ線吸収率の空間的変動に係るデータとして、Ｘ線強度分布画像における互いに隣接する画素間の濃度データの差分値を採用した例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、画像処理技術において例えばエッジ強調処理などに用いられている公知の方法を用いて、Ｘ線吸収率の空間的変動を表すデータを求め、そのデータを用いて断層像を構築してもよい。

本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。本発明の実施の形態の作用説明図で、（Ａ）はＸ線検出器２から取り込んだＸ線透過データの感度補正および歪み補正後のデータを用いて構築した縦断層像の例を示す模式図であり、（Ｂ）同じＸ線透過データを感度補正および歪み補正後、差分値演算部５３により求めた差分値データを用いて構築した縦断層像の例を示す模式図である。図２に示した半田ボールと配線パターンとが良好に接合している場合に、差分値データを用いて構築した縦断層像の例を示す模式図である。本発明をパラレルもしくはファンビーム状のＸ線を照射するＣＴ装置に適用する場合の撮像の動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ｘ線源
２Ｘ線検出器
３試料ステージ
３ａ試料搭載面
３１回転機構
３２移動機構
４画像取り込み回路
５演算装置
５１感度補正演算部
５２歪み補正演算部
５３差分値演算部
５４断層像再構成演算部
５５縦断層像再構成演算部
６操作部
７表示器
Ｗ試料
Ｗｐ配線パターン
Ｗｓ半田ボール
Ｃ隙間

Claims

Ｘ線源とＸ線検出器の間に試料を配置し、Ｘ線源とＸ線検出器の対と試料とに相対的な回転を与えつつ試料にＸ線を照射し、所定の回転角度ごとに取り込んだＸ線透過データを用いて、上記回転の中心軸に直交する平面に沿った断層像を再構成する断層像再構成演算手段を備えたＸ線ＣＴ装置において、
上記Ｘ線透過データを用いて、試料の各部位のＸ線吸収率の空間的変動に係るデータを算出し、そのＸ線吸収率の空間的変動データを用いて、上記断層像再構成演算手段による断層像の再構成演算と同じ演算を実行する強調断層像再構成演算手段を備えていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
上記試料の各部位のＸ線吸収率の空間的変動データが、上記Ｘ線検出器の出力に基づく各回転角度ごとのＸ線強度分布画像における互いに隣接する画素間の濃度データの差分値であることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。
上記Ｘ線源がパラレルビームもしくはファンビーム状のＸ線を出力するＸ線源であり、上記相対的な回転を与えつつＸ線検出器により基準位置と参照位置の各１ライン分のＸ線透過データをそれぞれ取り込み、各回転角度ごとの基準位置と参照位置のライン間の対応画素間の濃度データの差分値を算出して上記空間変動データとすることを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線ＣＴ装置。
上記Ｘ線源がコーンビーム状のＸ線を出力するＸ線源であり、上記相対的な回転を与えてＸ線検出器に取り込んだ全ての画素のＸ線透過データについて、互いに隣接する画素どうしの差分値を算出して上記空間変動データとすることを特徴とする請求項２に記載のＸ線ＣＴ装置。