JP2007263780A - 超音波検査方法及び超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ型超音波センサを用いた非破壊検査検査において、超音波の伝播経路のノイズの影響を低減し、検査画像のＳＮ比を向上することで欠陥検出性を向上することが課題である。
【解決手段】アレイ型超音波センサ１０１Ｂの一部の圧電振動素子１０１Ａから検査対象１００に対して超音波送・受信する際に、送信に用いる圧電振動素子と受信に用いる圧電振動素子の組合せを切替えながら、超音波送・受信の焦点は１点にした状態で超音波の伝播経路のみを変えて複数の反射信号を収録し、この複数の反射信号を加算あるいは平均化することで、超音波が伝播する経路で重畳するノイズを低減する。この処理をアレイ並び方向には電子的に走査し、さらにアレイ並びの法線方向には機械走査することで、検査対象１００の内部からの反射信号を用いて高ＳＮ比の検査画像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体やＩＣなどの検査対象の内部の任意の位置に対してアレイ型超音波センサから超音波を送受信してその内部を検査する超音波検査方法と装置に係る。

半導体やＩＣなどの微細な構造物（検査対象）の内部のはく離やボイドなどの検査においては、従来、単一焦点型の超音波センサをスキャナなどにより機械的に二次元走査する方法が実用化されている。

この方法では、単一焦点型の超音波センサで検査対象内部の検査対象部位に焦点を結んで超音波を送・受信して、検査部位から超音波の反射波を受信して電気信号に変換した受信信号にゲート処理を行うことで、受信信号に含まれている反射波の強度を求める。この様なことをスキャナで超音波センサを機械的に二次元方向に移動させて二次元方向の多点において実施し、求めた反射波の強度を２次元空間に並べるマッピングを行うに必要な画像データを作成し、その画像データに基づいて検査部位の検査画像を表示装置に表示して欠陥の有無を調べるものである（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

しかしながら、上述した単一焦点型の超音波センサを機械的に走査する方法では、超音波のビーム径と機械的な走査の送り幅（ピッチ）が検査画像の空間分解能となるため、小さい欠陥を検出するためには、この走査ピッチを細かくする必要があった。

しかし、走査ピッチを細かくすると、逆に機械的な走査に時間を要し、検査時間が長くなるという問題があった。この問題を解決するために、アレイ型超音波センサを用いた検査手法が考案されてきた。アレイ型超音波センサは、複数の圧電振動素子を一列に配列し、この一部に素子駆動の時間遅延を与えて超音波を送・受信することで、検査部位に焦点を結ぶことが可能である。

また、圧電振動素子の並び方向（アレイ方向）の法線方向にレンズを配置、あるいは曲面構造することで、単一焦点型の超音波センサと同様に点集束で超音波を送・受信することができる。また、アレイ型超音波センサで焦点を結び、アレイ方向に送・受信素子に用いる一部の圧電振動素子を電子的に切替えて電子的に走査することで、機械的に走査するよりも迅速な検査が可能となった（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、上記の単一焦点型の超音波センサでも、アレイ型超音波センサでも、これらが送・受信する超音波の伝播経路（路程ともいう）にノイズ源が存在する場合には、超音波の反射，散乱，回折，透過強度のばらつきなどのノイズが重畳し、ＳＮ比の低下を招いていた。

そのため、ＳＮ比向上手法が提案されてきた（例えば、特許文献４参照）。上記のような超音波の伝播経路に存在するノイズ源でランダムノイズを発生するような場合には、一般的にアベレージング（平均化）処理により、ランダムノイズを低減する方法が知られている。その例として参照した特許文献４では、アレイ型超音波センサを用いた場合には、移動平均（横方向，深さ方向）を変化させて受信した反射波形に対応した電気的な受信信号を平均化し、ＳＮ比を向上する手法を採用することが開示されている。

特開平５−２３２０９２号公報 特開平７−２４４０３０号公報 特開平１１−３０４７６９号公報 特開２００１−１５３８４７号公報

一方、近年の検査対象である半導体やＩＣの構造は微細化の一途をたどっている。半導体の構造が微細化する一方で、それを封止する材料であるモールド樹脂も、機械強度を高めるとともに半導体で発生する熱を排除するために、様々な材料が開発されている。

モールド樹脂は、エポキシ系樹脂とカーボンやシリカガラスなどのフィラーと呼ばれる微細な繊維状や球状の充填剤をまぜて製造されている。このようなモールド樹脂で封止された状態の半導体を超音波を用いて検査する際においては、このモールド樹脂中のフィラーがノイズ源となっていた。

その理由を、モールド樹脂の下の半導体チップがチップ下面で接合されており、このチップ下面の接着状態を検査する際を例として説明する。従来の単焦点型の超音波センサやアレイ型超音波センサを用いた検査手法では、それらのセンサから送信した超音波はモールド樹脂中ではまだ集束していない波面を形成する。しかし、モールド樹脂を構成している樹脂とフィラーは微視的には、超音波の反射率・透過率を決定する音響イピーダンスが異なるため、超音波はモールド樹脂中を散乱，反射や回折を繰り返しながら、伝播することになる。

また、フィラーはモールド樹脂中に分散して存在しているものの、固体であるため完全に均一になっているわけではなく、空間的にランダムに配置された固体と考えることができる。このように、超音波が検査部位に集束する前にモールド樹脂を伝播してきた超音波は、空間的にランダムに配置されたフィラーによる散乱，反射や回折の影響で、超音波の集束焦点における信号（波形あるいは強度）は、モールド樹脂中の超音波の伝播経路（路程ともいう）によって異なるものとなる。

また、超音波を受信する際も同様に空間的にランダムに配置されたフィラーの影響を受けた反射波をセンサが受信することになる。これにより、検査部位が均一な反射率を持つ部位であったとしても、超音波のモールド樹脂中での伝播経路により波形あるいはその強度が異なってしまう。

このことにより、検査部位からの反射波の強度をマッピングして形成される検査画像は、欠陥が無い場合でも一様ではなく、場所によって信号強度に変化が生じた画像、つまりノイズが重畳した検査画像となっていた。

また、仮に検査対象部位に欠陥があった場合には、欠陥部と健全部の反射強度比が、コントラストとなって検査画像に現れるため、モールド樹脂中でノイズが重畳すると、検査画像のＳＮ比が低下するため、欠陥検出性を低下させていた。

一方、上述した特許文献４のように移動平均（横方向，深さ方向）する手法では、たとえ超音波の送・受信に集束ビームを用いた場合でも、移動平均により逆に焦点がボケてしまい、微小な欠陥を検出できない可能性があった。

そのため、本発明の目的は、上記のモールド樹脂などのような超音波伝播経路でのノイズ源が存在する場合に、そのノイズ源によるノイズに基づく欠陥検出性の低下を防止し、高ＳＮ比かつ高分解能な検査画像による欠陥検査可能な超音波検査方法及び装置を提供することにある。

本発明の超音波検査方法は、複数の圧電振動素子を備えたアレイ型超音波センサから超音波を検査対象内の検査部位に集束するようにして送受信し、前記アレイ型超音波センサの各圧電振動素子からの信号を合成して受信信号を得、前記受信信号に基づいて前記検査部位の検査画像を表示する超音波検査方法において、同一の前記検査部位に前記超音波を伝播経路を変えて複数回にわたって送受信して前記伝播経路ごとの受信信号を得、前記伝播経路ごとの受信信号から得られた波形情報又は強度情報又は画像を生成するのに必要な情報を加算処理あるいは平均化処理して情報処理し、前記情報処理の結果に基づいて前記検査部位の検査画像を表示することを特徴としている。

本発明の超音波検査装置は、複数個の圧電振動素子が並べられているアレイ型超音波センサと、前記圧電振動素子の内の一部の領域に含まれている複数個の圧電振動素子内、超音波の送信に用いる前記圧電振動素子へ送信信号を送信する送信手段と、前記一部の領域に含まれている複数個の各圧電振動素子の内、超音波の受信に用いる前記各圧電振動素子からの各信号を受信する受信手段と、前記送信信号と前記各信号とに遅延時間を与える時間遅延手段と、前記遅延時間を可変制御する遅延制御手段と、前記送信に用いる圧電振動素子を切替える送信切替手段と、前記受信に用いる圧電振動素子を切替える受信切替手段と、前記送信及び受信切替手段による切替先を制御する切替制御手段と、前記遅延時間を与えた前記各信号を合成して受信信号を生成する手段と、前記一部の領域を前記圧電振動素子が並べられている方向に変更する電子的走査手段と、前記アレイ型超音波センサを前記方向とは異なる方向へ機械的に移動させる機械的走査手段と、前記走査手段を制御する走査制御手段と、前記切替えのたびごとに同一の検査部位に超音波を送受信して得られた複数の前記受信信号に含まれる波形情報又は強度情報又は画像を生成するに必要な情報を加算処理あるいは平均化処理して情報処理を行う演算処理手段と、前記情報処理の結果に基づいて検査部位の検査画像を表示する表示手段とを備えている。

本発明によれば、超音波検査において、超音波の伝播経路で重畳するノイズの影響を低減して検査のＳＮ比を向上できるうえ、ノイズの影響を低減する際には、同一の超音波集束位置での複数の受信情報を情報処理するので、焦点がボケてしまい、微小な欠陥を検出できないということを払拭できる。

本発明の実施例による超音波検査方法は、アレイ型超音波センサを用いた超音波検査において、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子に遅延時間を与えて超音波を集束して送・受信する際に、超音波の集束位置は同一の状態で前記圧電振動素子の送信素子と受信素子の組合せを複数回切替えることで、超音波の伝播経路の異なる反射信号を複数回収録し、得られた反射信号を加算あるいは平均化処理して、順次アレイ方向に電子的に走査し、検査対象内部を画像化することで、超音波の伝播経路で重畳するノイズの影響を低減し、ＳＮ比を向上できるようにした。さらに、検査対象内部からの反射信号が超音波波形であっても、超音波波形の所定の時間にゲート処理を行った反射強度であっても、検査画像であっても、ＳＮ比を向上できるようにした。

また、本発明の実施例による超音波検査装置は、複数の圧電振動素子を一列に備えたアレイ型超音波センサと、前記アレイ型超音波センサの各圧電振動素子との間で送信信号を送信する送信手段としてのパルサと受信信号を送受する受信手段としてのレシーバと、前記送信信号と受信信号に前記各圧電振動素子に遅延時間を可変して時間制御を行う遅延制御手段としての遅延制御回路と、アレイ型超音波センサの送・受信素子を切替える切替制御回路と、前記アレイ型超音波センサで超音波を送・受信した反射波形あるいは反射強度に遅延時間を与えて加算する加算回路と、前記アレイ型超音波センサを走査する走査手段及びこれを制御する走査制御手段としての走査制御回路と、送・受信素子を切替えて収録した複数の反射波形あるいは反射強度を加算あるいは平均化処理して検査画像を生成するあるいは複数の検査画像を加算あるいは平均化処理して検査画像を生成する演算処理手段としてのコンピュータと、生成した検査画像を表示する表示手段としての表示部を備えることで、高ＳＮ比で検査できるようにした。さらに、送・受信素子を複数回切替えるために前記コンピュータの記憶装置に素子組合せテーブルを備えることで簡便に素子切替の設定ができるようにした。また、表示部に通常の検査モードと加算あるいは平均処理モードとを切替える動作モード切替手段を有することで、従来法での検査と本発明の検査のどちらも実施可能な装置を提供できるようにした。

以下、本発明のアレイ型超音波センサによる検査方法及び装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。まず、図１から図４を用いて本発明の概要を説明するとともに、従来手法と本発明手法の違いを説明する。図１は本発明の第１の実施形態の概要を示す図である。図示のように、検査対象１００と、複数の圧電振動素子１０１Ａを備え検査対象１００に超音波を送・受信するアレイ型超音波センサ１０１Ｂとこれを走査する走査手段１０１Ｃからなる探傷部１０１，圧電振動素子１０１Ａに遅延時間を与えて超音波を送信するために電圧を印加するパルサ１０２Ａと受信した超音波をアナログ−デジタル変換して受信信号とするとともに受信の遅延時間を与えるレシーバ１０２Ｂからなる送・受信部１０２，アレイ型超音波センサ走査の制御回路１０３Ａと超音波の送・受信素子の切替制御回路１０３Ｂ，送・受信時の遅延時間の制御回路１０３Ｃ，受信信号の加算回路
１０３Ｄさらにはこれらを制御するとともに受信した信号を収録するとともに処理を行う制御・処理用コンピュータ１０３Ｅからなる制御部１０３，受信信号及び検査画像を表示する表示部１０４からなる。

次に、本発明のアレイ型超音波センサによる検査装置の個々の動作について説明する。まず、制御・処理用コンピュータ１０３Ｅは、走査手段１０１Ｃを動作する際には走査制御回路１０３Ａへ制御信号を送信し、超音波を送・受信して検査対象からの反射信号を収録する際には切替制御回路１０３Ｂへ超音波を送・受信する圧電振動素子の選択のための送・受信素子切替信号を送信するとともに遅延制御回路１０３Ｃを通じて超音波を集束して送・受信するための各圧電振動素子への遅延時間を与える。送信信号と遅延時間を受取った送信遅延回路１０２Ｃは、与えられた遅延時間で送信信号を送信切替手段としての送信切替回路１０２Ｄに送る。送信切替回路１０２Ｄでは、送信遅延回路１０２Ｃから遅延時間を付与して送信された送信信号を受け、切替制御回路１０３Ｂからの送信素子切替信号に基づき、送信素子を切替えて、送信信号を送信増幅器１０２Ｅへ送信する。送信増幅器１０２Ｅは送信信号を増幅して、アレイ型超音波センサ１０１Ｂのある切り替えた各圧電振動素子１０１Ｄに超音波を送信するための駆動電圧を印加する。この際に、送信切替回路は１０２Ｄ，アレイ型超音波センサ１０１Ｂが持つ一部の圧電振動素子１０１Ｄに対して、個々にあるいは複数の圧電振動素子１０１Ｄに同時に送信信号を送ることが可能である。通常は、送・受信素子の切替えにマルチプレクサなどの切替器を用いるため、超音波を送・受信する一番端の素子とその素子数を決めれば、１〜Ｎ個の圧電振動素子の中の一部（一連）の素子が選択されることになる。次に、増幅された送信信号を受けた複数の圧電振動素子１０１Ｄは、圧電効果で、超音波を送信するが、ここでは、斜線で示した複数の各圧電振動素子１０１Ｄを用いて超音波を送・受信する際について説明する。上で説明したように、送信信号に遅延時間を与えて圧電振動素子１０１Ｄに電圧を印加すると、それぞれの圧電振動素子は遅延時間に対応した時間遅れで超音波を送信する。超音波を集束する場合には、各圧電振動素子から集束位置までの幾何学的な距離、つまり各媒質での超音波の音速と境界面での屈折を考慮した距離に対応した遅延時間で各圧電振動素子に電圧を印加する。例えば、一般的には、検査対象が複数の材質により構成される場合には、式１で示されるスネルの法則で、各媒質間での屈折角度を求め、超音波の幾何学的な伝播経路を計算し、圧電振動素子の遅延時間を決定する。

ここで、θは超音波の入射角度及び屈折角度、νは超音波の音速、θやνの添え字１，２は媒質番号である。このようにして、検査対象の所定の位置（焦点１０１Ｅ）に超音波を集束して送信する。一方、超音波を受信する際には、圧電振動素子１０１Ｄのそれぞれで受信した超音波に対応して、圧電効果により生じた受信信号を受信切替回路１０２Ｆで受信素子を個々にあるいは複数切替えて受信する。更に、受信信号を受信増幅器１０２Ｇで増幅して、アナログ−デジタル変換器１０２Ｈでアナログであった受信信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された受信信号は、記憶装置である遅延メモリ102Iに記憶される。この際に、遅延メモリ１０２Ｉでは、超音波送信時と同様に超音波を焦点１０１Ｅに集束して受信する際には、遅延制御回路１０３Ｃから送信された遅延時間を各素子からの受信信号に付与して、記憶される。更に、遅延時間を与えられた受信信号は、加算回路１０３Ｄで加算され、制御・処理用コンピュータ１０３Ｅに送られる。

ここで、上述した超音波の送・受信の部分について、図２から図３を用いて補足説明する。まず、図２は従来手法での超音波送・受信方法を示しており、従来は、遅延時間201をアレイ型超音波センサ１０１Ｂ内の一部の圧電振動素子１０１Ｄに与えて超音波を送・受信して反射信号を収録し、この一部の圧電振動素子をアレイ方向に電子的に順次切替えていくことで電子走査して、反射信号を収録する。通常、超音波の送・受信１点につき反射信号の収録が１回である。このようにして受信した反射信号の任意の時間位置にゲート処理を行い、反射信号強度を求め、これを図にプロットすると、検査対象からの反射信号強度分布２０２が求められる。ここでは、説明のため、反射信号強度分布を示したが、図２の紙面奥行き方向に、アレイ型超音波センサ１０１Ｂを走査して、この反射信号強度分布２０２をマッピングすれば、検査画像が得られる。従来は、この反射信号強度の大きさによって、欠陥の有無を判別する。しかし、検査対象内でノイズが重畳した場合には、反射信号強度分布２０２中の一点鎖線で囲んだ欠陥２０３からの欠陥反射信号２０４が、周囲のノイズ信号に埋もれ、判別が難しくなってしまう。その原因は、本発明の課題で述べたとおり、例えば、図３に示すように超音波の伝播経路３００のそれぞれによって、半導体モールド樹脂３０１中のフィラー３０２が一様でない場合、超音波の反射や屈折の影響が少しずつ異なるため、場所によって焦点１０１Ｅでの超音波強度が変わってしまうためである。

そこで本発明では、図４に示すように、前述の超音波伝播経路のノイズの重畳を回避するため、１点の位置における検査対象からの反射信号を取得する際に、超音波の送・受信素子を切替えて複数回反射信を取得して、この複数の反射信号を加算あるいは平均化する。ここでは、斜線で塗った一部の圧電振動素子１０１Ｄの半分の素子数を送・受信素子として用い、この一部の圧電振動素子の中で送信素子と受信素子のそれぞれの切替えを行って、超音波を送信４０１と受信４０２を複数回行って反射信号を収録することで、超音波の焦点は同一で超音波の伝播経路の異なる複数の反射信号を収録する例を示した。このようにして複数回収録した反射信号を加算あるいは平均化することで、処理を行った信号強度分布４０３は、分解能を損なうことなくノイズを低減しＳＮ比を向上した状態で欠陥
２０３からの欠陥信号２０４を得ることが可能となり、欠陥検出性が向上する。

これを実施するための具体的な動作を、図１で説明する。１点の反射信号を収録する際に、超音波送・受信それぞれにおいて、送信切替回路１０２Ｄ及び受信切替手段としての受信切替回路１０２Ｆで超音波を送・受信に用いる一部の圧電振動素子１０１Ｄの中で、送信素子と受信素子の組合せを切替えて複数回反射信号を収録する。また、一部の圧電振動素子１０１Ｄの中で、送・受信素子の組合せを切替える場合に、一部の圧電振動素子
１０１Ｄの全てに対して与えた遅延時間を変更しなければ、その送・受信素子の組合せを変更しても超音波は１点に集束することになる。このように、本発明では、一部の圧電振動素子１０１Ｄの中で、超音波を送・受信する際の素子組合せを切替えて、一点に超音波を集束して送・受信し、さらに送・受信素子組合せそれぞれの場合での超音波の伝播経路を少しずつ変化させて受信した複数の反射信号のそれぞれをその後の遅延メモリ１０２Ｉに収録するとともに、加算回路１０３Ｄで加算し、さらに制御・処理用コンピュータ103Eで複数の反射信号を加算あるいは平均化処理することで、超音波伝播経路途中のモールド材で超音波波面が乱されることによるノイズの重畳によるＳＮ比低下を抑制する。なお、それぞれの送・受信素子組合せで収録した反射信号の加算あるいは平均化については、上記では、制御・処理用コンピュータ１０３Ｅで処理する例を記述したが、加算回路103Ｄや遅延メモリ１０２Ｉに演算機能を有する場合には、これらにおいて加算あるいは平均化処理を行っても良い。以上の動作を、アレイ型超音波センサのアレイ並び方向に超音波送・受信の際に使用する一部の複数の素子を順次切替えて、超音波送・受信時の焦点をアレイ並び方向にずらしながら反射信号を収録する。さらに、図１の紙面の奥行き方向に対しては、走査制御回路１０３Ａから制御信号を走査手段１０１Ｃに送ることでアレイ型超音波センサ１０１Ｂを走査して、反射信号を収録する。収録した反射信号は、制御・処理用コンピュータ１０３Ｅで反射信号の所定の時間位置にゲート処理を行って、反射信号の強度をマッピングして検査画像（Ｃ−スコープ）を生成して表示部１０４に表示する。また、さらに表示部には、任意の位置での反射波形（Ａ−スコープ）やアレイ方向に反射波形を並べた（Ｂ−スコープ）を表示しても良い。

次に、超音波送・受信素子組合せについて説明する。上述したように、本発明によるアレイ型超音波センサによる検査方法及び装置では、超音波の送・受信素子の組合せを切替えて、複数の反射信号を収録するため、送・受信素子組合せは様々なものがある。

第１の送・受信素子組合せは、図５は送信素子と受信素子のそれぞれを一部の圧電振動素子の中で、連続した状態で一素子ずつ逆方向にずらすように切替える例である。ここでは、例として、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子１０１Ｄの素子数が全１６素子の場合に、その中の半分の数の８素子を送信素子５０１，受信素子５０２のそれぞれに用いた例を示している。しかし、これは全３２素子の中で、１６素子を送信，受信のそれぞれに用いても良いし、全１６素子の中で１０素子を送信，受信のそれぞれに用いても良い。つまり、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の数の選択と、その中で送信と受信に割り当てる素子数は、任意の複数個に設定できる。図５で示した、送・受信組合せは、検査対象の検査部位がアレイ型超音波センサに対して、並行である場合に、超音波の送信時の入射角度と受信時の反射角度が同じになるという特徴がある。この送・受信素子組合せは、検査対象面が鏡面に近く、入射した角度と同じ角度反射するような場合に有効である。

第２の送・受信素子組合せは、図６に示すように、図５で説明したアレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の中で素子が連続した状態で一素子ずつ逆方向にずらすように切替える手法において、送信素子５０１と受信素子５０２の組合せ番号を５番まで収録するものであり、送・受信素子組合せの数が少ない分、反射信号収録のための時間を短縮可能である。

第３の送・受信素子組合せは、図７に示すように、図５で説明したアレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の中で素子が連続した状態でずらす素子の数を２素子ずつ逆方向にずらすように送信素子５０１と受信素子５０２を切替えて反射信号で収録するものであり、送・受信素子組合せの数が少ない分、この組合せも反射信号収録のための時間を短縮可能である。ずらす素子の数は、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の全素子数の中で、超音波の送信と受信に何素子割り当てるかによって任意に設定して良い。この例は、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の全素子数が多い場合に、組合せの間を飛ばして超音波送・受信回数を減らして時間短縮するものである。

第４の送・受信素子組合せは、図８に示すように、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の中で素子が連続した状態で送信素子と受信素子を同一として一素子ずつ同一方向に送信素子５０１と受信素子５０２を切替えて反射信号を収録するものである。この送・受信素子組合せは、検査対象面が粗い表面で、入射した超音波を無指向に反射する場合に有効である。

第５の送・受信素子組合せは、図９に示すように、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の中で送・受信素子を不連続にすることで、見掛けの開口幅を広くして、送信素子５０１と受信素子５０２をそれぞれブロックとして一素子ずつ逆方向に切替えて反射信号で収録するものである。この送・受信素子組合せは、見かけの開口幅が広くなるため、超音波のビーム経が小さくなり、より精細な検査画像を得ることができる。

第６の送・受信素子組合せは、図８に示すように、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の中で送信素子５０１と受信素子５０２をランダムに選んで、超音波を送・受信するもので、ランダムに選出した送・受信素子組合せを用いる。

以上のように、送・受信素子組合せは様々なものが考えられ、検査対象の性質やノイズの傾向に合わせて、最適な組合せを選択すればよい。

送・受信素子組合せの設定を簡便に実施するためには、あらかじめ送・受信素子組合テーブルを制御・処理コンピュータの記憶装置（図１の記憶装置１０３Ｆ）に保存しておいて、これを検査開始時に読み込んで、切替え制御回路１０３Ｂを動作すればよい。この送・受信素子組合せテーブルの一例を図１１に示す。この送・受信組合せテーブル１１００では、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子の素子番号と、この素子それぞれの送信素子（Ｐ）１００１と受信素子（Ｒ）１００２のＯＮ／ＯＦＦをＯＮ＝１，ＯＦＦ＝０として表示した例である。ＯＮ／ＯＦＦの表示方法と、テーブルの構成はこの例ばかりではなく、装置に合わせて作成すればよい。また、テーブルの縦方向には素子組合せを順番に並べており、この順番の超音波送・受信素子組合せで反射信号を順次収録する。

次に第１の実施の形態にける検査対象からの反射信号が超音波の時間波形であった場合の処理の流れを、図１２を用いて説明する。図１２は前述した超音波送・受信素子組合せによって、それぞれ反射波形（１２０１Ａ，１２０１Ｂ，１２０１Ｃ）を収録し、これらの波形を加算あるいは平均化処理を行い、処理波形１２０２を得る。この処理波形に一点鎖線で囲んだ検査対象部位からの反射波形１２０２Ａにゲート処理を行い、この時間領域での波形の強度（最大値あるいは最小値）を得る。このように、反射波形の強度を得ながら、アレイ型超音波センサのアレイ並び方向には電子的に走査するとともに、アレイ並びの法線方向には機械的に走査して、２次元的に焦点を走査して、検査対象部位からの反射強度をマッピングすることで、処理画像１２０３を得る。

次に、図１で示した本発明によるアレイ型超音波センサによる検査装置における制御・処理用コンピュータの処理の手順を説明する。まず、第１の処理の手順を、図１３を用いて説明する。まず検査を開始（Ｓ１３００）し、走査制御回路にアレイ型超音波センサを検査開始位置へ移動する制御信号を送信して、アレイ型超音波センサを検査開始位置に設置する（Ｓ１３０１）。この際に、送・受信素子組合せ番号は、１である。次に送・受信素子の組合せｎ（最初は１）でアレイ方向に電子走査する制御信号を切替制御手段としての切替制御回路と遅延制御回路に送信して、それぞれのＭ個の反射波形を収録する
（Ｓ１３０２Ａ）。次に、全ての送・受信素子の組合せでの反射波形の収録が終了したかどうかの判別を行い（Ｓ１３０２）、終了していない（ＮＯ）の場合は送・受信素子組合せをｎ＋１と次の組合せ番号に切替るための制御信号を切替制御回路に送信(Ｓ１３０３)して、アレイ方向に電子走査を行ってＭ個の反射波形を順次収録する。Ｎ回の送・受信素子組合せを終了した（ＹＥＳ）場合は、電子走査のそれぞれにおいて収録したＮ個の波形を加算あるいは平均化する。さらに、全検査領域での計測を終了したかどうかの判別
（Ｓ１３０５）を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、走査制御回路にアレイ型超音波センサを次の検査領域へ移動するための制御信号を送信して（Ｓ１３０６）、走査手段によりアレイ型超音波センサを次のラインに移動する。この際に、送・受信素子組合せは一度リセットして、ｎ＝１とする。そして、前記の電子走査（Ｓ１３０１）から送・受信素子組合せの切替え（Ｓ１３０３）のループと波形の加算あるいは平均化（Ｓ１３０４）を全検査領域での反射波形の収録が終了するまで繰り返す。全検査領域での反射波形の収録が終了（ＹＥＳ）したら、全反射波形のそれぞれの所定の時間にゲート処理を行い、その反射強度をマッピングして画像化（処理画像のＣ−スコープ）（Ｓ１３０７）を行って、画像表示手段に表示して、終了（Ｓ１３０８）する。以上が、第１の実施の形態における第１の実施の手順である。

次に、第１の実施の形態における第２の実施の手順を、図１４を用いて説明する。この実施の手順は、第１の実施の手順と比較して、送・受信素子組合せの切替えと波形の収録を、アレイ方向への電子走査よりも先に行う点が異なっている。まず検査を開始(S1300)しまず検査を開始（Ｓ１３００）し、走査制御回路にアレイ型超音波センサを検査開始位置へ移動する制御信号を送信して、アレイ型超音波センサを検査開始位置に設置する
（Ｓ１３０１）。この際に、送・受信素子組合せ番号は、１である。次に送・受信素子の組合せｎ（最初は１）で反射波形を収録するための制御信号を切替制御回路と遅延制御回路に送信し反射波形を収録する（Ｓ１４００）。次に、電子走査の１箇所で全ての送・受信素子の組合せでの反射波形の収録が終了したかどうかの判別を行い（Ｓ１３０２）、終了していない（ＮＯ）の場合は送・受信素子組合せをｎ＋１と次の組合せ番号に切替え
（Ｓ１３０３）て、Ｎ回反射波形を順次収録する。終了した（ＹＥＳ）場合は、電子走査の１箇所について収録したＮ個の波形を加算あるいは平均化（Ｓ１４０１）する。さらに、全電子走査が終了したかどうかの判別（Ｓ１４０２）を行い、終了していない場合には、電子走査により超音波を送・受信するアレイ型超音波センサの一部素子を次の一部の素子に切替えるための制御信号を切替制御回路に送信して切替える（Ｓ１４０３）。この際に、送・受信素子組合せは一度リセットして、ｎ＝１とする。そして、前記の波形収録
（Ｓ１３０１）から送・受信素子組合せの切替え（Ｓ１３０３）のループと波形の加算あるいは平均化（Ｓ１３０４）と電子走査による一部の素子の切替え（Ｓ１４０３）のループを全電子走査でのＭ個の処理波形の収録が終了するまで繰り返す。全電子走査での処理波形の収録が終了したら、次に、全検査領域での計測を終了したかどうかの判別(S1305)を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、走査制御回路にアレイ型超音波センサを次の走査ラインへ移動するための制御信号を送信して（Ｓ１３０６）走査手段によりアレイ型超音波センサを移動する。この際に、送・受信素子組合せは一度リセットして、ｎ＝１とする。そして、前記の反射波形の収録（Ｓ１４００）から送・受信素子組合せの切替え
（Ｓ１３０３）のループと波形の加算あるいは平均化（Ｓ１４０１）、電子走査による一部の素子の切替え（Ｓ１４０３）のループを全検査領域での処理波形の収録が終了するまで繰り返す。全検査領域での処理波形の収録が終了（ＹＥＳ）したら、全ての処理波形のそれぞれの所定の時間にゲート処理を行い、得られた反射強度をマッピングして画像化
（処理画像のＣ−スコープ）（Ｓ１３０７）を行って、画像表示手段に表示して、終了
（Ｓ１３０８）する。以上が、第１の実施の形態における第２の実施の手順である。

次に、図１５を用いて、第２の実施形態を説明する。第１の実施形態において、検査対象からの反射信号は反射波形であったが、第２の実施形態における反射信号は、反射波の強度である。収録する信号が反射波形ではなく反射強度であるため、加算回路や制御・処理用コンピュータでの信号処理に必要なメモリ容量が少なくて良いうえ、処理時間も短くなるという利点がある。図１５は前述した超音波送・受信素子組合せによって、それぞれ反射波形（１２０１Ａ，１２０１Ｂ，１２０１Ｃ）を収録し、これら反射波の所定の時間１５００にゲート処理を行い、この時間領域での波形の反射強度(最大値あるいは最小値)を得る。これら全ての波形での反射強度に加算あるいは平均化処理を行い、処理強度（最大値あるいは最小値）１５０１を得る。このように、処理反射１５００を得ながら、アレイ型超音波センサのアレイ並び方向には電子的に走査するとともに、アレイ並びの法線方向には機械的に走査して、２次元的に焦点を走査して、検査対象部位からの反射強度をマッピングすることで、処理画像１２０３を得る。

また、この場合の第１の処理の手順を、図１６を用いて説明するが、図１３で説明した第１の実施形態の場合とは、反射波形が反射強度となる点が異なる。まず検査を開始
（Ｓ１３００）し、走査制御回路にアレイ型超音波センサを検査開始位置へ移動する制御信号を送信して、アレイ型超音波センサを検査開始位置に設置する（Ｓ１３０１）。この際に、送・受信素子組合せ番号は、１である。次に送・受信素子の組合せｎ（最初は１）で切替制御回路と遅延制御回路にアレイ方向に電子走査してするための制御信号を送信して電子走査を実施し、それぞれの反射波形の所定の時間にゲート処理を行い、Ｍ個の反射強度を収録する（Ｓ１６００）。次に、全ての送・受信素子の組合せでの反射強度の収録が終了したかどうかの判別を行い（Ｓ１６０１）、終了していない（ＮＯ）の場合は送・受信素子組合せをｎ＋１と次の組合せ番号に切替えるための制御信号を切替制御回路に送信して送・受信素子の組合せを切替え（Ｓ１３０３）て、アレイ方向に電子走査を行ってＭ個の反射強度を順次収録する。終了した（ＹＥＳ）場合は、電子走査のそれぞれにおいて収録したＮ個の反射強度を加算あるいは平均化（Ｓ１６０３）してＭ個の処理強度を得る。さらに、全検査領域での計測を終了したかどうかの判別（Ｓ１３０５）を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、走査制御回路に制御信号を送信して（Ｓ１３０６）走査手段でアレイ型超音波センサを次の検査領域へ移動する。この際に、送・受信素子組合せは一度リセットして、ｎ＝１とする。そして、前記の電子走査しながら反射強度の収録
（Ｓ１３０１）から送・受信素子組合せの切替え（Ｓ１３０３）のループと反射強度の加算あるいは平均化（Ｓ１６０３）を全検査領域での処理強度の収録が終了するまで繰り返す。全検査領域での処理強度の収録が終了（ＹＥＳ）したら、反射強度をマッピングして画像化（処理画像のＣ−スコープ）（Ｓ１６０４）を行って、画像表示手段に表示して、終了（Ｓ１３０８）する。以上が、第２の実施形態における第１の実施の手順である。

次に、第２の実施の形態における第２の実施の手順を、図１７を用いて説明する。この実施の手順は、第１の実施の手順と比較して、送・受信素子組合せの切替えと反射強度の収録を、アレイ方向への電子走査よりも先に行う点が異なる。まず検査を開始（Ｓ1300）し、走査制御回路にアレイ型超音波センサを検査開始位置へ移動する制御信号を送信して、アレイ型超音波センサを検査開始位置に設置する（Ｓ１３０１）。この際に、送・受信素子組合せ番号は、１である。次に送・受信素子の組合せｎ（最初は１）で１つの波形から反射強度を収録する（Ｓ１７００）。次に、全ての送・受信素子の組合せでの反射強度の収録が終了したかどうかの判別を行い（Ｓ１６０１）、終了していない（ＮＯ）の場合は切替制御回路に素子切替の制御信号を送信して、送・受信素子組合せをｎ＋１と次の組合せ番号に切替え（Ｓ１３０３）て、反射波形の任意の時間にゲート処理を行い反射強度を順次収録する。終了した（ＹＥＳ）場合は、反射強度を加算あるいは平均化（Ｓ1603）して処理強度を得る。さらに、全電子走査が終了したかどうかの判別（Ｓ１４０２）を行い、終了していない場合（ＮＯ）には、切替制御回路に制御信号を送信して超音波を送・受信するアレイ型超音波センサの一部素子を切替える（Ｓ１４０３）。この際に、送・受信素子組合せは一度リセットして、ｎ＝１とする。そして、前記の反射強度の収録
（Ｓ１７００）から送・受信素子組合せの切替え（Ｓ１３０３）のループと反射強度の加算あるいは平均化（Ｓ１６０３）と電子走査による一部の素子の切替え（Ｓ１４０３）のループを全電子走査での処理強度の収録が終了するまで繰り返す。全電子走査での処理強度の収録が終了したら、次に、全検査領域での計測を終了したかどうかの判別（Ｓ1305）を行い、終了していない（ＮＯ）場合には、走査制御回路にアレイ型超音波センサを次の走査ラインへ移動するための制御信号を送信して（Ｓ１３０６）走査手段でアレイ型超音波センサを次の走査ラインへ移動する。この際に、送・受信素子組合せは一度リセットして、ｎ＝１とする。そして、前記の反射強度の収録（Ｓ１７００）から送・受信素子組合せの切替え
（Ｓ１３０３）のループと波形の加算あるいは平均化（Ｓ１６０３）、一部の素子の切替え（Ｓ１３０３）のループを全検査領域での処理強度の収録が終了するまで繰り返す。全検査領域での処理強度の収録が終了（ＹＥＳ）したら、全ての処理強度をマッピングして画像化（処理画像のＣ−スコープ）（Ｓ１６０４）を行って、画像表示手段に表示して、終了（Ｓ１３０８）する。以上が、第２の実施の形態における第２の実施の手順である。

次に図１８を用いて、第３の実施形態を説明する。この実施の形態は、各送・受信素子のそれぞれにおいて、電子走査と走査手段によるアレイセンサの移動を行って検査画像を複数枚収録し、収録した複数枚の検査画像を加算あるいは平均化する形態である。この実施形態は、加算あるいは平均化する前の段階で検査画像をそれぞれ表示手段に表示してその状態を確認してから、加算あるいは平均化することができる点が特徴である。図１８は前述した超音波送・受信素子組合せのそれぞれにおいて、それぞれの検査画像（1801Ａ，１８０１Ｂ，１８０１Ｃ）を収録し、これら全てを加算あるいは平均化処理を行い、処理画像１８０２を得る。

また、この場合の第１の処理の手順を、図１９を用いて説明する。まず検査を開始
（Ｓ１３００）し、走査制御回路にアレイ型超音波センサを検査開始位置へ移動する制御信号を送信して、アレイ型超音波センサを検査開始位置に設置する（Ｓ１３０１）。この際に、送・受信素子組合せ番号は、１である。次に送・受信素子の組合せｎ（最初は１）で切替制御回路と遅延制御回路に制御信号を送信してアレイ方向に電子走査を実施するとともに、走査制御回路にアレイ型超音波センサを走査手段で走査する制御信号を送信して、それぞれの位置における反射波形の所定の時間にゲート処理を実施して反射強度を収録してこの反射強度をマッピングして検査画像（Ｃ−スコープ）を生成する（Ｓ１９００）。次に、全送・受信素子組合せが終了したかどうかの判別（Ｓ１３０２）を行い、終了していない場合（ＮＯ）には、送・受信素子組合せをｎ＋１と次の組合せ番号に切替えるための制御信号を切替制御回路に送信して（Ｓ１３０３）、送・受信素子組合せを切替る。全検査領域での反射強度の収録と検査画像化（Ｓ１９００）を行ってＮ枚の検査画像を生成する。終了した（ＹＥＳ）場合は、それぞれの送・受信素子組合せにおいて収録したＮ枚の検査画像を加算あるいは平均化（Ｓ１９０３）し、画像表示手段に表示して、終了
（Ｓ１３０８）する。以上が、第３の実施形態における第１の実施の手順である。

本発明によるアレイ型超音波検査方法は、アレイ型超音波センサを用いた超音波検査において、アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子に遅延時間を与えて超音波を集束して送・受信する際に、前記圧電振動素子の送信素子と受信素子を切替えて、検査対象への超音波の入射角度あるいは入射位置を変化させて、検査対象内部からの反射信号を収録し、得られた反射信号（反射波形，反射強度）を加算あるいは平均化処理しながら、順次アレイ方向に電子的に走査し、検査対象内部を画像化することで、超音波の伝播経路で重畳するノイズの影響を低減し、ＳＮ比を向上できるようにした。

さらに本発明によるアレイ型超音波検査装置は、複数の圧電振動素子を一列に備えたアレイ型超音波センサと、前記アレイ型超音波センサの各圧電振動素子との間で送信信号を送信するパルサと受信信号を送受するレシーバと、前記送信信号と受信信号に前記各圧電振動素子に遅延時間を可変して時間制御を行う遅延制御回路と、アレイ型超音波センサの送・受信素子を切替える切替制御回路と、前記アレイ型超音波センサで超音波を送・受信した反射波形あるいは反射強度に遅延時間を与えて加算する加算回路と、前記アレイ型超音波センサを走査する走査手段及びこれを制御する走査制御回路と、送・受信素子を切替えて収録した複数の反射波形あるいは反射強度を加算あるいは平均化処理して検査画像を生成するあるいは複数の検査画像を加算あるいは平均化処理して検査画像を生成するコンピュータと、生成した検査画像を表示する表示部を備えることで、高ＳＮ比で検査できる。さらに、送・受信素子を複数回切替えるために前記コンピュータの記憶装置に素子組合せテーブルを備えることで簡便に素子切替の設定ができる。また、表示部に通常の検査モードと加算あるいは平均処理モードとを切替える動作モード切替手段を有することで、従来の方法での検査と本発明の検査のどちらも実施可能な装置を提供できる。

本発明は、超音波を用いた非破壊検査方法及びその装置に利用分野がある。

本発明の実施例によるアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置の模式的構成図である。 アレイ型超音波センサによる従来の非破壊検査検査装置における反射信号収録方法を示す図である。 半導体モールド樹脂中での超音波の伝播経路の違いによるノイズ重畳の異なりを示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による反射信号収録方法を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法での第１の送・受信素子組合せを説明する図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法での第２の送・受信素子組合せを説明する図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法での第３の送・受信素子組合せを説明する図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法での第４の送・受信素子組合せを説明する図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法での第５の送・受信素子組合せを説明する図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法での第６の送・受信素子組合せを説明する図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法で送・受信素子を切替える際の送・受信素子切替えテーブルを示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第１の実施形態を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第１の実施形態における第１の実施の手順を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第１の実施形態における第２の実施の手順を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第２の実施形態を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第２の実施形態における第１の実施の手順を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第２の実施形態における第２の実施の手順を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第３の実施形態を示す図である。 本発明のアレイ型超音波センサによる非破壊検査検査装置による検査方法の第３の実施形態における第１の実施の手順を示す図である。

符号の説明

１００…検査対象、１０１…探傷部、１０１Ａ…圧電振動素子、１０１Ｂ…アレイ型超音波センサ、１０１Ｃ…走査手段、１０１Ｄ…アレイ型超音波センサの一部の圧電振動素子、１０１Ｅ…焦点、１０２…送・受信部、１０２Ａ…パルサ、１０２Ｂ…レシーバ、
１０２Ｃ…送信遅延回路、１０２Ｄ…送信切替回路、１０２Ｅ…送信増幅器、１０２Ｆ…受信切替回路、１０２Ｇ…受信増幅器、１０２Ｈ…アナログ−デジタル変換器、１０２Ｉ…遅延メモリ、１０３…制御部、１０３Ａ…走査制御回路、１０３Ｂ…切替制御回路、
１０３Ｃ…遅延制御回路、１０３Ｄ…加算回路、１０３Ｅ…制御・処理用コンピュータ、１０３Ｆ…記憶装置、１０４…表示部。

Claims (7)

1. 複数の圧電振動素子を備えたアレイ型超音波センサから超音波を検査対象内の検査部位に集束するようにして送受信し、
   前記アレイ型超音波センサの各圧電振動素子からの信号を合成して受信信号を得、
   前記受信信号に基いて前記検査部位の検査画像を表示する超音波検査方法において、
   同一の前記検査部位に前記超音波を伝播経路を変えて複数回にわたって送受信して前記伝播経路ごとの受信信号を得、
   前記伝播経路ごとの受信信号から得られた波形情報又は強度情報又は画像を生成するのに必要な情報を加算処理あるいは平均化処理して情報処理し、
   前記情報処理の結果に基いて前記検査部位の検査画像を表示することを特徴とする超音波検査方法。
2. 請求項１において、
   前記検査部位を変え、各検査部位ごとに前記情報処理を行って前記各検査部位の前記検査画像を共通の表示画面に表示することを特徴とする超音波検査方法。
3. 請求項２において、前記アレイ型超音波センサに電子的走査を加えて前記アレイ型超音波センサのアレイ方向へ前記超音波の集束位置を変え、前記アレイ型超音波センサに機械的走査を加えて前記アレイ方向とは異なる方向へ前記超音波の集束位置を変えることによって前記検査部位を変え、
   前記各検査部位の各検査画像を二次元空間にマッピングして表示することを特徴とする超音波検査方法。
4. 請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記アレイ型超音波センサの前記超音波を送信する送信に用いる圧電振動素子と受信に用いる圧電振動素子の組合せを複数回切替えて、前記超音波の送受信を行うことで前記超音波の伝播経路を変更させることを特徴とする超音波検査方法。
5. 請求項４において、前記送信に用いる圧電振動素子と受信に用いる圧電振動素子の組合せを記憶装置に記憶させておき、記憶装置に記憶させた前記組合せに基いて、前記送信に用いる圧電振動素子と受信に用いる圧電振動素子とを選択することを特徴とする超音波検査方法。
6. 複数個の圧電振動素子が並べられているアレイ型超音波センサと、
   前記圧電振動素子の内の一部の領域に含まれている複数個の圧電振動素子内、超音波の送信に用いる前記圧電振動素子へ送信信号を送信する送信手段と、
   前記一部の領域に含まれている複数個の各圧電振動素子の内、超音波の受信に用いる前記各圧電振動素子からの各信号を受信する受信手段と、
   前記送信信号と前記各信号とに遅延時間を与える時間遅延手段と、
   前記遅延時間を可変制御する遅延制御手段と、
   前記送信に用いる圧電振動素子を切替える送信切替手段と、
   前記受信に用いる圧電振動素子を切替える受信切替手段と、
   前記送信及び受信切替手段による切替先を制御する切替制御手段と、
   前記遅延時間を与えた前記各信号を合成して受信信号を生成する手段と、
   前記一部の領域を前記圧電振動素子が並べられている方向に変更する電子的走査手段と、
   前記アレイ型超音波センサを前記方向とは異なる方向へ機械的に移動させる機械的走査手段と、
   前記走査手段を制御する走査制御手段と、
   前記切替えのたびごとに同一の検査部位に超音波を送受信して得られた複数の前記受信信号に含まれる波形情報又は強度情報又は画像を生成するに必要な情報を加算処理あるいは平均化処理して情報処理を行う演算処理手段と、
   前記情報処理の結果に基いて検査部位の検査画像を表示する表示手段と、
   を備えるアレイ型超音波検査装置。
7. 請求項６において、前記演算処理手段は、
   前記同一の検査部位への超音波の送受信に際して前記送信に用いる圧電振動素子及び受信に用いる圧電振動素子の組合せを複数例記憶させた記憶装置と、
   前記記憶装置から読み込んだ組合せ例に基づいて送信に用いる圧電振動素子と受信に用いる圧電振動素子への切替え指令を前記切替制御回路へ送出する手段と、
   を備えることを特徴とするアレイ型超音波検査装置。
   

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