JP2017187378A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 超音波測定装置は、超音波を発振又は受信する超音波プローブ９、２４と、被検査物に向けて突出した膨出部１９Ａ、３８Ａを有する接触子１２、２７とを備え、膨出部を被検査物に接触させて超音波測定を行うようになっている。上記接触子は、箱部材１６、３５と該箱部材を密封する蓋部材１７、３６とからなる収容容器１５、３４と、箱部材の底部と蓋部材とのいずれか一方に形成されて被検査物に対向する第１開口部１７Ａ、３５Ａと、他方に形成されて超音波プローブに対向する第２開口部１６Ａ、３６Ａと、収容容器内に収容されたシート状弾性体１９、３８とを備えている。上記シート状弾性体は、第２開口部が密封されることによって第１開口部に向けて押圧され、該シート状弾性体の一部が第１開口部から外部に突出されて上記膨出部が形成されている。【効果】 膨出部を切削加工を要することなく容易に成形することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は超音波測定装置に関し、より詳しくは、接触子に設けた膨出部を被検査物に密着させて該被検査物の超音波測定を行うことができるようにした超音波測定装置に関する。

従来、超音波測定装置として、超音波の発振および受信を行う超音波プローブと、該超音波プローブと被検査物との間に設けられ、被検査物に向けて突出した膨出部を有する接触子とを備え、上記膨出部を被検査物に接触させて該被検査物の超音波測定を行うようにしたものが知られている（特許文献１）。
また従来、箱形容器の底部に開口部を形成するとともに、該開口部を高分子膜で密封した状態で、上記箱形容器の内部に水を貯溜させ、さらに超音波の発振および受信を行う超音波プローブを上記水内に浸漬させたものも知られている（特許文献２）。
特許文献２の超音波測定装置においては、箱形容器の底部に上記開口部を囲む環状のシール材を設けておき、被検査物を検査する際には上記シール材を被検査物の上面に密着させた状態で該シール材の内部に負圧を導入する。これにより上記開口部を密封する高分子膜が負圧に吸引されて被検査物の上面に密着されるようになるので、この状態で、上記超音波プローブにより被検査物の超音波測定を行うことができる。

特公平７−６１３２７号公報 特許第３７０９５５９号公報

特許文献１の超音波測定装置においては、上記膨出部を形成する際に切削加工などの膨出部成形作業が必要となり、その作業が煩雑となる。
特許文献２の超音波測定装置においては、予め接触子に膨出部を形成する必要がないが、上記シール材の内部に負圧を導入するための負圧源が必要となり、また検査の都度シール材の内部に負圧を導入しなければならないので、迅速な検査が困難であった。
本発明は上述した事情に鑑み、予め接触子に膨出部を形成するに当たり、極めて容易に膨出部を成形することができる超音波測定装置を提供するものである。

すなわち本発明は、超音波の発振および受信の少なくともいずれか一方を行う超音波プローブと、該超音波プローブと被検査物との間に設けられ、被検査物に向けて突出した膨出部を有する接触子とを備え、上記膨出部を被検査物に接触させて該被検査物の超音波測定を行うようにした超音波測定装置において、
上記接触子は、箱部材と該箱部材を密封する蓋部材とからなる収容容器と、該収容容器を構成する上記箱部材の底部と蓋部材とのいずれか一方に形成されて被検査物に対向する第１開口部と他方に形成されて超音波プローブに対向する第２開口部と、上記収容容器内に収容されたシート状弾性体とを備えており、
上記膨出部は、上記第２開口部が密封されると同時に上記収容容器内のシート状弾性体が第１開口部に向けて押圧されて、該シート状弾性体の一部が第１開口部から外部に突出されることにより形成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、上記膨出部は、上記収容容器内にシート状弾性体を収容した状態で、上記第２開口部が密封されると同時に上記収容容器の内のシート状弾性体が第１開口部に向けて押圧されて、該シート状弾性体の一部が第１開口部から外部に突出されることにより形成されるので、切削加工などの成形作業を要することなく容易に膨出部を成形することができる。

本発明の実施例を示す断面図。 図１の超音波計測装置によって被検査物１を検査する際の状態を示す断面図。 接触子１２を製造する工程を説明するための断面図。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、超音波計測装置は、被検査物１の下方に配置された超音波発振装置２と、被検査物１の上方に配置された超音波受信装置３とを備えている。
図示実施例では、上記被検査物１は、基板１Ａと該基板１Ａに接合材を介して密着された半導体チップ１Ｂとから構成されており、上記超音波計測装置は基板１Ａと半導体チップ１Ｂとの間の接合材中に形成された気泡（ボイド、空隙）などの接着不良個所を検出することができるようになっている。上記接合材としては、一般に樹脂製接着剤、はんだ、導電性ペースト、非導電性ペーストなどが用いられている。
上記被検査物１は、基板搬送機構のクランプ４によって両端部がクランプされた状態で、超音波発振装置２と超音波受信装置３との間に搬入されるようになっている。該基板搬送機構としては、被検査物１を超音波送信装置２と超音波受信装置３との間に搬入し、搬出することができれば如何なる構成であってもよい。

上記超音波発振装置２は、超音波を発振する例えばピエゾ素子などの超音波発振素子８を備えた超音波プローブ９と、固定フレーム１０に設けられて該超音波プローブ９を昇降させる昇降機構１１と、超音波プローブ９の上端部に設けられて上記被検査物１の下面に密着可能な接触子１２とを備えている。
後に詳述するが、上記接触子１２は上方に向けて球状に突出した膨出部１９Ａを備えており、上記昇降機構１１によって超音波プローブ９が上昇端まで上昇された際には、図２に示すように、膨出部１９Ａの頂部が所定量潰された状態で被検査物１の下面に密着するようになっている。
この際、上記膨出部１９Ａは上方に向けて球状に突出しているので、被検査物１の下面に密着する際に、空気を密着部分の外方に押しやりながら被検査物１の下面に潰された状態で密着するようになり、それによって該膨出部１９Ａと被検査物１との接触面の間に空気を巻き込むことがないようになっている。

上記接触子１２は、収容容器１５を構成する上方が開口した方形箱形の箱部材１６と、該箱部材１６の開口部を密封する平板状の蓋部材１７とを備えており、蓋部材１７の中央位置に被検査物１に対向させて真円形状の第１開口部１７Ａを形成するとともに、箱部材１６の底部の中央位置に上記超音波プローブ９に対向させて真円形状の第２開口部１６Ａを形成してある。
上記箱部材１６の第２開口部１６Ａの中心と蓋部材１７の第１開口部１７Ａの中心とはそれぞれ鉛直方向の中心線Ｃが中心となるように形成してあり、かつ蓋部材１７の第１開口部１７Ａの開口面積の方が箱部材１６の第２開口部１６Ａの開口面積よりも小さくなるように設定してある。
上記収容容器１５内の収容空間１８には、シート状弾性体１９を密封してある。該シート状弾性体１９は、超音波発振素子８から発振された超音波を効率よく被検査物１に伝達させることができれば如何なる材質であってもよく、例えば特許第２８９９８０４号に記載されている高分子ゲルからなるシート状弾性体を用いることが好ましい。

本実施例におけるシート状弾性体１９は、自然状態では、すなわち該シート状弾性体１９を平板上に載置した状態では上述した膨出部１９Ａは形成されておらず、平坦な方形シート状を呈している。そして該シート状弾性体１９は、上記収容空間１８の形状に合わせた方形シート状に形成してあるが、上記収容空間１８の容積はシート状弾性体１９の体積よりも所定量だけ小さくなるように設定してある。
本実施例におけるシート状弾性体１９は十分な柔軟性を有しており、かつその厚さが薄くなるように設定してあるので、該シート状弾性体１９を収容空間１８内に収容した際には、図３に示すように、該シート状弾性体１９の下面は箱部材１６の第２開口部１６Ａ内を充満するとともに、該第２開口部１６Ａよりも下方に球状に膨出するようになる。
他方、シート状弾性体１９の上面は蓋部材１７の第１開口部１７Ａから収容空間１８内に球状に窪むようになる。

上記超音波発振素子８を備える超音波プローブ９の上面は平面に形成してあり、該超音波プローブ９の中心と上記箱部材１６の第２開口部１６Ａの中心とを一致させた状態で、超音波プローブ９の上面を箱部材１６の底面に密着させて上記第２開口部１６Ａを密封し、この状態で超音波プローブ９と箱部材１６とを図示しないボルトナットなど適宜の固定手段によって一体に連結している。
その結果、上記箱部材１６の第２開口部１６Ａよりも下方に球状に膨出していたシート状弾性体１９（図３参照）は、上記超音波プローブ９の上面によって押し上げられるようになる。この際、上記第２開口部１６Ａよりも下方に膨出した部分は球状となっているので、該球状部分が超音波プローブ９の上面に設けられた超音波発振素子８に密着する際には、上記膨出部１９Ａと同様に該膨出した部分と超音波発振素子８との接触面の間に空気を巻き込むことがない。
そして上記第２開口部１６Ａよりも下方に膨出した部分が超音波プローブ９の上面によって押し上げられると、これと同時に、シート状弾性体１９は蓋部材１７の第１開口部１７Ａに向けて押圧されるようになり、押し上げられたシート状弾性体１９によって、シート状弾性体１９の上面の一部が蓋部材１７の第１開口部１７Ａから上方に球状に膨出して、上述した膨出部１９Ａを形成するようになる（図１参照）。
このように本実施例によれば、上方に球状に膨出した膨出部１９Ａを、切削加工などの膨出部成形作業を施すことなく、容易に成形することができる。
ところで本実施例では、上述したように第１開口部１７Ａの開口面積の方が第２開口部１６Ａの開口面積よりも小さくなるように設定してあるので、上記膨出部１９Ａを円滑かつ確実に上方に球状に膨出させることができる。つまり、仮に第１開口部１７Ａの開口面積と第２開口部１６Ａの開口面積とを同一とした場合には、稀に上記膨出部１９Ａの頂部に窪みが形成されてしまうことがあり、この場合には膨出部１９Ａを被検査物１の下面に密着させた際に、空気を巻き込んでしまう危険性がある。

次に、上記超音波受信装置３は、超音波を受信する例えばＰＶＤＦ素子などの超音波受信素子２３を有する超音波プローブ２４を備えており、該超音波プローブ２４は昇降フレーム２５に設けた移動機構２６によって図１の紙面に垂直な方向に進退動されるようになっている。
上記昇降フレーム２５には、超音波プローブ２４の下方位置に、上記被検査物１の上面に密着可能な接触子２７を設けてあり、上記昇降フレーム２５は固定フレーム２８に設けた昇降機構２９によって昇降されるようになっている。
後に詳述するが、上記接触子２７は下方に向けて球状に突出した膨出部３８Ａを備えており、上記昇降機構２９によって昇降フレーム２５が下降端まで下降された際には、図２に示すように、膨出部３８Ａの頂部が所定量潰された状態で被検査物１の上面に密着するようになっている。

上記超音波受信素子２３は、図２に示すように紙面の左右方向に９個を一列の状態で配置してあり、膨出部３８Ａを被検査物１の上面に密着させた状態で、移動機構２６によって超音波プローブ２４を図２の紙面に垂直な方向に移動させることにより、被検査物１をその方向にスキャンすることができるようにしてある。
なお、例えば一列９個の超音波受信素子２３を紙面の垂直方向に９列配置してマトリックス配列とした場合には、超音波プローブ２４を紙面に垂直な方向に進退動させる必要はなく、その場合には移動機構２６を省略することができる。

上記接触子２７は、収容容器３４を構成する上方が開口した方形箱形の箱部材３５と、該箱部材３５を密封する上方が開口した方形箱形の蓋部材３６とを備えており、箱部材３５の底部中央位置に被検査物１に対向させて真円形状の第１開口部３５Ａを形成するとともに、蓋部材３６の底部中央位置に超音波プローブ２４に対向させて真円形状の第２開口部３６Ａを形成してある。箱部材３５の第１開口部３５Ａの中心と蓋部材３６の第２開口部３６Ａの中心はとそれぞれ前述した中心線Ｃに一致させてある。
上記収容容器３４内の収容空間３７には上述したのと同一材料のシート状弾性体３８を収容してある。
上記シート状弾性体３８は、シート状弾性体１９と同様に上記収容空間３７の形状に合わせた方形シート状に形成してあるが、上記収容空間３７の容積はシート状弾性体３８の体積よりも所定量だけ小さくなるように設定してある。

上記シート状弾性体３８も充分な柔軟性を有しているが、該シート状弾性体３８を収容空間３７内に収容する際には、収容容器３４を図示しない平板上に載置して上記第１開口部３５Ａを密閉するようにし、それにより該シート状弾性体３８の上面は上記シート状弾性体１９の上面のように窪まずに、方形箱形の箱部材３５の上面を含む平面よりも僅かになだらかに上方に突出するようになっている。
この状態で、高分子膜４０をシート状弾性体３８の上面に重ね、次に液密を保つためのシール材３９を介して箱部材３５の上面を蓋部材３６の下面に密着させて、該箱部材３５を蓋部材３６にネジ４１によって固着する。
これにより、上記高分子膜４０は上記第２開口部３６Ａの周囲となる蓋部材３６の下面に密着されてほぼ水平に張設されるとともに、該第２開口部３６Ａを密封するようになる。また、方形箱形の箱部材３５の上面を含む平面よりも僅かになだらかに上方に突出していたシート状弾性体３８の上面は、蓋部材３６の下面と高分子膜４０とによって押し下げられるのと同時に、箱部材３５の第１開口部３５Ａに向けて押圧されるようになる。そしてこれと同時に、上記第１開口部３５Ａを密閉していた平板を取り外すことにより、シート状弾性体３８の下面の一部が上記第１開口部３５Ａよりも下方に球状に膨出されて、上述した膨出部３８Ａを形成するようになる。
したがって下方に球状に膨出した膨出部３８Ａについても、切削加工などの膨出部成形作業を施すことなく、容易に成形することができる。

さらに、上方が開口した方形箱形の蓋部材３６内には水４２を所要量貯溜させてあり、上記超音波プローブ２４に設けた超音波受信素子２３は該水４２内に浸漬させてある。
これにより、超音波発振素子８から発振された超音波を、シート状弾性体３８、高分子膜４０および水４２を介して超音波受信素子２３で良好に受信することができるようにしてある。
なお、上記超音波受信素子２３と高分子膜４０との間隔は１ｍｍ程度となるように設定することが望ましく、また上記高分子膜４０としては、例えばポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンなどを用いることができる。さらに水４２の代わりに、超音波を伝達できる性質を有する他の液体や粘性の高いゼリー状物質などの流動体を用いてもよい。

以上の構成において、上記超音波発振装置２の超音波プローブ９と接触子１２とを下降端に位置させるとともに、超音波受信装置３の超音波プローブ２４と接触子２７とを上昇端に位置させた状態で、両接触子１２、２７間に被検査物１を搬入する。
次に、超音波発振装置２の昇降機構１１により超音波プローブ９と接触子１２とを上昇端位置まで上昇させるとともに、超音波受信装置３の昇降機構２９により超音波プローブ２４と接触子２７とを下降端位置まで下降させる。
これにより、各接触子１２、２７の膨出部１９Ａ、３８Ａは、上述したように空気を巻き込むことなく被検査物１の下面と上面とにそれぞれ密着される。

この状態となったら、超音波プローブ９の超音波発振素子８より超音波が発振され、この超音波はシート状弾性体１９、被検査物１、シート状弾性体３８、高分子膜４０および水４２を介して超音波プローブ２４の超音波受信素子２３によって受信される。
これと同時に、超音波受信装置３の移動機構２６により超音波プローブ２４が図２の紙面と垂直な方向に移動されるようになり、これによって被検査物１の紙面と垂直な方向の２次元データを得ることができる。
この２次元データは図示しない判定手段に入力され、該判定手段によって基板１Ａと半導体チップ１Ｂとの間の接着不良個所の有無が検出されるようになる。
そして上述した検査が終了したら、上記超音波発振装置２の超音波プローブ９と接触子１２が下降端位置まで降下されるとともに、超音波受信装置３の超音波プローブ２４と接触子２７が上昇端位置まで上昇され、この状態で両接触子１２、２７間から検査の終了した被検査物１が搬出されるとともに、新たな被検査物１が搬入される。
また上記超音波プローブ２４は移動機構２６により元の位置まで復帰される。

なお、滑らかな球状の膨出部１９Ａ、３８Ａを得るためには各開口部１６Ａ、１７Ａ、３５Ａ、３６Ａの形状は真円形状であることが好ましいが、これに限定されるわけではない。各開口部１６Ａ、１７Ａ、３５Ａ、３６Ａの形状は、膨出部１９Ａ、３８Ａを被検査物１に接触させる際に空気を巻き込まなければ、適宜の形状とすることができる。
また、上記実施例では収容空間１８、３７の容積をシート状弾性体１９、３８の体積よりも所定量だけ小さくなるように設定してあるが、これに限定されるわけではない。例えば第２開口部１６Ａの内径と超音波プローブ９の外径を一致させて該超音波プローブ９を第２開口部１６Ａ内に嵌合可能とすれば、その押し込みによって第２開口部１６Ａを密封することができるのと同時に、収容容器１５内のシート状弾性体１９を第１開口部１７Ａに向けて押圧して、該シート状弾性体１９の一部を第１開口部１７Ａから外部に膨出させて上記膨出部１９Ａを形成することができる。
さらに上記実施例では超音波発振素子８と超音波受信素子２３とを被検査物１を挟んで対向させ、超音波を被検査物１に透過させて該被検査物１の検査を行うようにしているが、これに限定されるわけではない。超音波発振素子８と超音波受信素子２３とを１つの超音波プローブに設け、被検査物１で反射された超音波によって該被検査物１の検査を行うようにしてもよい。

１ 被検査物 ８ 超音波発振素子
９、２４ 超音波プローブ １２、２７ 接触子
１５、３４ 収容容器 １６、３５ 箱部材
１６Ａ、３６Ａ 第２開口部 １７、３６ 蓋部材
１７Ａ、３５Ａ 第１開口部 １８、３７ 収容空間
１９、３８ シート状弾性体 １９Ａ、３８Ａ 膨出部
２３ 超音波受信素子 ４０ 高分子膜
４２ 水

Claims (6)

1. 超音波の発振および受信の少なくともいずれか一方を行う超音波プローブと、該超音波プローブと被検査物との間に設けられ、被検査物に向けて突出した膨出部を有する接触子とを備え、上記膨出部を被検査物に接触させて該被検査物の超音波測定を行うようにした超音波測定装置において、
   上記接触子は、箱部材と該箱部材を密封する蓋部材とからなる収容容器と、該収容容器を構成する上記箱部材の底部と蓋部材とのいずれか一方に形成されて被検査物に対向する第１開口部と他方に形成されて超音波プローブに対向する第２開口部と、上記収容容器内に収容されたシート状弾性体とを備えており、
   上記膨出部は、上記第２開口部が密封されると同時に上記収容容器内のシート状弾性体が第１開口部に向けて押圧されて、該シート状弾性体の一部が第１開口部から外部に突出されることにより形成されることを特徴とする超音波測定装置。
2. 上記収容容器内の容積は上記シート状弾性体の体積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波計測装置。
3. 上記第１開口部の開口面積は、上記第２開口部の開口面積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波計測装置。
4. 上記超音波プローブに超音波発振素子と超音波受信素子との少なくともいずれか一方が設けられており、また上記第２開口部は該超音波プローブによって密封されて、該超音波プローブに設けられた上記素子は上記第２開口部を介してシート状弾性体に密着していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波計測装置。
5. 上記第２開口部は、上記蓋部材の内面に密着された高分子膜によって密封されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波計測装置。
6. 上記超音波プローブに超音波発振素子と超音波受信素子との少なくともいずれか一方が設けられており、また上記収容容器の蓋部材は上方が開口した箱形状に形成されて、該箱形状の蓋部材内に上記高分子膜に接触する流動体が貯溜され、上記超音波プローブに設けられた上記素子は上記流動体内に浸漬されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波計測装置。

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