JP5154422B2 - 超音波測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、微細な厚さを持ちかつ多層の界面を持つ観測対象物に対して、接合剥離又はクラックといった欠陥を高精度に検出して解析することが可能な超音波測定方法及び装置に関するものである。

図１５は、従来の最も一般的な超音波測定装置で基本的な構成を示す図である。また、以下の説明は、超音波反射信号を解析することを特徴としているが、透過法といった他の手段を用いる系に関しても、基本的な手法、課題、及び、解決案は同じものである。

図１５に示すように、超音波測定装置は、超音波探触子１０１、制御部１０４、入力部１０６から構成されており、超音波探触子１０１から発生する超音波を、水１０３を媒体として観測対象物１０２に照射し、観測対象物１０２からの反射波を超音波探触子１０１で受信して、超音波探触子１０１で受信した情報を基に制御部１０４にて波形処理及び画像処理等を行うことで、界面の良否の判定及び判定結果の画像化を行っている。ここで、超音波探触子１０１は送受信共に用いられ、また、制御部１０４は、超音波探触子１０１で受信した超音波を電圧に変換して増幅するパルサレシーバー、及び、観測波形１０５の強度値を画像化する画像処理部を含んでいる。観測対象物１０２の具体的な例としては、半導体チップなど電子パッケージを想定している。超音波は、観測対象物１０２の内部にも透過し、内部の界面からも反射波が発生する。したがって、超音波探触子１０１で受信する信号は、複数の界面から発生した複数の波が重なりあった波形となる。

図１６に反射波形の例を示す。また、被検体物となる観測対象物の具体例としては、基板に実装された電子パッケージが考えられる。そのような観測対象物の具体例である電子パッケージの水没時の例を、図１７Ａに示す。図１７Ａに示されるように、液体（水）２７の中に載置された観測対象物の具体例である電子パッケージ２９は、複数の界面（例えば、半導体チップ２２、インターポーザー層２３、はんだバンプ２４やマザー基板２５等の夫々の接触面）を持つため、超音波が電子パッケージ２９に照射されると、複数の反射波２６が電子パッケージ２９から反射される。これらの反射波２６は、図１６に示すように、複数の反射波が合成された形となって出力される。

また、被検体物の別例を図１８に示す。この例で、観測対象物２９Ａは単一構造であり、図１７Ａの観測対象物２９のように、観測対象物の内部で複数個の境界面を有していないが、超音波の反射波２６Ａとしては、水と観測対象物２９Ａの表面との界面、及び、観測対象物２９Ａの底面と水槽の底面との界面の２箇所から発生することが考えられる。よって、観測対象物２９Ａが複数個の境界面を有していない場合であっても、超音波の反射界面は、常に、複数個存在することになり、それゆえ、反射波も複数となり、図１６のように、複数の反射波が合成された形になってしまう。

次に、従来技術としての超音波測定装置により、観測対象物の界面の良否判定を行う超音波測定方法について、図１６を用いて説明する。従来技術では、まず、超音波波形が安定して発生する表面波にトリガ１１をかける。次に、トリガ１１をゼロ基点として、ゲート１２と呼ばれる時間領域の設定を行う。ゲート領域は、観測したい界面の情報を含んでいる必要がある。すなわち、複数の界面が存在するために発生する複数反射波の合成波から、測定目的とする界面の情報を含む反射波を選び、その時間領域にゲート１２を設定する。ゲート１２の設定値としては、ゲート位置の他に、ゲート幅、又は、ゲート数がある。

ゲート幅は、通常は、着目する時間帯の反射波幅に設定し、多くの場合は、正弦波１周期分、あるいは、それ以下の長さに設定する。電子パッケージに使用する超音波の周波数帯は、およそ１０〜１００ＭＨｚの間であり、従って、ゲート幅は１０〜１００ｎｓに設定されることが多い。ゲート数は、測定目的とする界面の情報が不明な場合、他のゲート情報と比較するため、複数設定される。このように設定したゲート１２の区間内で、主に波形強度値で観測対象物１０２の良否判定を行う。判定方法としては、ゲート１２の区間内の波形強度の最大値及び最低値（負の最大値）、又は、絶対値の最大値などを使用して判定することが挙げられる。

特開平５−３３３００７号公報 特開平６−２９４７７９号公報

しかしながら、観測対象物によって、同一種類であっても、測定目的の界面より上の界面からの情報にばらつきを持つことがある。図１７Ａに示すように、電子パッケージ２９においては複数の界面を有し、そのため、安定して反射波が発生する樹脂モールド２１の表面にトリガを合わせても、実際には、図１９に示すように位相差が発生し、同じゲート位置で波形を観測しても、結果的に、異なった時間区間での波形を比較することになってしまう。位相差の発生の原因としては、各層の厚みのばらつき、及び、材料内の音速ばらつきなどが挙げられる。また、インターポーザー層２３の材質としてポリイミド，セラミック，又は、ガラスエポキシ樹脂などが考えられるが、ガラスエポキシ樹脂の場合、ガラス繊維の織布構造により、ＸＹ平面内で超音波伝達の時間遅延が発生することがある。図２０Ａは、インターポーザー層２３がガラスエポキシ樹脂であるときの半導体チップ２２のＣスコープ画像（半導体チップ２２の上面側から観測した画像）である。図２０Ａに示すＡ−Ａ’線の断面部分を切り出し、図２０ＢのＢスコープ（平面−時間スキャン画像）を観測すると、インターポーザー層２３以降の反射波では、同一の時間位置を見ても、反射エコーの到達時間に差が出ることが確認できる。

また、一般に、電子パッケージは複数の界面構造を有し、かつ、各界面の厚みが薄い（数１０〜５００μｍ）ため、各界面からの反射波が重畳する現象が起きてくる。つまり、探触子から発生した正弦波の超音波が、受信時には時間的に重なりを持つ反射波となることで、測定したい界面の情報を持つ反射波が正弦波とならず、その足し合わせ（位相差を含む）になっていることがある。従来、超音波探傷では複数の界面を持つ構造物を観測することは少なく、また、界面の厚みも大きいため、前述したような課題はなかった。

時間分解能を上げるには、探触子の周波数（１００ＭＨｚ以上）を上げるとよいが、高周波超音波は深さ方向に透過しにくく、測定目的の界面まで透過しない可能性がある。そのため、低周波で波形観測を行う必要がある。また、低周波信号は前述の重畳現象を起こす。電子パッケージの観測を行う際には、前記した理由により、図２１に示すように、観測する界面における波形で重畳が起こるため、従来のようにゲートの振幅値を観測するのみでは良否判定が困難な場合がある。図２１のゲート１２の領域においても、波形の差異は大きいものの、振幅値の最大値等で自動判定することはできない。

本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決することにあって、観測対象物の測定する界面の情報が持つ波形の位相差を解消し、波形の振幅値以外で観測対象物の良否判定を行う超音波測定方法及び装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。

前記の目的を達成するために、本発明の第１態様によれば、複数の界面を有する被検体物に超音波を照射して発生する波形信号を検出して前記被検体物の境界面の接合状態を観測する超音波測定方法において、
前記超音波を照射する方向と直交するＸＹ平面内のある特定領域で断面構造、材質、及び、厚さが前記被検体物と同一の基準物体の観測地点毎に、前記基準物体の波形信号の全体あるいは前記基準物体の界面部付近から観測された波形信号を基準信号としてそれぞれ基準信号記憶部に保存し、
前記基準物体の前記観測地点に対応する前記被検体物の観測地点でかつ予め既知の厚みと超音波の音速から発生時間領域が限定できる観測対象の界面部付近で取得された超音波波形信号を演算部で取得し、
前記被検体物から取得した前記超音波波形信号と前記基準信号とを比較演算して相対値を求めることにより前記境界面の接合状態を前記演算部で観測するに際し、
前記複数の界面を有する前記被検体物に超音波を照射し、前記被検体物から観測された波形信号と前記基準信号との間で比較演算処理を前記演算部で行い、２つの波形信号が最も一致した点を基準点として、観測された波形信号毎に発生する時間位相差を前記演算部で補正した後に、予め指定している前記ＸＹ平面内で、所定の時間領域内の波形成分を比較して判定部で良否判定を行う、超音波測定方法を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記複数の界面を有する前記被検体物に超音波を照射し、前記被検体物から観測された波形信号と前記基準信号とを時間方向に複数の領域にそれぞれ分割して得られた短区間領域波形信号と短区間領域基準信号との間で比較演算処理を前記演算部でそれぞれ行い、それぞれの領域での演算結果の値を判定部で比較する第１の態様に記載の超音波測定方法を提供する。

本発明の第３態様によれば、複数の界面を有する被検体物に超音波を照射して前記被検体物から発生する波形信号を検出して前記被検体物の境界面の接合状態を観測する超音波測定装置において、
前記被検体物に超音波を照射して前記被検体物から発生する波形信号を検出する超音波送受信装置と、
前記超音波を照射する方向と直交するＸＹ平面内のある特定領域で断面構造、材質、及び、厚さが前記被検体物と同一の基準物体の観測地点毎に、前記基準物体の波形信号の全体あるいは前記基準物体の界面部付近から観測された波形信号を基準信号としてそれぞれ保存する基準信号記憶部と、
前記基準物体の前記観測地点に対応する前記被検体物の観測地点でかつ予め既知の厚みと超音波の音速から発生時間領域が限定できる観測対象の界面部付近で取得された超音波波形信号を取得するとともに、前記被検体物から取得した前記超音波波形信号と前記基準信号とを比較演算して相対値を求めることにより前記境界面の接合状態を観測する演算部とを備え、
前記演算部は、前記複数の界面を有する前記被検体物に超音波を照射して前記被検体物から観測された波形信号と前記基準信号との間で比較演算処理を行い、２つの波形信号が最も一致した点を基準点として、観測された波形信号毎に発生する時間位相差を補正する一方、
前記演算部で時間位相差を補正した後に、予め指定している前記ＸＹ平面内で、所定の時間領域内の波形成分を比較して良否判定を行う判定部をさらに備える超音波測定装置を提供する。

前記測定方法によれば、被検体物ごとあるいは被検体物の領域毎に発生する位相差を解消し、良品の例である基準物体から得た基準信号との比較を行って、良否の判定が精度良くできる。

本発明によれば、観測対象物ごとあるいは観測対象の領域毎に発生する位相差を解消し、かつ良否が振幅強度のみによらず、良品との比較を行うことにより自動判定を高精度に行うことができるという効果を奏する。

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ、図１Ｂ、及び、図１Ｃは、本発明の第１実施形態における良否判定を行う超音波測定装置、超音波測定装置の制御部の詳細な構成を示す図、超音波測定装置を使用する超音波測定方法の処理を示すフローチャートである。

図１Ａの超音波測定装置は、超音波探触子１と超音波探触子駆動部１ａと制御部４と入力部６とを備えるように構成されている。図１Ａにおいて、設定項目として列挙された、走査エリアとは、サンプルのどの範囲を計測するかを設定する（ＸＹ平面位置）ことを意味する。例えば、サンプルの全面、あるいは、サンプルの一部（図１Ｇの走査エリアの第１例である、サンプル２の走査エリア２Ｓａを参照。）、あるいは、サンプル内で複数エリアを持つ（図１Ｈの走査エリアの第２例、サンプル２の走査エリア２Ｓｂを参照。）ことも可能である。また、走査ピッチとは、波形データを取得するための機械分解能（ＸＹ平面）を意味する。１つの例としては、数μｍ〜１００μｍピッチでデータを取得することができるが、これに限るものではない。トリガ位置、トリガ幅、ゲート位置、ゲート幅とは、後述する図１６及び第３実施形態を参照のこと。観測時間信号の基準位置指定のための信号（トリガ信号）とその基準信号からの時間オフセットを持つ観測開始位置信号（ゲート信号）を意味する。

超音波探触子１は、その下端を水槽３ａ内の水３内に配置して、例えばおよそ１０〜１００ＭＨｚの周波数帯の超音波を水３を媒体として、水槽３ａ内の水３内の所定の観測対象物配置位置に配置された観測対象物２に照射し、観測対象物２で反射した反射波を受信可能としている。

超音波探触子駆動部１ａは、例えば、水槽３ａの底面に平行な面沿いでかつ互いに直交するＸ方向とＹ方向とに超音波探触子１をそれぞれ移動させるＸＹロボットで構成している。なお、超音波探触子１と超音波探触子駆動部１ａと後述する送信回路３０と後述する受信回路３１とにより超音波送受信装置の一例を構成している。

制御部４には、超音波探触子１と入力部６と出力部５とが接続されている。
入力部６は、キーボード、マウス、タッチパネル、若しくは、音声入力などの各種入力装置を使用して、作業者が数値などの超音波測定に必要な情報を入力する機器、又は、観測対象物２のＣＡＤデータ及び水槽内の観測対象物配置位置の位置座標データなどの超音波測定に必要な情報を入力するための、他のサーバーや記録媒体などのデータベースとの接続端子を含む機器である。

出力部５は、一例としてのディスプレイで構成され、制御部４の後述するデータ処理部３３で受信した情報を基に所定の演算及び判定を行ったのちに画像化された判定結果をディスプレイに表示する。

制御部４は、超音波探触子１に接続されて超音波を発信する送信回路３０と、超音波探触子１に接続されて超音波探触子１で受信した超音波を電圧に変換して増幅するパルサレシーバー（受信回路）３１と、受信回路３１に接続されて受信された反射波の信号をデジタル情報に変換するＡ／Ｄ回路３２と、Ａ／Ｄ回路３２からのデジタル情報が入力されて所定のデータ処理（例えば、観測波形の強度値の画像化）を行うデータ処理部３３とを備えている。制御部４は、さらに、測定位置データメモリ３７と、超音波探触子駆動部１ａと測定位置データメモリ３７にそれぞれ接続されかつ測定位置データメモリ３７に記憶された情報を基に超音波探触子駆動部１ａを駆動制御する駆動制御部３８とを備えている。

データ処理部３３は、超音波反射波形の基準信号となるマスターデータを予め記憶する基準信号記憶部の一例としてのマスターデータ保持メモリ３６と、マスターデータ保持メモリ３６とＡ／Ｄ回路３２とに接続されかつマスターデータ保持メモリ３６に記憶された情報とＡ／Ｄ回路３２からのデジタル情報とに基づき演算を行う演算部の一例としてのデータ演算部３４と、データ演算部３４に接続されてデータ演算部３４での演算結果に基づき良否判定動作を行う判定部３５とを備えている。

制御部４の送信回路３０及び駆動制御部３８による駆動制御の下で、超音波探触子１から発生する超音波を、水３を媒体として観測対象物２に照射する。そして、観測対象物２からの反射波を超音波探触子１で受信して、超音波探触子１で受信した情報を基に制御部４の受信回路３１で超音波受信信号を電圧に変換して増幅し、Ａ／Ｄ回路３２でデジタル情報に変換したのち、データ処理部３３のデータ演算部３４に入力する。データ演算部３４にて波形処理及び画像処理等を行うことで、判定部３５で観測対象物２の界面の良否の判定及び判定結果の画像化を行っている。画像化された判定結果は、出力部５の一例としてのディスプレイに表示される。

ここで、超音波探触子１は送受信共に用いられる。

被検体物である観測対象物は、観測対象（測定したい位置）の界面の上に、別の界面があり、超音波がそれぞれの界面で反射するものを対象としている。言い換えれば、観測対象物２は、複数の界面を有するものであって、超音波を照射して発生する波形信号を検出して、前記複数の界面の境界面の接合状態を観測する物体のことである。

観測対象物２の具体的な例としては、図１７に示すような、半導体チップなど電子パッケージ２９を想定している。超音波は、観測対象物２の内部にも透過し、内部の界面からも反射波が発生する。従って、超音波探触子１で受信する信号は、複数の界面から発生した複数の波が重なりあった波形となる。

図１Ｃに示すように、本第１実施形態の超音波測定方法は、超音波反射波形の基準信号となるマスターデータをマスターデータ保持メモリ３６に予め記憶させておき、マスターデータ保持メモリ３６に記憶されたマスターデータを基準として、判定部３５で、被検体物となる観測対象物２の良否判定を行う。なお、以下のステップを行う前段階（計測開始前の段階）で、図２に一例として示すように、入力部６から波形信号のマスターデータ条件（開始時間位置、時間幅、短区間時間位置、短区間時間幅など）の情報を入力してマスターデータ保持メモリ３６に記憶させることにより、波形信号のマスターデータをマスターデータ保持メモリ３６に予め作成しておく。

まず、ステップＳ１では、マスターデータ保持メモリ３６に記憶された波形信号のマスターデータ、例えば、波形信号のマスターデータ条件（開始時間位置、時間幅、短区間時間位置、短区間時間幅など）の情報をデータ演算部３４に読み込む。ここで、マスターデータを作成するために、少なくとも１つは良品の観測対象物（サンプル）が必要になってくる。マスターデータはデータベースとなるので、実際に観測を始め、ある一定時間経過後にマスターデータを変更したり、マスターデータ数を増やしたりしても問題はない。

ここで、良品の観測対象物（サンプル）とは、超音波を照射する方向と直交するＸＹ平面内のある特定領域で断面構造、材質、及び、厚さが観測対象物２と同一である、良否判定用の基準物体を意味する。

しかし、観測対象物２が変化したり、超音波探傷条件が変化したりすればマスターデータを取得し直す必要がある。ここで、「観測対象物の変化」とは、観測対象物２の各層の厚み、又は／及び、音速の変化等があることを示す。また、「超音波探傷条件の変化」とは、反射信号を取得しようとする際の、探触子の焦点位置の移動、ダンピング抵抗値の変更、フィルタ帯域の変更等、又は、波形信号の形そのものの変化などを示す。

ここで、マスターデータ作成に関して、ある観測対象物２に関してＸＹ平面内で観測するとき、ＸＹ方向と直交するＺ方向に異なる構造があるとき、マスターデータもＸＹ平面毎に取得する必要がある。例えば、図１７Ｂに示す電子パッケージ２９において、はんだ接合部（はんだバンプ）２４を観測するとき、Ｓｉ半導体チップ２２を通過するか否かで、２つの経路が考えられる。すなわち、第１経路としては、樹脂モールド層２１からインターポーザー層２３（なお、２３ａは導電粒子である。）を経てはんだ接合部２４へ至る経路を設定することができる。第２経路としては、樹脂モールド層２１からＳｉ半導体チップ２２及びインターポーザー層２３を経てはんだ接合部２４へ至る経路を設定することができる。このような２つの経路が同一の電子パッケージ２９に存在する。このとき、第１経路と第２経路とで、超音波のはんだ接合部２４に到達する時間が異なってくる。また、Ｓｉ半導体チップ２２による超音波の減衰等のため、反射波形も、第１経路と第２経路とで異なってくる。よって、第１経路と第２経路とでマスターデータを変える必要がある。

次いで、波形信号のマスターデータをデータ演算部３４に読み込んで（ステップＳ１）データ処理の準備ができると、実際の観測対象物２の測定が可能となる。そこで、長区間マスターデータで判定するか、又は、短区間マスターデータで判定するかを選択する（ステップＳ２）。例えば、設定された長区間マスターデータによる相関係数値にばらつきが少ない場合には、長区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ３）を選択する。一方、例えば、設定された長区間マスターデータによる相関係数値にばらつきが多い場合には、長区間マスターデータで位相差を補正した後、そこから短区間マスターデータを作成し判定する、短区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ４）を選択する。

以下、長区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ３）をこの第１実施形態で説明し、短区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ４）については、第２実施形態として説明する。

なお、図１Ｄは、前記長区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ３）の概略処理を示すフローチャートであって、最初に、長区間マスターデータの波形をデータ演算部３４に読み込んだのち（ステップＳ３Ａ）、長区間マスターデータによる良否判定を行う（ステップＳ３Ｂ）ようにしている。前記長区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ３）の詳細については、図５に基づき、後述する。

また、図１Ｅは、前記短区間マスターデータで判定する方法の処理を示すフローチャートであって、最初に、短区間マスターデータの波形をデータ演算部３４に読み込んだのち（ステップＳ４Ａ）、短区間マスターデータによる良否判定を行う（ステップＳ４Ｂ）ようにしている。前記短区間マスターデータで判定する方法（ステップＳ４）の詳細については、図８に基づき、後述する。

図１Ｆは、前記長区間マスターデータで判定する方法の変形例であって、判定結果に不具合があるときに、短区間マスターデータで判定する方法の処理を示すフローチャートである。すなわち、長区間マスターデータの波形をデータ演算部３４に読み込んだのち（ステップＳ３Ａ）、長区間マスターデータによる良否判定を行う（ステップＳ３Ｂ）。長区間マスターデータによる良否判定の結果に不具合がないと判定部３５で判定した場合（ステップＳ３Ｃ）には、そのまま終了する。しかしながら、長区間マスターデータによる良否判定の結果に不具合があると判定部３５で判定した場合（ステップＳ３Ｃ）には、既に作成してマスタデータ保持メモリ３６に保存してあるテーブルから、短区間マスターデータの波形を読み込んだのち（ステップＳ４Ａ）、短区間マスターデータによる良否判定を行う（ステップＳ４Ｂ）ようにしている。判定部３５での判定結果に不具合があるか否かの判定は、例えば、以下のようにして行うことができる。第１及び第２実施形態で説明するように、相関係数値は−１〜１の値をとる。マスターデータが相関値１をとり、良品が相関値１に近い値を取るのに対し、不具合のあるサンプルは、それらの値よりも低い値を取ることになる。そのため、計測前に、相関値に、ある閾値を判定条件として設定することで、不具合のあるサンプルを判定することができる。閾値に関しては、様々なサンプルから統計にとって、閾値の値を決定するといった方法が考えられる。

なお、前記した図１Ｄ〜図Ｆのいずれの処理を使用するかは、観測対象物毎に変えてもよいし、１つの観測対象物２のうちの測定位置により（例えば各電極毎に）変えても良い。

ここで、「長区間マスターデータで判定する方法」とは、マスターデータの作成時に、マスターデータとなる波形の開始時間と終了時間を指定するが、その指定時間の信号の全て（基準信号全体）で判定する方法という意味である。また、「短区間マスターデータで判定する方法」とは、長区間マスターデータを時間分割し、それぞれの短時間幅のマスターデータで判定する方法という意味である。

次に、図２に示す波形データのマスターデータを作成するフローチャートに沿って具体的に説明する。また、サンプルとして電子パッケージ２９のＢＧＡチップを観測する場合を例に取る。図３Ａには良品のマスターとなるＢＧＡチップ（第１サンプル）５１の説明図（底面図）を示すとともに、図３Ｂには観測対象物２の例であるＢＧＡチップ（第２サンプル）５２の説明図（底面図）を示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、正常な電極（ＯＫ電極）は白丸で表示され、異常な電極（ＮＧ電極）は黒丸で表示されている。

まず、図３Ａに示すように、良品のマスターとなるＢＧＡチップ（第１サンプル）５１を準備して水槽３ａの水３内の所定の観測対象物配置位置に沈める。良品のＢＧＡチップ５１のうちから、測定したい位置（測定位置）を入力部６で測定位置データメモリ３７に指定する（ステップＳ１１）。具体的には、図３Ａ及び図３Ｂの第１電極５３ａと５３ｂの座標位置の指定方法としては、観測対象物２の例となる電子パッケージ２９の全体の寸法及び電子パッケージ２９を水槽３内に配置したときの観測対象物配置位置での電子パッケージ２９の位置座標、並びに、すべての電極の寸法及び座標が分かるＣＡＤ座標を、制御部４の測定位置データメモリ３７として予め記憶保持しておく。又は、前記ＣＡＤ座標を、入力部６から測定位置データメモリ３７に入力して記憶させる。そして、実際の計測時に、測定位置データメモリ３７に記憶されている座標のうちから、指定された電極、例えば、第１電極５３ａ，５３ｂの座標を入力部６により測定位置データメモリ３７に予め指定し、指定された座標を基に、超音波探触子駆動部１ａを駆動制御部３８で駆動制御することにより、指定された第１電極５３ａ，５３ｂに対して、超音波探触子１から超音波を発信可能な位置に制御可能とする。

次いで、測定したい位置である第１電極５３ａ，５３ｂに向けて、超音波探触子１から超音波を発信し、第１電極５３ａ，５３ｂからの反射波を超音波探触子１で受信して、波形データを受信回路３１で取得する（ステップＳ１２）。ここでは、観測波形の取得対象として、一例として、図３Ａの良品の第１サンプル５１と実際の観測対象物２の例である第２サンプル５２とにおいて、同じ位置（図３Ａ及び図３Ｂの各右上の隅の位置）に当たる第１電極５３ａと５３ｂをそれぞれ例にとる。第１電極５３ａと５３ｂからそれぞれ取得した波形データの例を図４に示す。なお、第１電極５３ａと５３ｂは、両方とも正常な電極であるため、同じ波形データとなる。図４に関して、超音波は圧電素子で受信し、圧電素子で受信したアナログ電気信号を任意の単位系でＡ／Ｄ変換してデジタル出力するようにしている。１つの具体例として、入力レンジ１Ｖに対して８ビット（２５６段階）でＡ／Ｄ変換しているが、一般的な変換としては、これに限るものではない。取得波形４１の形は、既に述べたように超音波の通過する界面の数等により変化する。そのため、測定する位置である各電極の位置毎にデータベースをマスターデータ保持メモリ３６で持ち、波形データをデータ演算部３４で比較する必要がある。ここで、各電極の位置毎にデータベースを持つとは、各電極の各観測点において、マスターデータ波形、マスターデータ分割方法（短区間判定のための分割方法）、判定用の閾値といった条件の情報を持つことを意味する。したがって、マスターデータそのものを有するだけでなく、長区間、及び、短区間による計測条件の情報及び判定用の閾値の情報なども含まれるため、データベースと表現している。

次いで、取得波形４１の中で観測対象物２の界面（例えば、図１７のはんだバンプ２４とマザー基板２５との界面など）の情報が存在していると思われる位置の波形をデータ演算部３４により選び出し（ステップＳ１３）、そこをマスターデータとしてデータ演算部３４により取得してマスターデータ保持メモリ３６に記憶する（ステップＳ１４）。

観測対象物２の界面で情報が存在する位置の予測方法としては、例えば、図４に示す波形において、樹脂モールド表面反射波形を参照符号４４で示しており、インターポーザー層反射波形を参照符号４５で示している。よって、それらの樹脂モールド表面反射波形４４及びインターポーザー層反射波形４５は、時間、位置、及び、反射強度から、それぞれ、どの波形であるかを推測できるため、図１７のはんだバンプ２４とマザー基板２５との界面を判定したい場合は、インターポーザー層反射波形４５より、時間的に後の波形を選択すればよいことになる。なお、波形信号のマスターデータ条件（例えば、開始時間位置、時間幅、短区間時間位置、短区間時間幅など）の情報は、入力部６からマスターデータ保持メモリ３６に予め入力して記憶させておく。

あるいは、観測対象物２であるサンプル（電子パッケージ２９）の各層（厚み方向）の材質の音速Ｃ及び各層の厚みが測定位置データメモリ３７に記憶されて既知であれば、測定位置データメモリ３７に記憶された前記材質の音速Ｃ及び各層の厚みの情報を基に、おおよその各界面からの超音波反射波の到達時間をデータ演算部３４で演算して見積もることができ、観測対象物２の界面で情報の存在する位置をデータ演算部３４で限定することができる。すなわち、超音波到達時間を、測定位置データメモリ３７のデータから、データ演算部３４で見積もることができ、その時間条件を測定位置データメモリ３７に記憶しておく。実際の計測の際は、その到達時間を測定位置データメモリ３７からデータ演算部３４で自動的に呼び出して使用すればよい。ただし、到達時間は、音速の精度、又は／及び、各層の厚みのばらつきにより変化してしまうため、マスターデータとしては、ある程度の時間幅を持たせる必要がある。一例として、図４に示す例では、取得波形４１の波形長はおよそ９００ｎｓ（樹脂モールド２１の表面のトリガ取得位置から起算した波形長）であり、インターポーザー層反射波形４５は、およそ２８０〜４８０ｎｓの間に分布しており、そのため、マスターデータ波形４３は、その後の時間の４８０ｎｓ〜８８０ｎｓの位置と設定し、その長さ（ある程度の時間幅）は４００ｎｓである。よって、観測対象物２の界面は、この長さの区間に含まれていると予想される。

次に、同一観測地点（測定したい位置）内で他の観測ポイントを取得するか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、観測地点とは、Ｚ方向すなわち深さ方向において同一構造を持つ地点であり、Ｚ方向の構造が異なれば、「観測地点」は変化することになる。従って、１つのサンプル内でも、Ｚ方向の構造が異なれば、複数の観測地点を持つことになり（図１Ｉのサンプル２の複数の観測地点２Ｔａ，２Ｔｂを参照。観測地点２Ｔａと観測地点２Ｔｂとでは、Ｚ方向（図１Ｉの紙面貫通方向）で構造が異なる。）、その各観測地点により、データベースを保有することになる。また、観測地点は、複数の観測ポイントを持つ。ここで、観測地点を１８０×１８０μｍのエリアとし、データ取得ピッチ（走査ピッチ）を３０μｍとすると、図１Ｊの複数の観測ポイント２Ｐのように、６×６のデータ取得ポイントを持つことになる。これを、「観測ポイント」（言い換えれば、データ取得ポイント）と呼ぶ。ここで、前述のマスターデータは、１つの観測地点内であれば、どの「観測ポイント」（データ取得ポイント）をとってもよい、としている。ただし、１つの観測地点が同じＺ方向の深さ構造とはいえ、「観測ポイント」（データ取得ポイント）毎に微妙な波形の違いがあることも考えられるため、その際に、複数の「観測ポイント」（データ取得ポイント）をとり、平均化等の処理を行う。

他の観測ポイントを取得するか否かを判定する方法の一例としては、測定位置データメモリ３７でデータ取得方法を予め設定しておけばよい。例えば、（１）取得データが１点の場合には、観測地点の中心からデータを取得する、（２）取得データがＸ点の場合（Ｘは２以上の整数）には、中心から最近傍の点を順に取得する、（３）取得データが全点の場合には、観測地点の全点を自動取得する。などが考えられ、データ取得方法として、前記（１）〜（３）のいずれか１つに測定位置データメモリ３７で予め設定しておけばよい。例えば、第１電極５３ａにおいて、円形電極５３ａの直径を３００μｍ、超音波のＸ方向の分解能を３０μｍとすると、ｘ方向に１０点の波形を取得することができる。第１電極５３ａの１０点内では、波形の微妙な差異が存在するため、それらの波形をデータ演算部３４で平均化し、データベースとしてのマスターデータ保持メモリ３６に持たせる場合など、同一観測地点で、前記処理ステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返し行ない、複数点の波形データのマスターデータを抽出してマスターデータ保持メモリ３６に記憶する。

次に、第１サンプル５１の第１電極５３ａを含む平面内で他の観測地点が存在する場合には、その観測地点の波形データを処理ステップＳ１１〜Ｓ１５の要領でマスターデータを作成してマスターデータ保持メモリ３６に記憶する（ステップＳ１６）。観測地点としては、第１サンプル５１の一部でも、全領域でもよい。

以上により、観測地点でのマスターデータを作成してマスターデータ保持メモリ３６に記憶する。なお、第１サンプル５１における電極部の測定位置以外の測定位置の場合も、前述に順ずるものとする。

次に、図５に示す長区間マスターデータを用いて判定処理するフローチャートについて説明する。ここでも、図３ＢのＢＧＡチップ（第２サンプル）５２の観測対象物２を例にする。観測対象物２の例であるＢＧＡチップ（第２サンプル）５２の測定位置を入力部６で測定位置データメモリ３７に指定する（ステップＳ２１）。指定の仕方は、ステップＳ１１と同様である。

次いで、第２サンプル５２の測定位置に向けて、超音波探触子１から超音波を発信し、第２サンプル５２の測定位置からの反射波を超音波探触子１で受信して、ステップＳ１２と同様に、波形データを受信回路３１で取得する（ステップＳ２２）。

次いで、マスターデータ保持メモリ３６に記憶された第１サンプル５１のマスターデータと、Ａ／Ｄ回路３２から入力されて取得した第２サンプル５２の波形データとの比較計算をデータ演算部３４で行う（ステップＳ２３）。

ここで、データ演算部３４による比較方法の一例として、マスターデータとして取得した波形データの相関係数値を取ることが挙げられる。今、第１電極５３ａの比較を行うとするとき、第１サンプル５１の第１電極５３ａにおけるマスターの波形データとしてデータ列ｘ_１，ｘ_２，…，ｘ_ｎがあり、また、第２サンプル５２の第１電極５３ａから取得した波形データとしてデータ列ｙ_１，ｙ_２，…，ｙ_ｎがあるとき、それらのデータの標本平均を

としたとき、ｘ，ｙの相関係数値ｒ_ｘｙは、下記の数式（数２）

と表すことができる。

図６に、相関係数を用いた判定方法を示す。今、マスターデータとして取得した波形データのデータ列の長さをＮ、マスターデータのデータ列の長さをｎ（ただし、Ｎ＞ｎ）とする。Ａ／Ｄ回路３２から入力されて取得した波形データの１点目とマスターデータ保持メモリ３６に記憶されたマスターデータの１点目をデータ演算部３４で合わせ、ｎ点目までの点で前記の相関係数値をデータ演算部３４で計算する。次に、データ演算部３４において、マスターデータを１点だけ右にシフトし、取得した波形データの２点目から（ｎ＋１）点目で相関係数値をデータ演算部３４で計算する。同様に、１点だけ右にシフトして相関係数値の計算を行なうことをデータ演算部３４で繰り返しして、波形データの１点目から｛Ｎ−（ｎ＋１）｝点目までの相関係数値をデータ演算部３４で求める。

マスターデータを１，２，…，Ｎ−（ｎ＋１）点ずつ、ずらしていくことで、ｍ列（１≦ｍ≦｛Ｎ−（ｎ＋１）｝）のデータ列がデータ演算部３４で作成される。図７Ａに第１サンプル５１の第２電極５４ａ（良品）の相関係数波形、図７Ｂに第２サンプル５２の第２電極５４ｂ（不良品）の相関係数波形を示す。

ここで、マスターデータとしては、第１サンプル５１の第１電極５４ａの取得信号波形からデータ演算部３４で取り出してマスターデータ保持メモリ３６に記憶している。信号波形内で、測定目的とする界面の情報を含むデータ位置の指定は、相関係数値ピークの中で最も大きい値（最大値）をデータ演算部３４で取得することで行う。ただし、測定する界面の情報が含まれていないデータ位置で、スペクトルが最大になる場合もあり、そのような場合は、データ範囲をデータ演算部３４で予め指定し（例えば、図４に示す測定位置付近の波形領域４２）、スペクトルの情報をデータ演算部３４で取得するとよい。

前記したように、測定目的とする界面の情報を含むデータ位置の指定するとき、図７Ａの複数の相関係数値ピーク値のうち最大値の波形値で比較するか、あるいは、時間区間を絞り込んだ上で、絞り込んだ時間区間内の相関係数値ピーク値の最大値を取り出すようにしている。最大値の取得は、データ演算部３４により自動的に行うことができる。その後の判定も、後述するように、判定部３５に良否判定用閾値を予め持たせた上で、判定部３５で自動的に行うようにしている。

例えば、図７Ａでは、データ区間を、６００〜８００点目に絞り込んでスペクトル値をデータ演算部３４で取得するとよい。データ点数と超音波波形時間軸は関連性があるため、絞り込むデータ区間は、データ演算部３４で、超音波波形時間軸から推定することができる。各点での相関係数値としては−１から１までの値を取り、１に近いほどマスターデータに近い良品の信号波形であり、相関が取れているという意味で、観測対象物２も良品であると言える。また、相関が取れていない信号波形の相関係数値は０に近づく。信号波形が逆位相で相関が取れているときは、値は−１に近づく。

第１サンプル５１は、マスターデータを取得したサンプルのため、マスターデータと取得波形自身の相関係数波形は、ピーク値が１になる。一方、不良品の第２サンプル５２における相関係数値は、図７Ｂに示すように第２サンプル５２の第２電極５４ｂ（すなわち、ＮＧ電極）において、電極内ばらつきを考慮して０．６８〜０．８１である。不良品の第２サンプル５２では何らかの波形変化があるため、相関係数値が下がる。そのため、ある相関係数値を良否判定用閾値（例えば、図７Ａ及び図７Ｂの閾値Ｔｈ）として、ＯＫ／ＮＧの判定を判定部３５で行う（ステップＳ２４）。すなわち、ある相関係数値の閾値よりも小さい場合にはＮＧの判定を判定部３５で行う一方、ある相関係数値の閾値以上の場合にはＯＫの判定を判定部３５で行う。なお、閾値は、使用するサンプルのｎ数を取り（すなわち、同じ構造（種類）のサンプルを、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）用意してデータを取り）、良品及び不良品の平均を取って、判定部３５で閾値を決定してマスターデータメモリ３６に保存する。尚、これは、良品判定動作を行う場合に限って閾値を持つ必要があり、良品判定動作を行わずに相関値を測定するのみの場合には閾値は必要ない。また、閾値としては、例えば、入力部６から判定部３５へ入力された値を使用するようにしてもよい。

前述した図２における処理ステップＳ１５で複数の波形データをマスターデータとして取得した場合など、前記の判定を同一観測地点で複数回行ってもよい。すなわち、同一箇所でマスターデータをｎ個保持している場合（ただし、このｎは、２以上の整数。）、１回目の判定でＮＧを判定部３５で判定した場合、ＮＧと出力する前に２個目のマスターデータで２回目の判定を判定部３５で行う。以上の判定を、保持している個数に相当するｎ回目まで許容する、といった機能が判定部３５にあってもよい。この際の判定回数、マスターデータの選択方法、又は、判定基準などは、本第１実施形態における方法において、入力部６を使用して、使用者が判定部３５に対して任意に設定できるものとする。

また、図２の処理ステップＳ１５で複数の波形をマスターデータとして取得した場合、データ演算部３４でマスターデータを加算平均した結果（加算平均マスターデータ）を１つのマスターデータとしてマスターデータ保持メモリ３６に記憶保持し、この記憶保持された加算平均マスターデータを使用して前記の判定を判定部３５で行う、といった方法を取ってもよい。

このように、良品サンプルから得た相関係数波形のピーク値と観測された値とをデータ演算部３４で比較し、値が低いサンプルを不良品として判定部３５で判定する方法が本発明の第１実施形態の特徴である。

このような第１実施形態によれば、観測対象物ごとあるいは観測対象の領域毎に発生する位相差を解消し、かつ良否が振幅強度のみによらず、良品との比較を行うことにより自動判定を高精度に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる超音波測定方法及び装置について説明する。

前記第１実施形態で述べた判定方法において、判定が困難な場合も予想される。これは、設定された長区間マスターデータによる相関係数値にばらつきが多い場合など、その相関係数値のばらつきの範囲が、良品及び不良品の相関係数値の範囲であると、判定が不可能になる。原因として、マスターデータの長さが不適切であり、界面のＯＫ／ＮＧ以外の情報が過剰に含まれていることが考えられる。

例えば、図４ではマスターデータ幅が４００ｎｓであるが、１つの波の大きさがおよそ６０ｎｓであり、不良発生時の波形変化が１波分である場合は、非常に余分な波形成分をマスターデータが持つことになる。この場合には、仮に不良が発生して１波分だけ波形が変化したとしても、そのような波形変化情報が余分な波形成分内で埋もれてしまい、相関係数値として、不良品と良品との区別がつかなくなる可能性がある。そこで、マスターデータとして、非常に短いマスターデータ幅、例えば前記の場合において、１つの波の大きさに相当する幅６０ｎｓのマスターデータを使用すると、不良発生時に、相関係数値において、良品との差が出てくる。このように、第１実施形態のマスターデータよりも非常に幅が短いマスターデータのことを、短区間マスターデータと呼ぶ。

ここで、長区間マスターデータとは、予め作成した、基準信号全体のことを意味し、反射時間信号の中で、測定したい界面の反射信号付近を切り出したデータを意味する。これに対して、短区間マスターデータとは、長区間マスターデータを時間分割した、それぞれの要素に相当するデータを意味する。分割方法の例は、後述する通りである。

しかし、そのような短区間マスターデータで図６に説明したような作業を行うと、観測した取得波形において、類似している箇所を複数捕まえて相関係数波形として出力する可能性がある。さらに、前述した図１９、図２０Ａ，図２０Ｂに示すように、観測対象物２によっては、表面トリガ位置から後の時間に位相差が出てくるため、短区間マスターデータにおいては、測定目的とする界面で相関係数値のデータ位置が、不明確になる。そのため、単純な短区間マスターデータによる相関係数値波形からは、測定目的とする界面の情報をつかむことが困難である。

そこで、このような課題を解決するための、本発明の第２実施形態として、時間位相補正を含んだ、短区間マスターデータ（短時間領域のマスターデータ）での判定方法について述べる。図８に、短区間マスターデータによる判定処理を行うフローチャートを示す。

おおまかな処理としては、第１段階として、時間位相補正を長区間マスターデータで行い（ステップＳ３１〜Ｓ３４）、第２段階として、良否判定を短区間マスターデータで行う（ステップＳ３５，Ｓ３６）。前述した長区間マスターデータでの判定動作と同様に、観測対象物２の例としては、図３Ａ及び図３ＢのＢＧＡチップ（第１及び第２サンプル）５１，５２を使用する。

第１段階での長区間マスターデータによる時間位相補正は、前記第１実施形態の長区間マスターデータでの判定処理とほぼ同じ処理である。観測対象物２の第２サンプル５２の測定位置を、ステップＳ１１と同様な指定方法で指定する（ステップＳ３１）。

次いで、第２サンプル５２の測定位置に向けて、超音波探触子１から超音波を発信し、第２サンプル５２の測定位置からの反射波を超音波探触子１で受信して、波形データをステップＳ１２と同様な方法で取得する（ステップＳ３２）。

次いで、第１サンプル５１のマスターデータと第２サンプル５２の取得した波形データとの比較を、相関係数を使用して、データ演算部３４で行う（ステップＳ３３）。

その後、長区間マスターデータによる相関係数波形のスペクトルピーク（測定する界面）となるデータ位置をデータ演算部３４で取得する（ステップＳ３４）。

次に、図９は、本第２実施形態における時間位相補正のための波形切り出しを説明する図である。図９に示すように、長区間マスターデータと観測した取得波形による相関係数のスペクトルがピークになるデータ位置で、取得波形をデータ演算部３４で切り出す（ステップＳ３４）。相関係数のスペクトルピークは、長区間マスターデータと取得波形が似ている時間軸である。すなわち、同一種類の別サンプルを観測する際、取得波形を得る毎に微妙な時間位相差が発生することがあっても、相関係数波形スペクトルのピーク値の位置を取得することで、測定目的とする界面の波形データをデータ演算部３４で常に切り出すことができる。

測定目的の界面におけるスペクトルピークの探し方として、図７Ａを例にすると、ピーク位置の中で最も大きな相関係数値をデータ演算部３４で取ることが挙げられる。当然、マスターデータと取得波形が最も似ている時間域が、大きなスペクトルのピーク値を持つはずである。

ただし、場合によっては、測定目的とする界面の波形位置で必ずしも最大のピークとならなかったり、あるいは、測定目的の界面のスペクトルピークと他の界面のスペクトルピークとの有意差が小さい場合もある。その場合は、測定目的とする界面のスペクトルピークの位置で、時間範囲をデータ演算部３４で予め限定してやる方法が考えられる。

例えば、サンプル毎の位相時間差のばらつきの範囲が、およそ４０ｎｓであることが検証できているような場合、観測する相関係数スペクトルも、±４０ｎｓ程度の範囲内でデータ演算部３４で取得すればよいことになる。あるいは、先頭時間からのスペクトルピークをデータ演算部３４で数え、測定目的とする界面のスペクトルピークをデータ演算部３４で特定するやり方も考えられる。

次いで、第２段階として、短区間マスターデータによる良否判定を行う。
まず、長区間マスターデータをデータ演算部３４で細分化して分割し、短区間マスターデータにして、相関係数値をデータ演算部３４で取る（ステップＳ３５）。ここで、図１０Ａは、本第２実施形態における短区間マスターデータの判定を説明する図であって、切り出した取得波形を細分化した状態の図であり、図１０Ｂは、本第２実施形態における短区間マスターデータの判定を説明する図であって、マスターデータ波形を細分化した状態の図である。例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂでは、長区間マスターデータの時間幅は４００ｎｓであり、そこから、短区間マスターデータの作成をデータ演算部３４で行う。細分化の方法（分割の方法）としては、分割数、又は、マスターデータ時間幅などを使用して細分化することが挙げられる。分割数、又は、時間幅は、波形の周波数成分、又は、不良品発生時の波形への影響度合いなどにより異なる。長区間マスターデータの波形の全てあるいは一部に対して、高速フーリエ変換をデータ演算部３４で施し、周波数スペクトルをデータ演算部３４で取得した後、最適な時間幅をデータ演算部３４で設定してもよい。最適な時間幅を設定する一例としては、以下のように設定することができる。超音波振動子は、振動子毎にある周波数帯域を持つ波を出すものである（この場合、周波数帯域を変えるには、センサごと変える必要がある。）。よって、その周波数帯域を観測し、発生波形の周期を計算し、その周期から時間幅を設定することができる。具体的には、観測信号波形のフーリエ変換によって得られたスペクトルの中心周波数をＦ（ＭＨｚ）とすると、その波形の周期Ｔは、Ｔ＝１／Ｆ（μｓ）となる。よって、例えば、その周期の幅、あるいは、２倍、３倍の周期の幅を短区間の時間幅にすることで、最適な時間幅にすることが出来る。

また、必ずしも時間幅は一定にする必要はなく、例えば、ｎ分割（ただし、ｎは２以上の整数。）の中のｍ個（ただし、ｍはｎ未満の整数。）の短区間マスターデータの時間幅だけは２０ｎｓとし、他の（ｎ−ｍ）個の短区間マスターデータの時間幅は４０ｎｓとする、といったように、短区間マスターデータ同士で長さが異なってもよい。この細分化方法は、測定前に、設定値として、データ演算部３４内のメモリに予め保存しておく。短区間マスターデータの情報としては、先程の分割数、又は、時間幅の他に、例えば、短区間マスターデータの時間探索幅、又は、時間伸縮率などが挙げられる。短区間マスターデータの設定値は、観測毎に、随時、データ演算部３４で予め設定された値だけ変更していき、最適な設定値をデータ演算部３４で得ていく。ここで、前記時間探索幅とは、長区間マスターデータで一致した時間点ｍで相関値を計算した後、リトライ判定として、マスターデータＭＤを時間点ｍからΔｔ点だけずらし（例えば、図１０Ｃから図１０Ｄに示すように時間点ｍからΔｔ点だけずらし）、再度、短区間マスターデータによる計算を行うこともできる（例えば、図１０Ｃ及び図１０Ｄ参照。）。その際のリトライのΔｔの幅を、時間探索幅と定義している。また、前記時間伸縮率とは、長区間マスターデータで一致した時間点ｍで相関値を計算した後、リトライ判定として、マスターデータをＸ％（Ｘは予め設定した値である。）時間方向に伸縮して（例えば、図１０Ｅから図１０Ｆに示すようにＸ％時間方向に縮小して）計算を行うこともできる（例えば、図１０Ｅ及び図１０Ｆ参照。）。その際のリトライでのマスターデータの伸縮率を、時間伸縮率と定義している。また、最適な設定値をデータ演算部３４で得る方法としては、例えば、短区間マスターデータのデータ設定を観測毎に変化させていった際に、ある程度の規則性（例えば探索幅、伸縮率、分割数などを、ある任意の値にすればよいという程度の規則性）が出てくると思われる。その際の設定データを、ライブラリとして保存していく、といった方法が考えられる。

そして、処理ステップＳ３５において得た相関係数値においても、何らかの波形変化があるため、相関係数値が下がる。そのため、ある相関係数値を閾値として、ＯＫ／ＮＧの判定を判定部３５で行う（ステップＳ３６）。すなわち、ある相関係数値の閾値よりも小さい場合にはＮＧの判定を判定部３５で行う一方、ある相関係数値の閾値以上の場合にはＯＫの判定を判定部３５で行う。閾値の設定の仕方は、ステップＳ２４と同様である。

ここで、長区間マスターデータにより切り出された波形を示す図１０Ａと、短区間マスターデータを示す図１０Ｂとの相関係数値を取る。この際には、短区間マスターデータは、前記図６のようなシフトによる相関係数波形を算出するのではなく、時間位相補正され切り出された状態である図１０Ａのデータ位置で、各短区間マスターデータとの相関係数値をデータ演算部３４で取る。すなわち、長区間マスターデータにより切り出された取得波形をデータ演算部３４で細分化し、長区間マスターデータを設定値に基づきデータ演算部３４で細分化した短区間マスターデータのそれぞれと、相関係数をデータ演算部３４で取る。例として、図１０Ｂでは、長区間マスターデータ（幅４００ｎｓ）をデータ演算部３４で１０分割（幅４０ｎｓ）し、１０分割により切り出された取得波形、図１０Ａも、同様に、データ演算部３４で１０分割として、それぞれの短区間マスターデータ成分の相関係数をデータ演算部３４で計算する（１０個の相関係数値をデータ演算部３４で算出する）。

図１１Ａは第１サンプル５１の第２電極５４ａ（図３Ａ参照）の各短区間マスターデータでの相関係数値であり、図１１Ｂは、第２サンプル５２の第２電極５４ｂ（図３Ｂ参照）は、の各短区間マスターデータでの相関係数値であり、それぞれ、マスターデータを１０分割しているため１０点での相関係数値を表示している。点数は、それぞれ細分化された短区間マスターデータの中で速い時間順（左から順）に示している。図１１Ａに示す第１サンプル５１（良品）の相関係数値に対して、図１１Ｂに示す第２サンプル５２（不良品）の相関係数値において、７番目の短区間マスターデータで大きな有意差が確認できる。

ここで、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、細分化した相関係数値の７番目の短区間マスターデータに着目した理由について説明する。

まず、図９において、最初の大きな反射の波形（四角枠Ｉを参照）は、樹脂モールド２１の表面からの反射波であり、切り出し波形の直前の波形（四角枠ＩＩを参照）は、インターポーザー層２３の表面からの反射波である。これは、電子パッケージ２９の層構造の順番から容易に推測可能である。そして、四角枠ＩＩの波形以降の反射波（つまり、インターポーザー層２３の表面以降の反射波）を、長区間マスターデータとしている。

ここで、図９の例では、インターポーザー層２３の厚さは３５０μｍ、音速は２８００ｍ／ｓである。このため、インターポーザー層２３を超音波が通過する時間は、（３５０×２）／２８００＝０．２５０μｓ（ただし、ここでは、求める時間は、インターポーザー層２３を超音波が往路と復路で２回通過する往復時間であるため、（インターポーザ層２３の厚さ×２）としている。）となる。

長区間マスターデータの幅は４００ｎｓ、細分化幅は４０ｎｓであり、４０×７＝２８０ｎｓとなるため、７番目の細分化幅に、インターポーザー層２３の下面の反射波が返ってくる。この接合面は、はんだバンプ２４とインターポーザー層２３の接合面、つまり、測定する位置となる。よって、細分化幅の７番目に着目すると良いことになる。

前記の有意差は、先に述べた長区間マスターデータでの判定における有意差に比べて、大きなものとなる場合がある。例えば、ＯＫ／ＮＧの波形での差が、ある４０ｎｓの区間でしか観測できない場合は、長区間マスターデータでは判定不可能である。また、その波形差が表れる区間が、どの時間領域で表れるか不明な場合にも、短区間マスターデータによる相関係数プロットで、波形の変化を見ることができる。ＯＫ／ＮＧサンプルからの反射波の波形差が１波程度である場合も、現実には多く、そのため、短区間マスターデータで良否判定する方法も多く用いることが有効である。

このような第２実施形態によれば、観測対象物ごとあるいは観測対象の領域毎に発生する位相差を解消し、かつ良否が振幅強度のみによらず、良品との比較を行うことにより自動判定を高精度に行うことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、前記第２実施形態で示した第１段階としての、長区間マスターデータを用いた時間位相補正を利用して、従来のゲート法による判定方法について説明する。

従来のゲート法においては、背景技術で示したとおり、図１６に示したように、表面波にトリガ１１をかけ、トリガ１１をかけた位置をゼロ基準とし、観測したい波形位置にゲート１２を設定し、ゲート１２内の波形成分により前記ゼロ基準との比較を行い、観測対象物１０２の良否判定を行っていた。つまり、波形の時間補正を、表面波によるトリガ１１により行っていた。しかし、本発明の解決しようとする課題で述べたとおり、図１９のように、表面波によるトリガ１１以降の波形でも、時間的なズレが生じることもあり、表面トリガによる時間補正は十分でなかった。

そこで、このような課題を解決するために、本発明の第３実施形態にかかる超音波測定方法及び装置として、前述の第２実施形態で述べた、長区間マスターデータによる時間位相補正を実施した後に、従来のゲート法による判定を行う方法について説明する。図１２に、本第３実施形態の長区間マスターデータによる時間位相補正を利用したゲート法による判定処理のフローチャートを示す。

おおまかな処理としては、ゲート６１の位置をデータ演算部３４で予め設定し（ステップＳ４１）、時間位相補正を長区間マスターデータでデータ演算部３４により行い（ステップＳ４２〜Ｓ４５）、良否判定をゲート内での波形成分比較により判定部３５で行う（ステップＳ４６〜Ｓ４７）。前記の長区間マスターデータでの判定と同様に、観測対象物２の例として、図３Ａ及び図３ＢのＢＧＡチップ（第１及び第２サンプル）５１，５２を使用する。

第１段階として、波形のゲート位置を設定する。ゲート位置の設定としては、予め作成された長区間マスターデータからゲート位置をデータ演算部３４で設定することが考えられる。図１３に、長区間マスターデータからのゲート６１の設定方法の説明図を示す。長区間マスターデータから、観測したい時間位置にゲート６１を入力部６でマスターデータ保持メモリ３６に設定する（ステップＳ４１）。このゲート位置内の波形で、判定を判定部３５で行うことになる。長区間マスターデータにより時間位相補正された観測地点をゼロ基準とし、そこから後の時間、あるいは、データ領域をゲート６１で入力部６でマスターデータ保持メモリ３６に指定する。

第２段階での長区間マスターデータによる時間位相補正は、前記第１実施形態の長区間マスターデータでの判定処理とほぼ同じ処理である。

まず、観測対象物２の第２サンプル５２の測定位置を入力部６で測定位置データメモリ３７に指定する（ステップＳ４２）。指定の仕方は、ステップＳ１１と同様である。

次いで、第２サンプル５２の測定位置に向けて、超音波探触子１から超音波を発信し、第２サンプル５２の測定位置からの反射波を超音波探触子１で受信して、ステップＳ１２と同様に、波形データを受信回路３１で取得する（ステップＳ４３）。

次いで、マスターデータ保持メモリ３６に記憶された第１サンプル５１のマスターデータと、Ａ／Ｄ回路３２から入力されて取得した第２サンプル５２の波形データとの比較計算を、相関係数を使用して、データ演算部３４により行う（ステップＳ４４）。

次に、長区間マスターデータによる相関係数波形のスペクトルピーク（測定する界面）となるデータ位置をデータ演算部３４で、ステップＳ３４と同様に、取得する（ステップＳ４５）。

これにより、サンプル毎、又は、場所毎による時間位相を補正することが可能となり、相関係数波形から得られた、取得波形のゼロ基準点から、前記したように、ゲート位置を入力部６でマスターデータ保持メモリ３６に設定し、その波形成分をデータ演算部３４で取得する（ステップＳ４６）。波形成分としては、ゲート区間内の波形強度の最大値及び最低値（負の最大値）、又は、絶対値の最大値などが挙げられる。これらの成分をデータ演算部３４で取得し、予め設定している判定基準を超えた波形成分を、判断部３５でＯＫ判定とし、判定基準を超えない波形成分をＮＧ判定として、出力部５に出力してディスプレイに表示する。

以上のような、本第３実施形態によれば、先の実施形態による時間位相補正を行った後に、従来のゲート法により判定を行う方法としても使用することができる。すなわち、従来のゲート法では、図１９で示したように、表面にトリガを掛けても、それ以降で波形の時間差が存在していたが、第３実施形態によれば、その時間補正が可能となる。また、第２実施形態（短区間マスターデータ方法）と比べて、判定のための計算時間を少なくすることができる。すなわち、短区間マスターデータでは、細分化数ｍの回数だけ、前記数式（数２）の計算を行う必要がある。これに対して、第３実施形態の方法では、長区間マスターデータの補正後には、マスターデータのゲート区間の振幅の強度情報を観測するのみであるため、計算量を少なくすることができる（ただし、良否判定は、強度情報で行うことになる）。また、第３実施形態によれば、他の実施形態と同様に、観測対象物ごとあるいは観測対象の領域毎に発生する位相差を解消し、かつ良否が振幅強度のみによらず、良品との比較を行うことにより自動判定を高精度に行うことができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態にかかる超音波測定方法及び装置について説明する。前記第２実施形態において、第１段階として長区間マスターデータを用いた時間位相補正を行い、第２段階として短区間マスターデータによる判定を行う例を示している。しかしながら、必ずしも第１段階の時間位相補正を行った後に第２段階の短区間マスターデータによる判定を行う必要はなく、短区間マスターデータによる判定のみを行うことも考えられる。以下に、その例を示す。

図１４に、本第４実施形態における、時間位相補正を行わない短区間マスターデータによる判定方法の説明図を示す。第２実施形態と同様、長区間マスターデータを予め作成し、長区間マスターデータの細分化幅等の設定を行っておく。図１４の例では、長区間マスターデータを１０等分にしているが、必ずしも等分にする必要はない。

次に、マスターデータの開始点を、取得波形のいずれかの点にデータ演算部３４で合わせる。図１４では、マスターデータの開始点を取得波形の開始点とデータ演算部３４で合わせているが、必ずしも開始点と合わせる必要はなく、取得波形の途中点にデータ演算部３４で合わせてもよい。

次に、取得波形を各短区間マスターデータと同様の時間幅でデータ演算部３４により細分化し、各時間幅のデータと、短区間マスターデータの各時間幅のデータとを使用して、データ演算部３４で相関係数処理を行う。今、マスターデータの時間幅が４００ｎｓで分割数が１０個のとき、時間幅４００ｎｓを１０等分すると、各短区間マスターデータの幅は４０ｎｓとなる。ここで、取得波形の開始点にマスターデータの開始点をデータ演算部３４により合わせたとすると、取得波形では、開始点から４０ｎｓ毎の細分化されたデータが、１０個設定されることになる。次いで、取得波形の各データと、短区間マスターデータの各データの相関係数値をデータ演算部３４により求める。

次に、図１４のように、ある設定幅分だけ、マスターデータをデータ演算部３４でシフトさせ、同様に、取得波形の細分化をデータ演算部３４で行い、相関係数値をデータ演算部３４で求める。設定幅としては、サンプリングデータ時間幅分、又は、マスターデータ時間幅分など、データ演算部３４において、入力部６を介して、任意に設定することができるものとする。また、その設定幅の間隔も一定でなくてもよく、観測波形のデータの終了点までマスターデータをシフトさせなくてもよい。

以上のように、マスターデータの開始点毎に、分割数分だけの相関係数値がデータ演算部３４で算出される。この例の場合、１つの開始点に対して１０個の相関係数値があり、シフトを２０回繰り返した場合、各々で１０個の相関係数値がデータ演算部３４で算出され、最終的に合計２００点の相関係数値がデータ演算部３４で算出される。

前記のような手法での良否の判定方法として、各分割点の相関係数値、マスターデータの開始点などを判定部３５で総合的に判定して、判定部３５で良否判定することが挙げられる。例えば、ある開始点に対して１０個の相関係数値がデータ演算部３４で算出された場合、全ての開始点において１０個中７個の相関係数値が、ある一定の値（閾値）（例えば０．８以上）を越えている場合ならば、判定部３５で良品と判定する、といった判定方法が考えられる。あるいは、１０個のうち７個が、前記ある一定の値（閾値）を超えている場合、その開始点が、観測する界面情報を含むと考え（つまり、マスターデータと相関が取れていると考え）、そこから、さらに、ある時間幅の観測地点（例えば１０個のうち３番目、８番目の細分化点）での相関係数値を判定部３５で判定して、良否判定を行う、といった判定方法も考えられる。

判定方法に関しては、切り取ったマスターデータの種類、長さ、又は、細分化数等、様々な要因から考えて決定していくとよい。

なお、マスターデータは、良品を測定してデータを取得するようにしているが、設計データから計算で求めてマスターデータを取得するようにすることもできる。

なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることはもちろんである。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明に係る超音波測定方法及び装置は、観測対象物（被検体物）毎あるいは観測対象領域毎に発生する位相差を解消し、被検体物から取得した超音波波形信号と基準信号とを比較して相対値を得ることにより超音波測定を行なうものである。本発明によれば、振幅強度のみによらず、取得した相対値を利用することにより、良品との比較を行うことができて、自動判定を高精度に行うことができ、微細な厚さを持ちかつ多層の界面を持つ観測対象物に対して、接合剥離又はクラックといった欠陥を高精度に検出し解析する測定方法及び装置として有用である。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
図１Ａは、本発明の第１実施形態における、良否判定を行う超音波測定装置の概略を示す図である。 図１Ｂは、本発明の第１実施形態における、良否判定を行う超音波測定装置の制御部などのブロック図である。 図１Ｃは、本発明の第１実施形態における、良否判定を行う超音波測定方法の処理を示すフローチャートである。 図１Ｄは、本発明の第１実施形態における、良否判定を行う超音波測定方法において長区間マスターデータで判定する方法の処理を示すフローチャートである。 図１Ｅは、本発明の第１実施形態における、良否判定を行う超音波測定方法において短区間マスターデータで判定する方法の処理を示すフローチャートである。 図１Ｆは、本発明の第１実施形態における、良否判定を行う超音波測定方法において長区間マスターデータで判定する方法の変形例であって、判定結果に不具合があるときに、短区間マスターデータで判定する方法の処理を示すフローチャートである。 図１Ｇは、本発明の第１実施形態において走査エリアを説明するため、走査エリアの第１例としてサンプルの全面が走査エリアであるＸＹ平面図である。 図１Ｈは、本発明の第１実施形態において走査エリアを説明するため、走査エリアの第２例としてサンプル内で複数エリアが走査エリアであるＸＹ平面図である。 図１Ｉは、本発明の第１実施形態において観測地点を説明するため、１つのサンプル内でも、Ｚ方向の構造が異なれば、複数の観測地点を持つときの説明図である。 図１Ｊは、本発明の第１実施形態において観測地点を説明するため、観測地点は、６×６の複数の観測ポイントを持つときの説明図である。 図２は、本第１実施形態における、マスターデータを作成するフローチャートである。 図３Ａは、本第１実施形態の超音波測定方法において良品のマスターとなるＢＧＡチップ（第１サンプル）の説明図である。 図３Ｂは、本第１実施形態の超音波測定方法において観測対象物であるＢＧＡチップ（第２サンプル）の説明図である。 図４は、本第１実施形態において、第１サンプルの第１電極及び第２サンプルの第１電極からそれぞれ取得した波形データ例を示す図（縦軸の単位は任意強度値、横軸は時間である。）である。 図５は、本第１実施形態における、長区間マスターデータを用いた判定処理を示すフローチャートである。 図６は、本第１実施形態における、相関係数を用いた判定方法を説明する図（図６の「取得波形」のグラフおよび「マスターデータ」のグラフのそれぞれの縦軸の単位は任意強度値、それぞれの横軸は時間（μｓ））であり、「相関係数値」のグラフの縦軸は相関値（−１〜１など）であり、横軸はデータ点数ｍである。）である。 図７Ａは、本第１実施形態において、第１サンプルの第２電極（良品）の相関係数波形を示す図である。 図７Ｂは、本第１実施形態において、第２サンプルの第２電極（不良品）の相関係数波形を示す図である。 図８は、本第２実施形態における、短区間マスターデータを用いた判定処理を示すフローチャートである。 図９は、本第２実施形態における、時間位相補正のための波形切り出しを説明する図（図９の「取得波形」のグラフおよび「マスターデータ」のグラフのそれぞれの縦軸の単位は任意強度値、それぞれの横軸は時間（μｓ））である。）である。 図１０Ａは、本第２実施形態における、短区間マスターデータの判定を説明する図であって、切り出した取得波形を細分化した状態の図（縦軸の単位は任意強度値、横軸は時間（μｓ））である。）である。 図１０Ｂは、本第２実施形態における、短区間マスターデータの判定を説明する図であって、マスターデータ波形を細分化した状態の図（縦軸の単位は任意強度値、横軸は時間（μｓ））である。）である。 図１０Ｃは、本第２実施形態において時間探索幅を説明するため、長区間マスターデータで一致した時間点ｍで相関値を計算するときの説明図である（図示を簡略化するために、図１０Ａのような波形を省略してマスターデータの枠のみ図示しており、実際には、図１０Ａのような波形がマスターデータの枠内にある。）。 図１０Ｄは、本第２実施形態において時間探索幅を説明するため、図１０Ｃで相関値を計算した後、リトライ判定として、マスターデータＭＤを時間点ｍからΔｔ点だけずらしたときの説明図である（図示を簡略化するために、図１０Ａのような波形を省略してマスターデータの枠のみ図示しており、実際には、図１０Ａのような波形がマスターデータの枠内にある。）。 図１０Ｅは、本第２実施形態において時間伸縮率を説明するため、長区間マスターデータで一致した時間点ｍで相関値を計算するときの説明図である（図示を簡略化するために、図１０Ａのような波形を省略してマスターデータの枠のみ図示しており、実際には、図１０Ａのような波形がマスターデータの枠内にある。）。 図１０Ｆは、本第２実施形態において時間伸縮率を説明するため、図１０Ｅで相関値を計算した後、リトライ判定として、マスターデータをＸ％（Ｘは予め設定した値である。）時間方向に伸縮して計算を行うときの説明図である（図示を簡略化するために、図１０Ａのような波形を省略してマスターデータの枠のみ図示しており、実際には、図１０Ａのような波形がマスターデータの枠内にある。）。 図１１Ａは、本第２実施形態において、第１サンプルの第２電極（良品）の相関係数波形を示す図である。 図１１Ｂは、本第２実施形態において、第２サンプルの第２電極（不良品）の相関係数波形を示す図である。 図１２は、本第３実施形態における、長区間マスターデータによる時間位相補正を利用したゲート法による判定処理を示すフローチャートである。 図１３は、本第３実施形態における、マスターデータからのゲート設定方法を説明する図（縦軸の単位は任意強度値、横軸は時間（μｓ））である。）である。 図１４は、本第４実施形態における、時間位相補正を行わない短区間マスターデータによる判定方法を説明する図（縦軸の単位は任意強度値、横軸は時間（μｓ））である。）である。 図１５は、従来の超音波測定装置の基本的な構成を示す図である。 図１６は、超音波探傷における反射波の波形例を示す図である。 図１７Ａは、水槽の水中に配置された観測対象物の例を示す図である。 図１７Ｂは、観測対象物に対する超音波の経路を説明するための図である。 図１８は、別の観測対象物の例を示す図である。 図１９は、サンプル毎に表面トリガ以降で時間位相差の発生を説明する図である。 図２０Ａは、インターポーザー層がガラスエポキシ樹脂のときの半導体チップのＣスコープ画像を示す図である。 図２０Ｂは、インターポーザー層がガラスエポキシ樹脂のときの半導体チップの図２０ＡのＡ−Ａ’線の断面部分でのＢスコープ画像を示す図である。 図２１は、一定時間経過後における波形差の発生を示す図である。

Claims (3)

1. 複数の界面を有する被検体物に超音波を照射して発生する波形信号を検出して前記被検体物の境界面の接合状態を観測する超音波測定方法において、
   前記超音波を照射する方向と直交するＸＹ平面内のある特定領域で断面構造、材質、及び、厚さが前記被検体物と同一の基準物体の観測地点毎に、前記基準物体の波形信号の全体あるいは前記基準物体の界面部付近から観測された波形信号を基準信号としてそれぞれ基準信号記憶部に保存し、
   前記基準物体の前記観測地点に対応する前記被検体物の観測地点でかつ予め既知の厚みと超音波の音速から発生時間領域が限定できる観測対象の界面部付近で取得された超音波波形信号を演算部で取得し、
   前記被検体物から取得した前記超音波波形信号と前記基準信号とを比較演算して相対値を求めることにより前記境界面の接合状態を前記演算部で観測するに際し、
   前記複数の界面を有する前記被検体物に超音波を照射し、前記被検体物から観測された波形信号と前記基準信号との間で比較演算処理を前記演算部で行い、２つの波形信号が最も一致した点を基準点として、観測された波形信号毎に発生する時間位相差を前記演算部で補正した後に、予め指定している前記ＸＹ平面内で、所定の時間領域内の波形成分を比較して判定部で良否判定を行う、超音波測定方法。
2. 前記複数の界面を有する前記被検体物に超音波を照射し、前記被検体物から観測された波形信号と前記基準信号とを時間方向に複数の領域にそれぞれ分割して得られた短区間領域波形信号と短区間領域基準信号との間で比較演算処理を前記演算部でそれぞれ行い、それぞれの領域での演算結果の値を判定部で比較する請求項１に記載の超音波測定方法。
3. 複数の界面を有する被検体物に超音波を照射して前記被検体物から発生する波形信号を検出して前記被検体物の境界面の接合状態を観測する超音波測定装置において、
   前記被検体物に超音波を照射して前記被検体物から発生する波形信号を検出する超音波送受信装置と、
   前記超音波を照射する方向と直交するＸＹ平面内のある特定領域で断面構造、材質、及び、厚さが前記被検体物と同一の基準物体の観測地点毎に、前記基準物体の波形信号の全体あるいは前記基準物体の界面部付近から観測された波形信号を基準信号としてそれぞれ保存する基準信号記憶部と、
   前記基準物体の前記観測地点に対応する前記被検体物の観測地点でかつ予め既知の厚みと超音波の音速から発生時間領域が限定できる観測対象の界面部付近で取得された超音波波形信号を取得するとともに、前記被検体物から取得した前記超音波波形信号と前記基準信号とを比較演算して相対値を求めることにより前記境界面の接合状態を観測する演算部とを備え、
   前記演算部は、前記複数の界面を有する前記被検体物に超音波を照射して前記被検体物から観測された波形信号と前記基準信号との間で比較演算処理を行い、２つの波形信号が最も一致した点を基準点として、観測された波形信号毎に発生する時間位相差を補正する一方、
   前記演算部で時間位相差を補正した後に、予め指定している前記ＸＹ平面内で、所定の時間領域内の波形成分を比較して良否判定を行う判定部をさらに備える超音波測定装置。

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