JPH0424551A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、超音波を用いて被検体の接着状態などの欠陥
の有無を検出したり、検査領域の断面の画像を出力する
超音波探傷装置に関する。

Ｂ、従来の技術 第５図は従来の超音波探傷装置を示す全体構成図である
。図において、１は水２を満たした水槽、３は水槽１内
の底に浸漬されている被検体、４は水槽１内に被検体３
と相対して浸漬された探触子。

５は探触子４をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動して被検体３を走
査する走査装置である。

パルス発生器６からパルス波を発振させて探触子４に印
加すると、探触子４から超音波が発生する。この超音波
を被検体３に投射して得られた被検体３の表面、内部お
よび底面からの反射波を探触子４を介して受信し、レシ
ーバ７によって増幅する。さらに、ピーク検出器８によ
って反射波信号のピーク値を検出し、Ａ／Ｄ変換器９に
よってデジタル信号に変換する。

マイクロコンピュータ１ｏは、Ａ／Ｄ変換器９からの反
射波信号を解析して被検体３の欠陥の有無を判定する。

また、走査制御装置１１へ被検体３の例えばＸ、Ｙ平面
の走査指令を出力して走査装置５を駆動し、被検体３の
各点から得られた反射波信号をそのピーク値に応じた適
当な輝度レベルの画像信号に変換し、画像記憶装！１２
に出力してＸ、Ｙ平面の２次元画像をモニタ１３に表示
させる。

このような従来の超音波探傷装置における欠陥の判定は
、被検体表面からの反射波と内部からの反射波との位相
を解析して行なわれる。すなわち、■被検体内部の欠陥
部からの反射波の位相が入射波に対し１８０度変化する
ことと、■被検体３の表面からの反射波の位相は入射波
と同相であることを利用する。

ここで■について、第６図に示す半導体素子２０内部の
樹脂２１とシリコンチップ２２との接合面の剥離２３を
探傷する場合を例にあげて説明する。２４は樹脂２１の
層を伝播してシリコンチップ２２との接合面２６から反
射する反射波、２５は同様に樹脂２１を伝播して剥離２
３の部分から反射する反射波である。剥離２３は空気で
満たされているものとし、樹脂２１．シリコンチップ２
２および空気の音響インピーダンスをそれぞれＺｌ、Ｚ
２．Ｚ３とすると、反射波２４の接合面での反射率Ｒ（
２４）と反射波２５の剥離部での反射率Ｒ（２５）は、 と表される。

周知のごとく、 Ｚ２＞Ｚｌ、 Ｚ３＜ Ｚｌ（７）関係があるのでＲ（２４）＞０１Ｒ（２５）
くＯとなる。このように正常な接合面と剥離部分とでは
反射率が大きく異なるため、反射波２４と反射波２５と
は互いに位相が１８０度異なる。

そこで従来は、反射波の正と負のピーク値が非対称とな
るような探触子４を用い、この正負のピーク値の大小関
係を見て位相を判定している。

すなわち、正常な内部接合面からの反射波の位相は表面
からの反射波の位相と同一であり、かつ正側のピーク値
が負側のピーク値よりも大きくなることを利用し、接合
面の反射波の正側のピーク値が負側のピーク値よりも大
きければ正常、反対に接合面の反射波の負側のピーク値
が正側のピーク値より大きければ欠陥であるというアル
ゴリズムを用いて欠陥の有無を検査している。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、超音波は被検体内部を伝播するときにそ
の振幅が減衰し、被検体内部からの反射波の周波数成分
は表面からの反射波の周波数成分と著しく異なる。従っ
て、正常な接合面からの反射波の波形が本来得られる波
形と異なり、特に高周波成分が減衰しやすい樹脂などの
被検体ではこの性質が顕著になる。

これについて上述した第６図に示す被検体により説明す
ると、第７図（ａ）に示す表面からの反射波２７の波形
に対して本来ならば正常な内部接合面からの反射波２４
は（ｂ）に示す波形になるべきところ、（ｃ）に示すよ
うに正、負のピーク値の大小関係が反対になる。また、
剥離欠陥部からの反射波２５は（ｄ）に示す波形になる
べきところ、（ｅ）に示すように正負のピーク値の大小
関係が反対の波形になる。

このように、超音波が被検体内で減衰して周波数成分が
異なると、内部反射波の波形は、本来得られるはずの波
形との正、負のピーク値の大小関係が反対になることが
あり、従来の超音波探傷装置では誤って欠陥の判定を行
なうという問題があった。

さらにまた、被検体の検査領域を走査して２次元画像を
モニタに表示する場合には、被検体内部を伝播するとき
の超音波の高周波数成分の減衰によって被検体内部から
の反射波のピーク値が低周波成分に依存することになる
ため、画像が不鮮明になるという問題があった６ 本発明の目的は、反射波が被検体内部を伝播するときの
減衰による影響をなくして欠陥を正確に判定し、さらに
、鮮明な被検体内部の画像を得ることにある。

００課題を解決するための手段 一実施例を示す第１図に対応づけて本発明を説明すると
、本発明は、超音波探触子４から被検体３に対して超音
波信号を投射し、被検体３の表面および内部からの反射
波に基づいて被検体３の欠陥を検出する超音波探傷装置
に用いられ、反射波から低周波数成分だけを抽出するロ
ーパスフィルタ１４と、この反射波の低周波数成分の中
から正のピーク値を検出する正ピーク検出手段８ａと。

反射波の低周波数成分の中から負のピーク値を検出する
負ピーク検出手段８ｂと、表面からの反射波と内部から
の反射波との正と負のピーク値の大小関係が同一であれ
ば正常、反対ならば欠陥と判定する判定手段１０とを具
備することにより、上記目的を達成する。

また、請求項２の超音波探傷装置は、被検体内部からの
反射波から高周波数成分だけを抽出するハイパスフィル
タ１５と、このハイパスフィルタ１５の出力から内部反
射波の強度を検出する強度検出手段８と、この強度検出
手段８によって検出された強度と判定手段１０の判定結
果とに基づいて被検体の検査領域を階調表示する階調表
示手段１２．１３とを具備することにより、上記目的を
達成する。

８０作用 超音波探触子４から被検体３に超音波を投射して得られ
た被検体３の表面および内部からの反射波から、ローパ
スフィルタ１４によって低周波成分だけを抽出し、さら
にこの低周波成分だけの反射波信号から正ピーク検出器
８ａと負ピーク検出器８ｂとによってそれぞれ正と負の
ピーク値を検出する。そして、判定手段１０は、表面か
らの反射波と内部からの反射波との正と負のピーク値の
大小関係が同一であれば、正常、反対ならば欠陥と判定
する。

また、請求項２の超音波探傷装置では、ハイパスフィル
タ１５によって被検体内部からの反射波から高周波成分
だけを抽出し、さらに強度検出手段８によってこの高周
波成分だけを含む反射波の強度を検出する。そして、階
調表示手段１２，１３は、検出された強度と判定手段１
０の欠陥の有無の判定結果とに基づいて被検体３の検査
領域を階調表示する。

なお、本発明の詳細な説明する上記り項およびＥ項では
、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが
、これにより本発明が実施例に限定されるものではない
。

Ｆ、実施例 第１図は、本発明の一実施例を示す全体構成図である。

従来例を示す第５図と同様の要素に対しては同一の符号
を付して説明を省略する。

１４はローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと呼ぶ）で、レ
シーバ７からの信号について任意の設定周波数ｆ１より
高い周波数成分を除去して低い周波数成分を通過させ、
反射波信号の正のピーク値を検出する正ピーク検出器８
ａと、負のピーク値を検出する負ピーク検出器８ｂに入
力する。１５はハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦと呼ぶ
）で、任意の設定周波数ｆ２より低い周波数成分を除去
して高い周波数成分を通過させる。さらに、１６は反射
波信号を検波する検波器、１７は欠陥判定を行なうモー
ドと被検体の２次元画像をモニタ１３に表示させる画像
モードとの探傷モード選択指令などを入力する入力装置
である。

このように構成される超音波探傷装置の動作を説明する
。

上述したように、被検体３に超音波を投射して得られた
被検体３の表面、内部および底面からの反射波は探触子
４を介して受信され、レシーバ７によって増幅されてＬ
ＰＦ１４とＨＰＦ１５に送られる。

まず、増幅された反射波信号は、ＬＰＦ１４によって設
定周波数ｆ１より高い周波数の成分が除去され、正ピー
ク検出器８ａと負ピーク検出器８ｂへ出力される。正ピ
ーク検出器８ａは、低周波数成分だけを含む反射波信号
の正のピーク値を検出してＡ／Ｄ変換器９へ出力し、Ａ
／Ｄ変換器９は、この正のピーク値をデジタル信号に変
換してマイクロコンピュータ１０の入力端子Ｉ２へ送出
する。一方、負ピーク検出器８ｂは、反射波信号の負の
ピーク値を検出してＡ／Ｄ変換器９へ出力し、Ａ／Ｄ変
換器９はこの負のピーク値をデジタル信号に変換してマ
イクロコンピュータ１０の入力端チエ３へ送出する。

また、ＨＰＦ１５は、増幅された反射波信号から設定周
波数ｆ２より低い周波数の成分を除去して検波器１６へ
出力する。検波器１６は、高周波数成分だけの反射波信
号を検波してピーク検出器８へ出力し、ピーク検出器８
は、検波された反射波信号のピーク値を検出してＡ／Ｄ
変換器９へ出力する。さらに、Ａ／Ｄ変換器９はこのピ
ーク値をデジタル信号に変換してマイクロコンピュータ
１０の入力端チエ４へ送出する。

第２図はマイクロコンピュータ１０で実行される欠陥判
定および画像処理のプログラムを示すフローチャートで
あり、以下、同図により実施例の動作を詳細に説明する
。

まずステップ５１００において、探触子４から超音波探
傷信号を被検体３に向けて放射させ、そのときの被検体
３の表面および接合面からの反射波の正負のピーク値８
１〜Ｓ４を検出して記憶しておく、また、ＨＰＦ１５を
通過した接合面反射波のピーク値Ｓ５を検出して記憶す
る。次いで、ステップ５１０１において、マイクロコン
ピュータ１０は被検体３の表面反射波の正のピーク値Ｓ
１と負のピーク値Ｓ２とをそれぞれメモリから読み取る
。続くステップ５１０２では、ステップ５１０１で読み
取られた正、負のピーク値ＳＬ、Ｓ２の絶対値の大小比
較を行なう。すなわち、Ｓｌ＞１３２１であればステッ
プ５１０３へ進んでフラグＡに１を書き込み、そうでな
ければステップ５１０４へ進んでフラグをクリヤする。

次にステップ５１０５へ進んで、マイクロコンピュータ
１０は被検体内部からの反射波の正のピーク値Ｓ３と負
のピーク値Ｓ４とをそれぞれメモリから読み取ってステ
ップ８１０６へ進む。ステップ５ＩＯ６では、ステップ
５１０５で読み取られた正、負のピーク値Ｓ３．Ｓ４の
絶対値の大小比較を行なう、すなわち、Ｓ３＞１ｓ４１
であればステップ５１０７へ進んでフラグＢに１を書き
込み、そうでなければステップ８１０８へ進んでフラグ
Ｂをクリヤする。続くステップ５１０９において、入力
装置！１７の図示しないモードスイッチが画像表示モー
ドになっているか、欠陥判定モードになっているかを判
別し、画像表示モードであればステップ５１１３へ進み
、欠陥判定モードであればステップ５Ｌｉｏへ進む。

まず、欠陥判定モードのときは以下の処理を行なう。

ステップ５ｉｌｏにおいて、フラグＡとＢを読み込みＡ
＝Ｂかどうかを判別する。Ａ＝Ｂであればステップ５１
１１へ進み、そうでなければステップ５１１２へ進む。

Ａ＝Ｈになるのは１表面反射波と内部反射波の正、負の
ピーク値の大小関係が同一、すなわち、表面反射波と内
部反射波とが同位相のときであり、ステップ５１１１で
、マイクロコンピュータ１０は正常な内部接合面と判定
し、正常である旨のメツセージをモニタ１３に出力して
表示させる。一方、Ａ＝Ｂでなければ、表面反射波と内
部反射波との位相が１８０度ずれており、ステップ５１
１２で、マイクロコンピュータ１０は欠陥のある接合面
と判定し、欠陥ありのメツセージをモニタ１３に出力し
て表示させる。

次に、ステップ８１１８へ進み、被検体３の検査領域の
全ての点について検査を行なったかどうかを判別し、検
査終了であればプログラムの実行を終了し、そうでなけ
ればステップ５１１９へ進む。

ステップ５１１９で、マイクロコンピュータ１０は探触
子４の次の走査点への移動指令を走査制御装Ｗ１１へ送
出する。これによって、走査制御装置１１は走査装Ｗ５
を即動して探触子４を移動させる。そして５ステツプ５
１２０において次の点に対して超音波探傷信号を放射し
、その点の内部接合面からの反射波の正、負のピーク値
Ｓ３．Ｓ４と、ＨＰＦ１５を通過した内部反射波のピー
ク値Ｓ５を検出して記憶する。その後、再びステップ５
１０５へ戻る。

次に、画像表示モードのときは以下の処理を行なう。

ステップ５１１３において、マイクロコンピュータ１０
はメモリから低周波数成分が除去された内部反射波のピ
ーク値Ｓ５を読み込む、続くステップ５１１４でフラグ
Ａ、ＢがＡ＝Ｂかどうかを判別し、Ａ＝Ｂであればステ
ップ５１１５へ進み、そうでなければステップ８１１６
へ進む、ステップ５１１５において、上述したようにＡ
＝Ｂのときは正常な接合面であるから、マイクロコンピ
ュータ１ｏは現在の走査点の画像信号の輝度Ｖの値を内
部反射波のピーク値Ｓ５に設定する。一方、Ａ＝Ｂでな
ければステップ８１１６において、内部反射波のピーク
値Ｓ５にオフセット値ＯＦを加算した値を輝度Ｖの値と
する。

２二で、表面反射波と内部反射波の位相、反射波信号の
ピーク値および画像信号の輝度Ｖの関係を第４図により
説明する。図に示すように、欠陥があるときはオフセッ
ト値ＯＦを反射波信号のピーク値に加算するので、モニ
タ１３で表示される画像は正常な接合面から著しい欠陥
状態まで輝度によって明確に識別される。なお、このオ
フセット値は最大輝度の１７２にすればよい。

次に、ステップ５１１７で、マイクロコンピュータ１０
は画像記憶装置１２へ輝度Ｖの画像信号を出力してモニ
タ１３に表示させる。さらに、上述した欠陥判定モード
のときと同様に、被検体３の検査領域の全ての点を走査
し終えるまで繰り返し以上の処理を実行する。

第３図はＬＰＦ１４によって低周波数成分だけを抽出さ
れた反射波の波形を示し、（ａ）は表面からの反射波、
（ｂ）は正常な内部接合面からの反射波、（ｃ）は欠陥
のある接合面からの反射波のそれぞれの波形である０図
かられかるように、ＬＰＦｌ’４によって表面反射波と
内部反射波との周波数成分が低周波数成分だけになるの
で、従来の超音波探傷装置のように超音波が被検体内部
を伝播するときの減衰によって、表面反射波と正常な接
合面および欠陥のある接合面からの反射波との位相関係
が反転するようなことがない。そして、第３図しこ示す
反射波の波形に基づいて欠陥の判定を行なうので、正確
な判定が可能となる。

また、ＨＰＦ１５によって内部反射波から高周波数成分
だけを抽出して信号を生成しているので、被検体に入射
した超音波探傷信号のビーム径が大きくても、そのビー
ム径の中心部の小径の領域の情報を取り出すことができ
、分解能が向上する。

その結果、被検体が第６図の場合には、シリコンチップ
２２とリードフレーム２８との接続部などを微細に映像
化できる。さらに、上述した正確な判定結果から内部に
欠陥があるときは、所定のオフセット値を加算して得ら
れた信号に応じた輝度とする画像信号を生成し、この画
像信号に基づいて検査領域の画像を表示するので、正常
領域と欠陥領域とを極めて鮮明に画像化できる。

なお、この実施例では、ＬＰＦ１４およびＨＰＦ１５を
レシーバ７の後方に入れる構成としているが、それらを
レシーバ７の前に置いても同様の結果が得られる。

さらにまた、上述した実施例では反射波のピーク値１：
応した輝度の画像表示としたが、ピーク値を適当に区分
して区分毎に色を変えてカラー表示してもよい。

以上の実施例の構成において、マイクロコンピュータ１
０が判定手段を、ピーク検出器８が強度検出手段を、画
像記憶装置１２およびモニタ１３が階調表示手段をそれ
ぞれ構成する。

Ｇ１発明の詳細 な説明したように本発明によれば、低周波数成分だけを
抽出した被検体の表面反射波および内部反射波のそれぞ
れの正、負のピーク値を検出し、表面反射波と内部反射
波の正、負のピーク値の大小関係が同一であれば正常１
反対であれば欠陥のある被検体と判定するので、正確１
こ欠陥の判定を行なうことができる。

さらに、高周波数成分だけを抽出した内部反射波に基づ
いて画像信号を生成し、上記の正確な欠陥の判定結果と
ともに被検体の映像を階調表示するようにしたので、鮮
明な画像が得られ、かつ分解能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図。 第２図はマイクロコンピュータで実行される欠陥判定お
よび画像処理プログラムを示すフローチャート、第３図
は本発明の超音波探傷装置により得られた反射波の波形
を示す図、第４図は表面反射波と内部反射波の位相と内
部反射波信号のピーク値および画像信号の輝度との関係
を示す図、第５図は従来の超音波探傷装置の全体構成を
示す図、第６図は内部に欠陥接合面を有する半導体素子
の断面図、第７図は従来の超音波探傷装置により得られ
た反射波の波形を示す図である。 ８：ビーク検出器 ８ａ：正ピーク検出器　８ｂ：負ピーク検出器１０：マ
イクロコンピュータ １４：ローパスフィルタ（ＬＰＦ） １５：ハイパスフィルタ（ＨＰＦ） 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人弁理士　　永　井　冬　紀 第１図 （ａ） 第 図 第４図 第６図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）超音波探触子から被検体に対して超音波信号を投射
   し、被検体の表面および内部からの反射波に基づいて被
   検体の欠陥を検出する超音波探傷装置であって、 前記反射波から低周波数成分だけを抽出するローパスフ
   ィルタと、 この反射波の低周波数成分の中から正のピーク値を検出
   する正ピーク検出手段と、 前記反射波の低周波数成分の中から負のピーク値を検出
   する負ピーク検出手段と、 前記表面からの反射波と前記内部からの反射波との前記
   正と負のピーク値の大小関係が同一であれば正常、反対
   ならば欠陥と判定する判定手段とを具備することを特徴
   とする超音波探傷装置。 ２）請求項１に記載の超音波探傷装置において、前記被
   検体内部からの反射波から高周波数成分だけを抽出する
   ハイパスフィルタと、 このハイパスフィルタの出力から前記内部からの反射波
   の強度を検出する強度検出手段と、この強度検出手段に
   よって検出された強度と前記判定手段の判定結果とに基
   づいて被検体の検査領域を階調表示する階調表示手段と
   を具備することを特徴とする超音波探傷装置。