JPH05119026A

JPH05119026A - はんだ付部表示方法並びにはんだ付部検査方法及びそれらのための装置

Info

Publication number: JPH05119026A
Application number: JP3303819A
Authority: JP
Inventors: Takanori Ninomiya; 隆典二宮; Toshihiko Nakada; 俊彦中田; Chiya Kiyasu; 千弥喜安
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1993-05-14
Anticipated expiration: 2015-02-21
Also published as: JP3011246B2

Abstract

(57)【要約】【目的】回路基板の表面に存在するはんだ付部の接合
状態の良否を、高速かつ高精度に表示または検査するこ
と。【構成】複数のトランスジューサ１はパルス状の超音
波を回路基板２中に放射状に伝搬させ、はんだ付部３が
存在する基板面で反射した超音波を検出する。検出デー
タは正反射除去部１４で散乱波成分が抽出され、反射率
算出部１５で散乱波強度の方向依存性が補正された後、
画像再構成部１７で反復累積演算が行われて、はんだ付
接合界面における超音波反射強度の２次元画像が作成さ
れる。欠陥判定部１９は、これをもとにはんだ付部の欠
陥を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品が実装された
回路基板におけるはんだ付部の接合状態の良否を、（観
察のため）表示または検査する方法、及び、そのための
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、各種電子部品が回路基板に実装
される際には、はんだ付けにより電気的および機械的な
接続が行われる。これらのはんだ付部において、はんだ
の接続が不十分なぬれ不良欠陥や他の回路との不必要な
接続をもたらすはんだブリッジ欠陥等が発生すると、回
路の電気的な動作が永続的あるいは間欠的に不完全にな
ったり、回路の長時間にわたる信頼性に悪影響をおよぼ
す。このため、はんだ付部は、電気的な検査とともに、
機械的に十分な強度が得られているか否か、という観点
での検査が不可欠である。このような目的のため、従
来、目視による外観検査のほか、光学的な自動検査方
式、Ｘ線や超音波を用いた自動検査方式などが用いられ
てきた。

【０００３】このうち、超音波を用いた検査は、基板と
電子部品の間にはさまれた不可視部分を検査可能であ
り、かつ電子部品への損傷が少ないという特徴がある。
例えば、特開昭６１−９３９５０号公報に、超音波を用
いたはんだ付部検査の一例が示されている。この方法
は、超音波振動子で超音波を発生させて回路基板上のは
んだ付部に照射し、透過または反射してくる超音波の強
度を測定することによって接合状態を検査するものであ
る。一般に超音波は、音響インピーダンスの異なる媒質
の界面でその一部が反射するが、音響インピーダンスの
差が大きいほど反射強度は大きい。したがって、はんだ
付部の接合界面においてぬれ不良等に起因する空気の層
が存在する場合には、強い反射波が生じる。これは、空
気の音響インピーダンスが回路基板やはんだに比べて著
しく小さいためである。このような原理により、超音波
の反射強度を測定すれば、はんだ付部の欠陥が検出でき
る。

【０００４】また、「ハイブリッドサーキッツ（Hybr
id Circuits）」;１９号（１９８９年３月），４４頁か
ら４８頁に掲載された、ピー・エイ・バデット（P.A.Bu
rdett)ほかによる「フリップ・チップはんだ付素子の検
査技術（Techniques for theInspection of Flip Chip
Solder BondedDevices）」という論文には、電子部品の
表面全面に配置されたはんだボールを介して基板と接続
する、いわゆるフリップ・チップ方式のはんだ付部に対
して、電子部品の裏面からはんだボール部に超音波を集
束させ、超音波送受波器（トランスジューサ）または電
子部品を２次元的に機械走査し、はんだ付部の接合状態
を観察する方法が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た超音波を用いたはんだ付部の欠陥検査方法では、トラ
ンスジューサまたは検査対象物を機械的に移動走査する
必要があるため、多数のはんだ付部を有する上記したフ
リップ・チップ方式等の高密度はんだ付部においては、
検査に長時間を要するという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、回路基板の表面に存在す
るはんだ付部の接合状態の良否を、基板または電子部品
の反対側より超音波を照射および検出して、高速かつ高
解像度に表示または検査する方法、およびそのための装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、次のよ
うな手段により達成される。すなわち、検査対象のはん
だ付部に対して反対側の基板面または電子部品面に、複
数のトランスジューサを配置し、そのうちの１個よりパ
ルス状超音波を発生させる。そして、反射した超音波を
再び同じトランスジューサで検出して電気信号に変換
し、その時間波形を波形メモリに記憶しておく。この操
作を複数のトランスジューサを一つずつ切り替えて実行
し、それぞれのトランスジューサに対して用意された波
形メモリに記憶する。次に、一つの波形メモリを選択し
て、得られた波形データを読みだし、正反射波に相当す
る部分を除去し、散乱波成分を抽出する。そして、あら
かじめ記憶しておいた散乱波強度の方向依存性のデータ
に基づいて、得られた散乱波成分の強度データを、反射
率のデータに変換する。次に、はんだ付部が存在する平
面に対応した２次元画像メモリ上の、波形の時間遅れに
相当する部分に、変換した反射率を配分する。この際、
２次元画像メモリには、予め、はんだ付部が存在する平
面各点の、欠陥がない場合の反射率が記憶されている。
また、変換された反射率の配分は、波形の時間遅れに相
当するメモリ上の領域の値の総和と、変換された反射率
との差についてのみ、配分するものとする。さらに、配
分するメモリ上の領域は、波形の時間遅れに相当する位
置であって、かつ、複数のトランスジューサで共通に検
出可能な領域に限るものとする。以上の操作を波形メモ
リを切り替えて順次実行し、すべての波形メモリに対し
て、それぞれ複数回実行されるように繰り返す。これら
の操作によって、はんだ付部が存在する面の超音波反射
率の画像が形成され、表示される。また、得られた画像
に基づいて、はんだ付接合部における超音波反射率の値
が正常範囲にあるかどうかを調べ、接合の良否が判定さ
れる。

【０００８】

【作用】上記したように、本発明では複数のトランスジ
ューサを予め検査対象物に取付け、はんだ付部の走査
は、トランスジューサの送受信を電気的に切り替えるこ
とによって行っているので、機械的に走査する従来のは
んだ付検査方式と比較して、高速な検査が可能である。

【０００９】従来の検査方式においても、医療用超音波
断層装置に見られるように、トランスジューサを複数個
並べて、それぞれに与える超音波発生用の電気信号の位
相を調整し、超音波を集束かつ走査させることが可能で
ある。しかし、機械走査方式と同等の分解能を得るに
は、所望の分解能に近い間隔で多数のトランスジューサ
を配置する必要がある。はんだ付部検査においては、検
査対象の基板上の、例えば、信号ピンなどの配置によっ
ては、このようなトランスジューサの配置が困難な場合
があり、すべてのはんだ付部の検査が不可能になる。

【００１０】一方、本発明においては、比較的少数（例
えば、８個）のトランスジューサを用い、個々のトラン
スジューサで得られる反射波強度の時間変動を一旦記憶
し、これを対象物の超音波反射率に変換し、波形の時間
遅れ、すなわち距離に相当する２次元画像メモリ上の位
置に、反射率を反復的に配分することによって、上記し
たようなトランスジューサの配置に関する問題点を回避
しつつ、トランスジューサの間隔よりも小さい分解能を
実現することができる。

【００１１】なお、本発明方式に類似な方法として、従
来より開口合成法と呼ばれる方式が知られている。例え
ば、「非破壊検査」；第３４巻第５号（昭和６０年５
月）第３２６頁から３３２頁において、開口合成法を用
いた超音波探傷法が述べられている。この方法は、超音
波送受波器を対象物に沿って走査し、得られた反射信号
の時間情報あるいは位相情報を利用して、対象物の像を
再構成し、欠陥を検出するものである。開口合成法によ
ると、実効的な開口径を大きくすることができるため、
高い方位分解能が実現できる。

【００１２】図１は、従来よりの開口合成法によって対
象物の像を検出する方式の原理図を示したものである。
超音波の送受信を行うトランスジューサ１は、対象物表
面に接触してパルス状の超音波を発生する。超音波は、
対象物内部を球面波として放射状に伝搬していくが、対
象物中のある反射点Ｒで反射した超音波は、時間ｔ後に
再びトランスジューサ１で検出される。順次送受信点Ｐ
を移動させながら、点Ｐ₁，Ｐ₂，・・・において検出を
行い、受信波の時間遅れｔ₁，ｔ₂，・・・を得ると、時
間遅れに対応する伝搬距離ｌ₁，ｌ₂，・・・が求められ
る。このデータをもとに、図２のように検出点Ｐ₁，
Ｐ₂，・・・を中心に、伝搬距離ｌ₁，ｌ₂，・・・に対
応する半径で円弧Ｃ₁，Ｃ₂，・・・を描き、検出された
反射波の強度で重み付けを行う。すると、強い反射波が
生じる反射点Ｒでは、強く重み付けされた円弧Ｃ₁，
Ｃ₂，・・・が重畳するため反射点の像が形成される。
このようにして、最終的に対象物の像が形成される。

【００１３】しかしながら、従来よりの開口合成法は、
検査対象物が超音波の伝搬媒質として半無限に連続して
いることを前提としたものであり、対象物の壁面や底面
で反射波が生じて影響を与える場合については考慮され
ていなかった。

【００１４】例えば、上記従来技術をセラミック基板等
の回路基板に適用し、基板の表面に存在するはんだ付部
の接合面の欠陥を、基板の裏側より超音波を照射して検
出しようとした場合、基板の表面は平面であるため、図
３に示したように点Ｑにおける正反射波がトランスジュ
ーサ１に到達し、検出される。ここで図３に示したよう
に、トランスジューサ１から基板（例えばセラミック基
板）２へ入射され、基板の表面に到達した超音波（入射
波５）は、正反射波６と、それよりも弱い散乱波７を生
じると考えられるが、点Ｑ以外の点に到達した音波に関
しては、トランスジューサ１で正反射波は検出されず、
散乱波のみが検出される。従って、受信波を検出してそ
のまま処理を行った場合、正反射波の強度は散乱波に比
べて大幅に強いため、正反射波に対応する画像だけが強
く形成される。また、発生する散乱波の強度は、散乱方
向に大きく依存し、図３に示すように、正反射方向に近
いほど強く、正反射方向とのなす角が大きくなるほど弱
くなる。そのため、検出される散乱波の強度は、反射面
の状態が同じであっても反射点４の位置により大きく異
なる。そのため、検出したデータをそのまま利用したの
では、はんだ付部３界面の接合状態を画像として検出す
ることができず、欠陥検出が行えないという問題があ
る。

【００１５】また、従来の開口合成方式では、検出対象
が超音波入射面に垂直な平面内であり、はんだ付部検査
に必要な入射面に平行な平面内の検出はできない、とい
う問題がある。

【００１６】これに対し、本発明方式では、各送受信点
においてトランスジューサで受信した波形を、一旦メモ
リに記憶し、正反射波に相当する部分を除去して散乱波
成分のみを抽出するようにしているので、従来の開口合
成方式で発生する正反射波による不要な像を避けること
ができる。また、あらかじめ記憶しておいた散乱波強度
の方向依存性データを用いて、検出された散乱波の強度
を補正するので、方向に依存しない値、すなわち、反射
面における反射率に対応するデータに変換することがで
きる。

【００１７】また、本発明方式では、各受信波形から検
出された反射率データの送信パルスからの遅延時間よ
り、反射点までの距離を求め、その距離に相当する検出
平面（基板または電子部品の面）内の各点（一般に円周
上の点）に反射率データを配分する。この際、予め検出
平面内の各点に欠陥のないはんだ付部の反射率を初期値
として与え、配分は、初期値との差についてのみとし、
また、すべてのトランスジューサに共通に受信可能な部
分に配分領域を限定することによって、はんだ付部がト
ランスジューサが配置された領域を越えて、多数、広く
分布している場合であっても、検出平面（超音波入射面
に平行な平面）における超音波の反射状態を精度良く、
かつ高い分解能で検出することを可能にしている。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図４は、本実施例で検査対象とするセラミック基板
の断面図を示したものである。セラミック基板２上には
微小な球状のはんだ付部３が格子状に多数配列され、そ
れによってＩＣチップ８が実装・接続されている。これ
らのはんだ付部においては、ぬれ不良などの欠陥が発生
する可能性があるが、セラミック基板２とＩＣチップ８
にはさまれているため、外側から目視で確認することは
できない。

【００１９】図５および図６は、本発明のはんだ付表示
・検査装置の構成図である。図６の構成は一部を除いて
図５と同じなので、図５について主に説明し、図６で異
なる部分についは、その都度説明する。図５において、
１０はトランスジューサ１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，
・・・）を駆動するパルス源、１１は装置全体を総括制
御する全体制御部、２４ａ，２４ｂは全体制御部１１で
切り替え制御されるトランスジューサ切り替え器、１２
はトランスジューサで検出された反射波の変換電気信号
を増幅する増幅器、５４はこの反射波の変換電気信号を
Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、１３は上記反射波の変換
電気信号による時間波形を記憶する波形メモリ、１４
は、全体制御部１１の制御の下に上記波形メモリ１３に
記憶された時間波形から特定部分および特定強度以上の
部分を正反射波に相当する部分として除去する正反射波
除去部、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，・・・は、
正反射波除去部１４によって正反射波に相当する部分を
除去された時間波形データを記憶する波形メモリ、２０
は受信時間と散乱波強度の関係を格納した散乱データ記
憶部、１５は、全体制御部１１の制御の下に波形メモリ
５０ａ〜５０ｄ・・・の内容を上記散乱データ記憶部２
０の内容を参照して散乱反射率データに変換する反射率
算出部、１７は、反射率算出部１５の算出データに基づ
き検出対象領域全体にわたる超音波散乱反射率として再
生構築するための画像再構成部、１８は、反射率データ
記憶部６３に格納された欠陥のない場合の反射率を、全
体制御部１１の制御の下、初期値として書き込み制御部
６４を介して記憶し、画像再構成部１７の出力により各
点の値を更新することによって、検出対象平面に対応す
る実際の反射率を２次元画像データとして記憶する２次
元画像メモリ、５１は、２次元画像メモリ１８の内容を
ディスプレイ装置５２に表示させるための画像表示部、
５３ははんだ付部の位置を記憶するはんだ付部位置記憶
部、１９は、全体制御部１１の制御の下に、上記２次元
画像メモリ１８並びにはんだ付部位置記憶部５３の内容
に基づきはんだ付部の接合状態の良否を判定する欠陥判
定部、６２は、セラミック基板２上に配置された（位置
決め用の）マーク６０ａ、６０ｂを、ＴＶカメラ６１
ａ、６１ｂを用いて検出し、セラミック基板２の位置を
全体制御部１１に出力する基板位置検出部である。

【００２０】ここで、本実施例においては、セラミック
基板２の裏側の複数個所から基板内部へ超音波を入射さ
せ、それぞれの超音波入射に対して内部で反射した超音
波を同じ位置で裏側から検出して、その検出波形をもと
に、はんだ付部の接合状態の表示および欠陥の検出を行
うようにしている。基板２の裏面にトランスジューサ１
を配する所以は、ＩＣチップ８の上面には、ＩＣチップ
８を冷却するための放熱板などの構造物が配置されるた
め、上面から超音波を入射させて欠陥を検出することは
困難であるからである。そして、本実施例では図５に示
したように、セラミック基板２の裏面にトランスジュー
サ１（１ａ〜１ｄ・・・）を直接接触させる。

【００２１】上記トランスジューサ１は、図７，図８に
示すように、検出対象のはんだ付部を取り囲むように配
置され、図７，図８では、格子状に配置した例を示した
が、同心円状に配置するなど他の配置方法でも構わな
い。なお、トランジューサ１の配置間隔と配置個数は、
図８に示したように、基板裏面の例えばＩ／Ｏピン９な
どの部品配置を避けて、可能な限り小さな間隔と多くの
配置個数が望ましい。

【００２２】上記した構成において、まず、基板位置検
出部６２が、ＴＶカメラ６１ａ、６１ｂで検出されたセ
ラミック基板２上のマーク６０ａ、６０ｂの位置から、
セラミック基板２の位置を算出し、その結果から、全体
制御部１１が書き込み制御部６４を制御することによっ
て、反射率データ記憶部６３に記憶された欠陥のない場
合の反射率データのうち検出領域に対応する部分を、２
次元画像メモリ１８に書き込む。なお、マーク６０ａ、
６０ｂの形状は、十字形など、公知の自動位置決め方法
に用いられている、いかなるものでも構わない。また、
マークの配置は、ＩＣチップ８で隠れない位置であれ
ば、どのような位置でも構わないし、回路パターンな
ど、既存のパターンを用いるようにしても構わない。さ
らにまた、基板位置検出法は、マークの重心による方法
など、公知のいかなるものを用いても良い。

【００２３】反射率データ記憶部６３のデータは、予
め、はんだ付部３の設計上の位置と形状、はんだと基板
の材料に関する情報から、各点の反射率を算出し、格納
しておく。あるいは、欠陥のない基板のはんだ付部を、
本発明方式によって検出し、その結果得られたデータを
２次元画像メモリ１８から反射率データ記憶部６３に逆
に書き込み、以降の処理に用いても良い（なお図５、図
６には、２次元画像メモリ１８から反射率データ記憶部
６３への書き込み用信号線は、割愛してある）。後者の
場合、前者と比較して、さらに高精度の検出が可能にな
る。

【００２４】また、Ｘ線によるＩＣの損傷が無視できる
とき、図６に示すように、基板の位置検出手段として、
ＴＶカメラを用いる代わりに、Ｘ線源７０とＸ線撮像装
置７１からなるＸ線透視装置を用いて検出対象のはんだ
付部３を検出し、はんだ像分離部７２によってはんだ像
を分離抽出すれば、前記したマーク６０ａ、６０ｂが不
要となり、かつ、この画像を欠陥判定部１９で処理する
ことによって、はんだ付部のショート欠陥をこのＸ線透
視画像から検出可能になるという効果が生まれる。Ｘ線
透視画像からのはんだ像を分離方法としては、特開平１
−３０１１５４号公報に開示された方法など、公知の分
離方法を用いることができる。また、反射率データ記憶
部６３のデータを算出する際、はんだ付部３の設計上の
位置は、良品基板を用いて検出されたはんだ像から抽出
しても良い。この構成では、超音波画像と共に、別設の
表示装置７３を介して、はんだ付部のＸ線透視像も合わ
せて観察できるという、新たな効果も生まれる。さらに
はＸ線透視像の欠陥判定部１９での評価処理結果も併せ
て接合部の良否判定を行い得るという、新たな効果も生
まれる。

【００２５】つぎに、全体制御部１１の指示により、ト
ランスジューサ切り替え器２４ａ、２４ｂを切り替え
て、１個のトランスジューサ１ａを選択し、パルス源１
０が択一選択されたトランスジューサ１ａにパルスを与
えて超音波を発生させる。なおここで、全体制御部１１
は、制御手順や処理手順をプログラムしたコンピュータ
により構成されている。そして、トランスジューサ１ａ
で発生した超音波は、トランスジューサ１ａとセラミッ
ク基板２の接触点を中心として、球面波として放射状に
広がっていく。その様子は、基板表面上に点音源を置い
た場合と等価である。

【００２６】図９および図１０は、上記のような等価的
な点音源を実現するトランスジューサの実施例をそれぞ
れ示したものである。図９に示したように、凹面形状を
持った振動板２１ａとシュー２３を用いて、回路基板表
面に超音波を集束させると、回路基板内部では、超音波
は集束点を中心として放射状に伝搬する。そのため、こ
の集束点を等価的な点音源と見なすことができる。一
方、図１０に示した例では、凹面振動子を用いる代わり
に、音速の異なる２種類の媒質を用いて音響レンズ２２
ａ，２２ｂを構成し、音波を集束させるものである。こ
のトランスジューサの場合には、平面形状の振動板２１
ｂを用いることができる。

【００２７】セラミック基板中を球面波として伝搬する
超音波は、基板表面に到達すると、界面で反射波を生
じ、反射波は基板内部を再び伝搬していく。そして、一
定時間後に再びトランスジューサで検出される。図１１
は、送信波と、トランスジューサで検出された受信波の
波形の様子を示したものである。なおここでは、基板内
部における超音波の反射や散乱は、無視できるものと考
えている。いま、時刻ｔ＝０において、図１１の（ａ）
のようなパルス波を発生させたとすると、Ｄをセラミッ
ク基板の厚さ、ｖをセラミック基板中における音速とし
たとき、図１５の１式で示される時刻ｔ₁ において波面
は、図５に示したように送信点から基板の反対側の面に
垂線を下した点Ａに到達する。点Ａで生じた正反射波
は、時刻２ｔ₁ に再びトランスジューサで検出される。
一方、点Ａ以外の点、たとえば、点Ａからの距離がｘで
ある点Ｂには、図１５の２式で示される時刻ｔ₂ に音波
が到達するが、正反射波はトランスジューサには入射せ
ず、散乱波のみが時刻２ｔ₂ に検出される。しかし、散
乱波の強度は、正反射波に比べて一般に大幅に小さい。
トランスジューサには、図５または図６における点Ａに
おける正反射波と、それ以外の点で発生した散乱波が重
畳して、図１１の（ｂ）に示すような波形が観測され
る。

【００２８】検出された信号は増幅器１２で増幅された
後、Ａ／Ｄ変換器５４でアナログ−ディジタル変換さ
れ、一定時間間隔でサンプリングされたディジタルデー
タとして波形メモリ１３に記憶される。次に全体制御部
１１は、正反射波除去部１４を動作させ、波形メモリ１
３に記憶されたデータより、正反射波に相当する部分を
除去し、散乱波を抽出した波形のみを例えば波形メモリ
５０ａに記憶する。ここで、正反射波の検出強度は散乱
波に比べて数十〜数百倍大きいので、あらかじめ適当な
しきい値を正負両側にそれぞれ設けておき、そのしきい
値を超えた部分を０とすることによって、正反射成分が
除去できる。また、点Ａにおける正反射波が検出される
時刻２ｔ₁ が、前記１式より既知であることから、０か
ら２ｔ₁ ＋τ（τは適当な微小時間）までの値を０とし
ても良い。この正反射波除去後の波形が図１１の（ｃ）
に示されている。

【００２９】次に全体制御部１１は、トランスジューサ
切り替え器２４ａ、２４ｂを切り替え、他のトランスジ
ューサ１ｂ、１ｃ、１ｄを一つずつ選択し、上記内容と
同様な処理を行って、結果を同様に波形メモリ５０ｂ、
５０ｃ、５０ｄに順次格納する。

【００３０】すべての、あるいは一部分のトランスジュ
ーサについて波形を検出した後、全体制御部１１は、波
形メモリ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに記憶された
データを順次読みだし、散乱波強度の方向依存性を散乱
データ記憶部２０に予め格納された補正データに基づき
補正した後、基板はんだ付面の超音波散乱反射率の２次
元データを２次元画像メモリ１８上に再生する処理を行
う。

【００３１】超音波散乱反射率の再生処理の説明を行う
前に、散乱波強度の方向依存性の補正原理について説明
する。いま図１２に示すように、基板表面のある点にお
いて単位面積あたりの入射強度Ｉｉ(θ)、入射角θの超
音波が入射したものとし、その時入射方向と逆向きに散
乱した散乱波の強度をＩｒ(θ)とすると、図１５の３式
で示される関係が成り立つ。ここに、ρ(θ)は最大値１
の関数であり、Ｒは定数である。このとき、Ｒを基板表
面の超音波散乱反射率と呼ぶことにする。

【００３２】また、入射強度Ｉｉ(θ)は、基板裏面にお
ける超音波入射強度をＩ₀ 、その指向性をξ(θ)、伝搬
距離ｄによる基板内での減衰率をγ(ｄ)とすると、図１
５の４式で表されるものとなり、また、散乱波が超音波
入射点で検出される強度Ｉｄ(θ)は、反射点近傍の基板
表面における微小面積をδｓとし、また、トランスジュ
ーサの受信指向性をξ(θ)としたとき、図１５の５式で
表されるものとなる。よって、５式に３式、４式を代入
すると、図１５の６式が得られる。

【００３３】そしていま、基板の厚さはＤ＝一定と考え
ているから、上記した伝搬距離ｄは、図１５の７式で示
されるものとなり、７式を６式に代入すると、散乱波が
超音波入射点で検出される強度Ｉｄ(θ)は、図１５の８
式で表される。したがって、８式から図１５の９式が得
られ、９式から図１６の１０式が得られる。ここで、Ｉ
₀ 、ξはトランスジューサ、γ、ρは基板材料によって
それぞれ決定されるから、Ｆ(θ)は、予め測定可能な量
である。

【００３４】さて、送信パルスの入射時刻をｔ＝０とし
たとき、時刻ｔに検出された散乱波強度Ｉ(ｔ)は、伝搬
距離ｄが図１６の１１式の条件を満たす点からの散乱波
の総和である。ここに、ｖは基板内の音速である。これ
は、上記７式より図１６の１２式で示されるものとなっ
て、入射角θ＝一定の条件の点からの散乱波にほかなら
ない。したがって、９式、１０式より、図１６の１３式
が導かれ、該１３式で示されるδｓ・Ｒｓは、１１式ま
たは１２式を満たす点の超音波散乱反射率Ｒの総和とな
る。

【００３５】そして、前記散乱データ記憶部２０に上述
したＦ(θ)を記憶しておき、反射率算出部１５で上記１
３式の演算を行うことによって、方向依存性を補正した
超音波散乱反射率が得られる。このように、本実施例で
は超音波の送信と受信を同じ位置で行っているので、上
記１２式に示したように、θとｔは１対１に対応し、結
果的に、受信散乱波強度Ｉ(ｔ)は常に反射点の反射状態
に変換可能である。

【００３６】次に、検出対象領域全体にわたる超音波散
乱反射率Ｒを、前記画像再構成部１７で２次元画像メモ
リ１８上に再生処理する方法について述べる。基本的な
考え方は、上述したδｓ・Ｒｓを、１つのトランスジュ
ーサ１ａから得られた波形メモリ５０ａ内のデータのそ
れぞれの時刻ｔにおける補正値として求め、上記１１式
または１２式を満たす点に対応する２次元画像メモリ１
８上の画素に均一に分配し、これをすべての波形メモリ
５０の内容に関して行うものである。

【００３７】まず、１１式または１２式を満たす点につ
いて説明する。

【００３８】θ＝一定の条件から、これは図１３に示す
ように、半径ｒが図１６の１４式で表される円周上の点
である。いま、図１３に示すような幅Δｒ、内接円の半
径ｒのリング状の領域Ｕを考えると、この領域に分配さ
れるべき値、Ｓｕ・Ｒｓは、図１４の１５式で表される
ものとなる。ここに、Ｓｕは領域Ｕの面積であり、図１
６の１６式で示される。また、１４式から図１６の１７
式であるから、Δｔは、図１７の１８式となる。よっ
て、Ｓｕ・Ｒｓは、図１７の１９式で表される。

【００３９】したがって、領域Ｕ内に対応する２次元画
像メモリ上の各画素に分配すべき値Ｖ（ｒ）は、近似的
に、図１７の２０式で表せることになる。ここに、Δｒ
角を１画素に対応させた。なお、ｔは１７式を満たすも
のである。

【００４０】このように、２次元画像メモリ上の１画素
に分配される値は、個々のトランスジューサからの距離
ｒのみに従い、２０式から一意に決定できる。

【００４１】最後に、２次元画像メモリ上の１画素の値
ｆ(ｘ，ｙ)を、Ｖ(ｒ)を用いて反復演算によって精度良
く求める方法について説明する。いま、ｉ番目のトラン
スジューサによって決定された画素(ｘ，ｙ)のＶ(ｒ)を
Ｖｉ(ｘ，ｙ)と書くこととし、ｆ(ｘ，ｙ)のｋ番目の計
算値を、図１７の２１式とする。また、図１７の２２式
は初期値であり、前述した方法によって生成され、反射
率データ記憶部６３に格納された欠陥の無い基板におけ
る反射率である。そして、上記２１式を、図１７の２３
式に示す漸化式により求める。ここに、Ｕｉ(ｘ，ｙ)
は、ｉ番目のトランスジューサにおいて、(ｘ，ｙ)が含
まれるリング領域Ｕであり、Ｓｕｉ(ｘ，ｙ)はそこに含
まれる画素の数である。

【００４２】この反復演算は、波形メモリ５０に格納さ
れた、ｉによって示されるトランスジューサよりの波形
データごとに、図１４に斜線で示す領域内のすべての
（ｘ，ｙ）について値の更新が行われた後、それを、検
出に用いられているすべてのトランスジューサのｉにつ
いて任意の順番で行い、この処理をｋ回反復する。一般
にｋは、３ないし５回で十分である。ここで、図１４の
斜線領域は、検出に用いられているトランスジューサで
散乱波を受信可能な範囲の共通部分である。すなわち、
図１３におけるｄがある一定値を越えると、散乱波の信
号強度が著しく減衰し、超音波の受信系統のノイズによ
り、散乱波強度が検出不可能になる。したがって、各ト
ランスジューサにおいて、ｄが一定値以下、すなわち、
ｒが一定値以下の円形領域のみが有効な検出範囲とな
る。なお、図１４において、各円形領域の中央部は、正
反射領域なので、やはり無効な検出領域となる。

【００４３】そして、画像表示部５１は、２次元画像メ
モリ１８の内容を逐次読みだして、明暗画像としてディ
スプレイ装置５２に表示するものである。

【００４４】また、欠陥判定部１９では、はんだ付部位
置記憶部５３からはんだ付部の位置を読みだし、その近
傍の反射率データを２次元画像メモリ１８より読み出
し、あらかじめ設定された反射率以下の部分の形状およ
び面積が所定のものかどうかを判定することによって、
そのはんだ付部の良否を出力する。

【００４５】本実施例によれば、誤差を最小にするよう
に、反復演算によって超音波反射率の２次元データを生
成しているので、高精度な表示および検査が可能になる
という特徴がある。

【００４６】精度を問題にしない場合は、反復を行わ
ず、また、初期値も設けずに、単に波形データを２次元
画像メモリ上に分配することも可能である。

【００４７】なお、本実施例において、音速７，８００
ｍ／ｓ、厚さ７．３５ｍｍのセラミック基板において、
５０μｍの分解能を得るには、１００ＭＨｚ、０．５サ
イクルの超音波パルスを発生させ、時間間隔０．５ｎｓ
で受信波形をサンプリングする。

【００４８】また、本実施例では、トランスジューサを
複数基板上に配置したが、１個のトランスジューサを機
械的に移動して波形検出を行い、波形メモリ５０に格納
しても同様な画像が検出可能である。基板裏面の部品の
配置によらず、自由に超音波入射点が設定できるという
長所が生まれるが、一方で前記実施例で述べた検出の高
速性という特徴は失われる。

【００４９】なおまた上述した実施例では、正反射除去
部１４、波形メモリ５０、反射率算出部１５、画像再構
成部１７、２次元画像メモリ１８、欠陥判定部１９、散
乱データ記憶部２０、はんだ付部位置記憶部５３、基板
位置検出部６２、反射率データ記憶部６３、書き込み制
御部６４は、あたかも別個の装置のように記述したが、
これら全部または一部をコンピュータのソフトウェア処
理として、あるいはコンピュータの記憶装置内に実現す
ることが可能である。この場合、全体制御部１１との一
体化が可能となり、装置全体の小型化が実現できる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、回
路基板の裏面に存在するはんだ付部の接続状態を、基板
の反対側より超音波を照射して、少ないトランスジュー
サを用いて高速かつ高解像度に表示あるいは検査するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】開口合成法の原理を示す説明図である。

【図２】開口合成法による画像形成の原理を示す説明図
である。

【図３】正反射波が検出される状態を示す説明図であ
る。

【図４】セラミック基板とＩＣチップとの間のはんだ付
部を示す要部断面図である。

【図５】本発明の１実施例に係るはんだ付部表示・検査
装置の構成図である。

【図６】本発明の他の実施例に係るはんだ付部表示・検
査装置の構成図である。

【図７】本発明の実施例に係るトランスジューサの配置
の１例を側面から見た説明図である。

【図８】本発明の実施例に係るトランスジューサの配置
の１例を裏面から見た説明図である。

【図９】本発明の実施例に係るトランスジューサの１例
を示す説明図である。

【図１０】本発明の実施例に係るトランスジューサの他
の１例を示す説明図である。

【図１１】送信波および受信波を示す説明図である。

【図１２】入射波と散乱波を示す説明図である。

【図１３】反射率の分配領域を示す説明図である。

【図１４】反復演算処理の有効範囲を示す説明図であ
る。

【図１５】本発明の実施例中の説明で用いられる数式群
を示す説明図である。

【図１６】本発明の実施例中の説明で用いられる数式群
を示す説明図である。

【図１７】本発明の実施例中の説明で用いられる数式群
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄトランスジューサ２セラミック基板３はんだ付部４反射点５入射波６正反射波７散乱波８ＩＣチップ９ＩＯピン１０パルス源１１全体制御部１２増幅器１３波形メモリ１４正反射波除去部１５反射率算出部１７画像再構成部１８２次元画像メモリ１９欠陥判定部２０散乱データ記憶部２１ａ，２１ｂ振動板２２ａ，２２ｂ音響レンズ２３シュー２４ａ，２４ｂトランスジューサ切り替え器５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ波形メモリ５１画像表示部５２ディスプレイ装置５３はんだ付部位置記憶部５４Ａ／Ｄ変換器６０ａ，６０ｂマーク６１ａ，６１ｂＴＶカメラ６２基板位置検出部６３反射率データ記憶部６４書き込み制御部７０Ｘ線源７１Ｘ線撮像装置７２はんだ像分離部７３表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上の部品のはんだ付部の接合状態を
表示するはんだ付部表示方法において、基板または部品
の被検査対象はんだ付部と反対側の表面の複数箇所の１
箇所からトランスジューサによりパルス状の超音波を発
生させて、反射した超音波を当該トランスジューサで検
出して電気信号に変換し、この電気信号の時間波形を散
乱反射率のデータに変換して記憶し、続いて上記複数箇
所の他の１箇所から同様にトランスジューサによりパル
ス状の超音波を順次発生させて、上記と同様の処理を行
って各散乱反射率のデータを順次記憶し、この記憶され
た複数の散乱反射率のデータの一つずつについて、被検
査対象はんだ付部の存在する平面に対応する２次元平面
内に対して、散乱反射率のデータが得られたそれぞれの
時間に相当する距離に対応する位置に、上記散乱反射率
のデータを分配する処理を繰り返し反復して実施して、
上記２次元平面に分配された値を２次元明暗画像として
表示することを特徴とするはんだ付部表示方法。
【請求項２】請求項１記載において、前記基板をＸ線
透視して得られたＸ線透視画像によって前記基板上の所
定位置を認知するようにしたことを特徴とするはんだ付
部表示方法。
【請求項３】請求項２記載において、前記Ｘ線透視画
像から抽出したはんだ像を表示可能としたことを特徴と
するはんだ付部表示方法。
【請求項４】基板上の部品のはんだ付部の接合状態の
良否を検査するはんだ付部検査方法において、基板また
は部品の被検査対象はんだ付部と反対側の表面の複数箇
所の１箇所からトランスジューサによりパルス状の超音
波を発生させて、反射した超音波を当該トランスジュー
サで検出して電気信号に変換し、この電気信号の時間波
形を散乱反射率のデータに変換して記憶し、続いて上記
複数箇所の他の１箇所から同様にトランスジューサによ
りパルス状の超音波を順次発生させて、上記と同様の処
理を行って各散乱反射率のデータを順次記憶し、この記
憶された複数の散乱反射率のデータの一つずつについ
て、被検査対象はんだ付部の存在する平面に対応する２
次元平面内に対して、散乱反射率のデータが得られたそ
れぞれの時間に相当する距離に対応する位置に、上記散
乱反射率のデータを分配する処理を繰り返し反復して実
施して、上記２次元平面に分配された値に基づいて接合
部の良否を判定することを特徴とするはんだ付部検査方
法。
【請求項５】請求項４記載において、前記基板をＸ線
透視して得られたＸ線透視画像によって前記基板上の所
定位置を認知するようにしたことを特徴とするはんだ付
部検査方法。
【請求項６】請求項５記載において、前記Ｘ線透視に
よるはんだ付部の透視画像の評価処理結果と併せて、前
記接合部の良否を判定可能としたことを特徴とするはん
だ付部検査方法。
【請求項７】基板上の部品のはんだ付部の接合状態を
表示するはんだ付部表示装置において、基板または部品
の被検査対象はんだ付部と反対側の表面に配置した複数
のトランスジューサと、上記複数のトランスジューサか
ら一つを選択する切り替え手段と、上記切り替え手段で
選択されたトランスジューサより超音波を発生させる超
音波信号発生手段と、受信時間と散乱波強度の関係を記
憶するための変換情報記憶手段と、上記トランスジュー
サで検出された反射波の電気信号の時間波形を上記変換
情報記憶手段の内容に基づき散乱反射率に変換する散乱
反射率変換手段と、上記複数のトランスジューサからの
散乱反射率を記憶する複数の散乱反射率記憶手段と、被
検査対象はんだ付部の存在する平面に対応する２次元情
報記憶手段と、上記散乱反射率記憶手段の内容を上記２
次元情報記憶手段に上記散乱反射率記憶手段の記憶位置
に基づいてその内容を分配し記憶させる分配手段と、上
記２次元情報記憶手段の内容を２次元的に明暗画像とし
て表示する表示手段とから成ることを特徴とするはんだ
付部表示装置。
【請求項８】基板上の部品のはんだ付部の接合状態の
良否を検査するはんだ付部検査装置において、基板また
は部品の被検査対象はんだ付部と反対側の表面に配置し
た複数のトランスジューサと、上記複数のトランスジュ
ーサから一つを選択する切り替え手段と、上記切り替え
手段で選択されたトランスジューサより超音波を発生さ
せる超音波信号発生手段と、受信時間と散乱波強度の関
係を記憶するための変換情報記憶手段と、上記トランス
ジューサで検出された反射波の電気信号の時間波形を上
記変換情報記憶手段の内容に基づき散乱反射率に変換す
る散乱反射率変換手段と、上記複数のトランスジューサ
からの散乱反射率を記憶する複数の散乱反射率記憶手段
と、被検査対象はんだ付部の存在する平面に対応する２
次元情報記憶手段と、上記散乱反射率記憶手段の内容を
上記２次元情報記憶手段に上記散乱反射率記憶手段の記
憶位置に基づいてその内容を分配し記憶させる分配手段
と、上記２次元情報記憶手段の内容に基づいて接合部の
良否を判定する判定手段とから成ることを特徴とするは
んだ付部検査装置。