JPH0560732A - 接着・剥離判定用超音波装置 - Google Patents

接着・剥離判定用超音波装置

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Publication number
JPH0560732A
JPH0560732A JP3253128A JP25312891A JPH0560732A JP H0560732 A JPH0560732 A JP H0560732A JP 3253128 A JP3253128 A JP 3253128A JP 25312891 A JP25312891 A JP 25312891A JP H0560732 A JPH0560732 A JP H0560732A
Authority
JP
Japan
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adhesion
phase
phase spectrum
exfoliation
interface
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Pending
Application number
JP3253128A
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English (en)
Inventor
Takayuki Shimodaira
貴之 下平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPH0560732A publication Critical patent/JPH0560732A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/269Various geometry objects
    • G01N2291/2697Wafer or (micro)electronic parts

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体パッケージ装置における封止樹脂と半
導体チップとの接着面の剥離、特に水分混入した例での
剥離を確実に検出したい。 【構成】 超音波信号のFFT処理による位相スペクト
ルをみるに、2つの異なる周波数F1、F2において、接
着正常での基準波と実際の任意波との間に一定の関係が
存在することがわかった。そこで、この位相スペクトル
上の関係を利用して水分混入を検出することにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体パッケージ装置
などの内部界面の接着・剥離の判定を行う超音波装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】図4は半導体パッケージ装置であり、シ
リコンチップ11と、これを封止する樹脂12と、外部
導出用となるリードフレーム13と、より成る。封止樹
脂12と半導体チップ11との界面が接着していること
が必要であり、剥離していると構造体としては不適であ
る。そこで、接着・剥離の判定が必要となる。
【0003】接着・剥離の判定を超音波を利用して行う
場合、界面で超音波が反射する。反射波の位相は、界面
の両側の物質によって異なる。音響インピーダンスの小
さい物質から音響インピーダンスの大きい物質に超音波
が入射し、反射するときは入射波と反射波の位相は変化
しない。逆に音響インピーダンスの大きい物質から音響
インピーダンスの小さい物質に超音波が入射し、反射す
るときは入射波と反射波の位相は180°変化する。そ
こで半導体パッケージでは、封止樹脂とシリコンチップ
の音響インピーダンスの大きさを比較するとシリコンチ
ップの方が大きいため、封止樹脂とシリコンチップが接
着していれば、入射波と反射波の位相は変化しない。と
ころが、図5(a)の様に封止樹脂とシリコンチップが
剥離して、剥離隙間に空気混入した場合、固体の音響イ
ンピーダンスに比べ空気の音響インピーダンスが著しく
小さいため、封止樹脂と空気の界面では入射波と反射波
の位相が180°変化する。また、超音波は封止樹脂と
空気の界面で完全反射してしまうため、他の界面には伝
わらない。以上の性質から、封止樹脂とシリコンチップ
が接着している部分からの反射波は図6(a)の様にな
り、剥離している部分からの反射波は図6(b)の様に
正側と負側が(a)とは反転した様になる。よって、反
射波の正側と負側の最大ピーク値の大きさを測定し、比
較することによって、図6(a)の波形か、図6(b)
の波形であるかを識別し、接着界面からの反射波か、剥
離界面からの反射波かを判定していた。
【0004】尚、図6で使用した超音波探触子は、反射
信号の正と負のピーク値が非対称となる構成のものであ
り、界面接触状態では図3(a)に示すように正のピー
ク値大、界面剥離状態では図3(b)に示すように負の
ピーク値大になる現象を呈する。上記接着・剥離の判定
はこの現象を利用した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、反
射波の位相が入射波の位相に対して0°か180°変化
しているとしか判定できない。このため、図5(b)に
示すような水の侵入した剥離がある場合、接着・剥離の
評価が困難になる。ここで水の混入とは、空気中の水蒸
気が剥離部に入り込むことである。
【0006】次に困難理由を述べる。図5(b)に示す
ように剥離部に水(空気中の水蒸気が混入したものであ
るか)が侵入すると、封止樹脂と水の音響インピーダン
スの大きさの差が、封止樹脂と空気の場合に比べ小さく
なるため、封止樹脂と水の界面で超音波が完全反射せ
ず、水の層に入射する。このため、水の層内で超音波が
多重反射するが、水の層が非常に薄い場合、これらの多
重反射波が分離せず、干渉した1つの反射波となる場合
がある。この場合、剥離であっても反射波は図6(c)
の様になり、上記従来技術では図6(a)と同じと判定
されてしまう。
【0007】本発明の目的は、剥離部に水が侵入した場
合でも、接着と剥離の判定が可能となる超音波装置を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部に界面を
持つ被検体からの実際の超音波反射信号を周波数解析す
る第1の手段と、被検体の内部界面が完全接着状態での
超音波反射信号の、周波数解析結果より得られる、位相
スペクトルを基準位相スペクトルとして格納しておく第
2の手段と、上記第1の手段から得られる、実際の超音
波反射信号の位相スペクトルと上記基準位相スペクトル
とを比較して被検体内面の界面が接着しているか剥離し
ているかを判定する第3の手段と、より成る(請求項
1)。
【0009】更に本発明は、上記被検体は、内部に半導
体チップを有し、該チップの周囲は樹脂封止されてお
り、半導体チップからは封止樹脂を介してリードフレー
ムが外部に導出されているものとし、上記接着・剥離は
封止樹脂と半導体チップとの間の界面を対象してなる
(請求項2)。
【0010】
【作用】本発明によれば、実際の超音波反射信号の位相
スペクトルと完全接着状態での基準位相スペクトルとの
比較を行うことにより、界面の接着か剥離かの判定を、
空気混入、水蒸気混入のいずれの事例に対しても、正し
く行える(請求項1)。更に本発明によれば、被検体が
半導体パッケージ装置での樹脂と半導体チップとの間の
接着か剥離かの判定を行える(請求項2)。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1、図2により
説明する。図1は本実施例の接着・剥離判定のフローチ
ャートである。図2は本実施例を用いた装置のブロック
図である。パルサ1から印加された電気パルスにより探
触子2から超音波パルスが発せられ、試料8に放射され
る。試料8の表面、内部の界面、底面から反射してきた
超音波は探触子2で電気信号に変換され、レシーバ3で
電気的に増幅される。レシーバ3から出力された信号か
らゲート4で必要な信号のみを抽出する。ゲート4で抽
出された信号はディジタイザ(AD変換器)5において
ディジタイズされコンピュータ6に入力される。コンピ
ュータ6では図1に示すフローチャートで接着と剥離の
判定を行う。判定の結果はモニタTV9に出力される。
また、コンピュータ6によって制御されるXYZスキャ
ナ7を用いて、探触子2と試料8の相対位置を変化さ
せ、1次元または2次元の画像を得ることも可能であ
る。
【0012】次にフローチャートの説明を行う。ここで
は基準波形を完全に接着している部分からの反射波と
し、これを実際に測定して処理しているものとした。ま
ずコンピュータ内に入力された波形データはFFT(高
速フーリエ変換)により、実数データと虚数データに変
換され、これにより各周波数ごとの位相が求まる。ステ
ップS1〜S11が基準波形の位相検出ステップ、ステ
ップS12〜S23が任意波形の位相検出ステップであ
る。基準波形と任意波形の位相差を求めるには、各周波
数ごとの基準波形と任意波形の差(ステップS24、S
25)をとれば良い。判定結果はステップS25〜27
となる。
【0013】更に詳述する。基準波形を入力し(S
1)、これのピーク時間T1を検出する(S2)。これ
をFFT処理し(S3)、実数項r1,虚数項i1を求め
(S4、S5)、位相を算出する(S6)。次に、任意
の2つの周波数F1、F2を入力する(S7)。F1、F2
は位相差同一を求めるための周波数である。このF1
位相スペクトルとF2の位相スペクトルとから同位相と
なる位相θ3を算出する(S8)。ここでθ 11,θ12
それぞれF1、F2における位相(S6によって求まる)
であり、ステップS8のθ3の算出方程式は、基準波に
おけるF1とF2のそれぞれの位相スペクトルの交点算出
式である。図7(a)〜(c)はF1、F2における位相
スペクトルを示し、特に実線が基準波、点線が任意波
(S12〜S23に使用したもの)である。この図にお
いて、基準波は、F1、F2上で必ず交点を持ち、実線の
特性上での交点θ3がステップS8による算出式で求ま
るものである。任意波についても同様であり、点線で示
すF1とF2との交点上の位相がθ4である(ステップ2
0〜23)。
【0014】ここで、図7(a)〜(c)の役割につい
て説明する。2つの任意の周波数F1、F2についての位
相スペクトルを求めると、時間tと位相θとの関連特性
は、図7に示すようなほぼ直線の位相スペクトルとな
る。更に、基準波と任意波とは、F1、F2それぞれで互
いに平行(点線と実線)な関係であることがわかった。
更に、基準波のF1とF2のスペクトルでは必ず交点θ3
を持ち、任意波のF1とF2のスペクトルでも必ず交点θ
4を持つことがわかった。しかも、この2つの交点θ3
θ4との差分が水分混入と接着との区別及び空気混入の
区別を示す値になることがわかった。即ち、θ3−θ4
差分が零(即ち同一)であれば接着状態(正常)、差分
が180°で空気混入、それ以外では水分混入を示すこ
とがわかった。図7(a)〜(c)は、これら3つの状
態での位相スペクトルを示してある。本発明はかかる実
測結果を利用したものである。
【0015】次に位相θ3が正か負かをチエック(S
9)、負であれば、正への変換を行い(S10)、更
に、位相を360°以内に収まるような補正を行う(S
11)。尚ステップS11のINTとはガウス表示を意
味する。任意波は実際の判定対象の半導体パッケージ装
置から求めたものであり、先ずこれを入力する(S1
2)。ピーク検出(S13)、FFT処理(S14)、
実数項、虚数項を求めての位相算出(S15、S16、
S17)については基準波の場合と変わりない。次に、
時間T2とT1との差ΔTを求め、これから任意波形の位
相の補正を行う(S18、S19)。この位相補正は、
基準波形と任意波形の測定時間上のずれを補正して、本
来の位相のみで比較するためのものである。図3
(a)、(b)にはかかる波形例を示してある。尚、ス
テップS19で、θ21、θ22は任意波のF1、F2での位
相である。更に述べれば、図3(a)(b)に示すよう
に基準波形と任意波形が波形が同じで単に時間的にΔT
ずれると周波数FのときΔθ=2πFΔTだけ位相がず
れる。そこで、予め基準波形のピーク値の時間T1と任
意波形のピーク値の時間T2とを測定しておき、その時
間差ΔTから任意波形の各周波数Fごとの位相をΔθ=
2πFΔTだけ補正する。この補正目的は周波数空間で
2をT1へ一致させるためである。しかし、任意の波形
に位相変化がある場合、波形のピーク値の時間T2がず
れてしまう。そこで、基準波形の位相データから2つの
周波数成分F1、F2の位相データθ21、θ22を取り出
し、これより図7(c)に示すように位相が同じとなる
位相θ4を求めることとしたのである。図でαが本来の
位相差である。次に、図7に示すように、任意波におけ
るF1、F2の位相スペクトル上の交点位相θ4を算式す
る(S20)。更に、θ4が正か否かをチエックし(S
21)、負であれば正になるように処理し(S22)、
且つ360°の位相範囲になるような処理を行う(S2
3)。
【0016】以上の算出したθ3とθ4との比較を行い、
θ3=θ4であれば、図7(a)に示す通りとなり、界面
は接着状態と判定する(S24、S25)。θ4−θ3
180°であれば図7(b)に示す通りとなり、界面の
隙間に空気が混入しているものと判定する(S26、S
27)。(θ4−θ3)が180°以外の値であれば、図
7(c)に示す通りとなり、界面隙間に空気中の水蒸気
が混入(又は他の欠陥)していると判定する。
【0017】本実施例によれば、接着部、隙間が空気の
剥離部、水の侵入した剥離又は微小欠陥という区別が可
能になる。尚、図1によれば、基準波をオンラインで求
める例としたが、オフラインで求めておき、これをメモ
リにテーブルとして格納しておいてもよい。また、欠陥
判定を半導体パッケージ装置の例としたが、界面が存在
するような例であれば、接着や溶着、溶接等の区分なく
他の被検体部材に本実施例は適用できる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、接着等の剥離部に空気
が混入し、併せて水蒸気が混入した如き場合、この剥離
を確実に検出判定できることになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の処理フローチャートの実施例である。
【図2】本発明の超音波装置の実施例図である。
【図3】本発明の処理フローにおける時間差分ΔTの説
明図である。
【図4】本発明の適用対象となる半導体パッケージ装置
を示す図である。
【図5】本発明の空気及び水分混入での超音波反射例を
示す図である。
【図6】超音波反射信号例を示す図である。
【図7】本発明の位相差検出用の位相スペクトルを示す
図である。
【符号の説明】
1 パルサ 2 探触子 6 コンピュータ 8 試料(半導体パッケージ装置) 11 シリコンチップ 13 リードフレーム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に界面を持つ被検体からの実際の超
    音波反射信号を周波数解析する第1の手段と、被検体の
    内部界面が完全接着状態での超音波反射信号の、周波数
    解析結果より得られる、位相スペクトルを基準位相スペ
    クトルとして格納しておく第2の手段と、上記第1の手
    段から得られる、実際の超音波反射信号の位相スペクト
    ルと上記基準位相スペクトルとを比較して被検体内面の
    界面が接着しているか剥離しているかを判定する第3の
    手段と、より成る接着・剥離判定用超音波装置。
  2. 【請求項2】 上記被検体は、内部に半導体チップを有
    し、該チップの周囲は樹脂封止されており、半導体チッ
    プからは封止樹脂を介してリードフレームが外部に導出
    されているものとし、上記接着・剥離は封止樹脂と半導
    体チップとの間の界面を対象してなる請求項1の接着・
    剥離判定用超音波装置。
JP3253128A 1991-09-04 1991-09-04 接着・剥離判定用超音波装置 Pending JPH0560732A (ja)

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JP3253128A JPH0560732A (ja) 1991-09-04 1991-09-04 接着・剥離判定用超音波装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015038462A (ja) * 2013-07-19 2015-02-26 株式会社Ihi 複合構造体の界面検査方法及び装置
CN108645912A (zh) * 2018-05-22 2018-10-12 大连理工大学 一种涂层脱粘超声相位谱c扫描成像检测方法
JP2023080529A (ja) * 2021-11-30 2023-06-09 株式会社日立パワーソリューションズ アレイ型超音波映像装置および超音波画像表示方法

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