JPH0658917A

JPH0658917A - 超音波検査方法および装置

Info

Publication number: JPH0658917A
Application number: JP4211855A
Authority: JP
Inventors: Norimitsu Sakuma; 宣光佐久間
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】反射波形の形状によらず、被検体の状態を明
確に評価することを可能にする。【構成】超音波探触子４と被検体３との間で超音波の
送受信を行ってＡモード信号を得た後、このＡモード信
号の任意の箇所に設定したゲート内におけるＡモード信
号のパワースペクトルＳ１、Ｓ２を算出し、任意の周波
数範囲内におけるパワースペクトルＳ１、Ｓ２の積分値
を算出して被検体３の状態を明確に評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体と超音波探触子
との間で超音波の送受信を行うことによりこの被検体を
評価する超音波検査方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非破壊で被検体の状態を評価する装置、
一例として被検体内における界面の状態や欠陥の有無を
評価する装置として、超音波顕微鏡および超音波探傷装
置が用いられている。

【０００３】図７は従来の超音波顕微鏡の一例を示すブ
ロック図である。この図において、１は例えばバースト
波を発信する送信機、２は被検体３からの反射波を受信
する受信機である。４は印加されたバースト波を超音波
に変換する圧電素子と、その超音波を被検体３に収束さ
せる音響レンズとから成る超音波探触子、５はサーキュ
レータである。６は受信信号をデジタル値に変換するＡ
／Ｄコンバータ、８はデジタル信号に種々の演算を施し
て映像化処理などを行なうＣＰＵを含む制御回路、９は
制御回路８からの映像信号を可視化する表示装置であ
る。１０は被検体３が載置されるＸＹテーブル、１１は
ＸＹテーブル１０をＸ−Ｙ平面内で、および探触子４を
このＸ−Ｙ平面に直交する垂直軸Ｚ方向に駆動する走査
装置、１２は走査装置１１の駆動制御回路である。な
お、１３は被検体３と超音波探触子４との間に介在され
る媒体、例えば水である。

【０００４】このような従来の超音波顕微鏡では次のよ
うにして被検体が評価される。ＸＹステージ１０上に載
置された被検体３に媒体１３を滴下し、走査装置１１に
より超音波探触子４をこの媒体１３内に没入させ、探触
子４の焦点が被検体３の所定深さに至るようにＺ軸位置
を固定する。送信機１からバースト状の電気信号をサー
キュレータ５を介して探触子４に印加する。探触子４は
電気信号を超音波信号に変換してレンズにより集束し、
媒体１３を介して被検体３に照射する。被検体により反
射、散乱を受けた超音波信号は同じレンズで検出されて
圧電素子で電気信号に変換された後、サーキュレータ５
を介して受信機２に送られる。受信機２で受信された電
気信号は適当に増幅された後、Ａ／Ｄコンバータ６に送
出され、ここでデジタル値に変換される。

【０００５】Ａ／Ｄコンバータ６からの出力は、制御回
路８を介して表示装置９に送出され、この表示装置９に
おいてデジタル値のピーク値が画像上の輝度値に変換さ
れてＸ−Ｙ平面上の１点を表すデータとして表示され
る。そして、制御回路８により走査装置１１を制御して
試料３をＸ−Ｙ平面上で走査しつつ以上の手順を繰り返
せば、探触子４の焦点が存在する所定のＺ軸位置におけ
る超音波顕微鏡画像（Ｃスキャン像）を得ることができ
る。

【０００６】超音波顕微鏡、超音波探傷装置で得られる
情報は、被検体の界面を構成する物質の音響インピーダ
ンス差に基づく音響的反射率を反映したものであり、こ
れにより、界面を構成する物質および界面の状態を知る
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の超音波顕微鏡、超音波探傷装置といった超音波
により被検体の状態を評価する装置は、被検体からの反
射波の振幅、強度あるいはこれらのピーク値によって被
検体の状態を評価する構成であったので、反射波の波形
形状が変化するとその振幅、強度が界面の音響的反射率
を忠実に反映しないことがあった。

【０００８】図４(ａ)はＩＣのチップとモールド樹脂部
との間に剥離が生じた部分からの反射波形、図４(ｂ)は
図４(ａ)のパワースペクトルを示す図である。反射波形
のピークは＋（プラス）側に位置し、反射波の周波数の
ピークは30MHz付近に位置する。図５(ａ)はＩＣのチッ
プとモールド樹脂部との接着面からの反射波形、図５
(ｂ)は図５(ａ)のパワースペクトルを示す図である。反
射波形のピークは−（マイナス）側に位置し、反射波の
周波数のピークは平坦化されている。ピークの反転（す
なわち反射波形の位相反転）は、界面における音響イン
ピーダンスの大小関係が図４の場合と図５の場合とで逆
転していることにより生じる。したがって、これら反射
波形を−側のピーク値のみで観察すると、図４(ａ)の波
形と図５(ｂ)の波形を明確に弁別することが困難であ
る。

【０００９】波形形状の変化の影響を避けるために、所
定周波数における反射波のパワースペクトルの値を輝度
値に変換して画像化した装置も提案、実現されている。
しかしながら、この装置では、反射波が干渉を起こして
パワースペクトルに周期的な凹凸が現れている場合、こ
の干渉の影響によりパワースペクトルの値が上下してし
まうため、明確な評価が困難であった。

【００１０】本発明の目的は、反射波形の形状によら
ず、被検体の状態を明確に評価することの可能な超音波
検査方法および装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１、図
６に対応付けて説明すると、請求項１の発明は、被検体
３と超音波探触子４との間で超音波の送受信を行うこと
によりこの被検体３を評価する超音波検査方法に適用さ
れ、そして、上述の目的は、超音波探触子４を励振して
被検体３に向けて超音波を送信し、この超音波探触子４
に戻ってきた被検体からの反射波を受信し、前記受信さ
れた反射波から得られたＡモード信号の任意の箇所に設
定したゲート内におけるＡモード信号のパワースペクト
ルＳ１、Ｓ２を算出し、任意の周波数範囲内における前
記パワースペクトルＳ１、Ｓ２の積分値を算出し、この
積分値に基づいて前記被検体３を評価することにより達
成される。この後、前記パワースペクトルＳ１、Ｓ２の
積分値に基づいて前記被検体３の良品、不良品を判定し
てもよい。また、請求項３の発明は、被検体３と超音波
探触子４との間で超音波の送受信を行うことによりこの
被検体３を評価する超音波検査装置に適用され、そし
て、上述の目的は、超音波探触子４と、被検体３から所
定距離離間した試料平面上で前記超音波探触子４を走査
する走査手段１１と、前記走査手段１１により前記試料
平面上の複数の測定点へ前記超音波探触子４を順次位置
決めしつつ、この超音波探触子４と前記被検体３との間
で超音波の送受信を行うことにより前記各測定点におけ
るＡモード信号を得る超音波送受信制御手段と、前記超
音波送受信制御手段で得られた前記各測定点におけるＡ
モード信号の所定箇所に設定したゲート内における各Ａ
モード信号のパワースペクトルＳ１、Ｓ２を算出するス
ペクトル算出手段２０と、所定の周波数範囲内における
前記各パワースペクトルＳ１、Ｓ２の積分値を算出する
積分値算出手段２０と、前記各積分値を前記試料平面上
で画像化する画像表示手段２２とを備えることにより達
成される。

【００１２】

【作用】反射波のエネルギーは被検体３の反射面の音響
的反射率を正確に反映し、被検体３から得られる反射波
の波形に依存しない量である。この反射波のエネルギー
は反射波のパワースペクトルＳ１、Ｓ２の周波数軸上で
の積分値、すなわちパワースペクトルＳ１、Ｓ２の面積
に比例するため、積分値算出手段２０により算出された
反射波のパワースペクトルＳ１、Ｓ２の積分値に基づい
て被検体３の評価を行えば、反射波形の波形に依存せず
に被検体３の音響的反射率分布を正確に求めることがで
きる。

【００１３】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、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。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明による超音波検査装置の一実
施例を示すブロック図である。本実施例の超音波検査装
置は、上述した従来の超音波顕微鏡とその構成が略同一
であり、したがって、以下の説明において、上述の従来
例と同様の構成要素については同一の符号を付してその
説明を簡略化する。

【００１５】本実施例の超音波検査装置は、さらにスペ
クトル演算回路２０、スペクトル記憶装置２１およびス
ペクトル画像表示装置２２を備えている。スペクトル演
算回路２０は制御回路８に入力されたデジタル信号のパ
ワースペクトルを演算するとともに、このパワースペク
トルを周波数軸について積分する。これらパワースペク
トルおよびその積分値の結果はスペクトル記憶装置２１
内に格納される。スペクトル画像表示装置２２は、パワ
ースペクトルの積分値を２次元的に表示した画像をその
画面上に表示する。

【００１６】次に、図２のフローチャートおよび図３〜
図６を参照して、本発明による超音波検査方法の一実施
例を説明する。本実施例でその状態が評価される被検体
３は、図３(ａ)に示すように、ＩＣチップ３０が樹脂３
１によりモールドされたＩＣであり、チップ３０と樹脂
３１との界面３２には、図３(ｂ)に示すようにその一部
に剥離が生じており、空気層３３が介在している。以
下、空気層３３が介在する部分を剥離部３４と称し、Ｉ
Ｃチップ３０と樹脂３１との接着が良好な部分３５を接
着部と称する。

【００１７】図２のフローチャートに示すプログラム
は、被検体３がＸＹステージ１０上に載置され、超音波
探触子４の焦点が被検体３の界面３２に至るようにこの
超音波探触子４のＺ軸位置が調整された段階で開始す
る。ステップＳ１では、上述の従来例と同様に、走査装
置１１により被検体３をＸ−Ｙ平面の所定の測定位置に
位置決めした後、探触子４と被検体３との間で超音波の
送受信を行って測定点におけるＡモード信号を得る。Ａ
モード信号は、表示装置９により画面上に表示される。
ステップＳ２では、ステップＳ１で得られたＡモード信
号に対して被検体３の界面３２に対応する時間軸上に時
間ゲートを設定し、この時間ゲート内のＡモード信号を
抽出する。時間ゲート設定方法は任意であり、一例とし
て、画面上に表示されたＡモード信号を見ながら操作者
が時間ゲート始点、終点を指示するような方法が挙げら
れる。

【００１８】ステップＳ３では、ステップＳ２の時間ゲ
ートで抽出されたＡモード信号のパワースペクトルが、
スペクトル演算回路２０により算出される。パワースペ
クトル演算は、一例としてＡモード信号に対して高速フ
ーリエ演算（ＦＦＴ）を施し、このフーリエ演算値を二
乗することにより行われる。

【００１９】図４(ａ)は被検体３の剥離部３４で反射さ
れて受信された反射波（図３にＲ１で示す）の波形、図
４(ｂ)は図４(ａ)の波形のパワースペクトルを示す図で
ある。また、図５(ａ)は被検体３の接着部３５で反射さ
れて受信された反射波（図３にＲ２で示す）の波形、図
５(ｂ)は図５(ａ)の波形のパワースペクトルを示す図で
ある。図４、図５に示すように、約50MHzより高周波の
周波数成分、すなわち超音波探触子４の受信帯域外の周
波数成分がランダムに振動しているのは、この周波数成
分を有する信号が反射波形においてノイズレベル以下の
振幅しか持たないからである。したがって、このランダ
ム成分が後述の画像評価に影響を及ぼさないように、帯
域外の周波数成分を除去する必要がある。

【００２０】ステップＳ４では、上述のごとく帯域外の
パワースペクトル成分を除去する目的で、周波数軸上に
おいて周波数ゲートが設定され、この周波数ゲート内の
パワースペクトル成分のみが抽出される。周波数ゲート
は、後述の画像表示において被検体３の状態を明確に判
定できるように、すなわち本実施例においては被検体３
の剥離部３４と接着部３５とが明確に弁別できるように
その位置および幅が調整される。一例として、超音波探
触子４の受信帯域は予め定まっているので探触子４の受
信周波数帯域に周波数ゲートを予め設定しておく。図
４、図５に示す例では、たとえば０〜50MHzの周波数帯
域に周波数ゲートを設定すればよい（図４(ｂ)、図５
(ｂ)にＧでその範囲を示す）。

【００２１】ステップＳ５では、ステップＳ５の周波数
ゲートにより抽出されたパワースペクトルが周波数軸上
において積分され、その積分値が算出される。パワース
ペクトルの積分値は、周波数ゲートにより抽出されたパ
ワースペクトルと周波数軸とで挾まれる領域（図４
(ｂ)、図５(ｂ)に領域Ｄ１、Ｄ２で示す）の面積に相当
する値である。パワースペクトルの積分値は、パワース
ペクトルデータおよびＸＹステージ１０の座標値ととも
にスペクトル記憶装置２１に記憶される。ステップＳ６
では、ステップＳ５において算出された積分値が輝度値
に変換され、被検体３のＸ−Ｙ平面上の位置に対応する
スペクトル画像表示装置２２の画面上の位置に表示され
る。

【００２２】ステップＳ７では、全ての測定点において
ステップＳ１〜ステップＳ６の動作が行われたか否かが
判定され、判定が肯定されるとプログラムが終了し、判
定が否定されるとステップＳ１に戻って、走査装置１１
により探触子４を次の測定点へ位置決めしてから上述の
動作を繰り返す。このようにして、被検体３の界面３２
で反射された反射波についてのパワースペクトル積分値
画像が得られる。

【００２３】したがって、本実施例では、反射面の音響
的反射率を正確に反映し、反射波の波形に依存しないパ
ワースペクトルの面積値を用いて被検体３の評価を行っ
ているので、従来とは異なり、波形の位相反転等の反射
波の形状が変化しても被検体３の剥離部３４と接着部３
５とを明確に弁別することが可能である。図６は、剥離
部３４からの反射波のＳ１（図４(ｂ)）と接着部３５か
らの反射波のパワースペクトルＳ２（図５(ｂ)）とを同
一平面上で表示した図である。図６にみるように、双方
のパワースペクトルＳ１、Ｓ２の囲む面積には有意な差
が見られ、したがって、本実施例によれば被検体３の剥
離部３４と接着部３５とを明確に弁別できることが理解
できる。

【００２４】加えて、パワースペクトルの積分値は被検
体３の反射面が有する音響的反射率を正確に反映した値
であるので、本実施例によればこれら反射面の音響的反
射率を忠実に再現した画像を得ることができ、定量的な
評価も可能となる。

【００２５】さらに、従来のように所定周波数における
パワースペクトルの値により被検体を評価する場合と異
なり、反射波形に干渉の影響があっても積分によりパワ
ースペクトルの上下動をならすことができ、被検体評価
時における干渉の影響を抑えることができる。

【００２６】以上の実施例と請求の範囲との対応におい
て、送信機１、受信機２、Ａ／Ｄコンバータ６、制御回
路８および駆動制御回路１２が一体となって超音波送受
信制御装置を、走査装置１１が走査手段を、スペクトル
演算回路２０がスペクトル算出手段および積分値算出手
段を、スペクトル画像表示装置２２が画像表示手段をそ
れぞれ構成している。

【００２７】なお、本発明の超音波検査方法および装置
は、その細部が上述の一実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。一例として、上述の一実施例では画像
により被検体の状態を評価していたが、パワースペクト
ルの積分値が閾値に達しているか否かにより、積分値を
画像化することなく一律に被検体の状態を評価し、良品
・不良品の判別をすることもできる。また、一実施例で
はゲートによりパワースペクトルを抽出していたが、ハ
ミング、ハニングウィンドー等の周知のウィンドーによ
り抽出してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、反射面の音響的反射率を正確に反映し、反射波の
波形に依存しないパワースペクトルの面積値を用いて被
検体の状態の評価を行っているので、反射波の形状変化
や反射波の干渉の影響を受けることなく被検体の状態を
明確に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である超音波検査装置を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例である超音波検査方法を説明
するためのフローチャートである。

【図３】一実施例により検査される被検体を示す図であ
って、(ａ)は断面図、(ｂ)は同図(ａ)のIII 部分を拡大
して示した断面図である。

【図４】剥離部からの反射波を示す図であって、(ａ)は
反射波形を示す図、(ｂ)は同図(ａ)に示す波形のパワー
スペクトルを示す図である。

【図５】接着部からの反射波を示す図であって、(ａ)は
反射波形を示す図、(ｂ)は同図(ａ)に示す波形のパワー
スペクトルを示す図である。

【図６】一実施例の効果を説明するための図である。

【図７】従来の超音波顕微鏡の一例を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１送信機２受信機３被検体４超音波探触子６Ａ／Ｄコンバータ８制御回路１１走査装置２０スペクトル演算回路２１スペクトル記憶装置２２スペクトル画像表示装置３０ＩＣチップ３１樹脂３２界面３４剥離部３５接着部Ｓ１、Ｓ２パワースペクトル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波探触子を励振して被検体に向けて
超音波を送信し、この超音波探触子に戻ってきた被検体
からの反射波を受信し、前記受信された反射波から得られたＡモード信号の任意
の箇所に設定したゲート内におけるＡモード信号のパワ
ースペクトルを算出し、任意の周波数範囲内における前記パワースペクトルの積
分値を算出し、この積分値に基づいて前記被検体を評価
することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項２】請求項１に記載の超音波検査方法におい
て、前記パワースペクトルの積分値に基づいて前記被検体の
良品、不良品を判定することを特徴とする超音波検査方
法。
【請求項３】超音波探触子と、被検体から所定距離離間した試料平面上で前記超音波探
触子を走査する走査手段と、前記走査手段により前記試料平面上の複数の測定点へ前
記超音波探触子を順次位置決めしつつ、この超音波探触
子と前記被検体との間で超音波の送受信を行うことによ
り前記各測定点におけるＡモード信号を得る超音波送受
信制御手段と、前記超音波送受信制御手段で得られた前記各測定点にお
けるＡモード信号の所定箇所に設定したゲート内におけ
る各Ａモード信号のパワースペクトルを算出するスペク
トル算出手段と、所定の周波数範囲内における前記各パワースペクトルの
積分値を算出する積分値算出手段と、前記各積分値を前記試料平面上で画像化する画像表示手
段とを備えたことを特徴とする超音波検査装置。