TWI824581B - 超音波檢查裝置及超音波檢查方法 - Google Patents

超音波檢查裝置及超音波檢查方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題在於提供如下之超音波檢查裝置，其在藉由超音波進行之非破壞檢查中，對於具備具有複數個檢查界面之多層構造之被檢查體，可自藉由一次探針掃描而批次取得之超音波反射波進行各檢查界面之缺陷之高感度檢測。 超音波檢查裝置將擷取出之反射信號群組化成複數個群組(S107)，就每一群組，推定成為基準之正常部之反射強度即基準反射強度及反射強度範圍(S108)，基於推定出之反射強度範圍算出將反射強度非線性轉換之像質轉換表(S109)，依照前述像質轉換表將各群組內之反射信號予以轉換(S110)，將經轉換之反射強度與轉換後之基準反射強度進行比較而擷取缺陷(S111)。

Description

超音波檢查裝置及超音波檢查方法
本發明係關於一種非破壞檢查裝置，特別係關於一種使用超音波進行有無存在於電子零件等被檢查體內部之剝離等之缺陷之判定、及內部狀態之可視化的超音波檢查裝置及超音波檢查方法。
作為自被檢查體之圖像檢查缺陷之非破壞檢查方法，有對被檢查體照射超音波且檢測其反射波並產生超音波圖像而特定缺陷之方法、或對被檢查體照射X射線並檢測透過試料之X射線且產生X射線圖像而特定缺陷之方法。
一般而言，為了利用超音波檢測存在於具有多層構造之被檢查體內之缺陷，而利用因聲阻抗之不同而顯現之反射特性。超音波在液體或固體物質中傳播、在聲阻抗不同之物質之邊界面或空隙之處，產生反射波(回波)。此處，因來自剝離、空隙之缺陷之反射波與來自無缺陷處之反射波相比，其強度高，故藉由將被檢查體之各層之接合面之反射強度圖像化，而可獲得存在於被檢查體內之缺陷顯在化之圖像。為了在圖像上進一步強調缺陷部，而可實現高感度之檢查，需要將超音波向被檢查體照射，使接收該反射波之超音波探針之高度相對於被檢查體上下移動，以超音波束在供檢查之接合界面(以下記載為檢查界面)最聚焦之方式對準焦點位置(以下將焦點對準之位置記載為合焦位置)。
另一方面，被檢查體之代表即電子零件，近年來，伴隨著將複數個晶片縱向不斷堆積之積層化，晶片與晶片之接合部之應進行檢查之部位亦增加。因此，為了進行高感度之檢查，需要以檢查界面之數目進行如前述般對準焦點位置、掃描探針獲得反射波且產生圖像之作業，檢查時間增大成為課題。因此，較多的是藉由在檢查界面與檢查界面之間合焦、以一次探針掃描而批次取得上表面、下表面之兩檢查界面之圖像並進行檢查，以減少處理時間，但擔憂缺陷檢測感度之下降。又，為了兼顧檢查產能與檢查感度，需要對在非合焦位置處獲得之圖像之像質進行轉換，產生視認性高之圖像，以提高檢查感度。
作為與此對應之先前技術，有專利文獻1記載之方法。對於藉由超音波產生之超音波圖像，就每一小區域設定評估權重，將在小區域獲得之直方圖基於評估權重而加權，自統合該等而得之直方圖求得用於調整圖像整體之畫質之增益及動態範圍。然後，藉由進行增益調整與動態範圍調整而，而提高畫質。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 特開2007-117168號公報
[發明所欲解決之課題]
專利文獻1記載之方法以醫療用之超音波診斷圖像為對象，因預先已知關注區域，故可事先設定評估權重，但在如電子零件般無法事先特定關注區域之情形下無法進行設定。又，因基於產生後之圖像之亮度之直方圖進行畫質之調整，故超音波之反射強度微弱，有可能無法強調如在轉換成圖像之階段埋沒於雜訊之微小之信號。
因此，本發明之目的在於提供如下之超音波檢查裝置，其在藉由超音波進行之非破壞檢查中，對於具有具備複數個檢查界面之多層構造之被檢查體，可自藉由一次探針掃描而批次取得之超音波反射波進行各檢查界面之缺陷之高感度檢測。 [解決課題之技術手段]
為了解決前述課題，本發明之超音波檢查裝置之特徵在於係利用超音波探頭掃描被檢查體之表面，自前述超音波探頭向被檢查體出射超音波，接收自前述被檢查體返回之反射波，基於前述接收到之反射波而檢查前述被檢查體之內部狀態者，且前述超音波檢查裝置之處理部受理使用者設定之第1接收時間區域即第1閘與第2接收時間區域即第2閘，對掃描前述超音波探頭而自被檢查體之複數個測定點獲得之反射信號基於前述第1閘進行接收時間軸方向之修正，自接收時間修正後之反射信號，基於前述第2閘擷取來自檢查界面之反射信號，將擷取到之反射信號群組化成複數個群組，就每一群組，將正常部之反射強度推定為基準反射強度，基於前述推定出之基準反射強度算出將反射強度非線性地轉換之像質轉換表，依照前述像質轉換表將各群組內之反射信號予以轉換，將前述所轉換之反射強度與轉換後之前述基準反射強度進行比較而擷取缺陷，根據在前述各群組內所轉換之反射強度產生檢查界面之圖像，輸出將前述擷取到之缺陷顯示於檢查界面之圖像上之缺陷圖。關於本發明之其他態樣，將於後述之實施形態中進行說明。 [發明之效果]
根據本發明，於藉由超音波進行之非破壞檢查中，對於具有具備複數個檢查界面之多層構造之被檢查體，可自藉由一次探針掃描而批次取得之超音波反射波進行各檢查界面之缺陷之高感度檢測。
本實施形態係以IC晶片等之包含多層構造之電子零件為主要之檢查對象者。本實施形態係關於一種如下之超音波檢查裝置、超音波檢查方法及程式：對於在內部包含細微之機械零件或電路圖案且具有深度不同之複數個接合界面之檢查對象，以一次探針掃描照射超音波，自來自批次取得之各接合界面之超音波反射波遍及全區域產生視認性佳之檢查界面圖像，而可檢測各界面之微小之缺陷。
亦即，於本實施形態中，對於自被檢查體之測定區域獲得之全超音波反射波，修正接收時間並沿時間方向整列。將沿時間方向整列後之各反射波，以在接收時間方向與方位方向之兩者下接近之反射波群組化，就每一群組產生像質轉換表(例如，參照圖11C)，基於像質轉換表，根據群組內之反射強度產生群組內之圖像。進而，統合各群組內圖像，產生檢查界面之圖像。本實施形態在超音波對於具有細微且多層構造之被檢查體之高速、高感度之非破壞檢查上特別有效。
對於用於實施本發明之實施形態，一面適當參照圖式一面詳細地進行說明。 再者，為了說明之簡易化，舉出2.5維、3維半導體封包產品之具有積層複數個電子元件而形成之多層構造之被檢查體為例進行說明。惟，本發明並非限定於以下所示之實施形態之記載內容而解釋者。容易理解的是若為本領域技術人員則可在不脫離本發明之思想及旨趣之範圍內，變更其具體之構成。
首先，在超音波向被檢查體之表面照射時，作為超音波之特性，超音波在被檢查體內部傳播，若具有材料特性(聲阻抗)變化之邊界面，則超音波之一部分反射。特別是，若具有空隙則大部分反射。因此，藉由捕捉來自所期望之異質接合界面(以下記載為檢查界面)之反射波，將其強度圖像化，而可產生空隙或剝離等之缺陷顯在化之超音波檢查圖像。再者，以下，有將「邊界面」稱作「界面」之情形。又，有將「位置」稱作「部位」之情形。以下，以多層構造品之異質接合界面處之缺陷為檢測對象進行說明。
＜＜第1實施形態＞＞ 圖1係顯示第1實施形態之超音波檢查裝置100之構成之方塊圖。超音波檢查裝置100具備：檢測部1、A/D轉換器6、處理部20(信號處理部7、整體控制部8)、掃描器13、機械式控制器16、使用者介面部17、及記憶部19等。
檢測部1構成為具備超音波探針2(超音波探頭)及探傷器3。探傷器3藉由對超音波探針2賦予脈衝信號31，而驅動超音波探針2。由探傷器3驅動之超音波探針2產生超音波U1，以水為媒介發送至被檢查體(試料5)。在被發送之超音波U1入射至具有多層構造之試料5時，自試料5之表面、或異質接合界面產生反射波U2。再者，於本說明書中，被檢查體與試料為相同之意思。為了便於說明，將超音波探針2產生之超音波稱為「發送波」、將超音波探針2接收之超音波稱為「反射波」。又，有將反射波適當稱為「超音波反射波」之情形。
探傷器3如前述般，對超音波探針2發送脈衝信號31，超音波探針2將脈衝信號31轉換成超音波倂入射至試料5。超音波探針2接收來自試料5之反射波U2，並向探傷器3發送。探傷器3將反射波32轉換成RF(Radio Frequency，射頻)信號33，經由A/D轉換器6向處理部20(控制部)發送。
處理部20為了使用超音波探針2掃描試料5之適宜部位，而向機械式控制器16發送控制信號，實現機構控制。藉由處理部20→機械式控制器16→掃描器13(參照圖2)→超音波探針2→探傷器3之系統而進行超音波探針2之自動控制(掃描)。
如前述般，反射波U2由超音波探針2接收，探傷器3將其作為反射波32接收，並實施必要之處理，轉換成反射強度信號。接著，該反射強度信號在A/D轉換器6中轉換成數位波形資料，輸入至信號處理部7。在試料5上之檢查區域內逐次掃描而進行該超音波之發送、接收。
信號處理部7係處理由A/D轉換器6予以A/D轉換之反射強度信號而檢測試料5之內部缺陷之處理部。信號處理部7構成為具有圖像產生部71、缺陷檢測部72、資料輸出部73、及參數設定部74等。
圖像產生部71對於自A/D轉換器6輸入至信號處理部7之波形資料，進行後述之信號處理。藉由該處理，圖像產生部71自數位波形資料產生試料5之各接合界面之檢查圖像(檢查界面圖像)。缺陷檢測部72在由圖像產生部71產生之檢查界面之圖像內進行後述之處理，而檢測剝離、空隙等之缺陷。又，資料輸出部73產生由缺陷檢測部72檢測出之缺陷各者之資訊或剖面之觀察用圖像之作為檢查結果而輸出之資料，並輸出至整體控制部8。
圖2係顯示超音波檢查裝置100之檢測部1之構成之說明圖。於圖2中，座標系10表示XYZ之正交3軸之座標系。檢測部1具有掃描台11、及設置於掃描台11之上之水槽12。又，檢測部1具有以在掃描台11上跨著水槽12之方式設置之可進行XYZ方向之移動之掃描器13。掃描台11為大致水平(與XY平面平行之面)設置之基台。Z軸為沿著重力方向之軸。於水槽12中，水14注入至以實線所示之高度，在水槽12之底部(水中)放置試料5。試料5如前述般為以半導體封包產品為主、於內部包含多層構造等之電子零件。水14係為了使自超音波探針2出射之超音波在試料5之內部有效率地傳播所需之媒體。
對於試料5，超音波探針2自下端之超音波出射部發送超音波，並接受自試料5返回而來之反射波。超音波探針2安裝於保持具15，可藉由以機械式控制器16驅動之掃描器13沿XYZ方向自如地移動。藉此，超音波探針2一面沿X方向、Y方向移動一面接收來自試料5之事先自使用者受理之(或信號處理部7選擇之)1個以上之接合界面之反射波，而可獲得測定區域(XY平面)內之接合界面之二維圖像，且可檢測缺陷。超音波探針2經由纜線22與將反射波轉換為反射強度信號之探傷器3連接。再者，藉由超音波檢查裝置100獲得之二維圖像，為深度Z處之與XY平面平行之剖面圖像。於以後之說明中，有將「沿著aaa平面之剖面」略記為剖面[aaa]之情形。例如沿著XY平面之剖面為「剖面[XY]」。
參照圖1、圖2，進一步說明信號處理部7之內容。圖像產生部71根據自A/D轉換器6獲得之數位資料產生圖像。數位資料係將自使用者受理之試料5之測定區域[XY]中自表面、及各接合界面等返回而來並由超音波探針2接收之反射波利用A/D轉換器6予以A/D轉換而成者。缺陷檢測部72將由圖像產生部71產生之圖像進行處理而將內部缺陷顯在化、或者檢測出。資料輸出部73輸出由缺陷檢測部72將內部缺陷顯在化或檢測出之檢查結果。參數設定部74受理自外部(例如操作使用者介面部17之使用者)輸入之測定條件等之參數，並向圖像產生部71、缺陷檢測部72設置。然後，於信號處理部7中例如參數設定部74之設定資訊，記憶於記憶部19。
整體控制部8受理來自使用者之參數(相當於後述之條件)等。又，整體控制部8與使用者介面部17、記憶部19連接。使用者介面部17將由信號處理部7檢測出之缺陷部位強調顯示於檢查界面圖像上，顯示缺陷數、缺陷各者之座標或尺寸等之資訊。記憶部19記憶由信號處理部7檢測出之缺陷之特徵量或圖像等。機械式控制器16基於來自整體控制部8之控制指令對掃描器13進行驅動。再者，信號處理部7、探傷器3等亦藉由來自整體控制部8之指令而受驅動。
信號處理部7、整體控制部8、及機械式控制器16之硬體構成使用圖12隨後說明。再者，信號處理部7、整體控制部8、機械式控制器16可如圖1所示般為不同之硬體，亦可統合為共通之硬體。又，亦可不統合機械式控制器16，而將信號處理部7與整體控制部8統合為共通之硬體。於以後之說明中，無論有無統合，有將包含信號處理部7、整體控制部8、及機械式控制器16之至少一者、或經統合之硬體簡稱為「控制器」之情形。
＜試料＞ 圖3係顯示第1實施形態之被檢查體之一例之具有多層構造體之半導體封包之縱向構造之示意圖。圖3顯示試料5之一例之被檢查體400。被檢查體400係成為主要之檢查對象之具有多層構造之電子零件，本圖中示意性地顯示電子零件之縱向構造。座標系401表示XYZ之正交3軸之座標系。座標系401係與圖3之座標系10相同之座標系。
被檢查體400係在最下層之印刷配線基板40之上經由焊料球41接合有半導體元件42者。半導體元件42在其內部積層有複數個晶片(此處為43、45之2個)，晶片間利用TSV(Through Silicon Via，矽穿孔)即接合部44接合。又，晶片與中介層基板46經由微凸塊即凸塊層47接合而產生。微凸塊之周邊進行以液狀密封材(底部填充物、圖中之黑色之部分)密封之模製底部填充，進行以樹脂48(圖中之網狀部)密封整體之擠壓模製，保護其不受外部侵害。因若在各接合部有剝離或空隙、裂紋等之不良則不正常作動，故需要在接合部44、凸塊層47等處進行有無缺陷之高感度之檢查。若自被檢查體400之表面側(圖中之上方)入射超音波49，則超音波49向被檢查體400之內部傳播。超音波49在樹脂48之表面、及與各晶片43、45之接合部44或凸塊層47等具有聲阻抗之不同之部位處反射，該等作為1個反射波由超音波探針2接收。
圖4係顯示藉由不同之焦點位置而自第1實施形態之檢查對象、即具有複數個接合界面之被檢查體獲得之反射信號之例之圖。參照圖4，顯示對於具有多層構造且需要高感度之檢查之具有複數個接合界面之被檢查體，藉由超音波進行檢查之課題。再者，以下當省略主語時，信號處理部7為處理主體。
圖4之接合界面50、51為將圖3所示之被檢查體400之接合部44、凸塊層47概略化者。又，超音波束52、53表示自超音波探針2(參照圖1)向被檢查體出射之超音波束。
超音波束52係將焦點位置對準於接合界面50時、亦即以超音波束在接合界面50之位置最為聚焦(圖4之左圖之→←)之方式將超音波探針2之Z位置調整後之狀態。超音波束53係將超音波探針2沿Z方向下降(移動探針)、將焦點位置對準於接合界面50與接合界面51之間之狀態(圖4之右圖之→←)。
反射波54、55為在各個焦點位置之狀態之超音波束52、53下自接合界面50獲得之反射波。顯示反射波55之反射強度與反射波54之反射強度相比變小，且基於反射強度而產生之檢查界面之圖像亦低對比度化。
因此，於各接合界面處，為了獲得鮮明之檢查圖像、進行高感度之檢查，而必須就檢查界面之數目，進行將焦點位置對準於接合界面、掃描探針而產生檢查界面之圖像之作業，檢查所需之時間增長。近年來，多層構造化進一步推進，如何兼顧各檢查界面之高感度檢查與高速檢查成為課題。
於以下所示之本實施形態之方式中，藉由對於具有如此之複數個檢查界面之被檢查體，進行利用較少之探針掃描而實現之複數個檢查界面圖像之批次產生、與自所產生之各檢查界面圖像高感度地檢測微小之缺陷，而可兼顧圖像取得時間縮短與高感度檢查。
＜本實施形態之處理＞ 圖5係顯示第1實施形態之超音波檢查方法之處理程序之流程圖。適當參照圖1。
首先，處理部20之檢測部1向被檢查體(試料5)照射超音波，取得其反射波即第一參考波(S101)。第一參考波自測定區域內之任意之位置取得。再者，第一參考波只要自測定區域內之XY平面中之至少一個部位取得即可。取得之第一參考波顯示於使用者介面部17(顯示部)。處理部20基於第一參考波，受理產生後述之檢查界面圖像之設定條件(S120)。該受理係由視認到第一參考波之使用者將設定條件輸入使用者介面部17而進行(S121)。設定條件例如有第1閘即S閘(時間範圍、強度臨限值)、及用於產生後述之檢查界面圖像之第2閘即F閘(時間範圍)、其中所含之接合界面數、及用於產生圖像之反射波之極性等。再者，設定條件為前述之參數之一例。
圖6係顯示第1實施形態之因缺陷之產生深度與焦點位置之不同所致之反射信號之行為之例之圖。參照圖6對於S120中受理之條件之例進行說明。反射信號波形60～65為自包含二個接合界面之試料5獲得之反射波。於分別左右排列於圖6之上段與中段及下段而示出之圖之中，上段之反射信號波形60、61為來自將焦點位置對準於上方之接合界面(稱為界面F1)、下段之反射信號波形64、65為將焦點位置對準於下方之接合界面(稱為界面F2)、中段之反射信號波形62、63為將焦點位置對準於二個接合界面(界面F1、界面F2)之中間而取得之缺陷之反射波。又，左行之反射信號波形60、62、64為存在於界面F1之缺陷、右行之反射信號波形61、63、65為存在於界面F2之缺陷。又，反射信號波形60中之實線之矩形67a，為來自界面F1之缺陷之反射波之接收時間，虛線之矩形68a為來自界面F2之缺陷之反射波之接收時間。在將焦點對準於界面F1時，位於界面F1之缺陷可獲得最大之反射波，愈自焦點位置偏移則強度愈小，而不易檢測。相反地，位於界面F2之缺陷，焦點位置愈靠近界面F2則愈容易檢測。
於本實施形態中，將焦點位置設定為如中段之反射信號波形62、63之狀態，取得、顯示第一參考波，受理來自使用者之設定條件。反射信號波形62、或反射信號波形63之閘66b為用於檢測來自表面之反射波之S閘，閘67b為檢測來自接合界面之反射波、用於產生檢查界面之圖像之F閘。又，於本例中，使用者將接合界面數設為「2」、將極性設為「－」。於本例中，F閘以覆蓋界面F1與界面F2之兩者之反射波之接收時間之方式設定1個較廣之時間寬度之F閘，但亦可如矩形67a、68a般，就每一接合界面而設定F閘。
返回圖5，處理部20基於S120中受理之條件，一面掃描測定區域內一面自各測定點取得超音波反射波(S102)，於S閘內，將最先超過S閘之高度之反射波檢測為來自表面之反射波(以下記載為表面回波)(S103)。
接著，處理部20基於檢測出之表面回波之接收時間，進行反射波之時間調整(S104)。亦即，處理部20使第一參考波中之表面回波以各反射波之表面回波在時間軸上一致之方式將各反射波整列，擷取藉由F閘設定之時間寬度之反射波(界面回波)(S105)。
圖7係顯示第1實施形態之來自界面之反射信號之接收時間偏移之修正之例之圖。圖7顯示該反射信號波形之一例。反射信號波形70為自4個部位之測定點獲得之反射波之界面回波(切出F閘內之反射波者)，於時間方向上具有偏差。反射信號波形70A為自基於表面回波之接收時間偏移而調整之反射波擷取到之界面回波。接收時間之調整設為基於表面回波而調整，但亦可以F閘內之特定之局部波峰為基準進行時間調整。
返回圖5，處理部20判定測定區域內之全反射波之處理是否結束(S106)，在未結束時(S106→否)，返回S102，在結束時(S106→是)前進至S107。
於S107中，處理部20將獲得之全測定區域之界面回波根據時間區域・空間區域而分割成群組(群組化)。
圖8係顯示第1實施形態之反射波之群組化與強度之正常範圍設定之例之圖。圖8顯示該群組化之一例。構造80顯示試料5之構造之概要。於內部具有深度(Z方向)之不同之2個接合界面80a、80b。又，於方位方向之空間(XY平面)，顯示二種構造物XY1、XY2。於本實施形態中，時間區域將界面回波分組成接合界面80a、80b之二者，空間區域將界面回波分組成構造物XY1、XY2、其以外之三者。反射信號波形81顯示將構造物XY1之區域分組成時間區域Z1、Z2之例(群組81a、81b)，同樣地，反射信號波形82顯示將構造物XY2之區域分組成時間區域Z1、Z2之例(群組82a、82b)。時間區域之分割數設為與S120(參照圖5)中受理之條件之接合界面數相應者。
返回圖5，接著，處理部20在各群組中，推定正常部之反射波(非缺陷部位之反射波)與正常偏差(S108)。因群組內之反射波亦有可能包含來自缺陷之反射波，故正常部可採用群組內之反射波之平均或中央值，亦可設為自最大強度之直方圖取得其最大頻度之值。又，其偏差基於最大強度直方圖之標準偏差而求得。前述之圖8之α1、α2，β1、β2表示算出之正常部之偏差。
然後，處理部20基於α1、α2、β1、β2，算出用於提高畫質、將缺陷顯在化之像質轉換表(S109)。像質轉換表為將反射強度非線性地轉換之表。
圖9係顯示第1實施形態之群組內之像質轉換與缺陷判定處理之概要之一例之圖。於圖9中，將設置於群組81a、81b、82a、82b各者之像質轉換表之係數以上下之箭頭(↑↓)表示。此處，顯示設置有將各群組內之反射強度藉由增益而拉長之係數之例，但亦可為具有對數或指數特性之係數。
返回圖5，接著，處理部20藉由利用設置於像質轉換表之係數進行全反射強度值之轉換，而進行像質轉換(S110)，將像質轉換後之各測定點之反射波與同樣地經像質轉換之正常部反射波(推定值)進行比較，將差較預先設定之臨限值大之部位作為缺陷而擷取(S111)。前述之圖9之反射信號波形91、92分別為將反射信號波形81、82之反射波像質轉換後之與正常部反射波之差分。顯示設定一樣之臨限值，自界面F1、界面F2檢測出缺陷。
又，處理部20自各反射波擷取用於產生藉由像質轉換而畫質改善之圖像的代表值(S112)。代表值可設為各測定點之反射波之F閘內之最大強度值，亦可自F閘內之界面之數目(此處為時間區域Z1、Z2之二個)採用各自之最大強度。
處理部20判定全群組是否結束(S113)，在未結束時(S113→否)返回S108，在結束時(S113→是)前進至S114。於S114中，處理部20再構成為藉由擷取到之代表值進行像質轉換之全測定區域之圖像 (S114)。此處，於S112中將代表值設為1個時，產生1張統合界面F1與界面F2之圖像，於自各時間區域產生代表值時，產生每一界面之圖像。
最後，處理部20在再構成之像質轉換後之測定區域之圖像上，產生對S111中檢測出之缺陷予以強調顯示(著色等)之缺陷圖(S115)。此處亦為S112中將代表值設為1個，最後將S111中檢測出之缺陷強調顯示(著色等)於再構成之像質轉換後之圖像。再構成圖像為1張時，缺陷就檢測出之每一群組(深度)而分色顯示。於再構成為F閘內之每一界面之圖像時，缺陷在各個再構成圖像上強調顯示。
圖13係顯示實施形態之缺陷檢測結果與缺陷圖之輸出例之圖。圖像1300為將像質轉換前之檢查界面之反射強度與推定出之正常部反射強度進行比較之結果，圖像1301為將各者進行像質轉換、並比較之結果。於以〇包圍之部分存在深度不同之缺陷，藉由像質轉換而缺陷顯在化。圖像1302為在像質轉換後之檢查界面圖像內，將檢測出之缺陷相應於接收時間(亦即深度)而改變陰影圖案並重疊顯示之缺陷圖。可一眼確認到缺陷。
如以上般，於本實施形態中，顯示將與反射強度之空間區域相應之群組化，基於方位方向之空間(XY平面)內之構造物之不同而進行，產生像質轉換表之例，但亦可產生動態之像質轉換表。
＜＜第2實施形態＞＞ 圖10係顯示第2實施形態之超音波檢查方法之處理程序之流程圖。圖10中，與圖5之S101、S120、S102至S105之自全測定區域之反射波藉由F閘擷取界面回波之處理相同。對於同一處理省略說明。
於第2實施形態中，處理部20在擷取界面回波後(S105)，與S112同樣地擷取代表值(S206)。處理部20判定測定區域內之全反射波之處理是否結束(S207)，在未結束時，(S207→否)返回S102，在結束時(S207→是)前進至S208。
於S208中，處理部20產生以代表值為圖像之亮度值之檢查界面圖像。亦可僅作為排列而留於記憶體。此當然為基於像質轉換前之F閘內超音波之反射強度代表值之界面檢查圖像(資料排列)。處理部20在產生之檢查圖像上設定小視窗(S209)，基於小視窗內之亮度值之分佈，動態地算出像質轉換表(S210)。接著，處理部20基於算出之像質轉換表，對小視窗內之各像素之亮度值進行轉換(S211)。然後，處理部20將小視窗在檢查圖像上移動(S212)，對於經像質轉換之圖像，進行基於臨限值設定之缺陷檢測處理(S213)。
處理部20判定全圖像內之處理是否結束(S214)，在全圖像內之處理未結束時(S214→否)，返回S209，在結束時(S214→是)前進至S114。
於S114中，處理部20根據在各小視窗內轉換之圖像產生整體之檢查界面之圖像(S114)。最後，處理部20產生在再構成之像質轉換後之測定區域之圖像上、對S213中檢測出之缺陷予以強調顯示(著色等)之缺陷圖(S115)。缺陷之強調顯示於S208中產生之像質轉換前之檢查界面之圖像上進行。
目前為止，對於缺陷之強調顯示重疊顯示於像質轉換前之圖像、像質轉換後之圖像之任一者之例進行了描述，但亦可藉由其他方法、例如去除因超音波束之擴散所致之圖像劣化之要因之反褶積處理等重疊輸出於像質轉換前之圖像。
圖11A係顯示第2實施形態之圖像與小視窗之關係之圖。圖11B係顯示小視窗內之亮度之直方圖之圖。圖11C係顯示像質轉換表之一例之圖。使用圖11A～圖11C顯示第2實施形態之像質轉換係數之算出方法之一例。
圖11A所示之圖像1100為S208中產生之檢查界面之圖像。小視窗1101為設定於檢查界面之圖像1100之小視窗之例。圖11B所示之直方圖1102為圖像1100之小視窗內之亮度之直方圖，橫軸為亮度值、縱軸為小視窗內之各亮度值之像素數。此處，根據標準偏差決定包含取得直方圖之波峰(最大頻度)之亮度值M之亮度範圍W。圖11C所示之像質轉換表1103為算出之像質轉換表之一例。橫軸為轉換前之亮度值，縱軸為轉換後之亮度值。於本實施形態中，表示選擇之亮度範圍W之外側進行線性轉換，在亮度範圍W內進行1104與1105之轉換。亦即，像質轉換表為非線性地轉換之表。即便藉由2種轉換係數，產生2張像質轉換圖像並輸出，亦可統合為1張圖像並輸出。
以上說明之像質轉換表之輸入與輸出之亮度範圍(灰階寬度)可相同亦可不同。例如，可將8位元(bit)之範圍之值以將特定灰階強調為8位元(bit)之範圍之方式進行轉換，亦可自具有更大之10位元(bit)～16位元(bit)之灰階範圍之亮度解析度高之反射波，維持其解析度、且壓縮灰階之邊緣。又，設定於圖像之小視窗可與全測定區域相同。
另一方面，亦可不設定小視窗，活用設計資料(佈局資料)而群組化。此處，像質轉換表不限於2個，可具有複數種。
＜硬體構成＞ 圖12係顯示超音波檢查裝置之處理部等之硬體構成之圖。 圖12所示之計算機1200為圖1所示之處理部20(信號處理部7、整體控制部8)、使用者介面部17、記憶部19之實現形態之一者。再者，各部亦可藉由複數個計算機1200實現。例如，可藉由複數個計算機1200進行並行計算。又，亦可包含具備使用者介面部17之平板計算機。
計算機1200具有：記憶體1201、處理器1202、HD(Hard Disk，硬碟)等記憶裝置1203、NIC(Network Interface Card網路介面卡)等通訊部1204、及使用者介面部1205等。再者，作為處理器之一例而考量CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)，亦可為其他半導體元件，只要為執行特定之處理之主體即可。
而且，記憶於記憶裝置1203之程式載入記憶體1201，被載入之程式藉由處理器1202執行。藉此，圖1所示之圖像產生部71、缺陷檢測部72、資料輸出部73、參數設定部74、整體控制部8之各功能具體化。記憶裝置1203可對應於圖1之記憶部19。又，雖然圖示省略，但計算機1200可具有顯示器、觸控面板、滑鼠、鍵盤作為使用者介面部17。
本實施形態之超音波檢查裝置100具有如下之機構：對於自複雜、且具有多層構造之被檢查體獲得之各測定點之超音波反射波，將藉由一次探針掃描而批次取得之各測定點之超音波反射波於接收時間方向、且於方位方向進行分割，就每一相同之接收時間區域、且每一相同之方位空間區域，根據自所含之超音波反射強度適合地算出像質轉換表，基於像質轉換表將超音波反射強度予以轉換而產生圖像。又，具有如下機構：就每一接收時間區域、且每一方位空間區域特定缺陷，在產生之圖像內，就每一接收時間區域著色地顯示缺陷。藉此，產生自獲得之超音波之反射強度大小各異且動態範圍較廣之信號轉變至較窄之動態範圍而將檢查區域整體高對比度化之檢查圖像，而可進行反射強度微弱之微小缺陷之檢測。
先前，於以半導體電子零件為對象之超音波檢查中，因內部構造之積層化，從而檢查界面之圖像亦增大。就每一檢查界面重複進行焦點位置調整、以探針對檢查區域進行掃描，雖可實現高感度檢查，但資料取得時間增大成為課題。根據本實施形態之超音波檢查裝置100，對於具有具備複數個檢查界面之多層構造之被檢查體，可由藉由一次探針掃描而批次取得之超音波反射波，進行各檢查界面之缺陷之高感度檢測。藉此，可謀求兼顧檢查處理之高速化與檢查之高感度化。
以上說明之本實施形態之超音波檢查裝置具有如下之特徵。 一種超音波檢查裝置100，其以超音波探頭(例如，超音波探針2)掃描被檢查體400之表面，自超音波探頭向被檢查體400出射超音波，接收自被檢查體400返回之反射波，基於接收到之反射波，檢查被檢查體400之內部狀態。超音波檢查裝置100之處理部20受理使用者設定之第1接收時間區域即第1閘(例如，S閘)與第2接收時間區域即第2閘(例如，F閘)(圖5之S120)，對掃描超音波探頭而自被檢查體之複數個測定點獲得之反射信號，基於第1閘進行接收時間軸方向之修正(圖5之S104)，基於第2閘自接收時間修正後之反射信號擷取來自檢查界面之反射信號(S105)。
處理部20將擷取出之反射信號群組化成複數個群組(S107)，就每一群組將正常部之反射強度推定為基準反射強度(S108)，基於推定出之基準反射強度，算出將反射強度非線性地轉換之像質轉換表(S109)，依照像質轉換表將各群組內之反射信號進行轉換(S110)，將經轉換之反射強度與轉換後之基準反射強度進行比較而擷取缺陷(S111)。
可根據在各群組內轉換之反射強度而產生檢查界面之圖像(S114)，並輸出將擷取出之缺陷顯示於檢查界面之圖像上之缺陷圖(S115)。根據本實施形態之超音波檢查裝置，對於具備具有複數個檢查界面之多層構造之被檢查體，可由藉由一次探針掃描而批次取得之超音波反射波，進行各檢查界面之缺陷之高感度檢測。
反射信號之群組化可基於接收時間區域、及方位空間區域之任一者或兩者而進行(參照圖8、圖9)。
第2閘為含有複數個界面之反射波之1個時間範圍(參照圖6)。
自第2閘產生之檢查圖像及缺陷圖為1張，缺陷係對應於基於接收時間區域而群組化之群組而著色之缺陷圖。於圖6中，藉由受理將較廣之時間寬度之F閘設定為1個，將在F閘內檢測出之缺陷如圖13所示般相應於發生之深度而改變顯示方法，並重疊顯示於1張缺陷圖上，藉此可減少使用者進行F閘設定所需之時間。
例如，於接合界面為2個時，於先前方法中，需要使用者自第一參考波推定來自各界面之反射波之發生時間，以包含來自界面之反射波、且不包含其他界面之反射波之方式，設定F閘之開始時間與時間寬度。然後，需要重複如下之作業：目視確認基於設定之2個閘而產生之界面F1與界面F2之圖像，在無法獲得所期望之圖像時F閘之再調整。
相對於此，於本實施形態中，以覆蓋複數個界面之反射波之方式粗略地設定閘。又，因缺陷圖為1張，將時間區域與空間區域上之缺陷之發生狀況同時可視化，故可減少使用者進行缺陷檢測結果之確認或解析所需之時間。
由檢測出之缺陷組成之缺陷圖，重疊顯示於強度轉換前之檢查界面之圖像、強度轉換後之檢查界面之圖像、藉由其他方法像質轉換之檢查界面之圖像(參照圖13)。
於第2實施形態之超音波檢查裝置中，處理部20可將擷取到之反射信號就自方位方向之一定距離內之測定點獲得之複數個反射波每一者而群組化(圖10之S209)，就每一群組，將正常部之反射強度推定為基準反射強度(參照圖11之亮度值M)，基於推定出之基準反射強度算出將反射強度非線性地轉換之像質轉換表(S210)，依照像質轉換表將各群組內之反射信號予以轉換(S211)，將所轉換之反射強度與轉換後之基準反射強度、或事先設定之臨限值進行比較而擷取缺陷(S213)，根據在各群組內所轉換之反射強度產生檢查界面之圖像(S114)，輸出將擷取到之缺陷顯示於檢查界面之圖像上之缺陷圖(S115)。
反射信號之像質轉換表為1種或複數種，獲得之強度轉換後之圖像及缺陷圖為1張。根據本實施形態，因缺陷圖為1張，將時間區域與空間區域上之缺陷之發生狀況同時可視化，故可減少使用者進行缺陷檢測結果之確認或解析所需之時間。
1:檢測部 2:超音波探針(超音波探頭) 3:探傷器 4:反射波 5:試料 6:A/D轉換器 7:信號處理部 8:整體控制部 10,401:座標系 11:掃描台 12:水槽 13:掃描器 14:水 15:保持具 16:機械式控制器 17:使用者介面部 19:記憶部 20:處理部 22:纜線 31:脈衝信號 32:反射波 33:RF信號 40:印刷配線基板 41:焊料球 42:半導體元件 43,45:晶片 44:接合部 46:中介層基板 47:凸塊層 48:樹脂 49:超音波 50,51:接合界面 52,53:超音波束 54,55:反射波 60~65:反射信號波形 66b:閘(第1閘、S閘) 67a,68a:矩形 67b:閘(第2閘、F閘) 70,70A:反射信號波形 71:圖像產生部 72:缺陷檢測部 73:資料輸出部 74:參數設定部 80:構造 81,82,91,92:反射信號波形 80a,80b:接合界面 81a,81b,82a,82b:群組 100:超音波檢查裝置 400:被檢查體 1100:圖像 1101:小視窗 1102:直方圖 1103:像質轉換表 1200:計算機 1201:記憶體 1202:處理器 1203:記憶裝置 1204:通訊部 1205:使用者介面部 1300:圖像(強度轉換前之檢查界面之圖像) 1301:圖像(強度轉換後之檢查界面之圖像) 1302:圖像(缺陷圖) F1,F2:界面 M:亮度值 W:亮度範圍 X,Y,Z:軸 XY1,XY2:構造物 Z1,Z2:時間區域 α1,α2,β1,β2:算出之正常部之偏差
圖1係顯示第1實施形態之超音波檢查裝置之構成之方塊圖。 圖2係顯示第1實施形態之超音波檢查裝置之檢測部之構成之圖。 圖3係顯示第1實施形態之被檢查體之一例即具有多層構造體之半導體封包之縱向構造之示意圖。 圖4係顯示自第1實施形態之檢查對象即具有複數個接合界面之被檢查體藉由焦點位置之不同而獲得之反射信號之例之圖。 圖5係顯示第1實施形態之超音波檢查方法之處理程序之流程圖。 圖6係顯示第1實施形態之因缺陷之產生深度與焦點位置之不同所致之反射信號之行為之例之圖。 圖7係顯示第1實施形態之來自界面之反射信號之接收時間偏移之修正之例之圖。 圖8係顯示第1實施形態之反射波之群組化與強度之正常範圍設定之例之圖。 圖9係顯示第1實施形態之群組內之像質轉換與缺陷判定處理之概要之一例之圖。 圖10係顯示第2實施形態之超音波檢查方法之處理程序之流程圖。 圖11A係顯示第2實施形態之圖像與小視窗之關係之圖。 圖11B係顯示小視窗內之亮度之直方圖之圖。 圖11C係顯示像質轉換表之一例之圖。 圖12係顯示超音波檢查裝置之處理部等之硬體構成之圖。 圖13係顯示實施形態之缺陷檢測結果與缺陷圖之輸出例之圖。

Claims (14)

  1. 一種超音波檢查裝置，其特徵在於，其係以超音波探頭掃描被檢查體之表面，自前述超音波探頭向被檢查體出射超音波，接收自前述被檢查體返回之反射波，基於前述接收到之反射波而檢查前述被檢查體之內部狀態者，且 前述超音波檢查裝置之處理部 受理由使用者設定之第1接收時間區域即第1閘與第2接收時間區域即第2閘，基於前述第1閘，對掃描前述超音波探頭而自被檢查體之複數個測定點獲得之反射信號進行接收時間軸方向之修正，基於前述第2閘，自接收時間修正後之反射信號擷取來自檢查界面之反射信號， 將擷取出之反射信號群組化成複數個群組， 就每一群組，將正常部之反射強度推定為基準反射強度，基於前述推定出之基準反射強度算出將反射強度非線性轉換之像質轉換表，依照前述像質轉換表將各群組內之反射信號予以轉換，將前述經轉換之反射強度與轉換後之前述基準反射強度進行比較而擷取缺陷， 根據在前述各群組內經轉換之反射強度產生檢查界面之圖像，且輸出將前述擷取出之缺陷顯示於檢查界面之圖像上的缺陷圖。
  2. 如請求項1之超音波檢查裝置，其中 前述反射信號之群組化係基於接收時間區域、及方位空間區域之任一者或兩者而進行。
  3. 如請求項1之超音波檢查裝置，其中 前述第2閘為含有複數個界面之反射波之1個時間範圍。
  4. 如請求項1之超音波檢查裝置，其中 自前述第2閘產生之檢查圖像及缺陷圖為1張，缺陷係對應於基於接收時間區域而群組化之群組而著色之缺陷圖。
  5. 如請求項1之超音波檢查裝置，其中 將由前述檢測出之缺陷產生之缺陷圖，重疊並強調顯示於強度轉換前之檢查界面之圖像、強度轉換後之檢查界面之圖像、以其他方法進行像質轉換之檢查界面之圖像。
  6. 一種超音波檢查裝置，其特徵在於，其係以超音波探頭掃描被檢查體之表面，自前述超音波探頭向被檢查體出射超音波，接收自前述被檢查體返回之反射波，基於前述接收到之反射波而檢查前述被檢查體之內部狀態者，且 前述超音波檢查裝置之處理部， 受理由使用者設定之第1接收時間區域即第1閘與第2接收時間區域即第2閘，基於前述第1閘，對掃描前述超音波探頭而自被檢查體之複數個測定點獲得之反射信號進行接收時間軸方向之修正，基於前述第2閘，自接收時間修正後之反射信號擷取來自檢查界面之反射信號， 將擷取出之反射信號就自方位方向之一定距離內之測定點獲得之複數個反射波之每一者予以群組化， 就每一群組，將正常部之反射強度推定為基準反射強度，基於前述推定出之基準反射強度算出將反射強度非線性轉換之像質轉換表，依照前述像質轉換表將各群組內之反射信號予以轉換，將前述經轉換之反射強度與轉換後之前述基準反射強度、或事先設定之臨限值進行比較而擷取缺陷， 根據在前述各群組內經轉換之反射強度產生檢查界面之圖像，且輸出將前述擷取出之缺陷顯示於檢查界面之圖像上的缺陷圖。
  7. 如請求項1至6中任一項之超音波檢查裝置，其中 前述反射信號之前述像質轉換表為1或複數種，獲得之強度轉換後之圖像及缺陷圖為1張。
  8. 一種超音波檢查方法，其特徵在於，其係以超音波探頭掃描被檢查體之表面，自前述超音波探頭向被檢查體出射超音波，接收自前述被檢查體返回之反射波，基於前述接收到之反射波而檢查前述被檢查體之內部狀態者，且具有如下步驟： 受理由使用者設定之第1接收時間區域即第1閘與第2接收時間區域即第2閘，基於前述第1閘，對掃描前述超音波探頭而自被檢查體之複數個測定點獲得之反射信號進行接收時間軸方向之修正，基於前述第2閘，自接收時間修正後之反射信號擷取來自檢查界面之反射信號， 將擷取出之反射信號群組化成複數個群組， 就每一群組，將正常部之反射強度推定為基準反射強度，基於前述推定出之基準反射強度算出將反射強度非線性轉換之像質轉換表，依照前述像質轉換表將各群組內之反射信號予以轉換，將前述經轉換之反射強度與轉換後之前述基準反射強度進行比較而擷取缺陷，根據在前述各群組內經轉換之反射強度產生檢查界面之圖像，且輸出將前述擷取出之缺陷顯示於檢查界面之圖像上的缺陷圖。
  9. 如請求項8之超音波檢查方法，其中 前述反射信號之群組化係基於接收時間區域、及方位空間區域之任一者或兩者而進行。
  10. 如請求項8之超音波檢查方法，其中 前述第2閘為含有複數個界面之反射波之1個時間範圍。
  11. 如請求項8之超音波檢查方法，其中 自前述第2閘產生之檢查圖像及缺陷圖為1張，缺陷係對應於基於接收時間區域而群組化之群組而著色之缺陷圖。
  12. 如請求項8之超音波檢查方法，其中 將由前述檢測出之缺陷產生之缺陷圖，重疊並強調顯示於強度轉換前之檢查界面之圖像、強度轉換後之檢查界面之圖像、以其他方法進行像質轉換之檢查界面之圖像。
  13. 如請求項8之超音波檢查方法，其中 取代將前述擷取出之反射信號群組化成複數個群組之步驟， 而將前述擷取到之反射信號，就自方位方向之一定距離內之測定點獲得之複數個反射波之每一者而群組化。
  14. 如請求項8至13中任一項之超音波檢查方法，其中 前述反射信號之前述像質轉換表為1或複數種，獲得之強度轉換後之圖像及缺陷圖為1張。
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