WO2023282126A1 - 超音波検査装置及び超音波検査方法 - Google Patents

超音波検査装置及び超音波検査方法 Download PDF

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WO2023282126A1
WO2023282126A1 PCT/JP2022/025784 JP2022025784W WO2023282126A1 WO 2023282126 A1 WO2023282126 A1 WO 2023282126A1 JP 2022025784 W JP2022025784 W JP 2022025784W WO 2023282126 A1 WO2023282126 A1 WO 2023282126A1
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ultrasonic
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reflected
reflection intensity
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薫 酒井
茂 大野
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株式会社日立パワーソリューションズ
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    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture

Definitions

  • the present invention relates to a non-destructive inspection apparatus, and in particular, an ultrasonic inspection apparatus and ultrasonic wave that determine the presence or absence of defects such as delamination existing inside an object to be inspected such as an electronic component and visualize the internal state using ultrasonic waves. It relates to an inspection method.
  • a non-destructive inspection method for inspecting defects from an image of an object to be inspected a method of irradiating an object to be inspected with ultrasonic waves and detecting the reflected wave to generate an ultrasonic image to identify defects; There is a method of irradiating the sample with X-rays, detecting the X-rays transmitted through the sample to generate an X-ray image, and identifying defects.
  • the reflection characteristics due to the difference in acoustic impedance are used to detect defects that exist in an object to be inspected that has a multilayer structure.
  • Ultrasonic waves propagate through liquids and solid substances, and reflected waves (echoes) are generated at interfaces and gaps between substances with different acoustic impedances. Reflected waves from defects such as delamination and voids have a higher intensity than reflected waves from areas without defects. , it is possible to obtain an image in which defects existing in the object to be inspected are actualized.
  • the height of the ultrasonic probe that irradiates the object to be inspected and receives the reflected wave is adjusted to the object to be inspected. It is necessary to adjust the focus position so that the ultrasonic beam is most focused on the bonding interface to be inspected (hereinafter referred to as the inspection interface) (hereinafter the focused position is referred to as the focused position).
  • Patent Document 1 An evaluation weight is set for each small region in an ultrasound image generated by ultrasound, and the histogram obtained in the small region is weighted based on the evaluation weight. Find the gain and dynamic range to adjust. The image quality is improved by performing gain adjustment and dynamic range adjustment.
  • Patent Document 1 The method described in Patent Document 1 is intended for medical ultrasonic diagnostic images, and since the region of interest is known in advance, it is possible to set the evaluation weight in advance. In addition, it cannot be set if the attention area cannot be specified in advance. In addition, since the image quality is adjusted based on the luminance histogram of the generated image, it is not possible to emphasize minute signals that are buried in noise during the image conversion stage due to the weak reflection intensity of the ultrasonic waves. there is a possibility.
  • an object of the present invention is to perform non-destructive inspection using ultrasonic waves.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method that enable high-sensitivity detection of defects.
  • an ultrasonic inspection apparatus of the present invention scans the surface of an object to be inspected with an ultrasonic probe, and emits ultrasonic waves from the ultrasonic probe toward the object to be inspected.
  • an ultrasonic inspection apparatus for receiving a reflected wave returning from the object to be inspected and inspecting an internal state of the object based on the received reflected wave, wherein a processing unit of the ultrasonic inspection apparatus is configured so that a user can A first gate that is a first reception time region to be set and a second gate that is a second reception time region are received, and the ultrasonic probe is scanned to acquire data from a plurality of measurement points on the object to be inspected.
  • the reflected signal obtained is corrected in the direction of the reception time axis based on the first gate, and from the reflected signal after the reception time correction, the reflected signal from the inspection interface is extracted based on the second gate.
  • the reflected signals are grouped into a plurality of groups, the reflection intensity of the normal portion is estimated as a reference reflection intensity for each group, and an image quality conversion table for nonlinearly converting the reflection intensity based on the estimated reference reflection intensity is calculated. Then, the reflected signal in each group is converted according to the image quality conversion table, the converted reflection intensity is compared with the converted reference reflection intensity to extract a defect, and the converted reflection intensity is extracted in each group.
  • An image of the inspection interface is generated from the image of the inspection interface, and a defect map in which the extracted defects are displayed on the image of the inspection interface is output. Other aspects of the present invention are described in embodiments below.
  • defects of each inspection interface are obtained from ultrasonic reflected waves collectively obtained by one probe scanning for an object to be inspected having a multilayer structure with a plurality of inspection interfaces. can be detected with high sensitivity.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to a first embodiment
  • FIG. It is a figure which shows the structure of the detection part of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on 1st Embodiment.
  • 1 is a schematic diagram showing a vertical structure of a semiconductor package having a multilayer structure, which is an example of a device under test according to the first embodiment
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of reflected signals obtained from an object to be inspected having a plurality of bonding interfaces according to the first embodiment, depending on the difference in focus position
  • It is a flow chart which shows the processing procedure of the ultrasonic inspection method concerning a 1st embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of behavior of a reflected signal depending on the difference between the defect occurrence depth and the focus position according to the first embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of correction of reception time shift of a reflected signal from an interface according to the first embodiment;
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of grouping of reflected waves and normal range setting of intensity according to the first embodiment;
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an overview of image quality conversion and defect determination processing within a group according to the first embodiment; It is a flowchart which shows the processing procedure of the ultrasonic examination method which concerns on 2nd Embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between an image and a small window according to the second embodiment;
  • FIG. 4 is a diagram showing a histogram of brightness within a small window;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an image quality conversion table;
  • FIG. It is a figure which shows hardware constitutions, such as a process part of an ultrasonic inspection apparatus.
  • 7A and 7B are diagrams showing output examples of a defect detection result and a defect map according to the embodiment;
  • the main object of inspection is an electronic component having a multilayer structure such as an IC chip.
  • an object to be inspected that has a plurality of bonding interfaces with different depths, including fine mechanical parts and circuit patterns, is irradiated with ultrasonic waves in one probe scan, and each bonding is acquired collectively.
  • the present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus, an ultrasonic inspection method, and a program capable of generating an inspection interface image with good visibility over the entire area from ultrasonic reflected waves from the interface and detecting minute defects on each interface.
  • all reflected ultrasonic waves obtained from the measurement region of the object to be inspected are aligned in the time direction by correcting the reception time.
  • Each reflected wave after being aligned in the time direction is grouped by reflected waves that are close in both the reception time direction and the azimuth direction, an image quality conversion table (for example, see FIG. 11C) is generated for each group, and an image quality conversion table is generated.
  • an image within the group is generated from the reflection intensity within the group.
  • each intra-group image is integrated to generate an image of the inspection interface.
  • the ultrasonic wave when an ultrasonic wave is irradiated toward the surface of an object to be inspected, the ultrasonic wave propagates inside the object as a characteristic of the ultrasonic wave. Some of the sound waves are reflected. In particular, it is mostly reflected when there is an air gap. For this reason, by capturing the reflected wave from the desired heterogeneous bonding interface (hereinafter referred to as the inspection interface) and imaging its intensity, an ultrasonic inspection image in which defects such as voids and peeling are manifested is generated. be able to.
  • a "boundary surface" may be called an "interface.”
  • position may be called “place”.
  • detection targets are defects at heterogeneous joint interfaces of multi-layer structures.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 includes a detection unit 1, an A/D converter 6, a processing unit 20 (signal processing unit 7, general control unit 8), a scanner 13, a mechanical controller 16, a user interface unit 17, a storage unit 19, and the like. I have.
  • the detection unit 1 is configured with an ultrasonic probe 2 (ultrasonic probe) and a flaw detector 3 .
  • the flaw detector 3 drives the ultrasonic probe 2 by applying a pulse signal 31 to the ultrasonic probe 2 .
  • the ultrasonic probe 2 driven by the flaw detector 3 generates ultrasonic waves U1, which are transmitted to an object to be inspected (sample 5) through water.
  • a reflected wave U2 is generated from the surface of the sample 5 or the heterojunction interface.
  • the terms "object to be inspected" and "sample” have the same meaning.
  • the ultrasonic waves generated by the ultrasonic probe 2 are called “transmission waves”, and the ultrasonic waves received by the ultrasonic probe 2 are called “reflected waves”. Also, the reflected wave may be appropriately referred to as “ultrasonic reflected wave”.
  • the flaw detector 3 sends the pulse signal 31 to the ultrasonic probe 2 , and the ultrasonic probe 2 converts the pulse signal 31 into ultrasonic waves and impinges them on the sample 5 .
  • the ultrasonic probe 2 receives the reflected wave U2 from the sample 5 and sends it to the flaw detector 3 .
  • the flaw detector 3 converts the reflected wave 32 into an RF (Radio Frequency) signal 33 and sends it to the processing section 20 (control section) via the A/D converter 6 .
  • RF Radio Frequency
  • the processing unit 20 sends a control signal to the mechanical controller 16 in order to scan an appropriate portion of the sample 5 using the ultrasonic probe 2, thereby achieving mechanism control.
  • Automatic control (scanning) of the ultrasonic probe 2 is performed by a system of processing unit 20 ⁇ mechanical controller 16 ⁇ scanner 13 (see FIG. 2) ⁇ ultrasonic probe 2 ⁇ flaw detector 3.
  • FIG. 1 A system of processing unit 20 ⁇ mechanical controller 16 ⁇ scanner 13 (see FIG. 2) ⁇ ultrasonic probe 2 ⁇ flaw detector 3.
  • the reflected wave U2 is received by the ultrasonic probe 2 and received by the flaw detector 3 as a reflected wave 32, subjected to necessary processing, and converted into a reflected intensity signal.
  • this reflection intensity signal is converted into digital waveform data by the A/D converter 6 and input to the signal processing section 7 .
  • the transmission and reception of the ultrasonic waves are performed by sequentially scanning the inspection area on the sample 5 .
  • the signal processing unit 7 is a processing unit that processes the reflection intensity signal A/D-converted by the A/D converter 6 to detect internal defects of the sample 5 .
  • the signal processing section 7 includes an image generation section 71, a defect detection section 72, a data output section 73, a parameter setting section 74, and the like.
  • the image generator 71 performs signal processing, which will be described later, on the waveform data input from the A/D converter 6 to the signal processor 7 . Through this processing, the image generator 71 generates an inspection image (inspection interface image) of each bonded interface of the sample 5 from the digital waveform data.
  • the defect detection unit 72 performs processing described later in the image of the inspection interface generated by the image generation unit 71 to detect defects such as delamination and voids.
  • the data output unit 73 also generates data to be output as inspection results, such as information on individual defects detected by the defect detection unit 72 and cross-sectional observation images, and outputs the data to the overall control unit 8 .
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the detection unit 1 of the ultrasonic inspection apparatus 100.
  • a coordinate system 10 indicates a coordinate system of three orthogonal XYZ axes.
  • the detection unit 1 has a scanner table 11 and a water tank 12 provided on the scanner table 11 .
  • the detection unit 1 also has a scanner 13 that is movable in the XYZ directions and is provided on the scanner table 11 so as to straddle the water tank 12 .
  • the scanner table 11 is a base installed substantially horizontally (a plane parallel to the XY plane).
  • the Z-axis is the axis along the direction of gravity.
  • a water tank 12 is filled with water 14 up to a height indicated by a solid line, and a sample 5 is placed at the bottom (in water) of the water tank 12 .
  • the sample 5 is an electronic component, which is mainly a semiconductor package product and includes a multi-layered structure inside.
  • the water 14 is a medium necessary for efficiently propagating the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic probe 2 inside the sample 5 .
  • the ultrasonic probe 2 transmits ultrasonic waves to the sample 5 from the ultrasonic wave emitting part at the lower end and receives the reflected waves returned from the sample 5 .
  • the ultrasonic probe 2 is attached to a holder 15 and is freely movable in XYZ directions by a scanner 13 driven by a mechanical controller 16 . As a result, the ultrasonic probe 2 moves in the X and Y directions and receives reflected waves from one or more bonding interfaces of the sample 5 previously accepted by the user (or selected by the signal processing unit 7). , a two-dimensional image of the joint interface within the measurement area (XY plane) can be obtained and defects can be detected.
  • the ultrasonic probe 2 is connected via a cable 22 to a flaw detector 3 that converts reflected waves into reflected intensity signals.
  • the two-dimensional image obtained by the ultrasonic inspection apparatus 100 is a cross-sectional image parallel to the XY plane at the depth Z.
  • "a cross section along the aaa plane” may be abbreviated as a cross section [aaa].
  • a cross section along the XY plane is "cross section [XY]".
  • the image generator 71 generates an image from digital data obtained from the A/D converter 6 .
  • the digital data is received from the user and returned from the surface and each joint interface in the measurement area [XY] of the sample 5, and the reflected waves received by the ultrasonic probe 2 are converted into A/D It is a conversion.
  • the defect detection unit 72 processes the image generated by the image generation unit 71 to expose or detect internal defects.
  • the data output unit 73 outputs inspection results obtained by exposing or detecting internal defects in the defect detection unit 72 .
  • the parameter setting unit 74 receives parameters such as measurement conditions input from the outside (for example, a user who operates the user interface unit 17 ), and sets the parameters to the image generation unit 71 and the defect detection unit 72 .
  • parameters such as measurement conditions input from the outside (for example, a user who operates the user interface unit 17 )
  • setting information of the parameter setting unit 74 in the signal processing unit 7 is stored in the storage unit 19 .
  • the overall control unit 8 accepts parameters (equivalent to postoperative conditions) and the like from the user. Also, the general control section 8 is connected to the user interface section 17 and the storage section 19 .
  • the user interface unit 17 highlights the defect locations detected by the signal processing unit 7 on the inspection interface image, and displays information such as the number of defects and the coordinates and dimensions of each defect.
  • the storage unit 19 stores the feature amounts and images of defects detected by the signal processing unit 7 .
  • the mechanical controller 16 drives the scanner 13 based on control commands from the general control section 8 .
  • the signal processing unit 7, the flaw detector 3, etc. are also driven by commands from the general control unit 8. FIG.
  • the hardware configuration of the signal processing unit 7, overall control unit 8, and mechanical controller 16 will be described later using FIG.
  • the signal processing unit 7, overall control unit 8, and mechanical controller 16 may be separate hardware as shown in FIG. 1, or may be integrated into common hardware.
  • the signal processing section 7 and the overall control section 8 may be integrated into common hardware without integrating the mechanical controller 16 .
  • hardware that includes or integrates at least one of the signal processing unit 7, overall control unit 8, and mechanical controller 16 may be simply referred to as a "controller" regardless of whether or not it is integrated. .
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a vertical structure of a semiconductor package having a multilayer structure, which is an example of a device under test according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows an object 400 to be inspected, which is an example of the sample 5 .
  • An object 400 to be inspected is an electronic component having a multi-layered structure, which is the main object to be inspected, and the diagram schematically shows the vertical structure of the electronic component.
  • a coordinate system 401 indicates a coordinate system of three orthogonal axes of XYZ.
  • a coordinate system 401 is similar to the coordinate system 10 in FIG.
  • a device under test 400 has a semiconductor device 42 bonded onto a printed wiring board 40 in the lowermost layer via solder balls 41 .
  • the semiconductor device 42 has a plurality of chips (here, two chips 43 and 45) stacked therein, and the chips are joined by a joint portion 44 which is a TSV (Through Silicon Via).
  • the chip and the interposer substrate 46 are produced by bonding via a bump layer 47 which is a microbump. Mold underfilling is performed to seal the periphery of the microbump with a liquid sealing material (underfill, black part in the figure), and overmolding is performed to seal the whole with resin 48 (shaded part in the figure). are carried out and protected from the outside.
  • the ultrasonic wave 49 When the ultrasonic wave 49 is incident from the surface side (upper side in the drawing) of the object 400 to be inspected, the ultrasonic wave 49 propagates inside the object 400 to be inspected. The ultrasonic wave 49 is reflected at the surface of the resin 48, the joint 44 with the chips 43 and 45, the bump layer 47, and other places with different acoustic impedances. received.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of reflected signals obtained by different focus positions from an inspection object having a plurality of bonding interfaces, which is an inspection object according to the first embodiment.
  • FIG. 4 there is shown a problem of ultrasonic inspection of an object to be inspected which has a multi-layered structure and has a plurality of joint interfaces requiring highly sensitive inspection. It should be noted that hereinafter, when the subject is omitted, the signal processing unit 7 is the subject of processing.
  • the bonding interfaces 50 and 51 in FIG. 4 are schematic representations of the bonding portion 44 and the bump layer 47 of the device under test 400 shown in FIG.
  • Ultrasonic beams 52 and 53 indicate ultrasonic beams emitted from the ultrasonic probe 2 (see FIG. 1) toward the object to be inspected.
  • the position is adjusted.
  • the ultrasonic beam 53 is in a state in which the ultrasonic probe 2 is lowered in the Z direction (probe movement) and the focus position is adjusted between the bonding interface 50 and the bonding interface 51 ( ⁇ in the right diagram of FIG. 4).
  • the reflected waves 54 and 55 are the ultrasonic beams 52 and 53 in the states of the respective focus positions, and are the reflected waves obtained from the bonding interface 50 .
  • the reflection intensity of the reflected wave 55 is smaller than the reflection intensity of the reflected wave 54, indicating that the image of the inspection interface generated based on the reflection intensity also has a low contrast.
  • a plurality of inspection interface images are collectively generated by a small number of probe scans, and a minute defect is detected from each generated inspection interface image.
  • FIG. 5 is a flow chart showing the processing procedure of the ultrasonic inspection method according to the first embodiment. Please refer to FIG. 1 accordingly.
  • the detection unit 1 irradiates an object to be inspected (sample 5) with ultrasonic waves and acquires a first reference wave, which is a reflected wave (S101).
  • a first reference wave is acquired from an arbitrary position within the measurement area. Note that the first reference wave may be obtained from at least one point in the XY plane in the measurement area.
  • the acquired first reference wave is displayed on the user interface section 17 (display section).
  • the processing unit 20 receives setting conditions for generating an inspection interface image, which will be described later, based on the first reference wave (S120). The reception is performed by the user who visually recognizes the first reference wave and inputs the setting condition to the user interface unit 17 (S121).
  • the setting conditions include, for example, a first gate, S gate (time range, intensity threshold), a second gate, F gate (time range) for generating an inspection interface image, which will be described later. and the polarity of the reflected wave to generate the image. Note that the setting conditions are an example of the parameters described above.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the behavior of the reflected signal due to the difference between the depth of defect occurrence and the focus position according to the first embodiment.
  • Reflected signal waveforms 60 to 65 are reflected waves obtained from the sample 5 consisting of two bonded interfaces.
  • interface F2 the focus position on the lower bonding interface
  • the reflection signal waveforms 62 and 63 in the middle are the focus positions between the two bonding interfaces (interfaces F1 and F2).
  • reflected wave of Reflected signal waveforms 60, 62 and 64 in the left column are defects present at the interface F1
  • reflected signal waveforms 61, 63 and 65 in the right column are defects present at the interface F2.
  • a solid-line rectangle 67a is the reception time of the reflected wave from the defect on the interface F1
  • a broken-line rectangle 68a is the reception time of the reflected wave from the defect on the interface F2.
  • the focus position is set to a state like the reflected signal waveforms 62 and 63 in the middle row, the first reference wave is acquired and displayed, and setting conditions from the user are accepted.
  • the gate 66b in the reflected signal waveform 62 or reflected signal waveform 63 is an S gate for detecting the reflected wave from the surface, and the gate 67b is for detecting the reflected wave from the bonding interface and generating an image of the inspection interface.
  • the user sets the number of bonding interfaces to "2" and the polarity to "-".
  • one F gate with a wide time width is set so as to cover the reception time of the reflected waves from both interfaces F1 and F2. It is also possible to set an F gate for each junction interface.
  • the processing unit 20 acquires reflected ultrasonic waves from each measurement point while scanning the measurement area based on the conditions accepted in S120 (S102).
  • a reflected wave from the surface (hereinafter referred to as a surface echo) that exceeds the height is detected (S103).
  • the processing unit 20 adjusts the time of the reflected wave based on the detected reception time of the surface echo (S104). That is, the processing unit 20 aligns each reflected wave with the surface echo of the first reference wave so that the surface echo of each reflected wave coincides on the time axis, and the reflected wave with the time width set by the F gate ( Interface echo) is extracted (S105).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of correction of the reception time shift of the reflected signal from the interface according to the first embodiment.
  • FIG. 7 shows an example of the reflected signal waveform.
  • a reflected signal waveform 70 is an interface echo of reflected waves obtained from four measurement points (a reflected wave in the F gate is cut out), and has variations in the time direction.
  • a reflected signal waveform 70A is an interface echo extracted from the reflected wave adjusted based on the reception time lag of the surface echo. The reception time is adjusted based on the surface echo, but it is also possible to adjust the time based on a specific local peak within the F gate.
  • the processing unit 20 determines whether or not the processing of the total reflected waves in the measurement area has ended (S106). If there is (S106 ⁇ Yes), the process proceeds to S107.
  • the processing unit 20 divides the obtained interfacial echoes of the entire measurement area into groups according to the time domain/spatial domain (grouping).
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of grouping of reflected waves and normal range setting of intensity according to the first embodiment.
  • FIG. 8 shows an example of the grouping.
  • Structure 80 outlines the structure of Sample 5; There are two bonding interfaces 80a and 80b having different depths (in the Z direction) inside. It also shows that there are two types of structures XY1 and XY2 in the azimuth space (XY plane).
  • interface echoes are grouped into two groups for the time domain, namely, the bonding interfaces 80a and 80b, and three groups for the spatial domain, the structures XY1, XY2, and others.
  • Reflected signal waveform 81 is an example of grouping the area of structure XY1 into time areas Z1 and Z2 (groups 81a and 81b).
  • reflected signal waveform 82 is an example of grouping the area of structure XY2 into time areas Z1 and Z2.
  • An example (groups 82a and 82b) is shown. The number of divisions of the time domain is assumed to correspond to the number of bonding interfaces of the conditions accepted in S120 (see FIG. 5).
  • the processing unit 20 estimates the reflected wave of the normal portion (not the reflected wave of the defective portion) and the normal variation in each group (S108).
  • Reflected waves within the group may also include reflected waves from defects, so for the normal part, the average or median value of the reflected waves within the group may be adopted, or from the maximum intensity histogram A value that takes the maximum frequency may be used.
  • the variation is obtained based on the standard deviation of the maximum intensity histogram. .alpha.1, .alpha.2, .beta.1, and .beta.2 in FIG. 8 indicate the calculated variations in the normal portion.
  • the processing unit 20 calculates an image quality conversion table for improving image quality and making defects visible (S109).
  • the image quality conversion table is a table that non-linearly converts reflection intensity.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of an overview of image quality conversion and defect determination processing within a group according to the first embodiment.
  • coefficients set in the image quality conversion tables of groups 81a, 81b, 82a, and 82b are indicated by up and down arrows ( ⁇ ).
  • ⁇ up and down arrows
  • an example is shown in which the coefficient for extending the reflection intensity in each group is set by the gain, but a coefficient having logarithmic or exponential characteristics may be used.
  • the processing unit 20 performs image quality conversion by converting the total reflection intensity value using the coefficient set in the image quality conversion table (S110).
  • the reflected wave at the measurement point is compared with the normal portion reflected wave (estimated value) that has undergone image quality conversion in the same manner, and portions where the difference is greater than a preset threshold value are extracted as defects (S111).
  • Reflected signal waveforms 91 and 92 in FIG. 9 described above are the differences between the reflected waves of the reflected signal waveforms 81 and 82 and the reflected waves from the normal portion after image quality conversion.
  • a uniform threshold value is set to show that defects are detected from the interfaces F1 and F2.
  • the processing unit 20 extracts from each reflected wave a representative value for generating an image whose image quality is improved by image quality conversion (S112).
  • the representative value may be the maximum intensity value in the F gate of the reflected wave at each measurement point, or the maximum intensity from the number of interfaces in the F gate (here, two time regions Z1 and Z2). You may
  • the processing unit 20 determines whether or not all groups have finished (S113), and if not (S113 ⁇ No), returns to S108, and if finished (S113 ⁇ Yes), proceeds to S114.
  • the processing unit 20 reconstructs an image of the entire measurement area subjected to image quality conversion using the extracted representative value (S114).
  • one representative value is set in S112
  • one image in which the interface F1 and the interface F2 are integrated is generated, and when the representative value is generated from each time region, an image for each interface is generated. be.
  • the processing unit 20 generates a defect map by emphasizing (coloring, etc.) the defects detected in S111 on the reconstructed image of the measurement area after image quality conversion (S115).
  • the representative value is set to 1 in S112, and finally, the defect detected in S111 is emphasized (eg, colored) on the reconstructed image after image quality conversion.
  • defects are displayed in different colors for each detected group (depth).
  • depth When reconstructed into an image for each interface in the F gate, the defect is highlighted on each reconstructed image.
  • FIG. 13 is a diagram showing an output example of defect detection results and defect maps according to the embodiment.
  • An image 1300 is the result of comparing the reflection intensity of the inspection interface before image quality conversion with the estimated normal part reflection intensity
  • an image 1301 is the result of image quality conversion and comparison. Defects with different depths exist in the area surrounded by circles, but the defects become apparent by converting the image quality.
  • An image 1302 is a defect map in which the detected defects are superimposed on the inspection interface image after image quality conversion, with hatch patterns changed according to the reception time (that is, depth). Defects can be confirmed at a glance.
  • grouping according to the spatial region of the reflection intensity is performed based on the difference in structures in the space in the azimuth direction (XY plane), and an example of generating the image quality conversion table has been shown.
  • the image quality conversion table may be generated dynamically.
  • FIG. 10 is a flow chart showing a processing procedure of an ultrasonic inspection method according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is the same as the process of extracting the interface echo from the reflected waves of the entire measurement area from S101, S120, S102 to S105 of FIG. 5 by the F gate. Description of the same processing is omitted.
  • the processing unit 20 after extracting the interface echo (S105), the processing unit 20 extracts the representative value (S206) in the same manner as in S112. The processing unit 20 determines whether or not the processing of the total reflected wave within the measurement region has ended (S207). Yes) goes to S208.
  • the processing unit 20 generates an inspection interface image in which the representative value is the luminance value of the image. You can just leave it as an array in memory. This is, of course, the interface inspection image (data array) based on the representative value of the reflected intensity of the ultrasound within the F gate before image quality conversion.
  • the processing unit 20 sets a small window on the generated inspection image (S209), and dynamically calculates an image quality conversion table based on the distribution of luminance values within the small window (S210).
  • the processing unit 20 converts the luminance value of each pixel in the small window based on the calculated image quality conversion table (S211). Then, the processing unit 20 moves the small window on the inspection image (S212), and performs defect detection processing by setting a threshold on the image whose image quality has been converted (S213).
  • the processing unit 20 determines whether or not the processing within all images has been completed (S214). If the processing within all images has not been completed (S214 ⁇ No), the process returns to S209. S214 ⁇ Yes) proceeds to S114.
  • the processing unit 20 generates an image of the entire inspection interface from the transformed images within each small window (S114). Finally, the processing unit 20 generates a defect map by emphasizing (coloring, etc.) the defects detected in S213 on the reconstructed image of the measurement region after image quality conversion (S115). The defect is highlighted on the image of the interface to be inspected before image quality conversion generated in S208.
  • defect highlighting is displayed superimposed on either the image before image quality conversion or the image after image quality conversion. It is also possible to superimpose the output on deconvolution processing or the like that removes the factor of image deterioration due to the spread of the ultrasonic beam.
  • FIG. 11A is a diagram showing the relationship between an image and small windows according to the second embodiment.
  • FIG. 11B is a diagram showing a histogram of brightness within a small window.
  • FIG. 11C is a diagram showing an example of an image quality conversion table. An example of a method for calculating image quality conversion coefficients according to the second embodiment is shown with reference to FIGS. 11A to 11C.
  • An image 1100 shown in FIG. 11A is an image of the inspection interface generated in S208.
  • Small window 1101 is an example of a small window set in image 1100 of the inspection interface.
  • a histogram 1102 shown in FIG. 11B is a histogram of luminance within the small window of the image 1100, where the horizontal axis is the luminance value and the vertical axis is the number of pixels of each luminance value within the small window.
  • the luminance range W including the luminance value M having the peak (maximum frequency) of the histogram is determined from the standard deviation.
  • An image quality conversion table 1103 shown in FIG. 11C is an example of a calculated image quality conversion table.
  • the horizontal axis is the luminance value before conversion
  • the vertical axis is the luminance value after conversion.
  • linear transformation is performed outside the selected luminance range W
  • transformations 1104 and 1105 are performed within the luminance range W.
  • FIG. That is, the image quality conversion table is a table for nonlinear conversion. It is also possible to generate and output two image quality-converted images using two types of conversion coefficients, or to integrate them into one image and output them.
  • the input and output luminance ranges (gradation widths) of the image quality conversion table described above may be the same or different. For example, it is possible to convert a value in the 8-bit range to an 8-bit range so as to emphasize a specific gradation. It is also possible to compress the gradation range while maintaining . Also, the small window set in the image may be the same as the entire measurement area.
  • design data layout data
  • design data layout data
  • number of image quality conversion tables is not limited to two, and it is possible to have a plurality of types.
  • FIG. 12 is a diagram showing a hardware configuration such as a processing section of the ultrasonic inspection apparatus.
  • a computer 1200 shown in FIG. 12 is one of implementation forms of the processing unit 20 (the signal processing unit 7 and the overall control unit 8), the user interface unit 17, and the storage unit 19 shown in FIG. Note that each unit may be implemented by a plurality of computers 1200 . For example, a plurality of computers 1200 may perform parallel computation.
  • a tablet computer having the user interface unit 17 may also be included.
  • the computer 1200 has a memory 1201, a processor 1202, a storage device 1203 such as an HD (Hard Disk), a communication unit 1204 such as a NIC (Network Interface Card), a user interface unit 1205, and the like.
  • a CPU Central Processing Unit
  • a GPU Graphics Processing Unit
  • other semiconductor devices may be used as long as they are the subject that executes predetermined processing.
  • the program stored in the storage device 1203 is loaded into the memory 1201, and the loaded program is executed by the processor 1202.
  • This implements the functions of the image generation unit 71, the defect detection unit 72, the data output unit 73, the parameter setting unit 74, and the overall control unit 8 shown in FIG.
  • the storage device 1203 can also correspond to the storage unit 19 in FIG.
  • the computer 1200 may have a display, a touch panel, a mouse, and a keyboard as the user interface unit 17 .
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 obtains ultrasonic reflected waves at each measurement point obtained from an object having a complicated and multi-layered structure in a single probe scan.
  • the wave is divided in the reception time direction and the azimuth direction, and for each of the same reception time region and the same azimuth space region, an image quality conversion table is adaptively calculated from the included ultrasonic wave reflection intensity, and is stored in the image quality conversion table. Based on this, it has means for transforming the ultrasound reflection intensity to generate an image.
  • the apparatus also has means for specifying defects for each reception time domain and for each azimuth space domain, and displaying the defects in the generated image by differentiating colors for each reception time domain.
  • a signal with a wide dynamic range and a wide range of reflected intensities of ultrasonic waves can be converted to a narrower dynamic range to generate an inspection image in which the entire inspection area is highly contrasted, enabling the detection of microscopic defects with weak reflected intensities. becomes possible.
  • a high-sensitivity inspection can be realized by repeatedly adjusting the focus position for each inspection interface and scanning the inspection area with a probe, but the problem is that the data acquisition time increases.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 of the present embodiment for an object having a multilayer structure with a plurality of inspection interfaces, defects at each inspection interface are identified from ultrasonic reflected waves collectively acquired by one probe scanning. Highly sensitive detection is possible. As a result, it is possible to achieve both high-speed inspection processing and high-sensitivity inspection.
  • the ultrasonic inspection apparatus of this embodiment described above has the following features.
  • An ultrasonic probe (for example, the ultrasonic probe 2) scans the surface of the object to be inspected 400, emits ultrasonic waves from the ultrasonic probe toward the object to be inspected 400, and reflects back from the object to be inspected 400.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 receives waves and inspects the internal state of an object 400 to be inspected based on the received reflected waves.
  • the processing unit 20 of the ultrasonic inspection apparatus 100 has a first gate (for example, S gate) that is a first reception time region set by the user and a second gate (for example, F gate) that is a second reception time region. Gate) is received (S120 in FIG.
  • the reflection signals obtained from a plurality of measurement points of the object to be inspected by scanning the ultrasonic probe are corrected in the reception time axis direction based on the first gate.
  • the reflected signal from the inspection interface is extracted based on the second gate from the reflected signal after the reception time correction (S105).
  • the processing unit 20 groups the extracted reflected signals into a plurality of groups (S107), estimates the reflection intensity of the normal portion as a reference reflection intensity for each group (S108), and calculates the reflection intensity based on the estimated reference reflection intensity. is calculated (S109), the reflection signal in each group is converted according to the image quality conversion table (S110), and the converted reflection intensity is compared with the reference reflection intensity after conversion to determine the defect is extracted (S111).
  • An image of the inspection interface is generated from the reflection intensity converted within each group (S114), and a defect map displaying the extracted defects on the image of the inspection interface can be output (S115).
  • the ultrasonic inspection apparatus of the present embodiment for an object to be inspected having a multilayer structure with a plurality of inspection interfaces, the height of defects at each inspection interface is determined from the ultrasonic reflected waves collectively acquired by one probe scanning. Sensitive detection is possible.
  • Grouping of reflected signals can be based on either or both of the reception time domain and the azimuth space domain (see FIGS. 8 and 9).
  • the second gate is one time range that includes reflected waves from multiple interfaces (see FIG. 6).
  • the defect is a defect map color-coded according to groups grouped based on the reception time region.
  • FIG. 6 one setting of F gate with a wide time width is accepted, and defects detected in the F gate are displayed on one defect map by changing the display method according to the depth of occurrence as shown in FIG. By overlapping the display, it is possible to reduce the time required for the user to set the F gate.
  • the user estimates the generation time of the reflected wave from each interface from the first reference wave, includes the reflected wave from the interface, and the reflected wave from another interface. It is necessary to set the start time and time width of the F gate so as not to include . Then, it is necessary to visually check the images of the interface F1 and the interface F2 generated based on the two set gates, and if the desired image is not obtained, it is necessary to repeat the work of readjusting the F gate. rice field.
  • the gates are only set roughly so as to cover reflected waves from multiple interfaces.
  • the occurrence of defects in the time domain and the spatial domain can be visualized at the same time, so it is possible to reduce the time required for the user to check and analyze the defect detection results.
  • the defect map of the detected defects is superimposed and highlighted on the image of the inspection interface before intensity conversion, the image of the inspection interface after intensity conversion, and the image of the inspection interface after image quality conversion by another method (Fig. 13). reference).
  • the processing unit 20 groups the extracted reflected signals for each of a plurality of reflected waves obtained from measurement points within a certain distance in the azimuth direction (S209 in FIG. 10).
  • the reflection intensity of the normal portion is estimated as the reference reflection intensity (see luminance value M in FIG. 11), and an image quality conversion table for nonlinearly converting the reflection intensity is calculated based on the estimated reference reflection intensity (S210).
  • the reflection signal in each group is converted according to the image quality conversion table (S211), and the converted reflection intensity is compared with the reference reflection intensity after conversion or a preset threshold to extract defects (S213). ), an image of the inspection interface is generated from the reflection intensity converted within each group (S114), and a defect map displaying the extracted defects on the image of the inspection interface can be output (S115).

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Abstract

超音波検査装置は、抽出した反射信号を複数のグループにグルーピングし（Ｓ１０７）、グループ毎に、基準となる正常部の反射強度である基準反射強度及び反射強度範囲を推定し（Ｓ１０８）、推定した反射強度範囲に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し（Ｓ１０９）、各グループ内の反射信号を前記像質変換テーブルに従って変換し（Ｓ１１０）、変換した反射強度を変換後の基準反射強度と比較して欠陥を抽出する（Ｓ１１１）。

Description

超音波検査装置及び超音波検査方法
　本発明は、非破壊検査装置に関し、特に超音波を用いて、電子部品などの被検査体内部に存在する剥離などの欠陥の有無判定、及び内部状態の可視化を行う超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
　被検査体の画像から欠陥を検査する非破壊検査方法として、被検査体に超音波を照射してその反射波を検出して超音波画像を生成し、欠陥を特定する方法や、被検査体にＸ線を照射し試料を透過したＸ線を検出してＸ線画像を生成し、欠陥を特定する方法がある。
　一般的に、多層構造を有する被検査体内に存在する欠陥を超音波で検出するには、音響インピーダンスの違いによる反射特性を利用する。超音波は液体や固体物質中を伝搬し、音響インピーダンスの異なる物質の境界面や空隙のところで、反射波(エコー)が生じる。ここで、剥離、ボイドといった欠陥からの反射波は、欠陥のないところからの反射波に比べて、その強度が高いため、被検査体の各層の接合面での反射強度を画像化することで、被検査体内に存在する欠陥が顕在化された画像を得ることができる。画像上で欠陥部をより強調し、高感度な検査を可能とするためには、超音波を被検査体へ照射し、その反射波を受信する超音波プローブの高さを被検査体に対して上下させ、超音波ビームが検査する接合界面（以下、検査界面と記載）で最も集束するようにフォーカス位置を合わせる必要がある（以下、フォーカスのあった位置を合焦位置と記載する）。
　一方、被検査体の代表である電子部品は、近年、複数のチップを縦に積み上げていく積層化に伴い、チップとチップの接合部といった検査を行うべき箇所も増加している。このため、高感度な検査を行うためには、前記の通り、フォーカス位置を合わせ、プローブを走査して反射波を得て画像を生成するという作業を検査界面の数だけ行う必要があり、検査時間が増大することが課題となっている。このため、検査界面と検査界面の間に合焦させ、上面、下面の両検査界面の画像を一回のプローブ走査で一括取得して、検査を行うことで、処理時間を低減することが多いが、欠陥検出感度の低下が懸念される。また、検査スループットと検査感度を両立するために、非合焦位置で得られた画像の像質を変換し、視認性が高い画像を生成し、検査感度を向上する必要がある。
　これに対応する従来技術として、特許文献１に記載の方法がある。超音波により生成される超音波画像に対し、小領域毎に評価加重を設定し、小領域に得られるヒストグラムを、評価加重に基づいて重み付けをし、それらを統合したヒストグラムから画像全体の画質を調整するためのゲインとダイナミックレンジを求める。そして、ゲイン調整とダイナミックレンジ調整を行うことで、画質を向上するものである。
特開２００７－１１７１６８号公報
　特許文献１に記載された方法は、医療用の超音波診断画像を対象としており、あらかじめ、注目領域が既知であるため、事前に評価加重を設定することが可能であるが、電子部品のように、注目領域が事前に特定できない場合には設定ができない。また、生成後の画像の輝度のヒストグラムに基づいて画質の調整を行うため、超音波の反射強度が微弱で、画像に変換する段階でノイズに埋没しているような微小な信号は強調ができない可能性がある。
　そこで、本発明の目的は、超音波による非破壊検査において、複数の検査界面がある多層構造を有する被検査体に対し、一回のプローブ走査により一括取得した超音波反射波から、各検査界面の欠陥の高感度検出を可能とする超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することにある。
　前記課題を解決するために、本発明の超音波検査装置は、超音波探触子で被検査体の表面を走査し、前記超音波探触子から被検査体に向けて超音波を出射し、前記被検査体から戻る反射波を受信し、前記受信した反射波に基づき前記被検査体の内部状態を検査する超音波検査装置であって、前記超音波検査装置の処理部は、ユーザが設定する第１の受信時間領域である第１のゲートと第２の受信時間領域である第２のゲートを受け付け、前記超音波探触子を走査して被検査体の複数の測定点より得られる反射信号を、前記第１のゲートに基づき、受信時間軸方向の補正を行い、受信時間補正後の反射信号より、前記第２のゲートに基づき、検査界面からの反射信号を抽出し、抽出した反射信号を複数のグループにグルーピングし、グループ毎に、正常部の反射強度を基準反射強度として推定し、前記推定した基準反射強度に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し、各グループ内の反射信号を前記像質変換テーブルに従って変換し、前記変換した反射強度を変換後の前記基準反射強度と比較して欠陥を抽出し、前記各グループ内で変換された反射強度から検査界面の画像を生成し、前記抽出した欠陥を検査界面の画像上に表示した欠陥マップを出力することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
　本発明によれば、超音波による非破壊検査において、複数の検査界面がある多層構造を有する被検査体に対し、一回のプローブ走査により一括取得した超音波反射波から、各検査界面の欠陥の高感度検出できる。
第１実施形態に係る超音波検査装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る超音波検査装置の検出部の構成を示す図である。 第１実施形態に係る被検査体の一例である多層構造体をもつ半導体パッケージの縦構造を示す模式図である。 第１実施形態に係る検査対象である複数の接合界面をもつ被検査体からフォーカス位置の違いにより得られる反射信号の例を示す図である。 第１実施形態に係る超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る欠陥の発生深さとフォーカス位置の違いによる反射信号の挙動の例を示す図である。 第１実施形態に係る界面からの反射信号の受信時間ずれの補正の例を示す図である。 第１実施形態に係る反射波のグルーピングと強度の正常範囲設定の例を示す図である。 第１実施形態に係るグループ内の像質変換と欠陥判定処理の概要の一例を示す図である。 第２実施形態に係る超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る画像と小ウィンドウとの関係を示す図である。 小ウィンドウ内の輝度のヒストグラムを示す図である。 像質変換テーブルの一例を示す図である。 超音波検査装置の処理部等のハードウェア構成を示す図である。 実施形態に係る欠陥検出結果と欠陥マップの出力例を示す図である。
　本実施形態は、ＩＣチップなどの多層構造から成る電子部品を主な検査対象とするものである。本実施形態は、内部に微細な機械部品や回路パターンを含む、深さの異なる複数の接合界面をもつ検査対象に対して、一回のプローブ走査で超音波を照射し、一括取得した各接合界面からの超音波反射波より、全領域にわたり、視認性のよい検査界面画像を生成し、各界面の微小な欠陥を検出可能とする超音波検査装置、超音波検査方法及びプログラムに関する。
　すなわち、本実施形態では、被検査体の測定領域より得られた全超音波反射波について、受信時間を補正して時間方向に整列させる。時間方向に整列後の各反射波を、受信時間方向と方位方向の両者で近接した反射波でグルーピングし、グループ毎に像質変換テーブル（例えば、図１１Ｃ参照）を生成し、像質変換テーブルに基づき、グループ内の反射強度からグループ内の画像が生成される。さらに、各グループ内画像が統合されて、検査界面の画像が生成される。本実施形態は、微細かつ多層構造を有する被検査体の超音波による高速、高感度な非破壊検査に特に有効である。
　本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
　なお、説明の簡易化のため、２．５次元、３次元半導体パッケージング製品といった複数の電子デバイスが積層されて形成された多層構造を有する被検査体を例として説明する。ただし、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
　まず、超音波が被検査体の表面に向けて照射されると、超音波の特性として、被検査体内部を超音波が伝搬し、材料特性（音響インピーダンス）が変わる境界面があると、超音波の一部が反射する。特に、空隙があると大部分が反射する。このため、所望する異種接合界面（以下、検査界面と記載）からの反射波を捉え、その強度を画像化することで、ボイドや剥離などの欠陥が顕在化された超音波検査画像を生成することができる。なお、以降、「境界面」を「界面」と称することがある。また、「位置」を「箇所」と呼ぶことがある。以下、多層構造品の異種接合界面における欠陥を検出対象として説明する。
<<第１実施形態>>
　図１は、第１実施形態に係る超音波検査装置１００の構成を示すブロック図である。超音波検査装置１００は、検出部１、Ａ／Ｄ変換器６、処理部２０（信号処理部７、全体制御部８）、スキャナ１３、メカニカルコントローラ１６、ユーザインターフェース部１７、記憶部１９などを備えている。
　検出部１は、超音波プローブ２（超音波探触子）及び探傷器３を備えて構成される。探傷器３は超音波プローブ２にパルス信号３１を与えることで、超音波プローブ２を駆動する。探傷器３で駆動された超音波プローブ２は超音波Ｕ１を発生させ、水を媒介にして被検査体（試料５）に送信する。送信された超音波Ｕ１が多層構造を有する試料５に入射すると、試料５の表面、あるいは異種接合界面から反射波Ｕ２が発生する。なお、本明細書では、被検査体と試料とは同じ意味である。説明の便宜上、超音波プローブ２が発生する超音波を「送信波」、超音波プローブ２が受信する超音波を「反射波」と称す。また、反射波は適宜「超音波反射波」と称することがある。
　探傷器３は、前記したように、超音波プローブ２にパルス信号３１を送り、超音波プローブ２はパルス信号３１を超音波に変換して試料５に入射する。試料５からの反射波Ｕ２を超音波プローブ２が受信し、探傷器３へと送る。探傷器３は、反射波３２をＲＦ（Radio Frequency）信号３３に変換し、Ａ／Ｄ変換器６を介して処理部２０（制御部）へ送る。
　処理部２０は、超音波プローブ２を用いて試料５の適宜部位を走査させるために、メカニカルコントローラ１６へ制御信号を送り、機構コントロールを実現する。処理部２０→メカニカルコントローラ１６→スキャナ１３（図２参照）→超音波プローブ２→探傷器３の系統によって超音波プローブ２の自動制御（走査）がなされる。
　前記したように、反射波Ｕ２は超音波プローブ２で受信され、探傷器３は、反射波３２として受信し、必要な処理が施され、反射強度信号に変換される。次に、この反射強度信号はＡ／Ｄ変換器６にてデジタル波形データに変換され、信号処理部７に入力される。この超音波の送信、受信を試料５上の検査領域内で逐次走査して行う。
　信号処理部７は、Ａ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換された反射強度信号を処理して試料５の内部欠陥を検出する処理部である。信号処理部７は、画像生成部７１、欠陥検出部７２、データ出力部７３、パラメータ設定部７４などを有して構成される。
　画像生成部７１は、Ａ／Ｄ変換器６から信号処理部７に入力された波形データに対し、後述する信号処理を行う。この処理によって、画像生成部７１は、デジタル波形データから試料５の各接合界面の検査画像（検査界面画像）を生成する。欠陥検出部７２は、画像生成部７１で生成された検査界面の画像内で、後述する処理を行い、剥離、ボイドなどの欠陥を検出する。また、データ出力部７３は、欠陥検出部７２で検出された欠陥個々の情報や断面の観察用画像といった検査結果として出力するデータを生成し、全体制御部８に出力する。
　図２は、超音波検査装置１００の検出部１の構成を示す説明図である。図２において、座標系１０はＸＹＺの直交３軸の座標系を示している。検出部１は、スキャナ台１１、スキャナ台１１の上に設けられた水槽１２を有する。また、検出部１は、スキャナ台１１上で水槽１２を跨ぐように設けられたＸＹＺ方向の移動が可能なスキャナ１３を有する。スキャナ台１１は、ほぼ水平（ＸＹ平面に平行な面）に設置された基台である。Ｚ軸は重力方向に沿った軸である。水槽１２には水１４が実線で示す高さまで注入されており、水槽１２の底部（水中）に試料５が置かれている。試料５は、前述の通り、半導体パッケージ製品を主とする、内部に多層構造などを含む電子部品である。水１４は、超音波プローブ２から出射された超音波を、試料５の内部に効率的に伝搬せるために必要な媒体である。
　試料５に対して、超音波プローブ２は、下端の超音波出射部から超音波を送信し、試料５から戻ってきた反射波を受信する。超音波プローブ２は、ホルダ１５に取り付けられており、メカニカルコントローラ１６で駆動されるスキャナ１３によってＸＹＺ方向に自在に移動可能となっている。これにより、超音波プローブ２はＸ方向、Ｙ方向に移動しながら試料５の事前にユーザから受け付けされた（または信号処理部７が選択した）１つ以上の接合界面からの反射波を受信し、測定領域（ＸＹ平面）内の接合界面の二次元画像を得ることができ、欠陥を検出することができる。超音波プローブ２はケーブル２２を介し、反射波を反射強度信号に変換する探傷器３と接続されている。なお、超音波検査装置１００により得られる二次元画像は、深さＺにおけるＸＹ平面に平行な断面画像である。以後の説明では「ａａａ平面に沿った断面」であることを断面［ａａａ］と略記することがある。例えばＸＹ平面に沿った断面は「断面［ＸＹ］」となる。
　図１、図２を参照して、信号処理部７の内容をさらに説明する。画像生成部７１は、Ａ／Ｄ変換器６から得られるデジタルデータから画像を生成する。デジタルデータは、ユーザから受け付けた試料５の測定領域［ＸＹ］において表面、及び、各接合界面などから戻ってきて超音波プローブ２で受信された反射波をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換したものである。欠陥検出部７２は、画像生成部７１で生成した画像を処理して内部欠陥を顕在化、もしくは検出する。データ出力部７３は、欠陥検出部７２で内部欠陥を顕在化もしくは検出した検査結果を出力する。パラメータ設定部７４は、外部（例えばユーザインターフェース部１７を操作するユーザ）から入力される測定条件などのパラメータを受け付け、画像生成部７１、欠陥検出部７２へセットする。そして、信号処理部７において例えばパラメータ設定部７４の設定情報は、記憶部１９に記憶されている。
　全体制御部８は、ユーザからのパラメータ（後術する条件に相当）などを受け付ける。また、全体制御部８は、ユーザインターフェース部１７、記憶部１９と接続されている。ユーザインターフェース部１７は、信号処理部７で検出された欠陥箇所を検査界面画像上に強調表示し、欠陥数、欠陥個々の座標や寸法などの情報を表示する。記憶部１９は、信号処理部７で検出された欠陥の特徴量や画像などを記憶する。メカニカルコントローラ１６は、全体制御部８からの制御指令に基づいてスキャナ１３を駆動する。なお、信号処理部７、探傷器３なども全体制御部８からの指令により駆動される。
　信号処理部７、全体制御部８、およびメカニカルコントローラ１６のハードウェア構成は、図１２を用いて後程説明する。なお、信号処理部７、全体制御部８、メカニカルコントローラ１６は、図１の通り、別々なハードウェアであってもよく、共通のハードウェアに統合されていてもよい。または、メカニカルコントローラ１６を統合せずに、信号処理部７と全体制御部８とが共通のハードウェアに統合されていてもよい。以後の説明では、統合の有無にかかわらず、信号処理部７、全体制御部８、およびメカニカルコントローラ１６の少なくとも一つが含まれる、または統合されたハードウェアを、単に「コントローラ」と呼ぶことがある。
＜試料＞
　図３は、第１実施形態に係る被検査体の一例である多層構造体をもつ半導体パッケージの縦構造を示す模式図である。図３は、試料５の一例である被検査体４００を示す。被検査体４００は、主な検査対象となる多層構造を有する電子部品であり、本図では電子部品の縦構造を模式的に示している。座標系４０１はＸＹＺの直交３軸の座標系を示している。座標系４０１は、図３の座標系１０と同様の座標系である。
　被検査体４００は最下層のプリント配線基板４０の上にはんだボール４１を介して半導体デバイス４２が接合されたものである。半導体デバイス４２は、その内部に複数チップ（ここでは４３，４５の２つ）が積層され、チップ間は、ＴＳＶ（Through Silicon Via）である接合部４４で接合されている。また、チップとインターポーザ基板４６とは、マイクロバンプであるバンプ層４７を介して接合されて生成されている。マイクロバンプの周辺は、液状封止材（アンダーフィル、図中の黒い部分）で封止する、モールドアンダフィリングが行われ、全体を樹脂４８（図中の網掛け部）で封止するオーバモールドが行われ、外部から保護されている。各接合部で剥離やボイド、クラックなどの不良があると正常に作動しないため、接合部４４、バンプ層４７などで欠陥の有無の高感度な検査が必要とされている。被検査体４００の表面側（図中の上方）から超音波４９が入射されると超音波４９は被検査体４００の内部へと伝搬する。超音波４９は、樹脂４８の表面、及び各チップ４３，４５との接合部４４やバンプ層４７などの音響インピーダンスの違いのある箇所で反射し、これらが１つの反射波として超音波プローブ２で受信される。
　図４は、第１実施形態に係る検査対象である複数の接合界面をもつ被検査体からフォーカス位置の違いにより得られる反射信号の例を示す図である。図４を参照して、多層構造を有し、高感度な検査が必要な接合界面が複数ある被検査体に対する超音波による検査の課題を示す。なお、以下、主語を省略している場合は、信号処理部７が処理主体である。
　図４の接合界面５０，５１は、図３に示した被検査体４００の接合部４４、バンプ層４７を概略化したものである。また、超音波ビーム５２，５３は、超音波プローブ２（図１参照）より被検査体に向けて出射された超音波ビームを示す。
　超音波ビーム５２は、接合界面５０にフォーカス位置を合わせたとき、すなわち、接合界面５０の位置で超音波ビームが最も集束（図４の左図の→←）するように超音波プローブ２のＺ位置を調整した状態である。超音波ビーム５３は、超音波プローブ２をＺ方向に下げ（プローブ移動）、接合界面５０と接合界面５１の間にフォーカス位置を合わせた状態（図４の右図の→←）である。
　反射波５４，５５がそれぞれのフォーカス位置の状態の超音波ビーム５２，５３で、接合界面５０より得られた反射波である。反射波５５の反射強度は反射波５４の反射強度に比べ小さくなっており、反射強度を基に生成される検査界面の画像も低コントラスト化することを示す。
　従って、各接合界面において、鮮明な検査画像を得て、高感度な検査を行うためには、接各界面にフォーカス位置を合わせ、プローブを走査して検査界面の画像を生成する作業を検査界面の数だけ行う必要があり、検査に要する時間が増大することになる。近年、多層構造化は一層進み、各検査界面の高感度検査と高速検査の両立が課題となっている。
　以下に示す本実施形態における方式では、このような複数の検査界面をもつ被検査体に対し、少ないプローブ走査による複数の検査界面画像の一括生成と、生成された各検査界面画像から微小な欠陥を高感度に検出することで、画像取得時間の短縮と高感度検査の両立が可能となる。
＜本実施形態の処理＞
　図５は、第１実施形態に係る超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。適宜、図１を参照する。
　まず、処理部２０は、検出部１が被検査体（試料５）へ超音波を照射しその反射波である第一参照波を取得する（Ｓ１０１）。第一参照波は、測定領域内の任意の位置から取得する。なお、第一参照波は、測定領域におけるＸＹ平面のうち、少なくとも一カ所から取得されればよい。取得された第一参照波は、ユーザインターフェース部１７（表示部）に表示される。処理部２０は、第一参照波に基づき、後述の検査界面画像を生成する設定条件を受け付ける（Ｓ１２０）。当該受け付けは、第一参照波を視認したユーザが、設定条件をユーザインターフェース部１７に入力することで行われる（Ｓ１２１）。設定条件には、例えば、第１のゲートであるＳゲート（時間範囲、強度しきい値）、及び後述の検査界面画像を生成するための第２のゲートであるＦゲート（時間範囲）、そこに含まれる接合界面数、及び画像を生成するための反射波の極性などがある。なお、設定条件は前述のパラメータの一例である。
　図６は、第１実施形態に係る欠陥の発生深さとフォーカス位置の違いによる反射信号の挙動の例を示す図である。図６を参照してＳ１２０で受け付ける条件の例を説明する。反射信号波形６０～６５は二つ接合界面からなる試料５より得られた反射波である。図６の上段と中段と下段にそれぞれ左右並んで示された図のうち、上段の反射信号波形６０，６１はフォーカス位置を上方の接合界面（界面Ｆ１という）に、下段の反射信号波形６４，６５はフォーカス位置を下方の接合界面（界面Ｆ２という）に、中段の反射信号波形６２，６３はフォーカス位置を二つの接合界面（界面Ｆ１，界面Ｆ２）の中間に、それぞれ合せて取得した欠陥からの反射波である。また、左列の反射信号波形６０，６２，６４は界面Ｆ１に存在する欠陥、右列の反射信号波形６１，６３，６５は界面Ｆ２に存在する欠陥である。また、反射信号波形６０における実線の矩形６７ａは、界面Ｆ１の欠陥からの反射波の受信時間、破線の矩形６８ａは界面Ｆ２の欠陥からの反射波の受信時間である。界面Ｆ１にフォーカスを合せたとき、界面Ｆ１にある欠陥は最も大きな反射波を得ることができ、フォーカス位置からはずれるほど強度は小さくなり、検出が難しくなる。逆に、界面Ｆ２にある欠陥は、フォーカス位置が界面Ｆ２に近づくほど検出しやすくなる。
　本実施形態では、中段の反射信号波形６２，６３のような状態にフォーカス位置を設定し、第一参照波を取得、表示し、ユーザからの設定条件を受け付ける。反射信号波形６２、もしくは反射信号波形６３におけるゲート６６ｂが表面からの反射波を検出するためのＳゲートであり、ゲート６７ｂが接合界面からの反射波を検出し、検査界面の画像を生成するためのＦゲートである。また、本例ではユーザにより接合界面数は「２」、極性は「－」が設定される。本例では、Ｆゲートは、界面Ｆ１と界面Ｆ２の両方の反射波の受信時間を網羅するように広い時間幅のＦゲートを１つ、設定しているが、矩形６７ａ，６８ａのように、接合界面毎にＦゲートを設定することも可能である。
　図５に戻り、処理部２０は、Ｓ１２０で受け付けた条件に基づき、測定領域内を走査しながら各測定点より超音波反射波を取得し（Ｓ１０２）、Ｓゲート内で、最初にＳゲートの高さを超えた反射波を表面からの反射波（以下、表面エコーと記載）を検出する（Ｓ１０３）。
　次に、処理部２０は、検出した表面エコーの受信時間をもとに、反射波の時間調整を行う（Ｓ１０４）。すなわち、処理部２０は、第一参照波における表面エコーに、各反射波の表面エコーが時間軸上で一致するように各反射波を整列させ、Ｆゲートにより設定された時間幅の反射波（界面エコー）を抽出する（Ｓ１０５）。
　図７は、第１実施形態に係る界面からの反射信号の受信時間ずれの補正の例を示す図である。図７はその反射信号波形の一例を示す。反射信号波形７０は４か所の測定点より得られた反射波の界面エコー（Ｆゲート内の反射波を切出したの）であり、時間方向にばらつきがある。反射信号波形７０Ａは表面エコーの受信時間ずれをもとに調整した反射波より抽出した界面エコーである。受信時間の調整は、表面エコーをもとに調整したものだが、Ｆゲート内の特定の局所ピークを基準に時間調整を行うことも可能ある。
　図５に戻り、処理部２０は、測定領域内の全反射波の処理が終了したか否かを判定し（Ｓ１０６）、終了していない場合（Ｓ１０６→Ｎо）はＳ１０２に戻り、終了している場合（Ｓ１０６→Ｙｅｓ）はＳ１０７に進む。
　Ｓ１０７において、処理部２０は、得られた全測定領域の界面エコーを時間領域・空間領域に応じてグループに分割する（グルーピング）。
　図８は、第１実施形態に係る反射波のグルーピングと強度の正常範囲設定の例を示す図である。図８にそのグルーピングの一例を示す。構造８０は試料５の構造の概要を示す。内部に深さ（Ｚ方向）の異なる２つの接合界面８０ａ，８０ｂがある。また、方位方向の空間（ＸＹ平面）には、二種の構造物ＸＹ１，ＸＹ２があることを示す。本実施形態では、時間領域は、接合界面８０ａ，８０ｂの二つに、空間領域は、構造物ＸＹ１，ＸＹ２、それ以外の三つに界面エコーをグループ分けする。反射信号波形８１は構造物ＸＹ１の領域を時間領域Ｚ１，Ｚ２にグループ分けした例（グループ８１ａ，８１ｂ）、同様に、反射信号波形８２は構造物ＸＹ２の領域を時間領域Ｚ１，Ｚ２にグループ分けした例（グループ８２ａ，８２ｂ）を示す。時間領域の分割数は、Ｓ１２０（図５参照）で受け付けた条件の接合界面数に応じたものとする。
　図５に戻り、次に、処理部２０は、各グループにおいて、正常部の反射波（欠陥箇所の反射波ではない）と正常ばらつきを推定する（Ｓ１０８）。グループ内の反射波には、欠陥からの反射波も含めている可能性があるため、正常部は、グループ内の反射波の平均や中央値を採用してもよいし、最大強度のヒストグラムからその最大頻度をとる値としてもよい。また、そのばらつきは、最大強度ヒストグラムの標準偏差を元に求める。前記した図８のα１，α２，β１、β２は算出された正常部のばらつきを示す。
　そして、処理部２０は、α１，α２，β１、β２を元に、画質を向上し、欠陥を顕在化するための像質変換テーブルを算出する（Ｓ１０９）。像質変換テーブルは、反射強度を非線形に変換するテーブルである。
　図９は、第１実施形態に係るグループ内の像質変換と欠陥判定処理の概要の一例を示す図である。図９において、グループ８１ａ，８１ｂ，８２ａ，８２ｂぞれぞれの像質変換テーブルにセットされる係数を上下の矢印（↑↓）で示す。ここでは、各グループ内の反射強度をゲインにより引き伸ばす係数がセットされる例を示しているが対数や指数特性をもつ係数であってもよい。
　図５に戻り、次に、処理部２０は、像質変換テーブルにセットされた係数により、全反射強度値の変換を行うことで、像質変換を行い（Ｓ１１０）、像質変換後の各測定点の反射波を、同様に像質変換した正常部反射波（推定値）と比較し、差があらかじめ設定したしきい値より大きい箇所を欠陥として抽出する（Ｓ１１１）。前記した図９の反射信号波形９１，９２はそれぞれ反射信号波形８１，８２の反射波を像質変換したあとの正常部反射波との差分である。一律のしきい値を設定し、界面Ｆ１，界面Ｆ２から欠陥が検出されることを示す。
　また、処理部２０は、像質変換により画質が改善された画像を生成するための代表値を各反射波から抽出する（Ｓ１１２）。代表値は、各測定点の反射波のＦゲート内の最大強度値としてもよいし、Ｆゲート内の界面の数（ここでは、時間領域Ｚ１、Ｚ２の二つ）からそれぞれの最大強度を採用してもよい。
　処理部２０は、全グループが終了したか否かを判定し（Ｓ１１３）、終了していない場合（Ｓ１１３→Ｎо）はＳ１０８に戻り、終了している場合（Ｓ１１３→Ｙｅｓ）はＳ１１４に進む。Ｓ１１４において、処理部２０は、抽出した代表値により像質変換した全測定領域の画像に再構成する（Ｓ１１４）。ここで、Ｓ１１２にて代表値を１つとした場合は、界面Ｆ１と界面Ｆ２が統合された画像が１枚生成され、代表値を各時間領域から生成した場合は、界面毎の画像が生成される。
　最後に、処理部２０は、再構成された像質変換後の測定領域の画像上に、Ｓ１１１で検出した欠陥を強調表示（色付けなど）した欠陥マップを生成する（Ｓ１１５）。ここでも、Ｓ１１２にて代表値を１つとし、最後に、Ｓ１１１にて検出した欠陥を再構成した像質変換後の画像に強調表示（色づけなど）する。再構成画像が１枚の場合は、欠陥は検出されたグループ（深さ）毎に色分けして表示する。Ｆゲート内の界面毎の画像に再構成した場合には、欠陥はぞれぞれの再構成画像上で強調表示する。
　図１３は、実施形態に係る欠陥検出結果と欠陥マップの出力例を示す図である。画像１３００は、像質変換前の検査界面の反射強度を、推定した正常部反射強度と比較した結果、画像１３０１は、それぞれを像質変換し、比較した結果である。〇で囲む部分に深さの異なる欠陥が存在するが、像質変換することで欠陥が顕在化する。画像１３０２は、像質変換後の検査界面画像に、検出した欠陥を受信時間（すなわち、深さ）に応じてハッチパターンを変えて重ねて表示した欠陥マップである。欠陥を一目で確認することが可能となる。
　以上の通り、本実施形態では、反射強度の空間領域に応じたグルーピングを、方位方向の空間（ＸＹ平面）における構造物の違いを基に行い、像質変換テーブルを生成する例を示したが、動的に像質変換テーブルを生成してもよい。
<<第２実施形態>>
　図１０は、第２実施形態に係る超音波検査方法の処理手順を示すフローチャートである。図１０は、図５のＳ１０１、Ｓ１２０、Ｓ１０２～Ｓ１０５までの全測定領域の反射波からＦゲートにより界面エコーを抽出する処理と同様である。同一処理については説明を省略する。
　第２実施形態では、処理部２０は、界面エコーを抽出後（Ｓ１０５）、Ｓ１１２と同様に、代表値を抽出する（Ｓ２０６）。処理部２０は、測定領域内の全反射波の処理が終了したか否かを判定し（Ｓ２０７）、終了していない場合（Ｓ２０７→Ｎо）はＳ１０２に戻り、終了している場合（Ｓ２０７→Ｙｅｓ）はＳ２０８に進む。
　Ｓ２０８において、処理部２０は、代表値を画像の輝度値とする検査界面画像を生成する。メモリに配列として残すのみでもよい。これは当然、像質変換前のＦゲート内超音波の反射強度代表値による界面検査画像（データ配列）である。処理部２０は、生成された検査画像上に、小ウィンドウを設定し（Ｓ２０９）、小ウィンドウ内の輝度値の分布に基づき、動的に像質変換テーブルを算出する（Ｓ２１０）。次に、処理部２０は、算出された像質変換テーブルに基づき、小ウィンドウ内の各画素の輝度値を変換する（Ｓ２１１）。そして、処理部２０は、小ウィンドウを検査画像上で移動し（Ｓ２１２）、像質変換された画像に対し、しきい値設定による欠陥検出処理を行う（Ｓ２１３）。
　処理部２０は、全画像内の処理が終了したか否かを判定し（Ｓ２１４）、全画像内の処理が終了していない場合（Ｓ２１４→Ｎо）はＳ２０９に戻り、終了している場合（Ｓ２１４→Ｙｅｓ）はＳ１１４に進む。
　Ｓ１１４において、処理部２０は、各小ウィンドウ内で変換された画像から全体の検査界面の画像を生成する（Ｓ１１４）。最後に、処理部２０は、再構成された像質変換後の測定領域の画像上に、Ｓ２１３で検出した欠陥を強調表示（色付けなど）した欠陥マップを生成する（Ｓ１１５）。欠陥の強調表示は、Ｓ２０８で生成した像質変換前の検査界面の画像上に行う。
　これまで、欠陥の強調表示は、像質変換前の画像、像質変換後の画像のいずれかに重ねて表示する例を述べたが、像質変換前の画像に、別の手法、例えば、超音波ビームの拡がりによる画像劣化の要因を取り除くデコンボリューション処理などに重ねて出力することも可能である。
　図１１Ａは、第２実施形態に係る画像と小ウィンドウとの関係を示す図である。図１１Ｂは、小ウィンドウ内の輝度のヒストグラムを示す図である。図１１Ｃは、像質変換テーブルの一例を示す図である。図１１Ａ～図１１Ｃを用いて第２実施形態に係る像質変換係数の算出方法の一例を示す。
　図１１Ａに示す画像１１００は、Ｓ２０８で生成された検査界面の画像である。小ウィンドウ１１０１は検査界面の画像１１００に設定される小ウィンドウの例である。図１１Ｂに示すヒストグラム１１０２は、画像１１００の小ウィンドウ内の輝度のヒストグラムであり、横軸が輝度値、縦軸が小ウィンドウ内の各輝度値の画素数である。ここでは、ヒストグラムのピーク（最大頻度）をとる輝度値Ｍを含む輝度範囲Ｗを、標準偏差から決定する。図１１Ｃに示す像質変換テーブル１１０３は、算出した像質変換テーブルの一例である。横軸が変換前の輝度値、縦軸が変換後の輝度値である。本実施形態では、選択した輝度範囲Ｗの外側は線形変換、輝度範囲Ｗ内では、１１０４と１１０５の変換が行われることを示す。すなわち、像質変換テーブルは、非線形に変換するテーブルである。２種類の変換係数により、２枚の像質変換画像を生成し、出力することも、１枚の画像に統合して出力することも可能である。
　以上に説明した像質変換テーブルの入力と出力の輝度範囲（階調幅）は同じでも異なっていてもよい。例えば、８ｂｉｔの範囲の値を８ｂｉｔの範囲に特定階調を強調するように変換することも可能であるし、より大きい１０ｂｉｔ～１６ｂｉｔの階調範囲をもつ輝度分解能の高い反射波から、その分解能を維持しつつ、階調のレンジを圧縮することも可能である。また、画像に設定される小ウィンドウは全測定領域と同じであってもよい。
　一方、小ウィンドウを設定せずに、設計データ（レイアウトデータ）を活用してグルーピングしてもよい。ここで、像質変換テーブルは２つに限らず、複数種をもつことも可能である。
＜ハードウェア構成＞
　図１２は、超音波検査装置の処理部等のハードウェア構成を示す図である。図１２に示す計算機１２００は、図１に示す処理部２０（信号処理部７、全体制御部８）、ユーザインターフェース部１７、記憶部１９の実現形態の一つである。なお、各部は複数の計算機１２００で実現してもよい。例えば、複数の計算機１２００で並列計算を行ってもよい。また、ユーザインターフェース部１７を備えるタブレット計算機を含めてもよい。
　計算機１２００は、メモリ１２０１、プロセッサ１２０２、ＨＤ（Hard Disk）などの記憶装置１２０３、ＮＩＣ（Network Interface Card）などの通信部１２０４、ユーザインターフェース部１２０５などを有する。なお、プロセッサの一例としてはＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）が考えられるが、所定の処理を実行する主体であれば他の半導体デバイスでもよい。
　そして、記憶装置１２０３に記憶されているプログラムがメモリ１２０１にロードされ、ロードされたプログラムがプロセッサ１２０２によって実行される。これによって、図１に示す画像生成部７１、欠陥検出部７２、データ出力部７３、パラメータ設定部７４、全体制御部８の各機能が具現化する。記憶装置１２０３は、図１の記憶部１９に対応させることも可能である。また、図示は省略するが、計算機１２００は、ユーザインターフェース部１７として、ディスプレイ、タッチパネル、マウス、キーボードを有してもよい。
　本実施形態の超音波検査装置１００は、複雑、かつ多層構造を有する被検査体から得られる各測定点の超音波反射波について、一回のプローブ走査で一括取得した各測定点の超音波反射波を、受信時間方向、かつ方位方向に分割し、同じ受信時間領域、かつ同じ方位空間領域毎に、含まれる超音波反射強度から適応的に像質変換テーブルを算出し、像質変換テーブルに基づき、超音波反射強度を変換し画像を生成する手段を有する。また、受信時間領域、かつ方位空間領域毎に欠陥を特定し、生成した画像内に、受信時間領域毎に色分けして欠陥を表示する手段を有する。これにより、得られる超音波の反射強度が大小様々でダイナミックレンジが広い信号から、より狭いダイナミックレンジへ検査領域全体が高コントラスト化された検査画像を生成し、反射強度が微弱な微小欠陥の検出が可能となる。
　従来、半導体電子部品を対象とした超音波検査において、内部構造の積層化により、検査界面の画像も増大している。検査界面毎にフォーカス位置の調整、プローブによる検査領域の走査を繰り返すことで高感度検査は実現できるが、データ取得時間が増大することが課題となっていた。本実施形態の超音波検査装置１００によれば、複数の検査界面がある多層構造を有する被検査体に対し、一回のプローブ走査により一括取得した超音波反射波から、各検査界面の欠陥の高感度検出ができる。これにより、検査処理の高速化と検査の高感度化の両立を図ることができる。
　以上説明した本実施形態の超音波検査装置は、次の特徴を有する。
　超音波探触子（例えば、超音波プローブ２）で被検査体４００の表面を走査し、超音波探触子から被検査体４００に向けて超音波を出射し、被検査体４００から戻る反射波を受信し、受信した反射波に基づき被検査体４００の内部状態を検査する超音波検査装置１００である。超音波検査装置１００の処理部２０は、ユーザが設定する第１の受信時間領域である第１のゲート（例えば、Ｓゲート）と第２の受信時間領域である第２のゲート（例えば、Ｆゲート）を受け付け（図５のＳ１２０）、超音波探触子を走査して被検査体の複数の測定点より得られる反射信号を、第１のゲートに基づき、受信時間軸方向の補正を行い（図５のＳ１０４）、受信時間補正後の反射信号より、第２のゲートに基づき、検査界面からの反射信号を抽出する（Ｓ１０５）。
　処理部２０は、抽出した反射信号を複数のグループにグルーピングし（Ｓ１０７）、グループ毎に、正常部の反射強度を基準反射強度として推定し（Ｓ１０８）、推定した基準反射強度に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し（Ｓ１０９）、各グループ内の反射信号を像質変換テーブルに従って変換し（Ｓ１１０）、変換した反射強度を変換後の基準反射強度と比較して欠陥を抽出する（Ｓ１１１）。
　各グループ内で変換された反射強度から検査界面の画像を生成し（Ｓ１１４）、抽出した欠陥を検査界面の画像上に表示した欠陥マップを出力する（Ｓ１１５）ことができる。本実施形態の超音波検査装置によれば、複数の検査界面がある多層構造を有する被検査体に対し、一回のプローブ走査により一括取得した超音波反射波から、各検査界面の欠陥の高感度検出を可能である。
　反射信号のグルーピングは、受信時間領域、及び方位空間領域のいずれか、または両方に基づいて行うことができる（図８、図９参照）。
　第２のゲートは、複数の界面の反射波が含まれる１つの時間範囲である（図６参照）。
　第２のゲートから生成される検査画像及び欠陥マップは１枚であり、欠陥は受信時間領域を基にグルーピングされたグループに応じて色分けされた欠陥マップである。図６において、広い時間幅のＦゲートを１つの設定を受け付け、Ｆゲート内で検出した欠陥を、図１３のように発生した深さに応じて表示方法を変えて、１つの欠陥マップ上に重ねて表示することで、ユーザがＦゲート設定に要する時間の低減を可能とする。
　例えば、接合界面が２つである場合、従来法では、ユーザは各界面からの反射波の発生時間を第一参照波から推定し、界面からの反射波を含み、かつ別の界面の反射波が含まれないように、Ｆゲートの開始時間と時間幅を設定する必要がある。そして、設定した２つのゲートに基づいて生成される界面Ｆ１と界面Ｆ２の画像を目視確認し、所望の画像が得られていない場合にはＦゲートの再調整をするといった作業を繰り返す必要があった。
　これに対し、本実施形態では、複数の界面の反射波を網羅するように大まかにゲートを設定するのみとなる。また、欠陥マップが１つであることで、時間領域と空間領域における欠陥の発生状況を同時に可視化するため、ユーザが欠陥検出結果の確認や解析に要する時間の低減も可能である。
　検出された欠陥による欠陥マップは、強度変換前の検査界面の画像、強度変換後の検査界面の画像、別の手法で像質変換された検査界面の画像に重ねて強調表示される（図１３参照）。
　第２実施形態の超音波検査装置において、処理部２０は、抽出した反射信号を方位方向の一定距離内の測定点より得られた複数の反射波毎にグルーピングし（図１０のＳ２０９）、グループ毎に、正常部の反射強度を基準反射強度として推定し（図１１の輝度値Ｍ参照）、推定した基準反射強度に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し（Ｓ２１０）、各グループ内の反射信号を像質変換テーブルに従って変換し（Ｓ２１１）、変換した反射強度を変換後の基準反射強度、もしくは事前に設定されたしきい値と比較して欠陥を抽出し（Ｓ２１３）、各グループ内で変換された反射強度から検査界面の画像を生成し（Ｓ１１４）、抽出した欠陥を検査界面の画像上に表示した欠陥マップを出力する（Ｓ１１５）ことができる。
　反射信号の像質変換テーブルは１つまたは複数種であり、得られる強度変換後の画像及び欠陥マップは１枚である。本実施形態によれば、欠陥マップが１つであることで、時間領域と空間領域における欠陥の発生状況を同時に可視化するため、ユーザが欠陥検出結果の確認や解析に要する時間の低減も可能である。
　１　　検出部
　２　　超音波プローブ（超音波探触子）
　３　　探傷器
　４　　反射波
　５　　試料
　６　　Ａ／Ｄ変換器
　７　　信号処理部
　８　　全体制御部
　１１　　スキャナ台
　１２　　水槽
　１３　　スキャナ
　１５　　ホルダ
　１６　　メカニカルコントローラ
　１７　　ユーザインターフェース部
　１９　　記憶部
　２０　　処理部
　４４　　接合部
　４７　　バンプ層
　５０，５１　　接合界面
　５２，５３　　超音波ビーム
　６６ｂ　　ゲート（第１のゲート、Ｓゲート）
　６７ｂ　　ゲート（第２のゲート、Ｆゲート）
　７０，７０Ａ　　反射信号波形
　７１　　画像生成部
　７２　　欠陥検出部
　７３　　データ出力部
　１００　　超音波検査装置
　４００　　被検査体
　１１００　　画像
　１１０１　　小ウィンドウ
　１１０２　　ヒストグラム
　１１０３　　像質変換テーブル
　１３００　　画像（強度変換前の検査界面の画像）
　１３０１　　画像（強度変換後の検査界面の画像）
　１３０２　　画像（欠陥マップ）
　Ｆ１，Ｆ２　　界面
　Ｍ　　輝度値
　Ｗ　　輝度範囲

Claims (14)

  1. 　超音波探触子で被検査体の表面を走査し、前記超音波探触子から被検査体に向けて超音波を出射し、前記被検査体から戻る反射波を受信し、前記受信した反射波に基づき前記被検査体の内部状態を検査する超音波検査装置であって、
    　前記超音波検査装置の処理部は、
    　ユーザが設定する第１の受信時間領域である第１のゲートと第２の受信時間領域である第２のゲートを受け付け、前記超音波探触子を走査して被検査体の複数の測定点より得られる反射信号を、前記第１のゲートに基づき、受信時間軸方向の補正を行い、受信時間補正後の反射信号より、前記第２のゲートに基づき、検査界面からの反射信号を抽出し、
    　抽出した反射信号を複数のグループにグルーピングし、
    　グループ毎に、正常部の反射強度を基準反射強度として推定し、前記推定した基準反射強度に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し、各グループ内の反射信号を前記像質変換テーブルに従って変換し、前記変換した反射強度を変換後の前記基準反射強度と比較して欠陥を抽出し、
    　前記各グループ内で変換された反射強度から検査界面の画像を生成し、前記抽出した欠陥を検査界面の画像上に表示した欠陥マップを出力する
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  2. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記反射信号のグルーピングは、受信時間領域、及び方位空間領域のいずれか、または両方に基づいて行う
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  3. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記第２のゲートは、複数の界面の反射波が含まれる１つの時間範囲である
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  4. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記第２のゲートから生成される検査画像及び欠陥マップは１枚であり、欠陥は受信時間領域を基にグルーピングされたグループに応じて色分けされた欠陥マップである
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  5. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記検出された欠陥による欠陥マップは、強度変換前の検査界面の画像、強度変換後の検査界面の画像、別の手法で像質変換された検査界面の画像に重ねて強調表示される
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  6. 　超音波探触子で被検査体の表面を走査し、前記超音波探触子から被検査体に向けて超音波を出射し、前記被検査体から戻る反射波を受信し、前記受信した反射波に基づき前記被検査体の内部状態を検査する超音波検査装置であって、
    　前記超音波検査装置の処理部は、
    　ユーザが設定する第１受信時間領域である第１のゲートと第２の受信時間領域である第２のゲートを受け付け、前記超音波探触子を走査して被検査体の複数の測定点より得られる反射信号を、前記第１のゲートに基づき、受信時間軸方向の補正を行い、受信時間補正後の反射信号より、前記第２のゲートに基づき、検査界面からの反射信号を抽出し、
    　抽出した反射信号を方位方向の一定距離内の測定点より得られた複数の反射波毎にグルーピングし、
    　グループ毎に、正常部の反射強度を基準反射強度として推定し、前記推定した基準反射強度に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し、各グループ内の反射信号を前記像質変換テーブルに従って変換し、前記変換した反射強度を変換後の前記基準反射強度、もしくは事前に設定されたしきい値と比較して欠陥を抽出し、
    　前記各グループ内で変換された反射強度から検査界面の画像を生成し、前記抽出した欠陥を検査界面の画像上に表示した欠陥マップを出力する
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波検査装置において、
    　前記反射信号の前記像質変換テーブルは１つまたは複数種であり、得られる強度変換後の画像及び欠陥マップは１枚である
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  8. 　超音波探触子で被検査体の表面を走査し、前記超音波探触子から被検査体に向けて超音波を出射し、前記被検査体から戻る反射波を受信し、前記受信した反射波に基づき前記被検査体の内部状態を検査する超音波検査方法であって、
    　ユーザが設定する第１の受信時間領域である第１のゲートと第２の受信時間領域である第２のゲートを受け付け、前記超音波探触子を走査して被検査体の複数の測定点より得られる反射信号を、前記第１のゲートに基づき、受信時間軸方向の補正を行い、受信時間補正後の反射信号より、前記第２のゲートに基づき、検査界面からの反射信号を抽出するステップと、
    　抽出した反射信号を複数のグループにグルーピングするステップと、
    　グループ毎に、正常部の反射強度を基準反射強度として推定し、前記推定した基準反射強度に基づいて反射強度を非線形に変換する像質変換テーブルを算出し、各グループ内の反射信号を前記像質変換テーブルに従って変換し、前記変換した反射強度を変換後の前記基準反射強度と比較して欠陥を抽出し、前記各グループ内で変換された反射強度から検査界面の画像を生成し、前記抽出した欠陥を検査界面の画像上に表示した欠陥マップを出力するステップと、を有する
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  9. 　請求項８に記載の超音波検査方法において、
    　前記反射信号のグルーピングは、受信時間領域、及び方位空間領域のいずれか、または両方に基づいて行う
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  10. 　請求項８に記載の超音波検査方法において、
    　前記第２のゲートは、複数の界面の反射波が含まれる１つの時間範囲である
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  11. 　請求項８に記載の超音波検査方法において、
    　前記第２のゲートから生成される検査画像及び欠陥マップは１枚であり、欠陥は受信時間領域を基にグルーピングされたグループに応じて色分けされた欠陥マップである
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  12. 　請求項８に記載の超音波検査方法において、
    　前記検出された欠陥による欠陥マップは、強度変換前の検査界面の画像、強度変換後の検査界面の画像、別の手法で像質変換された検査界面の画像に重ねて強調表示されることを特徴とする超音波検査方法。
  13. 　請求項８に記載の超音波検査方法において、
    　前記抽出した反射信号を複数のグループにグルーピングするステップに代えて、
    　前記抽出した反射信号を方位方向の一定距離内の測定点より得られた複数の反射波毎にグルーピングする
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  14. 　請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の超音波検査方法において、
    　前記反射信号の前記像質変換テーブルは１つまたは複数種であり、得られる強度変換後の画像及び欠陥マップは１枚である
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
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