超声波检查装置以及超声波检查方法与流程

本发明涉及一种超声波检查装置以及超声波检查方法。

背景技术：

作为从被检查体的图像中检查缺陷的无损检查方法，具有使用向被检查体照射超声波来检测其反射波从而生成的超声波图像的方法。

通常，在通过超声波检测具有多层结构的被检查体内存在的缺陷时，使用基于声阻抗差异的反射特性。超声波在液体、固体物质中传播，在声阻抗不同的物质的边界面、空隙处产生反射波(回波)。

在此，来自剥离等缺陷的反射波的强度高于来自不存在缺陷的地方的反射波。因此，通过对被检查体的各层的边界面的反射强度进行成像，能够得到使被检查体内存在的剥离缺陷显现的图像。

但是，近年来，在以电子部件为代表的被检查体中，布线图案的微细化不断进展，要检测的剥离也变得微小，难以仅通过反射强度来确定有无存在剥离。

超声波在从声阻抗小的物质入射到声阻抗大的物质的情况下，存在来自剥离缺陷的反射波相对于来自不存在剥离的部位的反射波相位反转的性质。通过进行捕捉该相位反转来检测反射强度低的剥离缺陷的处理，能够实现微小剥离、孔隙的高灵敏度的检测。

作为检测这样的剥离等的方法，例如存在专利文献1。在专利文献1中，将反射波的上升波峰的极性与发送波的上升波峰的极性进行比较，如果极性不同则判定为剥离。

在专利文献1的方法中，针对从各测定点得到的每个反射波，将来自期望的界面的反射波的上升波峰极性与发送波的上升波峰极性进行比较，因此不需要测定点之间的波峰的对应。

但是，当由于被检查体内的结构物的薄型化而使得来自各界面的反射波(波峰)的产生时间接近时，难以确定来自期望的界面的反射波。结果，难以高灵敏度地检测微小的剥离等。

专利文献1：日本特开2012-154877号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于，即使在被检查体内的结构物薄型化的情况下，也能够高灵敏度地检测微小剥离等。

本发明的一个方式的超声波检查装置具有处理部，该处理部通过超声波探头对被检查体的表面进行扫描来从上述超声波探头向被检查体出射超声波，接收从上述被检查体返回的反射波，根据接收到的上述反射波的特征来检查上述被检查体的内部状态，上述处理部针对从上述被检查体的各测定点得到的上述反射波，提取从上述被检查体内的特定界面产生的局部波峰，将提取出的上述局部波峰的极性与参照极性进行比较，将提取出的上述局部波峰的极性与上述参照极性不同的测定点检测为异常。

在本发明的一个方式的超声波检查装置中，通过超声波探头对被检查体的表面进行扫描来从上述超声波探头向被检查体出射超声波，接收从上述被检查体返回的反射波，根据接收到的上述反射波的特征来检查上述被检查体的内部状态，超声波检查装置具有：在一个测定点的上述反射波内设定从上述被检查体的期望的界面产生的局部波峰的单元；设定向上述被检查体出射的上述超声波的一个波长以下的时间长度的闸门的单元；设定从上述被检查体的期望的异质界面产生的上述局部波峰的极性的单元；使用所设定的上述时间长度的上述闸门从各个其它的上述反射波依次搜索并确定与所设定的上述局部波峰相同的从上述异质界面产生的上述局部波峰的单元；根据所确定的上述局部波峰的反射强度，生成上述异质界面的截面图像并进行显示的单元；以及如果搜索并确定的从各测定点得到的上述反射波的上述局部波峰的极性与所设定的上述局部波峰的极性不同则判定为异常，在所生成的上述截面图像上显示被判定为异常的测定部位来进行输出。

在本发明的一个方式的超声波检查方法中，使用超声波探头对被检查体的表面进行扫描，从上述超声波探头向被检查体出射超声波，接收从上述被检查体返回的反射波，根据接收到的上述反射波的特征来检查上述被检查体的内部状态，针对从上述被检查体的各测定点得到的上述反射波，提取从上述被检查体内的特定界面产生的局部波峰，将提取出的上述局部波峰的极性与参照极性进行比较，将提取出的上述局部波峰的极性与上述参照极性不同的测定点检测为异常。

根据本发明的一个方式，即使在被检查体内的结构物薄型化的情况下，也能够高灵敏度地检测微小剥离等。

附图说明

图1表示实施例的具有多层结构体的半导体封装的超声波检查方法的处理过程的例子。

图2是表示实施例的超声波检查装置的概念的框图。

图3是表示实施例的超声波检查装置的概要结构的框图。

图4是在实施例中具有作为检查对象的多层结构体的半导体封装的纵结构的示意图。

图5表示从具有作为检查对象的多层结构体的半导体封装得到的反射回波以及以往的闸门控制方式的闸门设定的例子。

图6表示闸门设定的例子。

图7表示局部波峰附带标签的例子。

图8表示局部波峰的对应处理的例子。

图9表示反射回波间的局部波峰的对应结果的例子。

图10表示基于对应起来的局部波峰的内部畸变形状测量的例子。

图11表示对应起来的局部波峰与参照信号的比较例。

图12表示本发明的实施例的对应起来的局部波峰的特征分布的例子。

具体实施方式

实施方式涉及一种使用超声波来进行在电子部件等被检查体内部存在的剥离、孔隙等缺陷是否存在的判定以及使内部状态可视化的超声波检查装置以及超声波检查方法。

在将复杂且多层结构构成的2.5维、三维安装部件等设为对象的超声波检查中，由于表面的凹凸(例如，模具树脂的厚度不均等)、内部的结构物的倾斜和畸变(例如芯片的翘曲等)或安装部件的高度不同等，有时异质界面之间的距离根据测定点而发生变动。

在这种情况下，在实施方式中，例如对于从具有复杂且多层结构的被检查体得到的各测定点的反射波，提取局部波峰来计算特征量，根据该特征量在全部反射波之间进行考虑了极性反转的局部波峰的对应。另外，将在全部反射波之间对应起来的特定的边界面的局部波峰与参照波峰信号进行比较，由此检测相位反转的波峰。

在实施方式中，在通过超声波进行的无损检查中，通过简单的条件设定来识别来自由复杂的多层结构构成的被检查体的异质边界面的反射波，生成清晰的截面图像，并且能够确定产生了极性反转的测定部位。例如，将ic芯片等由硅进行模制的多层结构设为检查对象，即使存在硅的厚度不均、结构物的畸变，也仅通过简单的条件设定来生成用户所期望的异质结构物的耦合界面的图像。

这样，在实施方式中，在将半导体电子部件设为对象的超声波检查中，识别从异质耦合面反射并接收的局部波峰信号，捕捉与参照信号之间的相位反转。由此，即使在被检查体内的结构物薄型化的情况下，也能够高灵敏度地检测微小的剥离等。

以下，使用附图说明实施例。

[实施例]

作为超声波的特性，超声波在被检查体内部传播，当存在材料特性(声阻抗)发生变化的边界时，超声波的一部分进行反射。特别是当存在空隙时大部分反射，因此能够根据超声波的反射强度来在异质边界面高灵敏度地检测孔隙、剥离等缺陷。以下，将多层结构物的异质耦合界面的剥离作为检测对象来进行说明。

参照图2说明超声波检查装置的结构。

如图2所示，超声波检查装置具有检测部1与a/d转换器6、信号处理部7以及整体控制部8。检测部1具有超声波探头(超声波探头)2以及探伤器3。探伤器3向超声波探头2赋予脉冲信号，由此驱动超声波探头2。由探伤器3驱动的超声波探头2产生超声波，将水作为介质发送到作为被检查体的试样5。当发送的超声波入射到具有多层结构的试样5时，从试样5的表面或异质边界面产生反射波4，反射波4由超声波探头2接收，在探伤器3中实施所需的处理后转换为反射强度信号。

接着，该反射强度信号被a/d转换器6转换为数字波形数据而输入到信号处理部7。在试样5上的检查区域内以逐次扫描的方式进行该超声波的发送和接收。此外，为了便于说明，将超声波探头2产生的超声波称为“发送波”，将超声波探头2接收的超声波称为“反射波”。

信号处理部7构成为适当地具有图像生成部7-1、缺陷检测部7-2、数据输出部7-3。对于从a/d转换器6输入到信号处理部7的波形数据，在图像生成部7-1中进行后述的信号转换，从数字波形数据生成试样5的特定耦合面的截面图像。缺陷检测部7-2在由图像生成部7-1生成的耦合面的截面图像内进行后述的处理，检测剥离等缺陷。在数据输出部7-3中，生成由缺陷检测部7-2检测出的各个缺陷的信息、截面的观察用图像等作为检查结果而输出的数据并输出到整体控制部8。

接着，参照图3说明用于实现图2所示的结构的具体的超声波检查装置100的一结构例。在图3中，10表示x、y、z的正交3轴的坐标系。图3的1相当于在图2中说明的检测部1。

检测部1中包含的11为扫描台、12为设置在扫描台11上的水槽、13为在扫描台11上方以跨过水槽12的方式设置的在x、y、z方向上可移动的扫描仪。扫描台11为大致水平地设置的基台。在水槽12中将水14注入到用虚线表示的高度，将试样5放置在水槽12的底部(水中)。如上所述，试样5为包含多层结构等的封装产品。水14是使从超声波探头2出射的超声波高效地传播到试样5的内部而需要的介质。16为机械控制器，在x、y、z方向上驱动扫描仪13。

超声波探头2从下端的超声波出射部对试样5发送超声波，接收从试样5返回的反射波。超声波探头2安装在支架15上，通过由机械控制器16驱动的扫描仪13而能够在x、y、z方向上自由地移动。由此，超声波探头2一边在x、y方向上移动一边在试样5的事先设定的多个测定点接收反射波，得到测定区域(xy平面)内的耦合面的二维图像，从而能够检查缺陷。超声波探头2经由电缆22与探伤器3相连接，该探伤器3将反射波转换为反射强度信号。

如图2说明的那样，超声波检查装置100还具有a/d转换器6、信号处理部7、整体控制部8以及机械控制器16。

信号处理部7对由a/d转换器6进行a/d转换后的反射强度信号进行处理来检测试样5的内部缺陷。信号处理部7具备图像生成部7-1、缺陷检测部7-2、数据输出部7-3以及参数设定部7-4。

图像生成部7-1根据数字数据生成图像，该数字数据是通过a/d转换器6对在xy平面上预先设定的试样5的测定范围内从表面以及各异质边界面等返回并由超声波探头2接收到的反射波进行a/d转换而得到的。缺陷检测部7-2对图像生成部7-1生成的图像进行处理来显现或检测内部缺陷。数据输出部7-3输出通过缺陷检测部7-2显现或检测出内部缺陷的检查结果。参数设定部7-4接受从外部输入的测定条件等参数，向缺陷检测部7-2和数据输出部7-3进行设置。而且，在信号处理部7中，例如参数设定部7-4与数据库18相连接。

整体控制部8具备用于进行各种控制的cpu(内置在整体控制部8中)，接收来自用户的参数等。并且，整体控制部8与用户接口部(gui部)17和存储装置18适当地连接，其中，上述用户接口部(gui部)17具有用于显示由信号处理部7检测出的缺陷的图像、缺陷数、各个缺陷的坐标、尺寸等信息的显示单元以及输入单元，上述存储装置18用于存储由信号处理部7检测出的缺陷的特征量、图像等。机械控制器16根据来自整体控制部8的控制指令来驱动扫描仪13。此外，信号处理部7、探伤器3等也通过来自整体控制部8的指令进行驱动。

参照图4说明试样5的一例。

在此，400是示意性地表示具有作为主要的检查对象的多层结构的电子部件(被检查体)的纵结构的例子。

被检查体400在最下层的印刷布线基板40上经由焊锡球41接合了半导体器件42。半导体器件42是将多个芯片(在此为43、44、45这三个芯片)进行重叠，并经由凸块(bump)47与内插板46连接而成的，使用树脂48(图中的阴影部分)来保护内部。当从被检查体400的表面侧(图中的上方)入射了超声波49时，超声波49向被检查体400的内部传播，在表面以及各芯片之间的边界面、凸块层等声阻抗不同的部位进行反射，这些作为一个反射波由超声波探头2接收。

图5的50为由超声波探头2接收到的反射波的一部分的例子，是横轴表示接收时间(路程)，纵轴表示反射强度(峰值)时的波形。时间表示被检查体400的深度，纵轴表示的峰值将中央设为0，在此开始向上方表示正的极性、向下方表示负的极性。反射波交替地出现极性不同的波峰。以下，将各个波峰记载为局部波峰。

在一般的闸门控制方式中，首先设定用于检测来自表面的反射波的s闸门51。然后，在通过s闸门设定的时间范围内，将最初产生超过阈值的波峰的定时设为来自表面的反射信号，即设为触发点。在图中，53为触发点。

接着，在从触发点53延迟了预先设定的时间的时域中施加成像闸门(f闸门)(图中的52)，在f闸门52中，检测具有预先设定的极性的波峰中的峰值为最大(在极性为负的情况下峰值为最小)的局部波峰。在设定了正的极性的情况下，检测出局部波峰54。为了进行这样的处理，f闸门需要为极性为正的局部波峰和极性为负的局部波峰两者最低包含一个以上的时间长度。

信号处理部7的图像生成部7-1通过反复进行以下的动作生成从表面起处于一定深度的截面图像：根据在测定区域(xy平面)内进行扫描而得到的各反射波来计算触发点，在延迟了固定时间的时域内设定f闸门，检测是所设定的极性且峰值为最大的局部波峰以及将峰值转换为灰度值(例如在生成256灰度的图像的情况下为0～255)。

如此，在以往的闸门控制方式中，如图4的400那样在从表面起至各芯片的边界面为止的距离为恒定的情况下具有效果。但是，在由于模具树脂的厚度不均匀、内部芯片的翘曲等使得从表面(触发点)起至各芯片边界面为止的距离不均匀的情况下，无法在整个测定区域中生成期望的边界面的图像。另外，近年来，随着电子部件的小型化和薄型化的发展，内部结构物也不断薄型化，当将f闸门设定为图5的52那样的时间长度时，在f闸门中混合了来自多个边界面的反射信号，使得检测错误的边界面的信号。

在此，反射前后的材质的声阻抗的差越大则在边界面的超声波的反射强度，即峰值越大。但是，当在边界面存在剥离(空隙)时，声阻抗大致为0，因此超声波进行全反射，与不存在剥离的部位相比变大。另外，在超声波从声阻抗小的物质入射到声阻抗大的物质的情况下，当在此存在剥离(空隙)时，通常，边界的反射波相对于不存在剥离的部位产生相位反转。但是，在以往的闸门控制方式中，无法检测极性的反转。

与此相对，实施例的超声波检查装置即使在由于模具树脂的厚度不均(表面的凹凸)、内部结构物的畸变导致表面与各边界面之间的距离不均匀的情况下，也会在从整个测定区域得到的反射波中确定与来自期望的边界面的反射信号对应的局部波峰。而且，通过检测其极性的反转，不管峰值的大小而检测剥离。

参照图1说明实施例的超声波检查装置的处理方法。通过图2所示的图像生成部7-1进行本处理。

在此，图像生成部7-1例如包含：在一个测定点的反射波内设定从被检查体(试样5)的期望的界面产生的局部波峰的单元；设定向被检查体(试样5)出射的超声波的一个波长以下的时间长度的闸门的单元；设定从被检查体(试样5)的期望的异质界面产生的局部波峰的极性的单元；使用所设定的时间长度的上述闸门，从各个其它的反射波依次搜索并确定与所设定的局部波峰相同的从异质界面产生的局部波峰的单元；以及根据所确定的局部波峰的反射强度来生成期望的异质界面的截面图像并进行显示的单元。

如果搜索并确定的从各个测定点得到的反射波的局部波峰的极性与所设定的局部波峰的极性不同，则缺陷检测部7-2判定为异常。数据输出部7-3构成在生成的截面图像上显示被判定为异常的测定部位来进行输出的单元。

在此，设定上述闸门的单元例如设定极性为正和负的上述局部波峰各包含一个的时间长度，来作为超声波的一个波长以下的时间长度。

首先，作为从期望的边界面检测剥离的条件，输入闸门位置(边界面的深度)、闸门宽度(局部波峰搜索范围)、参照极性等条件(s101)。条件基本上由用户设定，图6表示其一个例子的概念图。60为被检查体，表示由于模具树脂的厚度不均匀使得表面不平坦的情况。

首先，在62所示的坐标系的xy面内设定针对被检查体60的测定范围，指定用于设定闸门的测定范围内的任意的测定点(图中的m601)。601为从指定的测定点m601得到的反射波，g601为所设定的闸门的示例。将闸门宽度设定为极性为正和负的局部波峰各包含一个的程度的窄的时间长度δt。在此，在将参照极性设定为“正”的情况下，作为基准的局部波峰而选择p601。602表示从在xy空间上与测定点m601相分离的测定点m602得到的反射波。可知由于受到模具树脂的厚度不均的影响，反射波602相对于601，在时间上延迟地接收到来自表面和界面的反射信号。

因此，将闸门挪动到适当的时间范围内(向g602移动)，选择闸门g602内的两个局部波峰中的在特征上与基准波峰最相似的局部波峰。针对从全部测定点得到的各个反射波进行该选择，由此与局部波峰的极性无关地，依次决定与设定波峰p601对应的局部波峰。

因此，首先，在测定范围内的各测定点获取反射波(s102)。然后，针对所输入的测定范围内的全部测定点，如果反射波的获取结束(s103→“是”)，则在全部反射波之间使局部波峰对应起来。

针对各反射波，首先，检测局部波峰(s104)。作为局部波峰检测方法的一例，存在通过二次多项式拟合进行的平滑微分。这是通过线性公式的权重系数对各个反射波进行反卷积，由此得到微分波形(式1)，将该微分波形的符号从正变为负或从负变为正的地方设为局部波峰位置。这是局部波峰检测方法的一例，也可以是其它方法。

s(z)＝﹣(a＊f(z﹣2)+b＊f(z﹣1))+c＊f(z)+(b＊f(z+1)+c＊f(z+2))(式1)

s(z)：微分波形

f(z)：反射回波

a＝2，b＝1，c＝0

接着，针对检测出的各个局部波峰运算特征量(s105)。作为一例，将其产生时间(z)、此时的峰值(f(z))设为特征量，如果特征量为一个以上的多种，为产生时间附近的局部波峰数(波峰密度)、与参照波形之间的互相关函数等表示局部波峰的特征的特征量，则也可以是其它特征。另外，关于将互相关函数设为特征量时的参照波形，作为一例可举出发送波、从合格品得到的反射波、来自表面的反射波等。

而且，根据是否存在于初始设定的闸门g601内来将各局部波峰分为两类，并赋予两种标签中的某一个(s106)。对检测出的全部局部波峰执行上述s105、s106。

图7的70为反射波，p1～p8为从反射波70检测出的局部波峰的一部分。关于p1～p8中的每一个，将位于设定闸门g701之内还是之外作为局部波峰的特征量来附加标签。

图7的71表示对局部波峰p1～p8附加了标签l0、l1中的某一个标签的示例。在本例中，对位于设定闸门g701内的p1、p2赋予了标签l0，对p3～p8赋予了标签l1。

在对取得的全部反射波进行了s104～s106之后，在反射波之间进行局部波峰的对应(s107)。这意味着从全部反射波中确定从同一边界面产生的局部波峰。

图8表示局部波峰的对应处理s107的一例。在从关注的测定点u得到的反射波81中，已将相对于基准波峰的局部波峰确定为p801。

在实施例中，在从确定了对应的局部波峰的测定点u附近的测定点m、d得到的反射波中，确定与波峰p801对应的局部波峰。

首先，在从测定点m得到的反射波82的各局部波峰中，确定特征与波峰p801最相似的波峰。在本例中为p802。而且，更新闸门位置使得包含p802(s108)。g802表示更新后的事例。与此同时，还更新反射波82的局部波峰的标签。

接着，在从测定点d得到的反射波83的各局部波峰中，确定特征与波峰p802最相似的波峰。在本例中为p803。在xy空间上分离的测定点依次展开相同的处理，由此对全部反射波进行波峰的对应。

如上所述，一边在时间方向上移动闸门一边确定局部波峰。由此，能够检测从触发点开始的时间差不恒定或者产生时间不恒定的来自特定界面的反射信号。另外，使用多个特征量来评价类似度，由此能够与极性的差异无关地进行对应。

在上述的说明中，表示了通过多个特征和窄闸门的更新来进行反射波之间的局部波峰与局部波峰的对应的例子，但是也可以通过基于动态规划的弹性匹配来进行反射波与反射波的批量对应。如此存在多种对应方法，即使在通过在全部反射波之间进行局部波峰的对应，无法得到来自表面的反射信号的情况下，即对于无法得到触发点的反射波，也能够得到来自边界面的反射信号。

图9是按照图1的处理流程对所设定的基准波峰p20从全部反射波提取了与期望界面对应的局部波峰(在图9中为p21、p22、p23、p24)(s108)的结果的例子。

在图像生成部7-1中，将这些对应的局部波峰的峰值转换为灰度值，并设为各测定点的像素值，由此生成耦合界面图像1-1。

另一方面，图10的d20、d21、d22、d23、d24表示在图9中对应的局部波峰(p21、p22、p23、p24)的路程。在图像生成部7-1中，生成测定区域内的这些路程分布，将其换算为距离来生成内部畸变形状1-3。由此，能够进行所指定的界面的结构物的倾斜、剥离角度的自动测量以及成像。

最后，在图2的缺陷检测部7-2中，将在图1的s101中设定的参照极性与从各反射波确定的来自期望的边界面的局部波峰的极性进行比较(s109)，如果参照极性与极性一致则为正常。如果不一致则作为剥离而提取(1-2)。

改变颜色等在界面图像1-1上重叠显示提取结果。图11的p110、p111、p112表示从反射波1100、1101、1102对应起来的来自同一界面的反射信号的例子。在将参照极性设定为负的情况下，将极性为正的反射信号p110检测为剥离缺陷。此外，还可不设定极性，而将信号本身设定为参照值。

其一例为发送信号，将与发送信号相比相位反转的反射信号检测为剥离缺陷。另外，还能够将来自表面的反射信号设定为参照信号，将相位反转的反射信号设为剥离缺陷。

图11的s110、s111、s112表示来自表面的反射信号。此时，将反射信号p111、p112检测为剥离缺陷。

并且，在不设定参照极性、参照信号的情况下，还能够根据对应的局部波峰的特征分布来检测剥离。图12的1200、1201为从各测定点检测出的来自同一界面的反射信号的特征分布的例子。分布1200为检测出的局部波峰的极性分布，用白色表示的部分为正的极性，用黑色表示的部分为负的极性。能够根据该黑色与白色区域的面积比、分布形状来判断正、负的哪一个相当于剥离部。在此，将面积小且形状扩展为圆形的正的极性的区域提取为剥离。

1201为检测出的局部波峰的峰值与参照信号的峰值的比较值(强度差)的分布。在此，将比较值大于一定的阈值的区域设为剥离。另外，还能够通过1200、1201的组合来判定缺陷。特征分布并不限于极性、与参照信号的强度差，也可以是与参照信号之间的相关函数、上升波峰的极性、正的波峰与负的波峰的峰值比等任意一个。

如上所述，根据实施例，关于从被检查体的测定区域得到的全部反射波，在反射波之间与极性的差异无关地对从同一界面得到的局部波峰进行对应，由此能够高精度地捕捉相位反转的部位。由此，能够检测微小剥离、孔隙等缺陷。

附图标记说明

1：检测部；2：超声波探头；3：探伤器；4：反射波；5：试样；6：a/d转换器；7：信号处理部；7-1：图像生成部；7-2：缺陷检测部；7-3：数据输出部；8：整体控制部；11：扫描台；12：水槽；13：扫描仪；15：支架；16：机械控制器；17：用户接口；100：超声波检查装置。