超音波測定方法
【課題】多層構造の物質に対し、その内部の薄い層（１００μｍ以下）を精度よく計測することが可能な超音波測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】前述の課題を解決するために、本発明の超音波測定方法は、複数の界面を有する被測定物に超音波を照射し、前記被測定物の測定対象層の上側界面及び下側界面で反射した２つの反射波による波形を取得し、予め作成された複数種類の参照波形を有する参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較して前記測定対象層の厚みを計測することを特徴とする。
【解決手段】前述の課題を解決するために、本発明の超音波測定方法は、複数の界面を有する被測定物に超音波を照射し、前記被測定物の測定対象層の上側界面及び下側界面で反射した２つの反射波による波形を取得し、予め作成された複数種類の参照波形を有する参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較して前記測定対象層の厚みを計測することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の界面を有する物体に超音波を照射して得た界面信号から物体の厚さを測る測定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の界面を有する物体に超音波を照射して得た界面信号から物体の厚さを測る技術として、超音波測定技術がある。
【０００３】
図１２は、従来の超音波測定装置の基本的構成図である。
【０００４】
図１２において、超音波測定装置１は、被測定物２に超音波を照射するための超音波探触子３、超音波探触子３を制御するための制御部４、制御部４に条件を入力するための入力部５、超音波測定結果を表示するための表示部６から構成されている。被測定物２は、容器７内の水８の中に載置される。
【０００５】
超音波探触子３から水８を媒体として被測定物２に超音波を発信し、その反射波を超音波探触子３で受信する。そして、受信した信号を、制御部４にて波形処理，画像処理等を行うことで被測定物２の良否判断と画像化を行う。ここで、超音波探触子３は超音波の送受信のどちらにも用いられる。また、制御部４は、超音波探触子３で受信した超音波を電圧に変換・増幅するパルサレシーバー、および、電圧波形の強度値を画像化する画像処理部を含んでいる。被測定物２としては、単層の物質、あるいは多層の物質である。
【０００６】
ここで、被測定物２が単層物質である場合について考える。
【０００７】
図１３は、単層物質における超音波の反射を示す概略図である。
【０００８】
図１３において、超音波探触子３から発信された超音波９は、単層物質１０の内部に透過し、単層物質１０の上面１０ａと下面１０ｂとでそれぞれ上面反射波１１ａおよび下面反射波１１ｂを発生させる。そして、それぞれの反射波の信号を得ることで単層物質１０の層の厚みを計測する。ここで上面１０ａとは、単層物質１０の層において超音波探触子３に近い面であり、下面１０ｂとは超音波探触子３に遠い面である。
【０００９】
また、測定対象物としては単層物質には限らず、多層物質に対しても層の厚みを観測できる。
【００１０】
図１４は、多層物質における超音波の反射を示す概略図である。
【００１１】
図１４において、超音波探触子３から発信された超音波１２は、多層物質１３の内部に透過し、多層物質１３の表面層１４の上面１４ａと下面１４ｂとでそれぞれ上面反射波１５ａおよび下面反射波１５ｂを発生させる。そして、それぞれの反射波の信号を計測し、多層物質１３の表面層１４の厚みを計測する。なお、超音波が内部に届く範囲では、内部層の厚みを計測することも可能であり、例えば内部層１６の厚みは、上面１６ａと下面１６ｂからの反射波を得ることで計測する事が可能である。
【００１２】
従来の超音波測定方法について説明する。図１３の単層物質１０が金属板であるとする。金属板は光を透過しないため、物体内部を透過し、反射波の取得により界面の情報を得る事が出来る超音波は特に有効である。図１３において、超音波探触子３から超音波パルスを単層物質１０に照射すると、上面１０ａから反射波が発生し、それを超音波探触子３で受信する。一方、超音波の一部は上面１０ａを透過し、下面１０ｂで反射する。このときの透過率は、カプラーとなる水の音響インピーダンスおよび単層物質１０（金属板）の音響インピーダンスで決まる。この反射波を超音波探触子３で受信する。上面１０ａと下面１０ｂの反射波が合成された波形が最終的に出力されるため、結果は図１５のようになる。
【００１３】
図１５は、従来の超音波測定による測定結果を示す図である。
【００１４】
図１５において、波形１７は上面１０ａからの反射波の測定結果、波形１８は下面１０ｂからの反射波の測定結果である。図１５のグラフの横軸は時間（ｎｓ）、縦軸は任意の強度値であり、今回は超音波探触子３で受信した電圧信号の８ビット表示としている。また、波形１７と波形１８は界面の音響インピーダンス差から位相が反転している。このグラフより波形時間差ΔＴを読み取る。次に、単層物質１０（金属板）の音速Ｖ（ｍ／ｓ）を用いて、 Ｖ×ΔＴ／２ より、単層物質１０（金属板）の厚みを求める。ここで超音波は往復分として２つ存在するため、２で割っている。以上により、単層物質１０（金属板）の内部を透過する超音波の反射波を取得することで、層の厚み計測を行う事が出来る。
【特許文献１】特開２００１−１２４７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述の従来の技術では、被測定物の層の厚みが薄い場合は計測が困難になる。例えば、被測定物の層が金属板の場合、超音波反射波の一つの波が発生している時間はおよそ４０ｎｓであり、厚みに換算すると１１２μｍである。これ以下の厚みを計測しようとした場合、その層の上面と下面の反射波が重なり合ってしまうため、波形時間差を求める事が出来ない。この場合、超音波探触子の周波数を上げ、波が発生する時間を短くする必要がある。
【００１６】
例えば、１１０ＭＨｚの探触子を用いて単層物質の超音波測定を行なっていた場合、この周波数を例えば３倍に変更（３００ＭＨｚの探触子）して計測すると、さらに１／３薄い厚みの計測が可能になる。ところが、計測する層が多層構造の内部にある場合、高い周波数（１１０ＭＨｚ以上）の超音波はその層まで到達しない。これを回避する（その層まで超音波を到達させる）ためには周波数を下げるとよいが、測定対象の層が薄いと、低い周波数で波形時間差を求める事が出来ず、層を測定できないという課題がある。
【００１７】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためのものであり、複数の界面を有する物体に対し、その内部層を精度よく計測することが可能な超音波測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述の課題を解決するために、本発明の超音波測定方法は、複数の界面を有する被測定物に超音波を照射し、前記被測定物の測定対象層の上側界面及び下側界面で反射した２つの反射波による波形を取得し、予め作成された複数種類の参照波形を有する参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較して前記測定対象層の厚みを計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、複数の界面を有する物体において、内部層を高精度に超音波計測する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明における実施の形態において、同一構成には同一符号を付して説明を省略している。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波測定装置の概略図である。
【００２２】
図１において、超音波測定装置１９は、被測定物２０に超音波を照射するための超音波探触子２１、超音波探触子２１を制御するための制御部２２、制御部２２に条件を入力するための入力部２３、超音波測定結果を表示するための表示部２４から構成されている。被測定物２０は、容器２５内の水２６の中に載置される。
【００２３】
超音波探触子２１から水２６を媒体として被測定物２０に超音波を発信し、その反射波を超音波探触子２１で受信する。そして、受信した信号を、制御部２２にて波形処理，画像処理等を行うことで被測定物２０の良否判断と画像化を行う。ここで、超音波探触子２１は超音波の送受信のどちらにも用いられる。また、制御部２２は、超音波探触子２１で受信した超音波を電圧に変換・増幅するパルサレシーバー、および、電圧波形の強度値を画像化する画像処理部を含んでいる。
【００２４】
図２は、実施の形態１における被測定物とその反射波の構成を示す図である。
【００２５】
本実施の形態では、被測定物２０の物質を、ＭＯＳＦＥＴなどに代表されるパワー素子としている。ＭＯＳＦＥＴは、ＦＰＤディスプレイを初めとしたあらゆる電気製品に入っている電子部品であり、表面実装デバイスとして一般的な物である。その製造方法としては被測定物２０に対し、Ｓｉチップ２７をリードフレーム２８に実装し、それをモールド２９で封止する。
【００２６】
Ｓｉチップ２７とリードフレーム２８の実装には、半田や銀ペーストが用いられるが、本実施の形態では半田３０としている。また、リードフレーム２８の材質には銅が用いられる。これは熱伝導率が高い銅を用いることにより、放熱性を上げるためである。モールド２９の材料としてはエポキシ樹脂が用いられ、フィラーの充填率はおよそ７０〜９０％である。
【００２７】
また、各構造の断面方向のおおよその厚みは、樹脂厚み（リードフレーム側）Ｄ1で２００〜３００μｍ、リードフレーム厚みＤ2で１５００〜２０００μｍ、半田厚みＤ3で２０〜５０μｍ、Ｓｉチップ厚みＤ4で２００〜４００μｍ、樹脂厚み（チップ側）Ｄ5で２０００〜３０００μｍである。
【００２８】
この構造において、半田３０の層の厚みを計測する。１００μｍ以下の厚みを計測するには高周波（たとえば、１１０ＭＨｚ以上の周波数）を使うのが望ましいが、半田３０はモールド２９、リードフレーム２８などに挟まれ、また各々の厚みが数１０００μｍと厚い。そのため、低周波（５０ＭＨｚ以下の周波数）を用いて超音波の透過性をよくすることで半田３０の層の界面の反射波を得る必要がある。
【００２９】
また、超音波は特にエポキシ樹脂での減衰が非常に大きい。これは、エポキシ樹脂内のフィラー粒子が超音波の透過を阻止しているためと思われる。半田３０からの反射波を得るためにはモールド２９層の薄いリードフレーム２８側から超音波を照射し、超音波探触子２１で受信する。
【００３０】
図３は、実施の形態１における超音波測定の測定結果を示す図である。
【００３１】
図３に示す波形において、反射波成分としては、水―モールド界面の反射波、モールド―リードフレーム界面の反射波、リードフレーム―半田界面の反射波、半田―Ｓｉチップ界面の反射波、の４つの反射波が存在すると考えられる。
【００３２】
ここで上記水―モールド界面の反射波と上記モールド―リードフレーム界面の反射波の反射波が波形３１である。図２に示す層構造において、モールド２９の層の厚みが薄いため、上記水―モールド界面の反射波と上記モールド―リードフレーム界面の反射波の反射波が重なり合っている。また上記リードフレーム―半田界面の反射波と上記半田―Ｓｉチップ界面の反射波の反射波が波形３２である。この波形３２の反射波の信号から半田３０の層の厚みを計測していく。
【００３３】
本実施の形態の超音波測定の手順を図４に示す。
【００３４】
図４は、実施の形態１における超音波測定のフローチャートである。
【００３５】
図４において、まず、ステップＳ１として、被測定物２０に超音波探触子２１から超音波を照射し、測定波形を取得する。ここで測定される波形は、前述の図３に示す波形である。
【００３６】
次に、ステップＳ２として、後述する方法により作成された複数の参照用波形により構成された参照用波形テーブルの中から、最初に測定波形と比較するための参照用波形を取り出す。この時、測定対象の層の設計値に基づいて参照用波形を取り出すことが好ましい。なお、この参照用波形テーブルの作成方法については後述する。
【００３７】
次に、ステップＳ３として、測定波形と参照用波形を比較する。ここでは、２つの波形を比較する方法として、相関係数を用いた比較を行う。相関係数は、２つのデータの形の類似度を数値化する手段であり、−１〜１の値をとる。１が完全一致、０が類似性無し、−１が負の相関がある（位相が逆）、といった関係があり、この関係を用いて比較を行う。ここでは、後述する時間補正を行いながら測定波形と参照用波形を比較し、横軸をシフト点，縦軸を相関値とした図５に示すような相関値波形を作成する。図５は、実施の形態１における相関値波形を示す図である。
【００３８】
次に、ステップＳ４として、前述の図５の相関値波形から、相関値波形ピーク値を取得する。図５においては、領域３３が相関値波形ピーク値である。
【００３９】
次に、ステップＳ５として、ステップＳ４で取得した相関値波形ピーク値が、今までに取得した相関値波形の最大ピーク値より大きいか否かを判断する。そして、最大ピーク値よりも大きい場合（ステップＳ５のＹＥＳ）は、ステップＳ６で最大相関値を更新する。逆に、最大ピーク値よりも小さい場合（ステップＳ５のＮＯ）は、ステップＳ７で全てのテーブル選択が終了しているか否かを判断する。
【００４０】
次に、全てのテーブル選択が終了している場合（ステップＳ７のＹＥＳ）は、参照用波形テーブルの中の参照用波形との比較は充分になっているとして、ステップＳ８で測定対象である層の厚みを算出し、超音波測定を終了する。逆に、全てのテーブル選択が終了していない場合（ステップＳ７のＮＯ）は、参照用波形テーブルの中の次の参照用波形を選択するために、ステップＳ２に戻ってフローを繰り返す。
【００４１】
ここで、前述の図４のステップＳ２での参照用波形テーブルの作成方法について説明する。
【００４２】
図６は、実施の形態１における参照用波形テーブル作成のフローチャートである。参照用波形は、測定対象の層の上面反射波と下面反射波を、超音波探触子から発生する基準波形や超音波パラメーターから作成し、それを、測定する層の厚み毎に合成する事で作成する。このようにして層の厚みの異なる参照用波形を複数作成して参照用波形テーブルとし、それと測定波形との一致度を見ることで、測定対象の層の厚みを決定する。
【００４３】
図６において、まず、ステップＳ９として、使用する超音波探触子と基準波形を選定する。超音波探触子は使用する周波数帯域や焦点距離、開口角度などで決まり、それらの値が変わる毎にそれぞれ異なる超音波探触子を準備する必要がある。また、それぞれの超音波探触子により発生する超音波パルス波形は異なる。一例として、図７に周波数１１０ＭＨｚ、焦点距離１０．２ｍｍの超音波探触子から発生する超音波パルス波形を示す。図７の超音波パルス波形の取得方法としては、測定対象の表面層に焦点を合わせた際の波形を用いる。超音波を照射し、超音波探触子を下げていくとモールド表面の反射波強度が大きくなり、焦点が最も合ったときに、モールド表面からの反射波強度も最大になる。よって超音波探触子を下げていったときの表面波を取得することで図７の基準波形とする。図７のように発生するパルスは正弦波ではなく、ある周波数帯域を持つ波形となり、また波形も１波長ではなく１．５波長存在する場合がある。参照用波形テーブルはこの波形を元に作成するため、使用する探触子毎に基準波形を取得し、参照用波形テーブルも探触子毎に作成していく必要がある。
【００４４】
次に、ステップＳ１０として、測定対象の層の超音波物理パラメーターを入力する。ここでいうパラメーターとは、被測定物の音速Ｖ（ｍ／ｓ），音響インピーダンスＺ（１０ｋｇ／ｍｓ），減衰率α（ｄＢ／ｍ）などである。これらのパラメーターは、材料によっては既知の場合があるが、特に音速や減衰率に関しては実測を行う事でより精度を高めることができる。これらのパラメーターの入力に関しては、図１の入力部２３から入力し、制御部２２に備えている記憶装置に記憶させる。
【００４５】
次に、ステップＳ１１として、測定対象の層の上下の層の材質に関して、前述のステップＳ１０と同様に超音波物理パラメーターを入力する。これらのパラメーターはデータベースとして記憶装置に持たせておき、次回に同じ材質を用いるときは、そのデータベースからパラメーターを引き出すことで、測定時間の短縮を図ることができる。
【００４６】
次に、ステップＳ１２として、作成する参照用波形テーブルの、層厚みの分解能を設定する。事前に準備する波形テーブルはいくつあってもよいため、ここでは装置のＡ／Ｄ変換の分解能と測定する材質の音速から、参照用波形テーブルの間隔Δａを決定する。今、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数を３ＧＨｚとしたとき、データ点の周期はその逆数の０．３３ｎｓｅｃとなる。また音速を、測定対象層が半田層であるとして、３，２００ｍ／ｓとすると、１ｎｓｅｃで１．０７μｍ超音波波形が進むことになる。これが装置による最大の分解能Δａである。より分解能を上げるには、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数を上げるとよい。このΔａを記憶させておく。
【００４７】
次に、ステップＳ１３として、前述のデータから参照用波形データを作成する。前述のように、まずは層の上面反射波と下面反射波を作成し、それらをΔａの時間差を設けた上で合成して、参照用波形テーブルとする。
【００４８】
ここで、層の上面反射波と下面反射波の作成方法について、図８を用いて説明する。ここでは、測定対象の層の音響インピーダンスをＺ０とし、その層の上部層の音響インピーダンスをＺ１とし、その層の下部層の音響インピーダンスをＺ２とし、測定対象の層の上面（上部層側の面）で反射する超音波を上面反射波とし、測定対象層の下面（下部層側の面）で反射する超音波を下面反射波とする。
【００４９】
図８（ａ）は、実施の形態１における基準波形を示す図であり、図８（ｂ）は、実施の形態１におけるＺ０＞Ｚ１の上面反射波を示す図であり、図８（ｃ）は、実施の形態１におけるＺ０＜Ｚ１の上面反射波を示す図であり、図８（ｄ）は、実施の形態１におけるＺ２＞Ｚ０の下面反射波を示す図であり、図８（ｅ）は、実施の形態１におけるＺ２＜Ｚ０の下面反射波を示す図である。
【００５０】
ここで、図８に示す波形の超音波が上面を透過する際はあるレベルの減衰を受ける。ただし、参照用波形は、強度の絶対値そのものは意味を成さないため、ここでは問題としない。次に上面で反射する際には、上部層と測定対象の層の音響インピーダンスの大小が関係してくる。今、超音波が、音響インピーダンスＺ１の層からＺ０の層へと反射する際の反射率Ｒは、下記（式１）となる。
【００５１】
【数１】
【００５２】
ここでＺ０＞Ｚ１で波形は正転（標準波形と同じ）、Ｚ０＜Ｚ１で反転（標準波形の位相が１８０度逆になる）となる。よって、上部層と測定対象の層の音響インピーダンスの大小関係により、上面反射波の位相が変わってくる。また、測定対象の層に透過される割合Ｔは Ｔ＝１−Ｒ である。よって、透過率Ｔと計測する層の減衰率αにより、上面反射波とした面反射波の強度差が求まる。図８では仮に、上面反射波で５０％の反射率とし、さらに測定対象の層で２０％の減衰がされ、下面反射波で５０％の反射が起きた波形としている。つまり、基準波形の大きさを２としたとき、下面反射波は ２×０．５×０．８×０．５＝０．４ の大きさになる。また、下面反射波も計測する層と下部層との音響インピーダンスの大小で位相が変わる。ここでは、銅の音響インピーダンスが４６．０、Ｐｂ−Ｓｎ半田の音響インピーダンスが２３．６、Ｓｉの音響インピーダンスが１９．８であるため、Ｚ０＜Ｚ１、Ｚ０＞Ｚ２となり、上面反射波，下面反射波が共に反転する事が分かる。以上の条件を用いて、上面反射波と下面反射波の作成を行う。
【００５３】
次に作成された上面反射波と下面反射波の合成を、前述のΔａの間隔で行う。図９に説明図を示す。
【００５４】
図９（ａ）は、実施の形態１における上面反射波と下面反射波の合成の概念図であり、図９（ｂ）は、実施の形態１における厚みａの合成波形を示す図であり、図９（ｃ）は、実施の形態１における厚みａ＋Δａの合成波形を示す図であり、図９（ｄ）は、実施の形態１における厚みａ＋Δａ×２の合成波形を示す図であり、図９（ｅ）は、実施の形態１における厚みａ＋Δａ×３の合成波形を示す図である。
【００５５】
図９（ａ）に示すように、二つの波形を、Δａの間隔で合成し、それを記憶装置に保存させる。初期の厚みａと加算するΔａの数Ｘの範囲は、計測したい範囲で行っていく。例えば計測したい範囲が２０〜５０μｍの場合、ａ＝２０μｍとし、それをΔａ＝１．０７μｍの間隔で加算していき、５０μｍとなるＸ＝２８までデータを作成していく。それらを全て記憶装置に保存し、参照用波形テーブルとする。測定時にはこのテーブルのアドレスを呼び出し、演算・比較を行い、一致したテーブルでの厚み値 ａ＋Δａ×Ａ を最終計測値として出力する。
【００５６】
ここで、参照波形の選び方、つまりΔａの選び方は任意であり、例えば相関係数を計算したときの厚み値から、次は＋Δａのときの相関係数を計算、その次は―ΔａのときのΔａを計算する、といったように基準から±Δａを計算しても良い。あるいは、＋Δａ×２のときの相関係数を計算、その次は＋Δａ×４の時の相関係数を計算、といったように、ひとつ飛ばしで計算を行っても良い。Δａの決め方としては、要求する計測分解能を元に選ぶと良い。以上より、最も評価値の高いときの層の厚み（ａ＋Δａ×Ａ）を最終的な層の厚みとし、計測結果とする。
【００５７】
ここで、実際には構造が同じでも内部でリードフレームやモールドの厚み公差が存在するため、参照用波形テーブルと測定波形との比較には時間補正計算が必要となる。その仕組みを図１０に示す。
【００５８】
図１０は、実施の形態１における時間補正計算の概念を示す図である。
【００５９】
図１０において、まず、取得した測定波形のうち、おおよその測定波形３４（上面反射波、下面反射波が存在する範囲の波形）を取り出す。続いて、参照波形データ３５を時間軸方向（図１０の矢印Ａ方向）にシフトさせながら、測定波形３４と参照波形データ３５との相関係数データ列を作成する。測定波形３４において、波形データ点数をＮ点、参照波形データ点数をｎ点とするとき、測定波形３４と参照波形データ３５の始点（Ｔ＝１）を合わせ、相関係数値を取る。次にマスターデータの始点をＴ＝２、つまり測定波形３４の２点目に合わせ、相関係数値を取る。これをＴ＝Ｎ―ｎ＋１まで続けて各Ｔで相関係数を算出し、図５に示す様な相関係数データ列を出す。
【００６０】
以上の説明は超音波反射信号を解析することを特徴としているが、透過法といった他の手段系に関しても、基本的な手法，課題，解決案は同じものであると考えられる。また、本実施の形態における測定対象としては半導体パッケージ、測定部は半田基板接合部を想定しているが、同様の構造を持つ測定対象であれば、上記の測定対象，測定部に限定されるものではない。
【００６１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。
【００６２】
図１１は、実施の形態２における超音波測定の測定結果を示す図である。
【００６３】
図１１において、領域３６が測定対象の層からの反射波系である。領域３６のように比較的に強度が大きく、波形発生位置が特定される場合は、トリガを波形に設定することで時間補正を行う事が出来る。まず参照データを作成するためのサンプルに対し超音波反射波形を取得し、トリガ３７を、測定対象の層の合成反射波の領域３６に設定する。このとき、領域３６の発生時間とトリガ３７がかかっている時間との時間差３８が求まる。トリガ３７がかかる時間ｔｓを観測ごとに求め、そこから時間差３８を差し引いた値からのデータを、参照波形と演算する開始点とする。これにより相関係数データ波形を作成する時間を省略でき、高速に測定が可能となる。
【００６４】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の超音波測定は、複数の界面が内部に積層された半導体パッケージの非破壊検査等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施の形態１における超音波測定装置の概略図
【図２】実施の形態１における被測定物とその反射波の構成を示す図
【図３】実施の形態１における超音波測定の測定結果を示す図
【図４】実施の形態１における超音波測定のフローチャート
【図５】実施の形態１における相関値波形を示す図
【図６】実施の形態１における参照用波形テーブル作成のフローチャート
【図７】周波数１１０ＭＨｚ、焦点距離１０．２ｍｍの超音波探触子から発生する超音波パルス波形を示す図
【図８】（ａ）実施の形態１における基準波形を示す図、（ｂ）実施の形態１におけるＺ０＞Ｚ１の上面反射波を示す図、（ｃ）実施の形態１におけるＺ０＜Ｚ１の上面反射波を示す図、（ｄ）実施の形態１におけるＺ２＞Ｚ０の下面反射波を示す図、（ｅ）実施の形態１におけるＺ２＜Ｚ０の下面反射波を示す図
【図９】（ａ）実施の形態１における上面反射波と下面反射波の合成の概念図、（ｂ）実施の形態１における厚みａの合成波形を示す図、（ｃ）実施の形態１における厚みａ＋Δａの合成波形を示す図、（ｄ）実施の形態１における厚みａ＋Δａ×２の合成波形を示す図、（ｅ）実施の形態１における厚みａ＋Δａ×３の合成波形を示す図
【図１０】実施の形態１における時間補正計算を示す図
【図１１】実施の形態２における超音波測定の測定結果を示す図
【図１２】従来の超音波測定装置の基本的構成図
【図１３】単層物質における超音波の反射を示す概略図
【図１４】多層物質における超音波の反射を示す概略図
【図１５】従来の超音波測定による測定結果を示す図
【符号の説明】
【００６７】
１９ 超音波測定装置
２０ 被測定物
２１ 超音波探触子
２２ 制御部
２３ 入力部
２４ 表示部
２５ 容器
２６ 水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の界面を有する物体に超音波を照射して得た界面信号から物体の厚さを測る測定技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の界面を有する物体に超音波を照射して得た界面信号から物体の厚さを測る技術として、超音波測定技術がある。
【０００３】
図１２は、従来の超音波測定装置の基本的構成図である。
【０００４】
図１２において、超音波測定装置１は、被測定物２に超音波を照射するための超音波探触子３、超音波探触子３を制御するための制御部４、制御部４に条件を入力するための入力部５、超音波測定結果を表示するための表示部６から構成されている。被測定物２は、容器７内の水８の中に載置される。
【０００５】
超音波探触子３から水８を媒体として被測定物２に超音波を発信し、その反射波を超音波探触子３で受信する。そして、受信した信号を、制御部４にて波形処理，画像処理等を行うことで被測定物２の良否判断と画像化を行う。ここで、超音波探触子３は超音波の送受信のどちらにも用いられる。また、制御部４は、超音波探触子３で受信した超音波を電圧に変換・増幅するパルサレシーバー、および、電圧波形の強度値を画像化する画像処理部を含んでいる。被測定物２としては、単層の物質、あるいは多層の物質である。
【０００６】
ここで、被測定物２が単層物質である場合について考える。
【０００７】
図１３は、単層物質における超音波の反射を示す概略図である。
【０００８】
図１３において、超音波探触子３から発信された超音波９は、単層物質１０の内部に透過し、単層物質１０の上面１０ａと下面１０ｂとでそれぞれ上面反射波１１ａおよび下面反射波１１ｂを発生させる。そして、それぞれの反射波の信号を得ることで単層物質１０の層の厚みを計測する。ここで上面１０ａとは、単層物質１０の層において超音波探触子３に近い面であり、下面１０ｂとは超音波探触子３に遠い面である。
【０００９】
また、測定対象物としては単層物質には限らず、多層物質に対しても層の厚みを観測できる。
【００１０】
図１４は、多層物質における超音波の反射を示す概略図である。
【００１１】
図１４において、超音波探触子３から発信された超音波１２は、多層物質１３の内部に透過し、多層物質１３の表面層１４の上面１４ａと下面１４ｂとでそれぞれ上面反射波１５ａおよび下面反射波１５ｂを発生させる。そして、それぞれの反射波の信号を計測し、多層物質１３の表面層１４の厚みを計測する。なお、超音波が内部に届く範囲では、内部層の厚みを計測することも可能であり、例えば内部層１６の厚みは、上面１６ａと下面１６ｂからの反射波を得ることで計測する事が可能である。
【００１２】
従来の超音波測定方法について説明する。図１３の単層物質１０が金属板であるとする。金属板は光を透過しないため、物体内部を透過し、反射波の取得により界面の情報を得る事が出来る超音波は特に有効である。図１３において、超音波探触子３から超音波パルスを単層物質１０に照射すると、上面１０ａから反射波が発生し、それを超音波探触子３で受信する。一方、超音波の一部は上面１０ａを透過し、下面１０ｂで反射する。このときの透過率は、カプラーとなる水の音響インピーダンスおよび単層物質１０（金属板）の音響インピーダンスで決まる。この反射波を超音波探触子３で受信する。上面１０ａと下面１０ｂの反射波が合成された波形が最終的に出力されるため、結果は図１５のようになる。
【００１３】
図１５は、従来の超音波測定による測定結果を示す図である。
【００１４】
図１５において、波形１７は上面１０ａからの反射波の測定結果、波形１８は下面１０ｂからの反射波の測定結果である。図１５のグラフの横軸は時間（ｎｓ）、縦軸は任意の強度値であり、今回は超音波探触子３で受信した電圧信号の８ビット表示としている。また、波形１７と波形１８は界面の音響インピーダンス差から位相が反転している。このグラフより波形時間差ΔＴを読み取る。次に、単層物質１０（金属板）の音速Ｖ（ｍ／ｓ）を用いて、 Ｖ×ΔＴ／２ より、単層物質１０（金属板）の厚みを求める。ここで超音波は往復分として２つ存在するため、２で割っている。以上により、単層物質１０（金属板）の内部を透過する超音波の反射波を取得することで、層の厚み計測を行う事が出来る。
【特許文献１】特開２００１−１２４７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述の従来の技術では、被測定物の層の厚みが薄い場合は計測が困難になる。例えば、被測定物の層が金属板の場合、超音波反射波の一つの波が発生している時間はおよそ４０ｎｓであり、厚みに換算すると１１２μｍである。これ以下の厚みを計測しようとした場合、その層の上面と下面の反射波が重なり合ってしまうため、波形時間差を求める事が出来ない。この場合、超音波探触子の周波数を上げ、波が発生する時間を短くする必要がある。
【００１６】
例えば、１１０ＭＨｚの探触子を用いて単層物質の超音波測定を行なっていた場合、この周波数を例えば３倍に変更（３００ＭＨｚの探触子）して計測すると、さらに１／３薄い厚みの計測が可能になる。ところが、計測する層が多層構造の内部にある場合、高い周波数（１１０ＭＨｚ以上）の超音波はその層まで到達しない。これを回避する（その層まで超音波を到達させる）ためには周波数を下げるとよいが、測定対象の層が薄いと、低い周波数で波形時間差を求める事が出来ず、層を測定できないという課題がある。
【００１７】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためのものであり、複数の界面を有する物体に対し、その内部層を精度よく計測することが可能な超音波測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述の課題を解決するために、本発明の超音波測定方法は、複数の界面を有する被測定物に超音波を照射し、前記被測定物の測定対象層の上側界面及び下側界面で反射した２つの反射波による波形を取得し、予め作成された複数種類の参照波形を有する参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較して前記測定対象層の厚みを計測することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、複数の界面を有する物体において、内部層を高精度に超音波計測する事が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明における実施の形態において、同一構成には同一符号を付して説明を省略している。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超音波測定装置の概略図である。
【００２２】
図１において、超音波測定装置１９は、被測定物２０に超音波を照射するための超音波探触子２１、超音波探触子２１を制御するための制御部２２、制御部２２に条件を入力するための入力部２３、超音波測定結果を表示するための表示部２４から構成されている。被測定物２０は、容器２５内の水２６の中に載置される。
【００２３】
超音波探触子２１から水２６を媒体として被測定物２０に超音波を発信し、その反射波を超音波探触子２１で受信する。そして、受信した信号を、制御部２２にて波形処理，画像処理等を行うことで被測定物２０の良否判断と画像化を行う。ここで、超音波探触子２１は超音波の送受信のどちらにも用いられる。また、制御部２２は、超音波探触子２１で受信した超音波を電圧に変換・増幅するパルサレシーバー、および、電圧波形の強度値を画像化する画像処理部を含んでいる。
【００２４】
図２は、実施の形態１における被測定物とその反射波の構成を示す図である。
【００２５】
本実施の形態では、被測定物２０の物質を、ＭＯＳＦＥＴなどに代表されるパワー素子としている。ＭＯＳＦＥＴは、ＦＰＤディスプレイを初めとしたあらゆる電気製品に入っている電子部品であり、表面実装デバイスとして一般的な物である。その製造方法としては被測定物２０に対し、Ｓｉチップ２７をリードフレーム２８に実装し、それをモールド２９で封止する。
【００２６】
Ｓｉチップ２７とリードフレーム２８の実装には、半田や銀ペーストが用いられるが、本実施の形態では半田３０としている。また、リードフレーム２８の材質には銅が用いられる。これは熱伝導率が高い銅を用いることにより、放熱性を上げるためである。モールド２９の材料としてはエポキシ樹脂が用いられ、フィラーの充填率はおよそ７０〜９０％である。
【００２７】
また、各構造の断面方向のおおよその厚みは、樹脂厚み（リードフレーム側）Ｄ1で２００〜３００μｍ、リードフレーム厚みＤ2で１５００〜２０００μｍ、半田厚みＤ3で２０〜５０μｍ、Ｓｉチップ厚みＤ4で２００〜４００μｍ、樹脂厚み（チップ側）Ｄ5で２０００〜３０００μｍである。
【００２８】
この構造において、半田３０の層の厚みを計測する。１００μｍ以下の厚みを計測するには高周波（たとえば、１１０ＭＨｚ以上の周波数）を使うのが望ましいが、半田３０はモールド２９、リードフレーム２８などに挟まれ、また各々の厚みが数１０００μｍと厚い。そのため、低周波（５０ＭＨｚ以下の周波数）を用いて超音波の透過性をよくすることで半田３０の層の界面の反射波を得る必要がある。
【００２９】
また、超音波は特にエポキシ樹脂での減衰が非常に大きい。これは、エポキシ樹脂内のフィラー粒子が超音波の透過を阻止しているためと思われる。半田３０からの反射波を得るためにはモールド２９層の薄いリードフレーム２８側から超音波を照射し、超音波探触子２１で受信する。
【００３０】
図３は、実施の形態１における超音波測定の測定結果を示す図である。
【００３１】
図３に示す波形において、反射波成分としては、水―モールド界面の反射波、モールド―リードフレーム界面の反射波、リードフレーム―半田界面の反射波、半田―Ｓｉチップ界面の反射波、の４つの反射波が存在すると考えられる。
【００３２】
ここで上記水―モールド界面の反射波と上記モールド―リードフレーム界面の反射波の反射波が波形３１である。図２に示す層構造において、モールド２９の層の厚みが薄いため、上記水―モールド界面の反射波と上記モールド―リードフレーム界面の反射波の反射波が重なり合っている。また上記リードフレーム―半田界面の反射波と上記半田―Ｓｉチップ界面の反射波の反射波が波形３２である。この波形３２の反射波の信号から半田３０の層の厚みを計測していく。
【００３３】
本実施の形態の超音波測定の手順を図４に示す。
【００３４】
図４は、実施の形態１における超音波測定のフローチャートである。
【００３５】
図４において、まず、ステップＳ１として、被測定物２０に超音波探触子２１から超音波を照射し、測定波形を取得する。ここで測定される波形は、前述の図３に示す波形である。
【００３６】
次に、ステップＳ２として、後述する方法により作成された複数の参照用波形により構成された参照用波形テーブルの中から、最初に測定波形と比較するための参照用波形を取り出す。この時、測定対象の層の設計値に基づいて参照用波形を取り出すことが好ましい。なお、この参照用波形テーブルの作成方法については後述する。
【００３７】
次に、ステップＳ３として、測定波形と参照用波形を比較する。ここでは、２つの波形を比較する方法として、相関係数を用いた比較を行う。相関係数は、２つのデータの形の類似度を数値化する手段であり、−１〜１の値をとる。１が完全一致、０が類似性無し、−１が負の相関がある（位相が逆）、といった関係があり、この関係を用いて比較を行う。ここでは、後述する時間補正を行いながら測定波形と参照用波形を比較し、横軸をシフト点，縦軸を相関値とした図５に示すような相関値波形を作成する。図５は、実施の形態１における相関値波形を示す図である。
【００３８】
次に、ステップＳ４として、前述の図５の相関値波形から、相関値波形ピーク値を取得する。図５においては、領域３３が相関値波形ピーク値である。
【００３９】
次に、ステップＳ５として、ステップＳ４で取得した相関値波形ピーク値が、今までに取得した相関値波形の最大ピーク値より大きいか否かを判断する。そして、最大ピーク値よりも大きい場合（ステップＳ５のＹＥＳ）は、ステップＳ６で最大相関値を更新する。逆に、最大ピーク値よりも小さい場合（ステップＳ５のＮＯ）は、ステップＳ７で全てのテーブル選択が終了しているか否かを判断する。
【００４０】
次に、全てのテーブル選択が終了している場合（ステップＳ７のＹＥＳ）は、参照用波形テーブルの中の参照用波形との比較は充分になっているとして、ステップＳ８で測定対象である層の厚みを算出し、超音波測定を終了する。逆に、全てのテーブル選択が終了していない場合（ステップＳ７のＮＯ）は、参照用波形テーブルの中の次の参照用波形を選択するために、ステップＳ２に戻ってフローを繰り返す。
【００４１】
ここで、前述の図４のステップＳ２での参照用波形テーブルの作成方法について説明する。
【００４２】
図６は、実施の形態１における参照用波形テーブル作成のフローチャートである。参照用波形は、測定対象の層の上面反射波と下面反射波を、超音波探触子から発生する基準波形や超音波パラメーターから作成し、それを、測定する層の厚み毎に合成する事で作成する。このようにして層の厚みの異なる参照用波形を複数作成して参照用波形テーブルとし、それと測定波形との一致度を見ることで、測定対象の層の厚みを決定する。
【００４３】
図６において、まず、ステップＳ９として、使用する超音波探触子と基準波形を選定する。超音波探触子は使用する周波数帯域や焦点距離、開口角度などで決まり、それらの値が変わる毎にそれぞれ異なる超音波探触子を準備する必要がある。また、それぞれの超音波探触子により発生する超音波パルス波形は異なる。一例として、図７に周波数１１０ＭＨｚ、焦点距離１０．２ｍｍの超音波探触子から発生する超音波パルス波形を示す。図７の超音波パルス波形の取得方法としては、測定対象の表面層に焦点を合わせた際の波形を用いる。超音波を照射し、超音波探触子を下げていくとモールド表面の反射波強度が大きくなり、焦点が最も合ったときに、モールド表面からの反射波強度も最大になる。よって超音波探触子を下げていったときの表面波を取得することで図７の基準波形とする。図７のように発生するパルスは正弦波ではなく、ある周波数帯域を持つ波形となり、また波形も１波長ではなく１．５波長存在する場合がある。参照用波形テーブルはこの波形を元に作成するため、使用する探触子毎に基準波形を取得し、参照用波形テーブルも探触子毎に作成していく必要がある。
【００４４】
次に、ステップＳ１０として、測定対象の層の超音波物理パラメーターを入力する。ここでいうパラメーターとは、被測定物の音速Ｖ（ｍ／ｓ），音響インピーダンスＺ（１０ｋｇ／ｍｓ），減衰率α（ｄＢ／ｍ）などである。これらのパラメーターは、材料によっては既知の場合があるが、特に音速や減衰率に関しては実測を行う事でより精度を高めることができる。これらのパラメーターの入力に関しては、図１の入力部２３から入力し、制御部２２に備えている記憶装置に記憶させる。
【００４５】
次に、ステップＳ１１として、測定対象の層の上下の層の材質に関して、前述のステップＳ１０と同様に超音波物理パラメーターを入力する。これらのパラメーターはデータベースとして記憶装置に持たせておき、次回に同じ材質を用いるときは、そのデータベースからパラメーターを引き出すことで、測定時間の短縮を図ることができる。
【００４６】
次に、ステップＳ１２として、作成する参照用波形テーブルの、層厚みの分解能を設定する。事前に準備する波形テーブルはいくつあってもよいため、ここでは装置のＡ／Ｄ変換の分解能と測定する材質の音速から、参照用波形テーブルの間隔Δａを決定する。今、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数を３ＧＨｚとしたとき、データ点の周期はその逆数の０．３３ｎｓｅｃとなる。また音速を、測定対象層が半田層であるとして、３，２００ｍ／ｓとすると、１ｎｓｅｃで１．０７μｍ超音波波形が進むことになる。これが装置による最大の分解能Δａである。より分解能を上げるには、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周波数を上げるとよい。このΔａを記憶させておく。
【００４７】
次に、ステップＳ１３として、前述のデータから参照用波形データを作成する。前述のように、まずは層の上面反射波と下面反射波を作成し、それらをΔａの時間差を設けた上で合成して、参照用波形テーブルとする。
【００４８】
ここで、層の上面反射波と下面反射波の作成方法について、図８を用いて説明する。ここでは、測定対象の層の音響インピーダンスをＺ０とし、その層の上部層の音響インピーダンスをＺ１とし、その層の下部層の音響インピーダンスをＺ２とし、測定対象の層の上面（上部層側の面）で反射する超音波を上面反射波とし、測定対象層の下面（下部層側の面）で反射する超音波を下面反射波とする。
【００４９】
図８（ａ）は、実施の形態１における基準波形を示す図であり、図８（ｂ）は、実施の形態１におけるＺ０＞Ｚ１の上面反射波を示す図であり、図８（ｃ）は、実施の形態１におけるＺ０＜Ｚ１の上面反射波を示す図であり、図８（ｄ）は、実施の形態１におけるＺ２＞Ｚ０の下面反射波を示す図であり、図８（ｅ）は、実施の形態１におけるＺ２＜Ｚ０の下面反射波を示す図である。
【００５０】
ここで、図８に示す波形の超音波が上面を透過する際はあるレベルの減衰を受ける。ただし、参照用波形は、強度の絶対値そのものは意味を成さないため、ここでは問題としない。次に上面で反射する際には、上部層と測定対象の層の音響インピーダンスの大小が関係してくる。今、超音波が、音響インピーダンスＺ１の層からＺ０の層へと反射する際の反射率Ｒは、下記（式１）となる。
【００５１】
【数１】
【００５２】
ここでＺ０＞Ｚ１で波形は正転（標準波形と同じ）、Ｚ０＜Ｚ１で反転（標準波形の位相が１８０度逆になる）となる。よって、上部層と測定対象の層の音響インピーダンスの大小関係により、上面反射波の位相が変わってくる。また、測定対象の層に透過される割合Ｔは Ｔ＝１−Ｒ である。よって、透過率Ｔと計測する層の減衰率αにより、上面反射波とした面反射波の強度差が求まる。図８では仮に、上面反射波で５０％の反射率とし、さらに測定対象の層で２０％の減衰がされ、下面反射波で５０％の反射が起きた波形としている。つまり、基準波形の大きさを２としたとき、下面反射波は ２×０．５×０．８×０．５＝０．４ の大きさになる。また、下面反射波も計測する層と下部層との音響インピーダンスの大小で位相が変わる。ここでは、銅の音響インピーダンスが４６．０、Ｐｂ−Ｓｎ半田の音響インピーダンスが２３．６、Ｓｉの音響インピーダンスが１９．８であるため、Ｚ０＜Ｚ１、Ｚ０＞Ｚ２となり、上面反射波，下面反射波が共に反転する事が分かる。以上の条件を用いて、上面反射波と下面反射波の作成を行う。
【００５３】
次に作成された上面反射波と下面反射波の合成を、前述のΔａの間隔で行う。図９に説明図を示す。
【００５４】
図９（ａ）は、実施の形態１における上面反射波と下面反射波の合成の概念図であり、図９（ｂ）は、実施の形態１における厚みａの合成波形を示す図であり、図９（ｃ）は、実施の形態１における厚みａ＋Δａの合成波形を示す図であり、図９（ｄ）は、実施の形態１における厚みａ＋Δａ×２の合成波形を示す図であり、図９（ｅ）は、実施の形態１における厚みａ＋Δａ×３の合成波形を示す図である。
【００５５】
図９（ａ）に示すように、二つの波形を、Δａの間隔で合成し、それを記憶装置に保存させる。初期の厚みａと加算するΔａの数Ｘの範囲は、計測したい範囲で行っていく。例えば計測したい範囲が２０〜５０μｍの場合、ａ＝２０μｍとし、それをΔａ＝１．０７μｍの間隔で加算していき、５０μｍとなるＸ＝２８までデータを作成していく。それらを全て記憶装置に保存し、参照用波形テーブルとする。測定時にはこのテーブルのアドレスを呼び出し、演算・比較を行い、一致したテーブルでの厚み値 ａ＋Δａ×Ａ を最終計測値として出力する。
【００５６】
ここで、参照波形の選び方、つまりΔａの選び方は任意であり、例えば相関係数を計算したときの厚み値から、次は＋Δａのときの相関係数を計算、その次は―ΔａのときのΔａを計算する、といったように基準から±Δａを計算しても良い。あるいは、＋Δａ×２のときの相関係数を計算、その次は＋Δａ×４の時の相関係数を計算、といったように、ひとつ飛ばしで計算を行っても良い。Δａの決め方としては、要求する計測分解能を元に選ぶと良い。以上より、最も評価値の高いときの層の厚み（ａ＋Δａ×Ａ）を最終的な層の厚みとし、計測結果とする。
【００５７】
ここで、実際には構造が同じでも内部でリードフレームやモールドの厚み公差が存在するため、参照用波形テーブルと測定波形との比較には時間補正計算が必要となる。その仕組みを図１０に示す。
【００５８】
図１０は、実施の形態１における時間補正計算の概念を示す図である。
【００５９】
図１０において、まず、取得した測定波形のうち、おおよその測定波形３４（上面反射波、下面反射波が存在する範囲の波形）を取り出す。続いて、参照波形データ３５を時間軸方向（図１０の矢印Ａ方向）にシフトさせながら、測定波形３４と参照波形データ３５との相関係数データ列を作成する。測定波形３４において、波形データ点数をＮ点、参照波形データ点数をｎ点とするとき、測定波形３４と参照波形データ３５の始点（Ｔ＝１）を合わせ、相関係数値を取る。次にマスターデータの始点をＴ＝２、つまり測定波形３４の２点目に合わせ、相関係数値を取る。これをＴ＝Ｎ―ｎ＋１まで続けて各Ｔで相関係数を算出し、図５に示す様な相関係数データ列を出す。
【００６０】
以上の説明は超音波反射信号を解析することを特徴としているが、透過法といった他の手段系に関しても、基本的な手法，課題，解決案は同じものであると考えられる。また、本実施の形態における測定対象としては半導体パッケージ、測定部は半田基板接合部を想定しているが、同様の構造を持つ測定対象であれば、上記の測定対象，測定部に限定されるものではない。
【００６１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について説明する。
【００６２】
図１１は、実施の形態２における超音波測定の測定結果を示す図である。
【００６３】
図１１において、領域３６が測定対象の層からの反射波系である。領域３６のように比較的に強度が大きく、波形発生位置が特定される場合は、トリガを波形に設定することで時間補正を行う事が出来る。まず参照データを作成するためのサンプルに対し超音波反射波形を取得し、トリガ３７を、測定対象の層の合成反射波の領域３６に設定する。このとき、領域３６の発生時間とトリガ３７がかかっている時間との時間差３８が求まる。トリガ３７がかかる時間ｔｓを観測ごとに求め、そこから時間差３８を差し引いた値からのデータを、参照波形と演算する開始点とする。これにより相関係数データ波形を作成する時間を省略でき、高速に測定が可能となる。
【００６４】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の超音波測定は、複数の界面が内部に積層された半導体パッケージの非破壊検査等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施の形態１における超音波測定装置の概略図
【図２】実施の形態１における被測定物とその反射波の構成を示す図
【図３】実施の形態１における超音波測定の測定結果を示す図
【図４】実施の形態１における超音波測定のフローチャート
【図５】実施の形態１における相関値波形を示す図
【図６】実施の形態１における参照用波形テーブル作成のフローチャート
【図７】周波数１１０ＭＨｚ、焦点距離１０．２ｍｍの超音波探触子から発生する超音波パルス波形を示す図
【図８】（ａ）実施の形態１における基準波形を示す図、（ｂ）実施の形態１におけるＺ０＞Ｚ１の上面反射波を示す図、（ｃ）実施の形態１におけるＺ０＜Ｚ１の上面反射波を示す図、（ｄ）実施の形態１におけるＺ２＞Ｚ０の下面反射波を示す図、（ｅ）実施の形態１におけるＺ２＜Ｚ０の下面反射波を示す図
【図９】（ａ）実施の形態１における上面反射波と下面反射波の合成の概念図、（ｂ）実施の形態１における厚みａの合成波形を示す図、（ｃ）実施の形態１における厚みａ＋Δａの合成波形を示す図、（ｄ）実施の形態１における厚みａ＋Δａ×２の合成波形を示す図、（ｅ）実施の形態１における厚みａ＋Δａ×３の合成波形を示す図
【図１０】実施の形態１における時間補正計算を示す図
【図１１】実施の形態２における超音波測定の測定結果を示す図
【図１２】従来の超音波測定装置の基本的構成図
【図１３】単層物質における超音波の反射を示す概略図
【図１４】多層物質における超音波の反射を示す概略図
【図１５】従来の超音波測定による測定結果を示す図
【符号の説明】
【００６７】
１９ 超音波測定装置
２０ 被測定物
２１ 超音波探触子
２２ 制御部
２３ 入力部
２４ 表示部
２５ 容器
２６ 水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の界面を有する被測定物に超音波を照射し、前記被測定物の測定対象層の上側界面及び下側界面で反射した２つの反射波による波形を取得し、前記２つの反射波による波形が重なっている場合に、予め作成された複数種類の参照波形を有する参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較して前記測定対象層の厚みを計測することを特徴とする超音波測定方法。
【請求項２】
前記参照波形テーブルが、前記被測定物に照射する超音波の音速または減衰率による超音波パラメーターを元に作成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波測定方法。
【請求項３】
前記参照波形テーブルが、前記測定対象層の上部及び下部の音響インピーダンスから算出した位相差情報を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波測定方法。
【請求項４】
前記参照波形が時間差を設けた２つの反射波を合成して作成されたものであり、複数の前記参照波形が前記時間差を所定間隔でそれぞれ設けたものであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の超音波測定方法。
【請求項５】
前記参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較する際に、前記測定対象層の上部にある物質の厚みばらつきを補正するために時間補正計算を行なうことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の超音波測定方法。
【請求項１】
複数の界面を有する被測定物に超音波を照射し、前記被測定物の測定対象層の上側界面及び下側界面で反射した２つの反射波による波形を取得し、前記２つの反射波による波形が重なっている場合に、予め作成された複数種類の参照波形を有する参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較して前記測定対象層の厚みを計測することを特徴とする超音波測定方法。
【請求項２】
前記参照波形テーブルが、前記被測定物に照射する超音波の音速または減衰率による超音波パラメーターを元に作成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波測定方法。
【請求項３】
前記参照波形テーブルが、前記測定対象層の上部及び下部の音響インピーダンスから算出した位相差情報を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波測定方法。
【請求項４】
前記参照波形が時間差を設けた２つの反射波を合成して作成されたものであり、複数の前記参照波形が前記時間差を所定間隔でそれぞれ設けたものであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の超音波測定方法。
【請求項５】
前記参照波形テーブルと前記２つの反射波による波形とを比較する際に、前記測定対象層の上部にある物質の厚みばらつきを補正するために時間補正計算を行なうことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の超音波測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１６４４０３（Ｐ２０１０−１６４４０３Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６４９２（Ｐ２００９−６４９２）
【出願日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]