JP2946195B2 - 非破壊検査装置 - Google Patents
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Description
特に鋼材や導伝性材料の傷や腐食等の欠陥検査やIC等
の電子回路のパターンの欠陥検査を行う非破壊検査装置
とその測定方法に関する。
超伝導磁束トランス等の磁束圧縮技術を用いなくとも、
フラックスゲート磁束計等の高感度磁気センサと比較し
て3桁程度高い感度を有する。また、検出面積は5桁程
度小さいことから、高感度、高空間分解能の磁気センサ
として多方面で応用され始めている。
いた非破壊検査装置は、被検査物の磁束密度の計測や磁
界を印加した際の磁束密度の計測を行い、その磁束密度
の分布から、鋼材や導伝性材料の傷や腐食等の欠陥を検
査する装置である。図2は従来の非破壊検査装置の一例
を示した構成図である。
0、センサー駆動回路20、クライオスタット、解析・
表示装置50、ステージ40で構成される。クライオス
タットは内層容器38と外層容器39から構成され、内
層容器38は外層容器39の上端に接続された構造であ
る。内層容器38と外層容器39の間を真空断熱し、内
層容器38に冷媒を保持している。クライオスタット内
にSQUIDを保持するプローブ100を挿入しするこ
とでSQUID10を超伝導状態に保つことができる装
置である。
60とSQUID10との位置の決定および走査のため
に用いる。通常、高さ方向ではクライオスタットのSQ
UID設置部外面と被検査物との距離が最小となるよう
に調節し、水平方向では被検査物の検査範囲を走査す
る。
たSQUIDを用いて、被検査物の任意の範囲の磁束密
度を計測し、解析・表示装置で分布の表示を行う。鋼材
の被検査物に欠陥が存在すると、欠陥の有無による透磁
率の変化により被検査物自体が保持する磁束密度や外部
から印加された磁束密度が欠陥の周辺で変化するため、
磁束密度の分布を観察することにより欠陥を発見するこ
とができる。
解能は、SQUID10と被検査物60の距離に大きく
依存する。しかし、SQUID10と被検査物60の間
には内層容器38の底部、真空断熱層、外層容器39の
底部が存在し、また、クライオスタットの内層容器38
に冷媒を入れると内層容器38が冷えて収縮するため、
さらに真空断熱層が拡大する。したがって、SQUID
10と被検査物60の最短距離は5mm程度が限界であ
る。
た空間分解能の検査結果を示す。図7はガラスエポキシ
からなる基板61の表面に銅からなる配線パターン62
を形成した被測定物である。ここで配線パターン62
(各配線間隔は2mm)に電流25mAを流し、パター
ンの中心部分をSQUIDで走査した結果を、図8に示
す。
6mmでは配線2mmのパターンに対して検出する磁場
が分離できていないことが確認できる。また、従来の非
破壊検査装置では、第1の冷媒として液体窒素を使用
し、中間段階まで冷却を行った後、液体ヘリウムを使用
し超伝導状態を得ていた。
査装置では、超伝導磁気センサーと被検査物との間に真
空断熱層を有するクライオスタットの底面が存在するた
め、距離を短くすることに限界があり、空間分解能を向
上させることが困難であるという問題があった。
冷媒として液体窒素を使用し、中間段階まで冷却を行っ
た後、液体ヘリウムを使用し超伝導状態を得ていたので
測定の準備時間が長時間必要であった。。
に、クライオスタット中に検査室を備え、検査室中にス
テージおよび被検査物を設置する構造とした。 (第2の手段)第1の手段にさらにクライオスタットの
内層容器の外層容器に対向する面に金属からなる底板を
配置しその底板上に超伝導磁気センサーを配置する。 (第3の手段)また、本発明において、クライオスタッ
ト内の検査室と外層容器間にロードロック室を有する構
造とした。 (第4の手段)被破壊検査装置に被検査物に磁場を印加
する手段を備えた。 (第5の手段)クライオスタットに冷凍機を接続した。 (第6の手段)超伝導磁気センサーをガスで冷却する手
段を設けた。
よれば、超伝導磁気センサーと被検査物間の距離を短く
することが可能となるため、空間分解能を向上させるこ
とができる。第2の手段により、超伝導磁気センサーを
超伝導状態に冷却することができ、さらに被測定物との
間に断熱層有しない状態で測定することができ、超伝導
磁気センサーに対して被測定物を近接させることができ
る。第3の手段により、ロードロック室内への被検査物
の搬送と真空排気及び大気導入の繰り返しが可能とな
り、1度の冷媒の移送で複数の検査物が検査可能とな
る。
査物の近傍で磁場を印加することができるため、外部磁
場へのエネルギー供給が少なくて済み、保持力の弱い磁
性材料やアルミ、銅等の非磁性材料の欠陥検査が可能と
なる。第5の手段により、クライオスタットに冷媒を移
送せずにSQUIDを冷却することができ、冷媒の補充
が不要となるため、小型のクライオスタットで長時間の
検査が可能となる。
用する装置と比較して超伝導磁気サンサーの冷却速度が
高くなり、超伝導磁気センサーを超伝導状態にするまで
の時間が短縮でき、測定にかかる全体の時間を短縮する
ことができる。
面を参照して説明する。 (実施例1)図1は本発明の実施例1を示す非破壊検査
装置の構造を示した図である。超伝導磁気センサーとし
てSQUIDを使用したが、超伝導磁気抵抗素子などの
他の超伝導磁気センサーでも良い。
器38から構成され、外層容器39と内層容器38の間
を断熱することで内層容器38に冷媒を保持する装置で
ある。外層容器39および内層容器38は非磁性で強度
のあるFRP製が望ましいが、アルミやステンレス等の
金属材料でも良い。特に外層容器39は外部からの磁気
雑音の影響を抑えるために、パーマロイやパーマロイと
銅の多層構造の材料を使用しても良い。
設置は、被検査物60とSQUID10間の距離を短く
するためにクライオスタットの内層容器38から着脱可
能な底板31に直接実装を行っている。本実施例のSQ
UID10の他に、図2に示すような、プローブ100
も使用可能である。
さ0.6mmの板材であるが、熱輻射シールドとしてア
ルミ等のシートが数層挿入されたFRP板材や、銅等の
金属製板材や、サファイア等の熱伝導性に優れた材料で
も良い。底板31の表面にはSQUID10へ配線を行
うための配線パターンやSQUID駆動回路へつながる
クライオスタット内配線との接続を行うためのコネクタ
ーが設けられている。SQUID10と底板31の配線
パターンとの接続は超伝導バンプにより行っているが、
通常のボンディング配線にて行う方法でも良い。超伝導
バンプによる方法はSQUID10の電極面を底板31
に向けた状態で実装するため、被検査物とSQUID1
0との間隔をウェハーの厚み分だけ短くでき、空間分解
能の向上に有効である。
きは、SQUID10が内層容器の内側に向くように取
り付けられるが、底板31が銅などの高導電率材料の場
合は熱伝導により冷却されて超伝導状態となるため、S
QUID10を外側に向けて取り付けても良い。その場
合は底板31の厚み分だけSQUID10が被検査物に
近づくため、空間分解能の向上に有効である。
−SQUIDを用い、クライオスタットの内層容器38
に冷媒として液体ヘリウムを溜めることでSQUID1
0を超伝導状態に保つ。ただし、SQUID10にはイ
ットリウム系等のHi−Tc−SQUIDを用いても良
く、その際は、冷媒として液体窒素を用いることもでき
る。
40が設置されており、被検査物60底板31との距離
の調節や、被検査物60を走査させるために用いる。ス
テージ40はFRP、ベークライト、デルリン等の非磁
性樹脂およびアルミニウム、真鍮等の非磁性金属で作製
されている。ステージの動力源には磁気ノイズを発生さ
せないために非磁性材で作製した超音波モーターを用い
た。ただし、駆動方法は超音波モーターに限らず、エア
ーシリンダー、エアーステッピングモーター、磁気シー
ルドを施した通常のモーター等を用いることもできる。
び扉33を備え、扉33から被検査物60を挿入し、ス
テージ40に設置後、真空排気弁a32から真空ポンプ
70で検査室の真空排気を行う。真空度が例えば1×1
0-4Torr程度になったら冷媒の移送を行う。移送が
終了し、内層容器の収縮が落ちついたら被検査物60を
底板31に可能な限り近づけることで、SQUID10
と被検査物60の間隔を1mm以下に近づけることがで
きる。
分解能の検査結果を示す。検査は従来装置で行った方法
と同じく、図7に示す配線パターンに電流25mAを流
し、パターンの中心部分をSQUIDでスキャンして行
った。パターンとSQUIDとの間隔は1.1mmであ
る。結果から、各配線毎の磁場が分離できていることが
確認できる。
す非破壊検査装置のロードロック室を備えたクライオス
タットの構造を表した図である。実施例1に示すクライ
オスタット内の検査室と外層容器39の間にロードロッ
ク室34を設置したことを特徴とする。クライオスタッ
ト以外の装置に関しては実施例1となんら変わるところ
はない。ロードロック室34には真空排気弁b35、被
検査物用の搬送装置36、ゲートバルブ37が備えられ
ている。本実施例の非破壊検査装置による検査手順を以
下に示す。
空排気を行い、内層容器38に冷媒を移送する。被検査
物60をロードロック室34の搬送装置36に乗せ、挿
入口33を閉じ、ロードロック室内の真空排気を行う。
真空度が例えば1×10-4Torr程度になったらゲートバ
ルブ37を開き被検査物を搬送装置36により検査室に
運びステージ上に設置し、実施例1と同様に被検査物の
欠陥検査を行う。被検査物60の検査が終了した場合、
本実施例2によれば以下の方法で次の被検査物を検査す
るために入れ替えを行うことができる。まず、検査が終
了した被検査物60をロードロック室34に移動し、ゲ
ートバルブを閉じる。ロードロック室34を大気または
窒素ガスなどの不活性ガスにて大気圧に戻し、扉33を
開いて新たな被検査物と交換する。以後は最初の被検査
物の検査手順と同様にして検査を行う。実施例2の非破
壊検査装置によれば、1度の冷媒の移送で複数の被検査
物が検査可能となる。
す非破壊検査装置のクライオスタット周辺の構造を表し
た図である。内層容器38内に磁場印加手段としてNb
Ti線で作製された励磁コイル90を備えたことを特長
とする。励磁コイルの線材は他の超伝導線材や銅線等の
常伝導線で作製することもでき、常伝導線の場合は検査
室内やクライオスタット外に設置することもできる。被
検査物60が磁性体の場合、励磁コイル90の代わりに
永久磁石を用いても良い。実施例3の装置によれば磁性
材料に加えて、保持力の弱い磁性材料やアルミ、銅等の
非磁性材料の欠陥検査を高空間分解能で行うことができ
る。
す非破壊検査装置のクライオスタット周辺の構造を表し
た図である。クライオスタットの内層容器38には冷媒
を移送せず、冷凍機でSQUID10を冷却することを
特長としている。本実施例によると小さいクライオスタ
ットで長時間の検査が可能であり、また、常時検査を行
うことができる。
す非破壊検査装置のクライオスタット周辺の構造を表し
た図である。SQUID10をガスで冷却する手段とし
てブロー管81を備えたことを特徴とする。ブロー管8
1よりSQUIDの転移温度以下のヘリウムガスを直接
SQUID10に吹きつけることで、SQUID10を
超伝導状態とする。SQUID10にHi−Tc−SQ
UIDを用いている場合はN2ガス等でもよい。
るものと比べSQUIDを超伝導状態にするまでの時間
が短い。特に実施例1に示す装置のように、クライオス
タット内にロードロック室を備えていない装置の場合に
有効である。
す非破壊検査装置のクライオスタット周辺の構造を表し
た図である。SUQUID10を冷却する手段として電
子冷却手段131と、この電子冷却手段の駆動回路13
0を備えたことを特徴とする。内層容器38には、冷却
した窒素またはヘリウムガスを充填し、SUQUID1
0を電子冷却手段131で直接冷却し、超伝導状態とす
る。ガスの温度は、SUQUIDの転移温度以下にする
必要はない。電子冷却手段としてペルチェ素子などを使
用する。電子冷却手段としてペルチェ素子などを使用す
ることができる。
間の距離を短くすることが可能となるため、空間分解能
が向上し、微小な欠陥を検出することが可能となる。
た図である。
した図である。
ドロック室を備えたクライオスタットの構造を表した図
である。
た非破壊検査装置のクライオスタット周辺を表した図で
ある。
検査装置のクライオスタット周辺を表した図である。
イオスタット周辺を表した図である。
状。
測定例。
ライオスタット周辺を表した図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 磁気信号を電気信号に変換する超伝導磁
気センサーと、前記超伝導磁気センサーを駆動する電子
回路と、冷媒を保持するクライオスタットと、被検査物
を走査するステージと、前記ステージを前記クライオス
タット内に有する非破壊検査装置において、 前記クライオスタットが冷媒を保持する内層容器と前記
内層容器を外気と断熱する外層容器からなり、前記内層
容器の前記外層容器に対向する面に底板と前記底板上に
前記超伝導磁気センサーを有することを特徴とする非破
壊検査装置。 - 【請求項2】 前記底板が金属であることを特徴とする
請求項1記載の非破壊検査装置。 - 【請求項3】 前記底板がFRPであることを特徴とす
る請求項1記載の非破壊検査装置。 - 【請求項4】 前記底板がサファイアであることを特徴
とする請求項1記載の非破壊検査装置。 - 【請求項5】 前記外層容器が磁気遮蔽材からなること
を特徴とする請求項1記載の非破壊検査装置。 - 【請求項6】 前記外層容器がパーマロイと銅から選ば
れる少なくとも1種の金属を有することを特徴とする請
求項1記載の非破壊検査装置。
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