JP6232734B2 - 光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法 - Google Patents
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Description
従来では、接合個所を顕微鏡等で拡大して作業者が目視で検査したり、所定のサンプルを抜き取り、電極とワイヤを破壊してその強度等を検査したりしていた。
作業者の目視で検査した場合、作業者のスキルによる差や、同じ作業者であっても疲れや体調等による差が発生するので、検査結果の信頼性が低く、検査の効率も悪い。
また抜き取りサンプルで破壊検査をした場合、実際にサンプルとして破壊されなかった対象物のすべて(抜き取られなかった残りのすべて)が、破壊したサンプルと同じ状態であると保証することはできない。
また特許文献2に記載された従来技術には、接合部位をレーザにて所定温度まで加熱した後、温度測定用赤外線センサを用いて、レーザ照射を停止してからの温度の下降状態を測定し、温度下降状態に基づいて接合状態の良否を判定する微小な金属接合部位の評価方法が記載されている。また反射率測定用レーザと、反射率測定用赤外線センサと、を備え、反射率を測定して検出した温度下降状態を補正している。
また特許文献3に記載された従来技術には、真空チャンバー内の高周波コイル内で試料を溶融・浮遊させ、レーザ加熱による熱物性値測定法を忠実に表現する熱伝導の基礎式を導き、高温融体導電材料の真の熱物性を直接的に測定することができる高温融体導電材料の熱物性測定方法及び測定装置が記載されている。
また特許文献2に記載された従来技術では、反射率測定用レーザを照射した結果を反射率測定用の赤外線センサで検出している。つまり、反射率を測定するために、反射率測定用レーザで対象を加熱しており、本来の加熱用レーザによる加熱に加えて、反射率測定用レーザでも加熱している。これでは測定結果の温度下降特性に反射率測定用レーザによる温度が重畳されており、適切な補正ができているか否か疑問が残る。また加熱時に飽和温度に達するまでの時間は一般的に数10ms程度であるのに対して、加熱後の温度下降時間は数10秒〜数分程度かかるのが一般的であり、温度下降時間を測定する特許文献2に記載の従来技術では、検査時間が非常に長くなるので好ましくない。
また特許文献3に記載された従来技術では、非常に大掛かりな装置で、試料を溶融・浮遊させるものであり、ワイヤボンディングの接合状態の検査には適用できない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より短時間に、且つより高い信頼性にて、ワイヤボンディング個所等の測定対象物の検査が可能であり、測定可能温度範囲がより広い、光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法を提供することを課題とする。
まず、本発明の第1の発明は、光軸に沿って一方の側から入射された平行光を、焦点位置として測定対象物上に設定した測定スポットに向けて集光して他方の側から出射するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、光軸に沿った平行光に変換して一方の側から出射する集光コリメート手段と、測定対象物を破壊することなく加熱する加熱レーザ波長の加熱用レーザを出射する加熱用レーザ光源と、前記加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側へと導く加熱用レーザ導光手段と、前記測定スポットから放射された赤外線を検出可能な赤外線検出手段と、前記測定スポットから放射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記赤外線検出手段へと導く放射赤外線導光手段と、前記加熱用レーザよりも小さな出力であって前記加熱用レーザによって前記測定スポットが加熱される温度に影響を与えない出力に調整されているとともに補正レーザ波長に設定された補正用レーザを出射する補正用レーザ光源と、前記補正用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側へと導く補正用レーザ導光手段と、前記測定スポットにて反射された前記補正用レーザを検出可能な補正用レーザ検出手段と、前記測定スポットにて反射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された前記補正用レーザを前記補正用レーザ検出手段へと導く反射レーザ導光手段と、制御手段と、を備えた光学非破壊検査装置である。
そして、前記制御手段は、前記加熱用レーザ光源と前記補正用レーザ光源を制御するとともに、前記赤外線検出手段からの検出信号と前記補正用レーザ検出手段からの検出信号に基づいて、加熱時間に応じた前記測定スポットの温度上昇状態である温度上昇特性を測定し、測定した前記温度上昇特性に基づいて測定対象物の状態を判定する状態判定において、前記状態判定の際、前記制御手段は、前記加熱用レーザ光源を制御して前記加熱用レーザにて前記測定スポットを加熱しながら前記赤外線検出手段からの検出信号を取り込み、前記補正用レーザ光源を制御して前記補正用レーザを前記測定スポットに照射しながら前記補正用レーザ検出手段からの検出信号を取り込み、前記補正用レーザ検出手段から取り込んだ検出信号に基づいて、前記測定スポットの反射率を測定し、測定した前記反射率に基づいて、前記赤外線検出手段から取り込んだ検出値を補正し、補正した検出値に基づいた温度を求め、求めた温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する。
あるいは、前記状態判定の際、前記制御手段は、前記補正用レーザ光源を制御して補正用レーザを前記測定スポットに照射しながら前記補正用レーザ検出手段からの検出信号を取り込み、前記補正用レーザ検出手段から取り込んだ検出信号に基づいて前記測定スポットの反射率を測定し、測定した前記反射率に基づいて前記加熱用レーザ光源からの加熱用レーザの出力を調整し、出力を調整した前記加熱用レーザにて前記測定スポットを加熱しながら前記赤外線検出手段からの検出信号を取り込み、前記赤外線検出手段から取り込んだ検出信号に基づいた温度を求め、求めた温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する。
次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る光学非破壊検査装置であって、前記制御手段は、求めた温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する際、前記加熱用レーザにて前記測定スポットの加熱を開始してから、加熱時間に応じて前記測定スポットの温度が徐々に上昇していく温度上昇傾向に基づいて、測定対象物の状態を判定する、光学非破壊検査装置である。
また、補正用レーザによる赤外線を検出するのでなく、測定スポットにて反射された補正用レーザそのものを補正用レーザ検出手段で検出するので、補正用レーザで測定対象物を加熱する必要がない。従って、加熱用レーザによる加熱に影響しない程度の小さな出力で補正用レーザを照射すればよいので、反射率測定用レーザによる温度が重畳されず、より正確な温度を検出することができる。
また、補正用レーザ検出手段からの検出信号に基づいて、赤外線検出手段にて検出した温度を補正することができるので、2波長の赤外線の比から温度を求める場合よりも、より広い温度範囲を測定することができる。
また、作業者のスキルや体調等に影響されず、安定的により信頼性の高い検査を行うことができる。
また、前記反射レーザ導光手段は、前記加熱レーザ用選択反射手段と、前記所定赤外線用選択反射手段と、前記ビームスプリッタと、前記補正用レーザ検出手段の近傍に配置されて、前記測定スポットから反射されて前記ビームスプリッタから前記補正用レーザ光源とは異なる方向に向かうように透過あるいは反射された補正レーザ波長の光を前記補正用レーザ検出手段に向けて集光する反射レーザ集光手段と、にて構成されている。
従って、作業者のスキルや体調等に影響されず、安定的により信頼性の高い検査を行うことができる。
従って、作業者のスキルや体調等に影響されず、安定的により信頼性の高い検査を行うことができる。
次に、本発明の第9の発明は、上記第6の発明に係る光学非破壊検査装置を用いて、前記2つの部材の接合状態を前記制御手段にて判定する、光学非破壊検査方法である。
次に、本発明の第10の発明は、上記第7の発明に係る光学非破壊検査装置を用いて、前記2つの部材の接合部の面積が許容範囲内であるか否か、を前記制御手段にて判定する、光学非破壊検査方法である。
●[測定対象物の例(図1)]
図1を用いて測定対象物の例について説明する。
図1(A)は、基板90上に設けた各電極92に、径が数10[μm]〜数100[μm]程度のアルミ等のワイヤ93の一方端をワイヤボンディングにて接合し、基板90上に固定した半導体チップ94の各端子に、ワイヤ93の他方端をワイヤボンディングにて接合した状態の斜視図を示している。
また図1(B)は、図1(A)をB方向から見た図である。
本実施の形態の説明では、ワイヤ93と電極92を接合した接合部96を含む接合構造部位97を測定対象物として説明する。
そこで、図1(B)の接合構造部位97の拡大図に示すように、接合構造部位97のワイヤ93の表面に測定スポットSPを設定し、測定スポットSPに加熱用レーザを照射して加熱する。すると、測定スポットSPの温度は徐々に上昇し、測定スポットSPからワイヤ93内及び接合部96を経由して電極92へと熱が伝播される。また測定スポットSPを含む接合構造部位97からは、上昇した温度に応じた赤外線が放射される。
また測定スポットSPの温度は徐々に上昇するが、加熱量と放熱量が一致する飽和温度に達すると、温度の上昇が止まり、加熱を継続してもほぼ一定の温度となる。ここで、接合部96の面積が比較的大きい場合は熱伝導量が多いので、加熱時間に応じた温度の上昇が比較的緩やかで飽和温度は比較的低くなり、接合部96の面積が比較的小さい場合は熱伝導量が少ないので(電極92に伝播される熱が少ない)、加熱時間に応じた温度の上昇が比較的急峻で飽和温度は比較的高くなる(図9参照)。
従って、測定スポットSPに加熱レーザを照射して図9に示すような温度上昇特性を測定し、温度上昇特性に基づいて、接合部96の面積の大きさを求め、求めた接合部96の面積が許容範囲内であるか否かを判定して接合状態の良否を判定することが可能である。
以降の説明にて、上述した接合状態の良否を判定することが可能な光学非破壊検査装置1A〜1D、及び光学非破壊検査方法の詳細について説明する。
図2は第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aの構成の例を示しており、図3は第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bの構成の例を示しており、図4は第3の実施の形態の光学非破壊検査装置1Cの構成の例を示しており、図5は第4の実施の形態の光学非破壊検査装置1Dの構成の例を示している。
なお第1〜第4の実施の形態では、各構成要素は同じであるが、各構成要素の配置位置や方向(反射方向や透過方向)等が異なる。
まず図2に示す第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aの構成について説明する。
集光コリメート手段10は、自身の光軸に沿って一方の側から(図2の例では上方から)入射された平行光を、焦点位置として測定対象物上に設定した測定スポットSPに向けて集光して他方の側から(図2の例では下方から)出射する。
また集光コリメート手段10は、(焦点位置である)測定スポットSPから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、自身の光軸に沿った平行光に変換して一方の側から出射する。
なお集光コリメート手段10は、光を透過させて屈折する集光レンズで構成することも可能であるが、異なる複数の波長の光を扱うので、色収差が発生する集光レンズではあまり好ましくない。そこで、(非球面)反射ミラー10A、10Bにて集光コリメート手段を構成することで、色収差の発生を排除し、広い波長帯に対応させている。
加熱用レーザコリメート手段41は、加熱用レーザ光源21の近傍(レーザ出射位置の近傍であって加熱用レーザの光軸上)に配置されて、加熱用レーザ光源21から出射された加熱用レーザを平行光の加熱用レーザLaに変換する。例えば加熱用レーザコリメート手段41は、加熱レーザ波長(λa)の光のみを平行光に変換すればよいので、コリメートレンズでよい。なお加熱用レーザ光源21が平行光の加熱用レーザを出射できるのであれば加熱用レーザコリメート手段41を省略することができる。
加熱レーザ用選択反射手段11Aは、集光コリメート手段10の光軸上に配置されて、加熱用レーザ光源21から出射されて平行光に変換された加熱レーザ波長(λa)の加熱用レーザLaを集光コリメート手段10の一方の側に向けて反射するとともに、測定スポットSPから放射及び反射されて集光コリメート手段10の一方の側から出射された加熱レーザ波長(λa)とは異なる波長の平行光を透過する。例えば加熱レーザ用選択反射手段11Aは、加熱レーザ波長(λa)の光を反射し、加熱レーザ波長(λa)以外の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。
そして、加熱用レーザコリメート手段41と加熱レーザ用選択反射手段11Aにて加熱用レーザ導光手段が構成されており、加熱用レーザ導光手段は、加熱用レーザ光源21から出射された加熱用レーザを、平行光に変換して集光コリメート手段10の一方の側へと導く。
所定赤外線用選択反射手段12Aは、集光コリメート手段10の一方の側から出射されて加熱レーザ用選択反射手段11Aを透過してきた平行光(加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光)の経路上に配置されている(この場合、集光コリメート手段10の光軸上に配置されている)。そして所定赤外線用選択反射手段12Aは、集光コリメート手段10の一方の側から出射されて加熱レーザ用選択反射手段11Aを透過してきた平行光の中から所定赤外線波長(λ1)の赤外線の平行光L1を赤外線検出手段31に向けて透過し、所定赤外線波長(λ1)とは異なる波長の平行光L2を反射する。従って、赤外線検出手段31は、所定赤外線波長(λ1)の赤外線のエネルギーのみを検出する。例えば所定赤外線用選択反射手段12Aは、所定赤外線波長(λ1)の光を透過し、所定赤外線波長(λ1)以外の波長の光を反射するダイクロイックミラーである。
また赤外線集光手段42は、赤外線検出手段31の近傍(検出位置の近傍)に配置されて、所定赤外線用選択反射手段12Aを透過してきた所定赤外線波長(λ1)の平行光の赤外線を、赤外線検出手段31に向けて集光する。例えば赤外線集光手段42は、所定赤外線波長(λ1)の光のみを集光すればよいので、集光レンズでよい。
そして、加熱レーザ用選択反射手段11Aと所定赤外線用選択反射手段12Aと赤外線集光手段42にて放射赤外線導光手段が構成されており、放射赤外線導光手段は、測定スポットSPから放射されて集光コリメート手段10の一方の側から出射された平行光の中から所定赤外線波長(λ1)の赤外線を、赤外線検出手段31へと導く。
補正用レーザコリメート手段43は、補正用レーザ光源22の近傍(レーザ出射位置の近傍であって補正用レーザの光軸上)に配置されて、補正用レーザ光源22から出射された補正用レーザを平行光の補正用レーザLbに変換する。例えば補正用レーザコリメート手段43は、補正レーザ波長(λb)の光のみを平行光に変換すればよいので、コリメートレンズでよい。なお補正用レーザ光源22が平行光の補正用レーザを出射できるのであれば補正用レーザコリメート手段43を省略することができる。
ビームスプリッタ13Aは、補正用レーザ光源22から出射された補正レーザ波長(λb)の光(補正用レーザ)を第1所定割合で反射するとともに第2所定割合で透過し、反射した第1所定割合の平行光の補正用レーザを、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光L2と重なるように、所定赤外線用選択反射手段12Aへと導光する。なお、補正用レーザ光源22から出射されてビームスプリッタ13Aを透過した第2所定割合の補正用レーザは、どこにも使用されず破棄される。
そして、補正用レーザコリメート手段43とビームスプリッタ13Aと所定赤外線用選択反射手段12Aと加熱レーザ用選択反射手段11Aにて補正用レーザ導光手段が構成されており、補正用レーザ導光手段は、補正用レーザ光源22から出射された補正用レーザを、平行光に変換して集光コリメート手段10の一方の側へと導く。
ビームスプリッタ13Aは、測定スポットSPから反射されて所定赤外線用選択反射手段12Aにて反射された(反射)補正用レーザを、補正用レーザ検出手段32に向けて第2所定割合で透過する。
反射レーザ集光手段44は、補正用レーザ検出手段32の近傍(検出位置の近傍)に配置され、測定スポットSPから反射されてビームスプリッタ13Aから補正用レーザ光源22とは異なる方向に向かうように透過された補正レーザ波長(λb)の平行光Lbr((反射)補正用レーザ)を、補正用レーザ検出手段32に向けて集光する。なお、測定スポットSPにて反射されてビームスプリッタ13Aにて反射された(反射)補正用レーザは、どこにも使用されず破棄される。例えば反射レーザ集光手段44は、補正レーザ波長(λb)の光のみを集光すればよいので、集光レンズでよい。
そして、加熱レーザ用選択反射手段11Aと所定赤外線用選択反射手段12Aとビームスプリッタ13Aと反射レーザ集光手段44にて反射レーザ導光手段が構成されており、反射レーザ導光手段は、測定スポットSPにて反射されて集光コリメート手段10の一方の側から出射された補正用レーザを、補正用レーザ検出手段32へと導く。
この場合、ビームスプリッタ13Bは、補正用レーザ光源22から出射された補正レーザ波長(λb)の光(補正用レーザ)を第1所定割合で透過するとともに第2所定割合で反射し、透過した第1所定割合の平行光の補正用レーザを、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光L2と重なるように、所定赤外線用選択反射手段12Aへと導光する。
またビームスプリッタ13Bは、測定スポットSPから反射されて所定赤外線用選択反射手段12Aにて反射された(反射)補正用レーザを、補正用レーザ検出手段32に向けて第2所定割合で反射する。
なお、制御手段50の動作の詳細については後述する。
次に図3を用いて、第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bの構成について説明する。以下、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aとの相違点について主に説明する。
第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bは、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aに対して、所定赤外線用選択反射手段12Bの動作が異なり、赤外線検出手段31、補正用レーザ光源22、補正用レーザ検出手段32の配置が異なる。
しかし、所定赤外線用選択反射手段12Bは、集光コリメート手段10の一方の側から出射されて加熱レーザ用選択反射手段11Aを透過してきた平行光の中から所定赤外線波長(λ1)の赤外線の平行光L1を赤外線検出手段31に向けて反射し(所定赤外線用選択反射手段12Aでは透過)、所定赤外線波長(λ1)とは異なる波長の平行光L2を透過(所定赤外線用選択反射手段12Aでは透過)する点が異なる。例えば所定赤外線用選択反射手段12Bは、所定赤外線波長(λ1)の光を反射し、所定赤外線波長(λ1)以外の波長の光を透過するダイクロイックミラーである。
また、補正用レーザ光源22から出射された補正用レーザは、ビームスプリッタ13Aから、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光L2と重なるように所定赤外線用選択反射手段12Bに向けて導光され、所定赤外線用選択反射手段12Bを透過して加熱レーザ用選択反射手段11Aへと導光される。
また測定スポットSPから反射された(反射)補正用レーザは、所定赤外線用選択反射手段12Bを透過してビームスプリッタ13Aへと導光される。
この場合、ビームスプリッタ13Bは、補正用レーザ光源22から出射された補正レーザ波長(λb)の光(補正用レーザ)を第1所定割合で透過するとともに第2所定割合で反射し、透過した第1所定割合の平行光の補正用レーザを、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光L2と重なるように、所定赤外線用選択反射手段12Bへと導光する。
またビームスプリッタ13Bは、測定スポットSPから反射されて所定赤外線用選択反射手段12Bを透過してきた(反射)補正用レーザを、補正用レーザ検出手段32に向けて第2所定割合で反射する。
次に図4を用いて、第3の実施の形態の光学非破壊検査装置1Cの構成について説明する。以下、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aとの相違点について主に説明する。
第3の実施の形態の光学非破壊検査装置1Cは、第1の実施の形態の光学非破壊検査装置1Aに対して、加熱レーザ用選択反射手段11Bの動作が異なり、加熱用レーザ光源21の配置が異なる。
加熱レーザ用選択反射手段11Bにて反射された、加熱レーザ波長(λa)以外の波長の平行光の先は、第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
この場合、ビームスプリッタ13Bは、補正用レーザ光源22から出射された補正レーザ波長(λb)の光(補正用レーザ)を第1所定割合で透過するとともに第2所定割合で反射し、透過した第1所定割合の平行光の補正用レーザを、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光L2と重なるように、所定赤外線用選択反射手段12Aへと導光する。
またビームスプリッタ13Bは、測定スポットSPから反射されて所定赤外線用選択反射手段12Aにて反射された(反射)補正用レーザを、補正用レーザ検出手段32に向けて第2所定割合で反射する。
次に図5を用いて、第4の実施の形態の光学非破壊検査装置1Dの構成について説明する。以下、第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bとの相違点について主に説明する。
第4の実施の形態の光学非破壊検査装置1Dは、第2の実施の形態の光学非破壊検査装置1Bに対して、加熱レーザ用選択反射手段11Bの動作が異なり、加熱用レーザ光源21の配置が異なる。
加熱レーザ用選択反射手段11Bにて反射された、加熱レーザ波長(λa)以外の波長の平行光の先は、第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
この場合、ビームスプリッタ13Bは、補正用レーザ光源22から出射された補正レーザ波長(λb)の光(補正用レーザ)を第1所定割合で透過するとともに第2所定割合で反射し、透過した第1所定割合の平行光の補正用レーザを、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光L2と重なるように、所定赤外線用選択反射手段12Bへと導光する。
またビームスプリッタ13Bは、測定スポットSPから反射されて所定赤外線用選択反射手段12Bを透過してきた(反射)補正用レーザを、補正用レーザ検出手段32に向けて第2所定割合で反射する。
次に図6に示すフローチャートを用いて、制御手段50の処理手順(その1)の例について説明する。なお光学非破壊検査装置の構成については、第1〜第4の実施の形態のいずれでもよい。
図6に示す処理は、測定スポットの検査を行う際、制御手段50にて実行される。
ステップS10では、制御手段50は、補正用レーザ光源を制御して、補正用レーザ光源から補正用レーザを出射し、ステップS15に進む。補正用レーザは測定スポットに導光され、測定スポットにて反射された補正用レーザは補正用レーザ検出手段へと導光される。
ステップS15では、制御手段50は、加熱用レーザ光源を制御して、加熱用レーザ光源から加熱用レーザを出射し、ステップS20に進む。加熱用レーザは測定スポットへと導光され、測定スポットから放射された赤外線は赤外線検出手段へと導光される。
例えば図8は、照射された光を完全に吸収及び放射する黒体の温度が各温度(M1、M2・・M6)の場合において、黒体から放射される赤外線の波長(横軸)と、各波長の赤外線のエネルギー(縦軸)の関係を示す赤外線放射特性の例を示している。
例えば測定スポットが黒体である場合であって、検出した所定赤外線波長(λ1)の位置が図8中に示す(λ1)の位置であり、検出した赤外線エネルギーがE1であった場合、測定スポットの温度は、M4[℃]であることがわかる。しかし、実際の測定スポットは黒体ではなく、照射された加熱用レーザの全てを吸収することなく一部を反射しているので補正が必要であり、続くステップS25〜ステップS35にて、ステップS20にて検出した赤外線エネルギーを補正する。
例えば図7に、所定の表面状態に設定した物質A、物質B、物質Cにおける、照射する光の波長(横軸)と、反射率(縦軸)の関係を示す反射率特性の例を示す。図7に示すように、反射率は物体の材質や照射する光の波長で変化するとともに、物体の表面状態(微細な凹凸の密度や深さ等)によっても変化する。従って、測定スポット毎に反射率を求める必要がある。
ステップS30にて、制御手段50は、ステップS25にて求めた反射率から放射率を計算し、ステップS35に進む。具体的には、放射率(%)=吸収率(%)=100(%)−反射率(%)という関係から、放射率を計算する。
そして制御手段は、ステップS20にて記憶した照射開始後の時間(加熱時間に相当)と、当該時間に対応する補正温度から、図9の例に示す温度上昇特性を求める。例えば照射開始後の時間がT1であって、実温度(実際に測定した赤外線エネルギーによる温度)がM4[℃]、補正温度(補正した赤外線エネルギーによる温度)がM2[℃]であった場合を図9に示す。なお制御手段にて、補正温度による温度上昇特性を求めればよく、実温度による温度上昇特性は、特に求めなくてもよい。
制御手段50は、飽和温度に達して測定終了タイミングであると判定した場合(Yes)はステップS45に進み、測定終了タイミングでないと判定した場合(No)はステップS20に戻る。なお、ステップS20に戻る際、所定時間(例えば1ms程度)待ってから戻ると、所定時間間隔で補正温度を求めることができるので、より好ましい。
ステップS50にて制御手段50は、補正用レーザ光源を制御して、補正用レーザの照射を停止し、ステップS55に進む。
ステップS55にて制御手段50は、ステップS60にて求めた補正温度による温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定し、判定結果を表示手段等に表示して処理を終了する。
ここで図10に、図1における接合部96の面積が理想面積である場合の温度上昇特性(図10中に点線にて示す)の例と、接合部96の面積が下限面積であった場合の温度上昇特性(図10中に一点鎖線にて示す)の例と、接合部96の面積が上限面積であった場合の温度上昇特性(図10中に二点鎖線にて示す)の例を示す。
例えば記憶手段に、接合部96の面積が下限面積である場合の(下限面積)温度上昇特性と、接合部96の面積が上限面積である場合の(上限面積)温度上昇特性と、を記憶しておく。
そしてステップS55にて制御手段50は、補正温度に基づいて求めた温度上昇特性が、記憶手段に記憶されている(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性と、の間にあるか否かを判定し、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間にある場合は接合状態が良好であると判定し、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間から外れている場合は接合状態が不良であると判定し、判定結果を表示する。
補正温度により求めた温度上昇特性が、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間にあることは、接合部の面積が、下限面積と上限面積の間にあることを示しており、接合部の面積が許容範囲内であることを示している。
次に図11に示すフローチャートを用いて、制御手段50の処理手順(その2)の例について説明する。なお光学非破壊検査装置の構成については、第1〜第4の実施の形態のいずれでもよい。
上述した処理手順(その1)では、測定した赤外線エネルギーを反射率に基づいて補正し、補正した赤外線エネルギーから求めた補正温度と、加熱開始からの時間にて、温度上昇特性を求めたが、以下に説明する処理手順(その2)では、反射率に基づいて加熱用レーザの出力を調整(増量)し、測定した赤外線エネルギーが、上記の「補正した赤外線エネルギー」と同等となるようにしたものである。
ステップS115にて、制御手段50は、補正用レーザ検出手段からの検出信号に基づいて、補正用レーザの反射率を測定し、ステップS120に進む。反射率の求め方は上述したとおりである。
ステップS120にて、制御手段50は、ステップS115にて求めた反射率から吸収率を計算し、ステップS125に進む。具体的には、吸収率(%)=100(%)−反射率(%)という関係から、吸収率を計算する。
ステップS125にて、制御手段50は、ステップS120にて求めた吸収率から放射率を計算し、ステップS130に進む。具体的には、吸収率(%)=放射率(%)という関係から、放射率を計算する。
ステップS135にて制御手段50は、加熱用レーザ光源を制御して、ステップS130にて求めた出力値にて加熱用レーザを出射し、ステップS140に進む。
ステップS140にて制御手段50は、赤外線検出手段からの検出信号に基づいて、所定赤外線波長(λ1)の赤外線のエネルギーを検出し、検出した所定赤外線波長(λ1)の赤外線のエネルギーと、加熱用レーザの照射を開始してからの時間と、を取り込んで記憶し、ステップS145に進む。
ステップS145にて制御手段50は、取り込んだ赤外線エネルギーに対応する温度(実温度)を求め、求めた実温度と、照射開始後の時間と、から温度上昇特性を求め、ステップS150に進む。この場合、吸収率に応じて加熱用レーザの出力を調整(増量)しているので、求めた実温度をそのまま温度上昇特性として利用すればよい。
制御手段50は、飽和温度に達して測定終了タイミングであると判定した場合(Yes)はステップS155に進み、測定終了タイミングでないと判定した場合(No)はステップS115に戻る。なお、ステップS115に戻る際、所定時間(例えば1ms程度)待ってから戻ると、所定時間間隔で実温度を求めることができるので、より好ましい。
ステップS160にて制御手段50は、補正用レーザ光源を制御して、補正用レーザの照射を停止し、ステップS165に進む。
ステップS165にて制御手段50は、ステップS145にて求めた実温度による温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定し、判定結果を表示手段等に表示して処理を終了する。
測定対象物の状態の判定方法は、上述した方法と同様である。例えば記憶手段に、接合部96の面積が下限面積である場合の(下限面積)温度上昇特性と、接合部96の面積が上限面積である場合の(上限面積)温度上昇特性と、を記憶しておく。
そしてステップS165にて制御手段50は、図10に示すように、実温度に基づいて求めた温度上昇特性が、記憶手段に記憶されている(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性と、の間にあるか否かを判定し、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間にある場合は接合状態が良好であると判定し、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間から外れている場合は接合状態が不良であると判定し、判定結果を表示する。
実温度により求めた温度上昇特性が、(下限面積)温度上昇特性と(上限面積)温度上昇特性の間にあることは、接合部の面積が、下限面積と上限面積の間にあることを示しており、接合部の面積が許容範囲内であることを示している。
また、異なる2波長の赤外線の比を利用する場合と比較して、反射率を測定して補正に利用することで、利用する赤外線の波長は1つ(所定赤外線波長(λ1))で済み、測定する赤外線の波長の選択肢が広く、より広い温度範囲を測定することができる。
また、ワイヤボンディング個所の接合の良否判定に利用することが可能であり、作業者による目視の検査や、抜き取りサンプルの破壊検査等と比較して、より高い信頼性で検査することができる。
また、補正用レーザで加熱することなく、測定スポットから反射された補正用レーザそのものを検出して測定スポットの反射率を測定し、測定した反射率に基づいて温度を補正するので、より正確な温度上昇特性を得ることができる。
10 集光コリメート手段
10A、10B (非球面)反射ミラー
11A、11B 加熱レーザ用選択反射手段
12A、12B 所定赤外線用選択反射手段
13A、13B ビームスプリッタ
21 加熱用レーザ光源
22 補正用レーザ光源
31 赤外線検出手段
32 補正用レーザ検出手段
41 加熱用レーザコリメート手段
42 赤外線集光手段
43 補正レーザ用コリメート手段
44 反射レーザ集光手段
50 制御手段
92 電極
93 ワイヤ
96 接合部
97 接合構造部位
SP 測定スポット
Claims (10)
- 光軸に沿って一方の側から入射された平行光を、焦点位置として測定対象物上に設定した測定スポットに向けて集光して他方の側から出射するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて他方の側から入射された光を、光軸に沿った平行光に変換して一方の側から出射する集光コリメート手段と、
測定対象物を破壊することなく加熱する加熱レーザ波長の加熱用レーザを出射する加熱用レーザ光源と、
前記加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側へと導く加熱用レーザ導光手段と、
前記測定スポットから放射された赤外線を検出可能な赤外線検出手段と、
前記測定スポットから放射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記赤外線検出手段へと導く放射赤外線導光手段と、
前記加熱用レーザよりも小さな出力であって前記加熱用レーザによって前記測定スポットが加熱される温度に影響を与えない出力に調整されているとともに補正レーザ波長に設定された補正用レーザを出射する補正用レーザ光源と、
前記補正用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側へと導く補正用レーザ導光手段と、
前記測定スポットにて反射された前記補正用レーザを検出可能な補正用レーザ検出手段と、
前記測定スポットにて反射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された前記補正用レーザを前記補正用レーザ検出手段へと導く反射レーザ導光手段と、
制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記加熱用レーザ光源と前記補正用レーザ光源を制御するとともに、前記赤外線検出手段からの検出信号と前記補正用レーザ検出手段からの検出信号に基づいて、加熱時間に応じた前記測定スポットの温度上昇状態である温度上昇特性を測定し、測定した前記温度上昇特性に基づいて測定対象物の状態を判定する状態判定において、
前記状態判定の際、
前記制御手段は、
前記加熱用レーザ光源を制御して前記加熱用レーザにて前記測定スポットを加熱しながら前記赤外線検出手段からの検出信号を取り込み、
前記補正用レーザ光源を制御して前記補正用レーザを前記測定スポットに照射しながら前記補正用レーザ検出手段からの検出信号を取り込み、前記補正用レーザ検出手段から取り込んだ検出信号に基づいて、前記測定スポットの反射率を測定し、
測定した前記反射率に基づいて、前記赤外線検出手段から取り込んだ検出値を補正し、補正した検出値に基づいた温度を求め、
求めた温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する、
あるいは、前記状態判定の際、
前記制御手段は、
前記補正用レーザ光源を制御して補正用レーザを前記測定スポットに照射しながら前記補正用レーザ検出手段からの検出信号を取り込み、前記補正用レーザ検出手段から取り込んだ検出信号に基づいて前記測定スポットの反射率を測定し、
測定した前記反射率に基づいて前記加熱用レーザ光源からの加熱用レーザの出力を調整し、出力を調整した前記加熱用レーザにて前記測定スポットを加熱しながら前記赤外線検出手段からの検出信号を取り込み、前記赤外線検出手段から取り込んだ検出信号に基づいた温度を求め、
求めた温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記制御手段は、求めた温度と加熱時間による前記温度上昇特性に基づいて、測定対象物の状態を判定する際、
前記加熱用レーザにて前記測定スポットの加熱を開始してから、加熱時間に応じて前記測定スポットの温度が徐々に上昇していく温度上昇傾向に基づいて、測定対象物の状態を判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1または2に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記加熱用レーザ導光手段は、
前記加熱用レーザ光源の近傍に配置されて、前記加熱用レーザ光源から出射された加熱用レーザを平行光に変換する加熱用レーザコリメート手段と、
前記集光コリメート手段の光軸上に配置されて、前記加熱用レーザ光源から出射されて平行光に変換された加熱レーザ波長の加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側に向けて反射するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光を透過する加熱レーザ用選択反射手段と、あるいは、前記集光コリメート手段の光軸上に配置されて、前記加熱用レーザ光源から出射されて平行光に変換された加熱レーザ波長の加熱用レーザを前記集光コリメート手段の一方の側に向けて透過するとともに、前記測定スポットから放射及び反射されて前記集光コリメート手段の一方の側から出射された加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光を反射する加熱レーザ用選択反射手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項3に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記放射赤外線導光手段は、
前記加熱レーザ用選択反射手段と、
前記集光コリメート手段の一方の側から出射されて前記加熱レーザ用選択反射手段を透過あるいは反射した加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光の経路上に配置されて、当該平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記赤外線検出手段に向けて透過するとともに前記所定赤外線波長とは異なる波長の平行光を反射する所定赤外線用選択反射手段と、あるいは、前記集光コリメート手段の一方の側から出射されて前記加熱レーザ用選択反射手段を透過あるいは反射した加熱レーザ波長とは異なる波長の平行光の経路上に配置されて、当該平行光の中から所定赤外線波長の赤外線を前記赤外線検出手段に向けて反射するとともに前記所定赤外線波長とは異なる波長の平行光を透過する所定赤外線用選択反射手段と、
前記赤外線検出手段の近傍に配置されて、前記所定赤外線用選択反射手段にて透過あるいは反射された所定赤外線波長の平行光の赤外線を前記赤外線検出手段に向けて集光する赤外線集光手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項4に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記補正用レーザ導光手段は、
前記補正用レーザ光源の近傍に配置されて前記補正用レーザ光源から出射された補正用レーザを平行光に変換する補正用レーザコリメート手段と、
補正レーザ波長の光を第1所定割合で反射するとともに第2所定割合で透過して、前記補正用レーザ光源から出射されて平行光に変換された補正レーザ波長の補正用レーザを、所定赤外線波長とは異なる波長の平行光と重なるように前記所定赤外線用選択反射手段に向けて反射あるいは透過するビームスプリッタと、
前記所定赤外線用選択反射手段と、
前記加熱レーザ用選択反射手段と、にて構成されており、
前記反射レーザ導光手段は、
前記加熱レーザ用選択反射手段と、
前記所定赤外線用選択反射手段と、
前記ビームスプリッタと、
前記補正用レーザ検出手段の近傍に配置されて、前記測定スポットから反射されて前記ビームスプリッタから前記補正用レーザ光源とは異なる方向に向かうように透過あるいは反射された補正レーザ波長の光を前記補正用レーザ検出手段に向けて集光する反射レーザ集光手段と、にて構成されている、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学非破壊検査装置であって、
前記測定対象物は、2つの部材を接合した接合部を含む接合構造部位であり、
前記測定スポットは、前記2つの部材における一方の部材の表面に設定されており、
前記制御手段は、
前記温度上昇特性に基づいて、前記2つの部材の接合状態を判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項6に記載の光学非破壊検査装置であって、
判定する前記2つの部材の接合状態とは、前記2つの部材の接合部の面積の大きさであり、
前記制御手段は、
前記温度上昇特性に基づいて、前記2つの部材の接合部の面積が許容範囲内であるか否かを判定する、
光学非破壊検査装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学非破壊検査装置を用いて、
測定対象物の状態を前記制御手段にて判定する、
光学非破壊検査方法。 - 請求項6に記載の光学非破壊検査装置を用いて、
前記2つの部材の接合状態を前記制御手段にて判定する、
光学非破壊検査方法。 - 請求項7に記載の光学非破壊検査装置を用いて、
前記2つの部材の接合部の面積が許容範囲内であるか否か、を前記制御手段にて判定する、
光学非破壊検査方法。
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