超声波检测装置、超声波换能器、检测装置、超声波成像装置

摘要

本发明提供一种可简单、便捷地检测、可高分辨率、高速处理的超声波检测装置、超声波换能器、检测装置、超声波成像装置。在构成超声波换能器的压电体中使用钛酸钯(BaTiO3)或钛锆酸铅(PZT)，厚度为0.1μm～100μm。具有：能驱动压电体层中的任意压电体层的驱动部、通过从被驱动的压电体层产生的超声波照射的对象来的回波检测多个压电体层产生的电信号的检测部、从检测出的电信号对照射对象的状态进行可视化处理的处理部。

说明书

技术领域

本发明涉及使用超声波检测半导体芯片和金属、陶瓷部件、树脂等的内部缺陷和剥离等异常的超声波检测装置，及超声波换能器、检测装置、超声波成像装置，特别涉及简单便捷、更精密或者更高速检测异常的超声波检测装置、超声波换能器、检测装置、超声波成像装置。

背景技术

使用超声波检测半导体芯片(集成电路：IC)等的微小内部构造物的目的在于，对接合半导体芯片的功能面和布线基板的焊锡和填充在它们的间隙中的填充材料的接合状态进行检测等。

一种这样的检测方法如下：一边使单眼超声波换能器在水中进行机械扫描，一边从换能器通过水向检测对象照射超声波，使用上述换能器对传播检测对象成为回波返回的超声波进行捕捉，处理由此得到的信号，判定检测对象的状态。

这种检测方法同时存在如下的问题：浸在水中的机械扫描费力费时，在检测半导体芯片等时，检测后芯片就不能使用了，而且检测对象半导体芯片的连接端子面积越来越小，节距越来越窄，在现在的检测精度下异常判定能力有可能不足。

如上所述的超声波换能器虽可以通过对氧化亚铅、氧化锡等压电材料进行膜化制造其主要部分，但要确保检测灵敏度需要一定膜厚。而实际应用中，确保膜厚的厚度受发生超声波的频率上限所限。频率基本上与检测分辨率相关，因此就与异常判定能力不足相关。

虽然可以这样理解，如果压电材料选择转换灵敏度高的材料，也可使膜厚更薄，因此能提高驱动频率、提高分辨率，但是一般来讲，要达到无偏差是有困难的。

另外，作为超声波成像装置有单眼超声波传感器，例如使用水浸法在垂直方向发送超声波，在正面有反射物体的前提下，在特定的焦点深度成像。此时，不适合对表面为曲面形状的检测对象的内部进行成像的情况，例如存在焦点不能聚集、不能高精度成像的异常情况。

另外，在具有由配置成矩阵状或一列的多个压电转换部构成的超声波换能器的超声波成像装置中，虽然能与高精度化对应，但是，当检测对象具有多个不同声特性的层构造和表面成曲面形时，检查内部缺陷、凹陷、剥离等并进行可视化处理时，处理量庞大成为问题。在这种处理中，在成矩阵状配置的压电转换部间发送接收的多个超声波的传播折射计算，需要进行二维或三维的计算，会导致庞大的处理时间。

因此，为了缩短处理时间，例如，可以利用在能特定检测对象的层构造或表面形状时，根据折射等的传播路径，事先对在配置成矩阵状或一列的多个压电转换部之间发送接收的超声波信号的传播时间进行计算，制成表格进行存储。这样一来，就不需要一个个进行折射计算。但是，在这种情况下，由于有多个压电转换部，也不能达到特别高的速度。

另外，利用水浸法进行超声波检测时，通过将压电转换元件(超声波发生器和传感器)及被检测物体浸入水等液体中，一边使压电转换元件进行机械扫描，一边发送接收超声波，可以实现被检测物体内部的可视化(参考下述文献)。

小仓、“非破坏检测半导体封装的现状”、非破坏检测、社团法人日本非破坏性检测协会、平成13年5月、第50卷、第5号、第291～292页。

但是，由于用水浸法要将压电转换元件浸到液体中，因此液体容易侵入压电转换元件内，使其耐久性降低。而且难以从外部对配置在密闭容器中的被检测物体进行内部检测。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而提出的，目的是提供使用超声波检测半导体芯片和复合材料等的内部接触部分等的剥离或金属内部缺陷等异常的超声波检测装置，及超声波换能器、检测装置、超声波成像装置，提供能简单便捷、更精密或更高速检测异常的超声波检测装置、超声波换能器、检测装置、超声波成像装置。

为解决上述问题，本发明有关的超声波检测装置，其特征在于，具有：超声波换能器，其具有衬底、在上述衬底上形成的共用电极、在上述共用电极上成矩阵状独立形成多个的压电体层、及分别在上述压电体层上形成的多个上部电极；驱动部，其与上述上部电极连接，可从上述上部电极驱动上述压电体层中的任意一个；检测部，其与上述上部电极连接，通过来自上述被驱动的压电体层发生的超声波照射的照射对象的回波，从上述多个上部电极检测上述多个压电体层发生的电信号；和处理部，其从上述检测出的电信号，对上述照射对象的状态进行可视化处理；上述超声波换能器的上述压电体层含有钛酸钡(BaTiO₃)或锆钛酸铅(PZT)，且厚度为0.1μm～100μm。

即，压电体层膜的材料使用钛酸钡或者钛锆酸铅。这些材料与氧化亚铅相比，电气机械耦合系数大，电能和机械的振动能之间的转换效率高，因此适用于超声波的发生和检测。再有，与氧化亚铅相比，介质常数大，因此，例如对其进行脉冲驱动时，与脉冲电源的电气匹配性也很好。

有效利用上述高转换效率，可形成0.1μm～100μm的膜厚。这样，压电体层发生的超声波频率例如可以提高到20MHz，可以达到足够高的分辨率。从更实用方面讲，最好形成0.1μm～100μm的膜厚。

而且，当压电材料使用钛酸钡时，居里温度与钛锆酸铅相比稍低(约130℃)，因此利用晶格常数不匹配导致的变形，人为地使居里温度上升再加以使用更好。

另外，用于形成钛酸钡、钛锆酸铅压电体层的淀积方法，可以使用溅射法等物理蒸镀法、溶胶凝胶(sol-gel)法等溶液涂敷法、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)等化学蒸镀法等。这些压电体膜可以是多结晶膜，也可以是外延生长形成的膜，但利用外延生长等方法结晶取向均匀，可以得到更高压电转换特性。另外，作为其它方法，可以预先使压电体膜薄膜化至上述预定的厚度，对此可以使用研磨和切削加工的方法。此时，可以通过预定的方法(后述)，使通过研磨等薄膜化后的压电体黏接在共用电极上。

另外，共用电极、上部电极的材料可以列举出Pt、Ir等贵金属或SrRuO₃等导电性氧化物膜等。一方面，SrRuO₃等导电氧化物具有与珍贵金属类相比电阻稍高的缺点，另一方面，具有与上述压电体膜的界面匹配性好、机械剥离困难这样的特征。电极的形成例如可以使用溅射法。

另外，利用压电体的薄膜形成技术制作成矩阵状的多个压电元件的方法，例如在溅射成膜时，可以使用掩膜只在预期区域淀积压电体膜，或者也可以在整个面淀积膜后，利用化学腐蚀等方法除去不要部分的膜。一般来讲，使用化学腐蚀方法更好，因为它更微细，可进行高尺寸精度的加工。

另外，本发明有关的超声波换能器，其特征在于，具有：衬底；在上述衬底上形成的半导体集成电路；在上述衬底背面侧形成的共用电极；在上述共用电极上成矩阵状独立形成的多个压电体层；及分别在上述压电体层上形成的多个上部电极；上述压电体层具有钛酸钡或锆钛酸铅，且厚度为0.1μm～100μm。

该超声波换能器是将上述超声波检测装置的超声波换能器的构造，形成在功能面上形成了集成电路的半导体芯片的背面。超声波换能器大致与上述说明相吻合。而且，如果将压电体的面积例如设定为不大于500μm×500μm，则足可以与能探测异常的端子的狭小化相对应。

另外，本发明有关的检测装置，其特征在于，具有：多个接触端子，其具有针状构造；驱动部，其与上述接触端子连接，从上述接触端子中的任意一个发生驱动电压；检测部，其与上述接触端子连接，从上述多个接触端子，检测因上述发生的驱动电压而从检测对象返回上述接触端子的电信号；和处理部，其从上述检测出的电信号和上述任意接触端子的位置，对上述检测对象的状态进行可视化处理。

该检测装置可以与上述超声波换能器组合进行超声波检测。超声波换能器的上部电极和检测装置的信号交换通过具有针状构造的接触端子实现。因此通过这样的组合，超声波检测可以达到与上述说明同样的足够高的分辨率。

而且，在接触端子上，可以使用例如前端尖锐的电场发射型冷电极，更好的是使用传递模塑法冷电极。通过这些电极，可以实现与面积狭窄的上部电极充分电接触的状态。在与上述超声波换能器组合时，超声波检测装置的接触端子与超声波换能器的上部电极分别对应而设置。

另外，本发明相关的超声波检测装置，其特征在于，具有：超声波换能器，其具有：具有一表面的共用电极、在上述共用电极的一表面上形成的压电体层、及在上述压电体层上形成的上部电极；驱动部，其与上述上部电极连接，从上述上部电极驱动上述压电体层；检测部，其与上述上部电极连接，通过来自上述被驱动的压电体层发生的超声波照射的照射对象的回波，从上述多个上部电极检测上述压电体层发生的电信号；扫描移动机构，其使上述超声波换能器相对上述照射对象扫描移动；和处理部，其从上述检测出的电信号和上述扫描移动的超声波换能器的位置，对上述照射对象的状态进行可视化处理；上述超声波换能器的上述压电体层具有钛酸钡或锆钛酸铅，且厚度为0.1μm～100μm。

该超声波检测装置不使用形成有矩阵状压电体层的超声波换能器，通过超声波换能器本身进行的机械扫描来探明照射对象的状态。与超声波换能器的压电体层有关的特征部分大致与已经说明的一样。

另外，本发明相关的超声波检测装置，其特征在于，具有：激光光源，其间歇地或调制强度来发生激光；照射光学系统，其使上述发生的激光成点状对照射对象进行照射；扫描移动机构，其使上述照射光学系统相对上述照射对象扫描移动；振动移位检测部，其利用使用激光的移位测定方法，非接触地检测上述照射对象表面的振动移位，并转换成电信号，该上述照射对象表面的振动移位由上述照射的激光发生的上述照射对象中的超声波的回波引起；和处理部，其从上述转换的电信号和上述扫描移动的超声波换能器的位置，对上述照射对象的状态进行可视化处理。

该超声波检测装置通过使间歇地或调制强度发生的激光以点状向照射对象照射来谋求高分辨率。通过点状照射可以在照射对象上的正确位置产生极小面积的超声波发生源。因此通过捕捉其回波，可以进行高分辨率的探测。

另外，本发明相关的超声波成像装置，其特征在于，具有：超声波换能器，其具有分别配置成矩阵状或一列状的多个压电转换部；驱动元件选择部，其与上述多个压电转换部连接，可驱动上述多个压电转换部中的任意一个；信号检测电路，其与上述多个压电转换部连接，通过接收由上述被驱动的压电转换部发生的超声波引起的、以声媒质为媒介的来自检测对象的反射回波，并行检测上述多个压电转换部发生的电信号；信号处理部，其从上述并行检测出的信号，对上述照射对象的状态进行可视化处理；及显示装置，其显示上述被处理、被成像的结果；上述信号处理部具有：存储单元，将上述检测对象应成像的全体区域网格化，并对上述各网格化的区域，将从上述被驱动的压电转换部到上述多个压电转换部中的一个的超声波传播时间，按照上述被驱动的压电转换部和上述多个压电转换部中的上述一个的每个组合进行存储；多个处理单元，其使用上述被存储的超声波传播时间，从上述并行检测出的电信号中的一个的时间方向数据，对上述各网格化的区域确定反射强度的处理，对上述并行检测出的各电信号相互并行进行；及加法运算单元，对上述网格化的各区域，对上述并行处理、确定的反射强度进行加法运算。

即，本发明相关的超声波成像装置是以将具有多个分别配置成矩阵状或者一列的压电转换部的超声波换能器用于超声波的产生和检测为前提的装置。驱动多个压电转换部中的任意压电转换部，通过多个压电转换部检测从检测对象返回的反射回波并转换成电信号，由信号检测电路并行地检测转换后的电信号，再由信号处理部进行并行运算并进行成像处理。

在并行运算中，使用上述存储单元、多个处理单元、加法运算单元。存储单元用于对检测对象中应成像的区域网格化，并对于该网格化的各区域，将从被驱动的压电转换部到多个压电转换部中的一个的超声波传播时间，按照被驱动的压电转换部和多个压电转换部中的上述一个的每个组合进行存储。

多个处理单元使用上述被存储的超声波传播时间，从上述并行检测出的电信号中的一个的时间方向数据，对上述各网格化的区域确定反射强度的处理，对上述并行检测出的各电信号相互并行进行。通过这种并行处理可以进行更高速的处理。通过加法运算单元，按照每个网格化的区域对被处理的结果进行加法运算。据此可得到成像数据。

而且，例如，将专用或者通用的计算机作为硬件使用，该硬件和在该硬件上运行的基本软件以及应用软件可以构成存储单元、多个处理单元和加法运算单元。

另外，本发明相关的超声波检测装置，其特征在于，具有：压电转换部，具有多个压电转换元件；固体传声媒质，与上述压电转换部进行声连接且成平板状；驱动部，从上述压电转换部选择压电转换元件来发生超声波；检测部，根据由上述驱动部选择出的压电转换元件发送的超声波的一部分被上述液体声媒质中的被检测物体反射而形成的反射超声波，检测从上述压电转换部的压电转换元件发生的电信号；图像生成部，根据由上述检测部检测出的电信号，生成显示上述被检测物体的内部状态的图像；及显示部，显示由上述图像生成部生成的图像。

通过对多个配置的压电转换元件进行电子选择来进行发送接收，不进行机械扫描就可以进行可视化。另外，将被检测物体装在内部，而且对装有液体声媒质的容器，贯通固体传声媒介，或与其外面进行声连接，压电转换元件配置在容器外仍能对容器内的被检测物体的外形以及内部构造进行可视化处理。

其中，所谓“声连接”是指在不同的传声媒介间可进行声的传播的状态。而且，通过在声媒质之间通过夹装耦合介质(couplant)，可以进一步提高不同传声媒质之间的传声特性。

附图说明

图1是说明与本发明的第1实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图2是示出图1中所示的压电转换部41a等的剖面构造的图。

图3是说明与本发明的第2实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图4是说明与本发明的第3实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图5是说明与本发明的第4实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图6是说明与本发明的第5实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图7是说明与本发明的第6实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图8是进一步详细示出图7所示信号处理部270内的构成的图。

图9是说明图8所示各并行处理器207a、207b、…、207i内进行的处理的图。

图10是其他说明图8所示各并行处理器207a、207b、…、207i内进行的处理的图。

图11是说明与本发明的第7实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

图12是说明与本发明的第8实施例相关的超声波检测装置构成的构成图。

具体实施方式

根据本发明的实施例，从超声波换能器的构造、材料的特征，可以实现简单便捷、分辨率高的超声波非破坏性检测。另外，根据本发明的实施例，由于在检测对象表面可以制作极小面积的超声波发生源，所以可以实现超声波检测的高分辨率化。

作为本发明的实施例，超声波检测装置还具有可收纳液体的容器，可在上述被收纳的液体中浸渍上述超声波换能器和上述照射对象。例如使用超声波传播特性比气体好的水作为声媒质。

另外，作为本发明的实施例，超声波检测装置的上述处理部通过计算在声媒质和上述照射对象的界面产生的超声波的折射，特定在上述照射对象内的超声波路径。是和声媒质为与照射对象(检测对象)不同的物质时相对应的装置。

另外，作为本发明的实施例，超声波检测装置还具有耦合介质，该耦合介质设在上述超声波换能器的上述衬底的背面，夹持在它与上述照射对象之间。这样，可以不需要将衬底和照射对象浸入水中，就能有效且简便地照射超声波。这时，通过耦合介质可以不污染照射对象和衬底并且不使它们产生伤痕，而且可以容易地从照射对象上除去耦合介质。另外，如果衬底采用和照射对象相同样材质的材料(例如硅、环氧树脂、陶瓷、金属等)，则对换能器和照射对象间的折射的影响变小，信号处理也变得简单了。

耦合介质可以使用水和酒精等液体、浸在水和酒精中的纤维状网格材料、柔软的有机材料、陶瓷、金属材料等。如果耦合介质的厚度比用于检测的超声波的波长足够薄，则对检测的影响小，是理想的。

另外，作为本发明的实施例，超声波换能器的上述共用电极在其与上述形成的压电体层的界面上有界面化合物层。该界面化合物层具有作为共用电极和压电体层的接合层的功能。在经研磨和切削加工并薄膜化而预先形成了压电体的情况，在后工序需要与共用电极进行稳定的接合。为此，需要利用界面化合物层。

形成界面化合物层使用静电接合法，静电接合层例如可以使用玻璃(最好是有可移动离子的玻璃)、水玻璃、二氧化硅、铝、钽、钛、镍、硅、钼、铬、锗、镓、砷、科瓦铁镍钴合金、铁、镁、铍等。其层厚最好为1～100原子层的厚度。如果它超过100原子层，则是因为接合性饱和。

另外，接合时，压电体的表面粗糙度设定为不大于其厚度(0.1μm到100μm，更进一步地讲，最好是0.5μm到30μm)的1％，而且，如果同样设定作为界面化合物层的接合层的表面粗糙度，则可提高密合性，达到稳定地接合，是较理想的。

另外，也可以不使用静电接合法，通过由极化引起的静电引力，使衬底(共用电极)和极化处理后的压电体层接合，由此可以容易地得到与共用电极的平坦接合状态。此时，如果在压电体层上形成用溅射法形成的金属层，将进一步提高密合性。另外，使压电体与共用电极接合后，在极化状态下对压电体进行后处理，其优点是在压电体上可以形成稳定的上部电极。而且由此可以防止因压电体层起皱和界面化合物层厚度不均导致的灵敏度和分辨率的降低。

另外根据本发明的实施例，通过并行处理可以高速进行处理。

作为本发明的实施例，超声波成像装置的上述信号处理部具有第2存储单元，该第2存储单元替代上述存储单元，对上述检测对象应成像的全部区域进行网格化，并对上述网格化的各区域，将来自某一压电转换部的发送侧超声波传播时间和至某一压电转换部的接收侧超声波传播时间进行一般化处理并共用存储；上述多个处理单元，替代上述被存储的超声波传播时间，使用上述存储的发送侧超声波传播时间和上述存储的接收侧超声波传播时间。

由于具有这种第2存储单元，可以大幅缩减需要的存储区域。例如，可以适用于检测对象的表面是平面的场合等。

另外，本发明的实施例，在上述信号处理部的上述存储单元中，考虑上述多个压电转换部中的超声波发生指向特性，对上述应成像的区域进行限制。通过设置这样的此限制，可以削减处理不需要的存储区域。

另外，在本发明的实施例中，上述信号处理部还具有传播强度特性存储单元，用于将上述检测对象应成像的区域网格化，并对上述网格化的各区域，将从上述被驱动的压电转换部到上述多个压电转换部中的一个的超声波传播强度特性，按照上述被驱动的压电转换部和上述多个压电转换部中的一个的每个组合进行存储；上述信号处理部的上述多个处理部，在确定上述反射强度的处理中，将上述存储的超声波传播强度特性用于修正。

从被驱动的压电转换部到多个压电转换部之中的1个的超声波传播强度特性，随压电转换部的指向特性而变化。例如，倾斜发出或接收的超声波灵敏度降低。因此，通过存储在传播强度特性存储单元中的传播强度特性，对如上所述灵敏度降低的部分进行修正，由此使成像结果高精度化。而且，传播强度特性存储单元也可以设置成与超声波传播时间的存储单元地址通用，并随它付设。

另外，在本发明的实施例中，上述信号处理部还具有传播强度特性存储单元，用于将上述检测对象应被成像的区域网格化，并对上述网格化的各区域，将来自某一压电转换部的发送侧超声波传播时间和至某一压电转换部的接收侧超声波传播时间进行一般化处理并共用存储；上述信号处理部的上述多个处理部，在确定上述反射强度的处理中，将上述被存储的超声波传播强度特性用于修正。

此时，通过使用传播强度特性存储单元中存储的传播强度特性对灵敏度降低的部分进行修正，使成像结果高精度化。在此，使传播强度特性存储单元所需要的存储区域大幅缩减。例如，可以适用于检测对象表面为平面的情况等。

另外，在本发明的实施例中，上述信号处理部还具有：数据付与单元，付与上述存储单元作为初期值的超声波传播时间的数据；检测单元，对上述检测对象使用上述付与的超声波传播时间，通过上述多个处理单元进行处理，且从通过上述加法运算单元进行加法运算的得到的每个上述网格化的区域的反射强度，检测上述检测对象的部连续面或不连续线；及再设定单元，根据上述检测出的不连续面或不连续线，再设定上述存储单元。

根据这样的构造，例如，如果假定检测对象为单层，对作为初始值的超声波传播时间进行赋值，则从得到的反射强度可以检测出检测对象的不连续面或者不连续线。即，可以知道真的检测对象(不含传声媒质的检测对象)的位置变化。如果根据此位置变化重新存储超声波传播时间，则可以进行高精度成像。

后述的本发明实施例(第6实施例)的考虑方法如下所述。

例如，为了通过开口合成处理进行3D图像合成，在某2个压电转换部之间被发送接收的超声波回波波形(时间方向数据)需要与距离方向相对应。具体来说，根据声速将超声波回波波形的各采样数据，修正成距离数据，从而特定被反射的成像网格，使被特定的成像网格与那个采样数据相对应。而且，对于3D成像区域内的所有网格或由指向角限制的区域的所有网格，传给2个压电转换部的所有组合，对上述采样数据(用振幅数值表示的强度)进行加法运算，由此可以描绘3D图像。

在此，在进行检测时，一般是浸在水中或者通过由树脂块(shoe)材制成的传声媒质对检测对象发送接收超声波。为此，在超声波传播的路径上，至少有传声媒质和检测对象这些声速不同的区域。当检测对象由不同声速的多层构造时，整体就变成不少于3层的构造。

多层构造的情况，需要考虑各层界面的折射，根据求出的往返距离，对采样数据(振幅数值)进行加法运算，由此进行3D描绘。为此，一般来讲，逐一对各网格进行折射计算，根据计算结果进行采样数据的对应关系和加法运算处理，因此处理量加大，显示之前所花的时间过长，难以达到实用性能。

但是，在一定形状的块材和固定条件下的水浸检测中，如果不对每个网格逐一进行折射计算，将传播时间数据表格化，则可加以利用。通过表格化进行相当于折射计算的处理，可以缩减存储器访问时间。再有，通过与接收侧的多个压电转换部相对应来并行设立运算电路，可进一步提高图像合成处理的速度。

在此，根据上述方法，例如将10×10个压电转换部配置成平面矩阵状时，需要准备与100个中的2个压电转换部(发送侧、接收侧)的全部组合相对应的表格数据。为此，上述多个层的界面为复杂形状时，预先作成表格数据时的计算时间和数据容量加大。

在检测对象的界面具有对称性和一样性时，不通过上述组合将表格数据通用化，也能有效减少计算时间和数据容量。例如，使用平面状、一定厚度的块材对平坦的检测对象进行检测时，如果只是与单向超声波路径相对应地单一表格数据，那么可以通过坐标变换计算由任意压电转换部进行发送接收的传播距离。由此，并行运算电路内的存储器容量减小，可通过高速读取进一步提高处理速度。

另外，在作成超声波传播时间表格数据和通用表格数据时，如果考虑压电转换部的指向特性来限制表格数据的区域，那么可以不描绘不需要的成像数据并且提高图像合成处理的效率。

另外，在作成超声波传播时间表格数据和通用表格数据时，如果考虑压电转换部的指向特性，而在表格数据中除存储传播时间之外，还存储与指向性关联的灵敏度分布数据，则可以调整灵敏度变低的超声波的倾斜成分的增益，有效地使用对提高精度有效的倾斜成分回波数据。

另外，在作成超声波传播时间表格数据和通用表格数据时，如果假定检测对象为由固体或液体形成的传声媒质的单一层并初始设定表格数据为此用数据，则通过使其结果成像，可以将传声媒质和真的检测对象的界面取出。而且，如果根据使用该处理结果进行了再计算的表格数据，则可以与位置变化时的成像相对应。另外，当真的检测对象的形状复杂时，可以预先记忆形状数据，然后加入该被记忆的形状数据，来再设定超声波传播时间表格数据和通用表格数据。

另外，根据本发明的实施例，可以提供这样一种超声波检测装置，可不将压电转换元件(超声波传感器)浸渍在液体中，且可从外部检测配置在密闭容器内部的被检测物体的状态。由于可不将压电转换元件浸渍在液体中，因此其结果是能提高它的耐久性。

本发明实施例的超声波检测装置，压电转换元件被配置成矩阵状或一列的阵列传感器通过耦合介质被密合固定在块材上。该块材与内部包含有液体声媒质的检测容器的外表面相接触，或者通过开口部连通检测容器。其结果是，通过收集被设置在检测容器内的被检测物体反射超声波或透过超声波的电信号，并由该收集数据合成可视化图像，可以进行内部检测。

在此，在已经检测容器内的被检测物体表面的位置、也就是压电转换元件和检测物体的表面(界面)时，从由压电转换部发送由该界面反射而至压电转换元件为止的传播时间，可以求出检测容器内的液体声媒质的声速，用于图像生成处理时的修正，从而提高图像数据的精度。

另外，通过在检测容器内设置用于改变超声波发送角度的反射物体，可以对被检测物体从水平方向进行计算测量及可视化处理。

以下，参照附图说明本发明的实施例。

首先，以半导体芯片的检测为例说明本发明的实施例。

(第1实施例)

图1是说明与本发明的第1实施例相关的超声波检测装置的构成的构成图。如图1所示，该超声波检测装置有：超声波换能器9；信号发生部1；驱动元件选择部2；信号检测电路4；放大器5a、5b、…、5i；A/D转换器6a、6b、…、6i；信号处理部7、显示装置10、检测容器110。在检测容器110内收容有水15，浸在该水15中配置着超声波换能器9和作为检测对象(超声波的照射对象)的半导体芯片11、布线基板13、连接焊锡12(以下将半导体芯片11、布线基板13、连接焊锡12统称为半导体芯片11等)。

超声波换能器9是将多个含有压电体的压电转换部41a、42a、43a、…、49a、50a、50b、…、50h配置成矩阵状的装置，上述各压电转换部41a等通过驱动元件选择部2的选择来决定被驱动的部分，从而通过导线与来自信号发生部1的驱动信号导通。另外，各压电转换部41a等发生的电信号通过导线传送到信号检测电路4。压电转换部41a等被电驱动时，根据压电体的性质产生超声波，产生的超声波通过水15到达半导体芯片11。半导体芯片11等反射的超声波回波再通过水15输入给压电转换部41a，由此，各个压电转换部41a等产生电信号。

信号发生部1产生使压电转换部41a等能产生超声波脉冲状或连续驱动信号的装置。产生的驱动信号被传送至驱动元件选择部2。驱动信号选择部2在选择应驱动的一个或多个压电转换部41a等的基础上，从信号发生部1传来的驱动信号被传送到所选择的压电转换部41a等。

信号检测电路4是检测由压电转换部41a等产生的电信号的装置。被检测的电信号中的检测需要的多个信号被分别传送给各放大器5a、5b、…、5i。

放大电路5a、5b、…、5i放大传送来的电信号，将其供给A/D转换器6a、6b、…、6i。A/D转换器6a、6b、…、6i对传送来的电信号进行A/D转换，并将其传送给信号处理部7。

信号处理部7处理从A/D转换器6a、6b、…、6i传送来的数字信号并生成对检测对象的状态进行可视化的信息。生成的信息被传送到显示装置10。显示装置10显示传送来的信息。

检测容器110是用于将作为检测对象的半导体芯片11等和超声波换能器9浸入水15中的容器。

图2是表示压电转换部41a等的剖面构造的图。如图2所示，压电转换部41a等在衬底121上从下开始具有接地电极122、界面化合物层123、压电体层124、上部电极层125。在这之中，在所有的压电转换部41a等上至少设有通用的衬底121和接地电极122。衬底121可以使用例如单晶硅或多晶硅、环氧树脂、陶瓷、SUS等金属。如图2所示，压电转换部41a等的形成可以适当选择已经说明过的方法进行。

说明有关图1所示的超声波检测装置的检测动作。信号发生部1产生用于驱动压电转换部41a等的信号，它被传送到由驱动元件选择部2选择的压电转换部(图中为压电转换部46a)。这样一来，压电转换部46a产生超声波U，产生的超声波以水15为传输媒质对半导体芯片11等进行照射。

对半导体芯片11等进行照射的超声波U，被半导体芯片11的表面折射并继续前进，例如被产生缺陷14的连接焊锡12反射而形成回波，再经半导体芯片11、水15到达压电转换部46a等。

由此，压电转换部41a等产生电信号。产生的电信号传送到信号检测电路4并被检测。在信号检测电路4中，从被检测的信号将需要检测的电信号(图中为由压电转换部41a、…、50a产生的信号)被分别传送到放大器5a、…、5i，放大器5a、…、5i分别将传送来的信号放大，并将其供给A/D转换器6a、…、6i。再将由A/D转换器6a、…、6i进行了A/D转换的信号输入信号处理部7。

在信号处理部7中，每次通过驱动元件选择部2和信号检测电路4进行切换时，都从A/D转换器6a、…、6i取出信号，对从半导体芯片11和连接焊锡12的接合界面来的反射回波强度的分布状态进行成像处理。其结果显示在显示装置10上。而且，当在连接焊锡12上有缺陷(焊锡剥离等)14时，超声波U的反射强度变大，由此，通过信号处理部7的处理结果可以知道其位置和程度。

在本实施例中，由于压电转换部41a等构造、材料的特征，可以高频驱动，故可以进行高分辨率的检测，而且由于压电转换部41a等成矩阵状，因此与压电转换元件的机械扫描相比，可以有效率地进行检测。

而且，在本实施例中，声媒质为水15，与作为检测对象的半导体芯片11等的物质不同。这样一来，在半导体芯片11的表面，发生超声波的折射。因此，在信号处理部7中，探测该折射来特定半导体芯片11内的超声波路径。

(第2实施例)

图3是说明与本发明的第2实施例有关的超声波检测装置的构成的图。在图3中，已经说明过的构成要件给出了相同的号码，省略其构成和动作的说明。本实施例与上述第1实施例不同，不通过水对检测对象进行超声波照射，而是使用块材进行。

如图3所示，超声波换能器9以块(shoe)材16为衬底构成。而且，块材16在其背面设有耦合介质17，通过耦合介质17压住作为检测对象的半导体芯片11等。块材16由与半导体芯片11相同的材质(例如硅、环氧树脂、陶瓷等)构成。耦合介质17可以是已经说明过的材质以及厚度，在此，作为一个例子，使用图示出的片状上的。

通过耦合介质17，块材16和半导体芯片11等成平坦连接的状态，由此如图所示，超声波换能器9的压电转换部41a等发生的超声波大多不被半导体芯片11的表面折射而前行。因此，使用信号处理部7处理时，不需要考虑折射，可以更简单地进行处理。

另外，由于不需要准备收容水的检测容器，并且检测对象不浸入水中，因此检测后也可以照常使用检测对象。因此，不仅可用于抽检，还可以灵活利用该超声波检测。

另外，在本实施例中，由于压电转换部41a等构造、材料的特征，可以高频驱动，故可以进行高分辨率的检测，而且由于压电转换部41a等成矩阵状，因此与压电转换元件的机械扫描相比，可以有效率地进行检测。

(第3实施例)

图4是说明与本发明实施例相关地超声波检测装置的构成的构成图。在图4中，已经说明的构成要件给出了相同的号码，省略其构造以及动作。在本实施例中，在作为检测对象的半导体芯片11a等的背面(功能面的相反侧)直接形成压电转换部，通过接触端子与它的上部电极接触，供给驱动电压以及取出产生电压。

如图4所示，在半导体芯片11a的背面，例如通过溅射，形成共用电极58，还在共用电极58上，形成有成矩阵状的压电体层60a、60b、60c、60d、…。在压电体层60a等上分别形成上部电极59a、59b、59c、59d、…。例如可以使用掩膜图形通过溅射形成压电体层60a等。而且，各压电转换部的配置和形成也可以与连接焊锡12的配置相对应，以便使信号处理更简化。

通过上部电极59a的驱动电压的供给和发生电压的取出，由接触端子61a、61b、61c进行。接触端子61a等通过扫描移动机构8可以进行扫描移动。而且，在此图中接触端子虽然有3个，但其数量适当地设定即可。另外，具体地讲，接触端子61a等可以使用已经说明的。

在信号处理部7a中，可以将扫描移动机构8给予接触端子61a等的位置为信息，通过它和从由超声波Ua、Ub、Uc等引起的检测信号来的信息，对从半导体芯片11a和连接焊锡12的接合界面来的反射回波强度的分布状态进行成像处理。

在本实施例中，由于不需要准备收容水的检测容器，并且检测对象不浸入水中，因此检测后也可以照常使用检测对象。因此，不仅可用于抽检，还可以灵活利用该超声波检测。

另外，同样地，由于压电转换部等构造、材料的特征，可以高频驱动，故可以进行高分辨率的检测。而且，通过在此说明的接触端子61a等与压电转换部接触，利用此接触供给驱动电压以及取出发生电压的方法，也可以在第1、第2实施例中使用，来替代使用导线与压电转换部41a等连接。

(第4实施例)

图5是说明与本发明的第4实施例相关的超声波检测装置的构成的构成图。在图5中，已经说明过的构成要件给出了相同的号码，省略其构造以及动作。该实施例是使超声波换能器进行机械的扫描并进行检测的装置。

如图5所示，该超声波检测装置具有：超声波换能器9a、信号发生部1a、信号检测电路4a、放大器5a、A/D转换器6a、信号处理部7b、显示装置10、检测容器110a。在检测容器中收容有水15，浸入该水15中配置有超声波换能器9a和作为检测对象(超声波的照射对象)的半导体芯片11等。

超声波换能器9a具有在凹型形状的衬底表面上顺次重叠着电极层19、压电体层30、上部电极层31的构造，该叠层构造具有压电转换部的功能。来自驱动部的驱动信号通过导线传送至压电转换部。另外，压电转换部产生的电信号通过导线传送给信号检测电路4a。压电转换部被电驱动时，由于压电体的性质产生超声波U，产生的超声波通过水15到达半导体芯片11。由半导体芯片11等产生的超声波回波再通过水输入压电转换部，由此，压电转换部产生电信号。

驱动部1a是产生能使压电转换部发生超声波的脉冲状或连续的驱动信号的装置。信号检测电路4a检测由压电转换部产生的电信号。检测的电信号传送给放大器5a。以下的A/D转换器6a、显示装置10与已经说明过的一样。

信号处理部7b可以将从A/D转换器6a传送来的数字信号和扫描移动机构8a给出的超声波换能器9a的位置作为信息进行处理，生成对检测对象的状态进行可视化的信息。生成的信息被传送给显示装置10。

扫描移动机构8a是作为设定超声波换能器9a的位置的机构而设的，设定的位置信息被传送给信号处理部7b。检测容器110是用于将作为检测对象的半导体芯片11等和超声波换能器9a浸入水15中的容器。

如果对超声波换能器9a的叠层构造进行进一步的说明，那么可以形成电极层29，使其具有作为利用静电引力的接合层的功能。材质可以从Cr、Ta、Si等中选择。压电体层30可通过研磨已经说明的材质，使膜薄至例如10μm左右，并进行黏接而形成。而且，在图中电极层29之下的衬底上使用导电性物质(例如掺杂了的单晶硅、也可以是只表层被掺杂的)时，也可以不形成电极层29。

对图5所示的超声波检测装置的检测动作加以说明。通过扫描移动机构8a决定超声波换能器9a的位置，而且驱动部1a产生用于驱动超声波换能器9a的信号。这样，超声波换能器9a产生超声波U，产生的超声波以水为传播媒介，对半导体芯片11等进行照射。

对半导体11进行照射的超声波U被半导体11的表面折射后再前进，例如被产生缺陷14的连接焊锡12反射而形成回波，再通过半导体11、水15到达超声波换能器9a。

这样一来，超声波换能器9a产生电信号。产生的电信号被传送给信号检测电路4a进行检测。信号检测电路4a将检测到的电信号传送给放大器5a。放大器5a对传送来的信号进行放大，将其供给A/D转换器6a。而且，由A/D转换器6a进行A/D转换后的信号输入信号处理部7b。

在信号处理部7b中，得到从A/D转换器6a传来的数字信号、及扫描移动机构8a给出超声波换能器9a的位置信息，进行处理，对从半导体芯片11和连接焊锡12的接合界面来的反射回波强度的分布状态进行成像处理，其结果被显示在显示装置10上。在通过扫描移动机构8a决定超声波换能器9a的位置过程中，可以进行这样的处理。

在本实施例中，由于超声波换能器9a构造、材料的特征，可以进行高频驱动，这样可以进行高分辨率的检测。另外，例如可以通过利用静电力的黏接，在衬底上形成更均匀的压电体层30，因此也可以防止由于均匀性劣化而导致灵敏度和分辨率的劣化。

而且，在本实施例中，声媒质为水15，与作为检测对象的半导体芯片11等的物质不同，因此在半导体芯片11的表面，产生超声波的折射。因此，在信号处理部7b中，探测该折射并特定在半导体芯片11内的超声波路径。

(第5实施例)

图6是说明与本发明的第5实施例相关的超声波检测装置的构成的构成图。在图6中，已经说明过的构成要件给出了相同的号码，省略其构成以及动作。该实施例，利用激光使检测对象产生超声波，通过检测、处理其回波对检测对象进行检测。

如图6所示，该超声波检测装置具有：强度可调激光源101；照射光学系统102；振动移位检测器71；放大器5a、5b、…5i；A/D转换器6a、6b、…、6i；信号处理部7；显示装置10；扫描移动机构8b。从通过扫描移动机构8b定位了的照射光学系统102来的激光对作为检测对象的半导体芯片11等进行照射。

强度可调激光源101产生强度可调的激光(作为强度可调的特殊情况，也可以是间歇的激光)，产生的激光传送给照射光学系统102。照射光学系统102使传来的激光成点状，对检测对象半导体芯片11的预定位置进行照射。为了照射预定位置，照射光学系统102通过扫描移动机构8b进行扫描移动。而且，通过激光的照射，在半导体芯片11上发生能量转换，产生超声波。

振动移位检测器71非接触地检测作为回波从半导体芯片11的表面返回的各部的超声波，并转换成电信号。检测原理如下：根据从振动移位检测器71照射、被反射的激光的相位变化，对从半导体芯片11表面返回的超声波得到的该表面的振动移位，进行测量和检测。检测到的电信号中检测所需要的多个信号被分别传送给放大器5a、5b、…、5i。有关这之后的构成，即A/D转换器6a、6b、…、6i，信号处理部7，显示装置10已经作过说明。

扫描移动机构8b使照射光学系统102和振动移位检测器71同时移动，同时将照射光学系统102和振动移位检测器71的位置信息提供给信号处理部7a。

对图6示出的超声波检测装置的检测动作进行说明。强度可调激光源101发生的激光被传送给照射光学系统102，照射光学系统102使传送来的激光成点状，对检测对象半导体芯片11的预定位置进行照射。而且该位置通过扫描移动机构8b设定。由此，从半导体芯片11的上述位置的表面产生超声波。

在半导体芯片11表面产生的超声波，在半导体芯片11中行进，例如由产生缺陷14的连接焊锡12反射并形成回波Ua、Ub、Uc，再到达半导体芯片11的表面。

这样一来，根据上述原理，振动移位检测器71发生与从半导体芯片11表面返回的各部的超声波相对应的电信号。产生的电信号中的检测所需要的电信号被分别传送给放大器5a、5b、…、5i。放大器5a、5b、…、5i分别对传送来的信号进行放大，然后将其供给A/D转换器6a、…、6i。再将由A/D转换器6a、…、6i进行了A/D转换的信号输入信号处理部7a。

在信号处理部7a中，可以将扫描移动机构8b给予照射光学系统102等的位置作为信息，利用其与上述输入的信号，对从半导体芯片11和连接焊锡12的接合界面来的反射回波强度的分布状态进行成像处理。

在本实施例中，通过使间歇地或强度可调地产生的激光成点状，可以在照射对象上的正确位置产生极小面积的超声波发生源。由此，通过捕捉它的回波，可以进行高分辨率的探测。

另外，不需要准备收容水的检测容器，并且不将检测对象浸入水中，因此检测后可以照常使用检测对象。因此，不仅可用于抽检，还可以灵活利用该超声波检测。

(第6实施例)

以下，参照附图说明本发明实施例有关的超声波成像装置。

图7是说明根据本发明的实施例有关的超声波成像装置进行超声波检测的构成例的图。如图7所示，该超声波成像装置具有：矩阵传感器(超声波换能器)209、信号发生部201、驱动元件选择部202、信号检测电路204、放大器205a、205b、…、205i、信号处理部207、显示装置210。上述信号处理部207的内部构成有A/D转换器206a、206b、…、206i，并行处理器207a、207b、…、207i，综合处理器208。在矩阵传感器209的前面密合着传声媒质216，传声媒质216通过耦合介质218与检测对象217接触。得知在检测对象217中存在缺陷214。

矩阵传感器209是将由压电元件构成的多个压电转换部221a、222a、223a、…、229a、230a、230b、…、230h配列成矩阵的装置，它的各压电转换部221a等通过驱动元件选择部202的选择决定被驱动的部件，来自信号发生部201的驱动信号通过导线被传导。并且，各压电转换部221a等发生的电信号通过导线被传导到检测电路204。当压电转换部221a等被电驱动时，因作为压电体的性质而发生超声波，发生的超声波通过传声媒质216传达至检测对象217内的缺陷214。由缺陷214返回的超声波回波再通过传声媒质216输入压电转换部221a等，由此，各压电转换部221a等产生电信号。

信号发生部201是产生使压电转换部221a等能产生超声波的脉冲状或连续的驱动信号的装置。发生的驱动信号被传导到驱动元件选择部202。驱动信号选择部202是如下的装置，其在选择应驱动的一个或多个压电转换部221a等的基础上，将从信号发生部201传导的驱动信号，传导到被选择了的压电转换部221a。

信号检测电路204是检测由压电转换部221a等发生的电信号的装置。将被检测到的电信号中检测需要的多个信号分别传导到各放大器205a、205b、…、205i。

放大器205a、205b、…、205i将传导来的各电信号分别放大，分别供给信号处理部270内的A/D转换器206a、206b、…、206i。A/D转换器206a、206b、…、206i将传导来的信号进行A/D转换，分别传导到信号处理部270内的并行处理器207a、207b、…、207i。

信号处理部270内的并行处理器207a、207b、…、207i并行处理从A/D转换器206a、206b、…、206i传导来的数字信号，特定从各图像区域的各网格来的反射强度。被特定的反射强度通过综合处理器208综合成图像信息，再传导到显示装置220。显示装置210显示传导来的图像信息。

图8是进一步详细示出信号处理部270内的构成的图。如图8所示，并行处理器207a、207b、…、207i分别具有内部存储器305a、305b、…、305i和运算电路306a、306b、…、306i。另外，综合处理器208具有图像综合处理部208a、边界取出处理部208b、形状数据存储部208c、表格数据存储部307。

内部存储器305a、305b、…、305i是分别暂时存储由A/D转换器206a、206b、…、206i供给的A/D转换信号和从表格数据存储部307得到的传播时间数据的装置。运算电路306a、306b、…、306i是如下的装置：分别从存储在内部存储器305a、305b、…、305i中的A/D转换信号和传播时间数据，特定来自成像区域各网格的反射强度，使各网格和反射强度相互对应。将对应的反射强度供给图像综合处理部208a。

图像综合处理部208a是按照每个网格对已供给的反射强度进行加法运算、生成图像信息的装置。生成的图像信息被传导至显示装置210。

边界取出处理部208b是从图像综合处理部208a输出的结果，取出存在于照射对象内部的边界的边界。将有关被取出的边界的信息传送至表格数据存储部307。

形状数据存储部208c是预先存储与照射对象(或检测对象217)有关的表面形状和层构造的信息的装置。根据需要，将存储的信息向表格数据存储部307传送。

表格数据存储部307是将压电转换部221a等之间的超声波传播时间(也可以是等价的距离，以下相同)表格化并预先存储的装置。根据需要将存储的超声波传播时间的一部分或全部，向各并行处理器207a、207b、…、207i的内部存储器305a、305b、…、305i传送。另外，通过边界取出处理部供给的从照射对象中取出的边界有关的信息和形状数据存储部208c供给的照射对象(或检测对象217)相关的表面形状和层构造相关的信息，再设定存储在表格数据存储部307的超声波传播时间。

下面，参照图9说明图7、图8所示的构成的实际动作和处理的例子。图9是说明各并行处理器207a、207b、…、207i内进行的处理的说明图。

用于驱动压电转换部221a等的信号由信号发生部201发生，并被传导到由驱动元件选择部202选择的压电转换部(图中的压电转换部225a)。这样，压电转换部225a发生超声波U，发生的超声波通过传声媒质216、耦合介质218对检测对象217进行照射。

对检测对象217进行照射的超声波U在表面被折射后再行进，例如被缺陷214等反射而形成回波，再通过检测对象217被送达到压电转换部221a。

由此，由压电转换部221a等发生电信号。将发生的电信号传导到信号检测电路204进行检测。通过信号检测电路204，从检测出的信号中，将检测需要的电信号(图中为压电转换部221a、…、229a发生的信号)分别传导到放大器205a、…、205i。放大器205a、…、205i对分别传导的信号进行放大，并供给信号处理部270内的A/D转换器206a、…、206i。再将由A/D转换器206a、…、206i转换的信号分别供给各并行处理器207a、207b、…、207i。

各并行处理器207a、207b、…、207i的处理如下所述。参照图9，矩阵传感器209上的压电转换部(j)231相当于图7中发生超声波(＝发送侧)的压电转换部221a。另外，矩阵传感器209上的压电转换部(k)232相当于图7中发生超声波(＝发送侧)的压电转换部221a…、229a中的一个(接收侧的压电转换部)。

成像区域240相当于图7的传声媒质216和检测对象217，其中的成像区域240A相当于传声媒质216，成像区域240B相当于检测对象217。如图所示，成像区域240A、240B可以在分别三维(或简单的剖面的二维)网格化后被捕捉。并且，成像区域240A和矩阵传感器209如图7所示面接触并进行描绘，但也可以与图示不同分开进行描绘。

压电转换部(k)232进行检测并输入并行处理器207a、207b、…、207i中的一个的发送接收回波强度P，作为时间方向数据例如是图9所示的时间离散信号。该时间离散信号中被采样的强度是分别从成像区域240的各网格的任意网格反射而来的。

为了进行对应，使用传播时间表格数据407。该传播时间表格数据407存储在图8的表格数据存储部307中。传播时间表格数据407按照每个发送侧压电转换部(j)231和接收侧压电转换部(k)的组合(j、k)而作成，是与成像区域240的各网格对应，存储(j→i→k)的传播时间表格。如图所示，在这里由相当于成像区域240A的表格数据271和相当于成像区域240B的表格数据272构成。传播时间表格数据407也是与成像区域240相应，如图所示的三维(或简单的剖面的二维)构造化的。

现在，例如从发送接收回波强度P的数据确定来自成像网格(i)251的反射强度时，首先，从与成像网格(i)251对应的传播时间表格数据407的存储位置取出传播时间(i)261。然后，对与该传播时间(i)261相当的时间t的接收发送回波强度P的采样值进行特定。该采样值成为来自成像网格(i)251的反射强度。

同样，对于成像网格(i+1)252、成像网格(i+2)253、成像网格(i+3)254、成像网格(i+4)255、…，也可以分别使用传播时间(i+1)262、传播时间(i+2)263、传播时间(i+3)264、…分别确定反射强度。

有关如上所述的各网格的反射强度的确定，在信号处理部270内，对各并行处理器207a、207b、…、207i，都改变接收侧的压电转换部(k)232的k的值，并行进行。然后，将这些结果送到图像综合处理部208a对每个网格进行加法运算。也就是说，在如上说明的处理中，由各并行处理器207a、207b、…、207i并行处理，所以可以实现非常高速的处理。

并且，例如在对于发送侧的压电转换部(j)231和接收侧的压电转换部(k)的全部组合，结束上述处理结束的时刻可得到最终的图像。也可以简化为例如在对一列发送侧的压电转换部(j)231和接收侧的压电转换部(k)的全部组合结束上述处理的时刻，得到最终的图像。它们的结果显示在显示装置210上。顺便说一下，如果存在缺陷214，则从该区域来的超声波U的反射强度变大，所以成像的结果可以反映缺陷的位置和程度。

传播时间表格数据407可以通过预先考虑成像区域240A、240B的材质的不同来进行折射计算并特定传播路径而作成。在此，由于成像区域240A、240B的材质不同在界面产生如图所示的折射，可以加入该折射来得到(j→i→k)的传播时间。

另外，传播时间表格数据407初期存储在图8中的表格数据存储部307中，在实际的处理中，将需要的部分传送到内部存储器305a、305b、…、305i加以利用。通过传送的构成，使用高速存储器作为内部存储器305a、305b、…、305i，可有助于整体进行更高速度的处理。

以下，还参照图10，说明图7、图8示出的构成的动作、处理的其他例子。图10是说明各并行处理器207a、207b、…、207i内进行的处理的其他例子的说明图，与图9说明过的部分附带相同图号。以下避开重复的进行说明。

在该处理例中，代替传播时间表格数据407，使用与发送侧的压电转换部(j)231和接收侧压电转换部(k)的组合(j、k)无关的、通用且存储了一个道的传播时间的单道传播时间表格数据295。单道传播时间表格数据295由相当于成像区域240A的表格数据296和相当于成像区域240B的表格数据297构成。

这样的单道传播时间表格数据295，在某些情况下，可以在检测对象217具有形状的对称性和平面的表面性时使用。这是因为可以在发送侧通过差(j-i)的值，也就是和个别的j的值无关，推定统一的的传播时间。同样，在接收侧通过差(i-k)的值，也就是和个别的k的值无关，推定统一的传播时间。

现在，例如在由发送接收回波强度P的数据确定来自成像网格(i)251的反射强度时，首先，以(j-i)为变量，从单道传播时间表格数据295取出发送侧传播时间(j-i)281。同样，以(i-k)为变量，从单道传播时间表格数据295取出接收侧传播时间(i-k)291。然后，对发送传播时间(j-i)281和接收侧传播时间(i-k)291进行加法运算，对与加法运算值相当的时间t的发送接收回波强度P的采样值进行特定。该采样值是来自成像网格(i)251的反射强度。

同样，对于成像网格(i+1)252、成像网格(i+2)253、成像网格(i+3)254、成像网格(i+4)255、…，也可以分别使用传播时间(j-i+1)282、传播时间(j-i+2)283、…、传播时间(i+1-k)292、传播时间(i+2-k)293、…来确定反射强度。

如上所述，在这个例子中，代替传播时间表格数据407，使用与发送侧的压电转换部(j)231和接收侧压电转换部(k)的组合(j、k)无关、通用且存储了一个道的传播时间的单道传播时间表格数据295，所以可以特别削减需要的存储区域。

并且，如上所述的削减存储区域，还可以通过以下的方法进行。也就是说，由于从图10示出的基准压电转换部238发生的超声波具有指向性，所以不需要准备与超出能接收发送范围239相当的存储区域。不需要在这样的范围提供存储区域。(并且，图中基准压电转换部238在左上而不是在中央，是因为利用左右的对称性的缘故。)

以下，对图7、图8所示的构成的实际的动作和处理例子，进行几点补充说明。

在制作传播时间表格数据407和单道传播时间表格数据295时，考虑压电转换部221a等的指向特性，不仅存储传播时间，也可以在这些表格数据中存储受指向性影响的灵敏度分布数据。如果这样，则当灵敏度降低时可修正超声波倾斜的成分的增益，能使用倾斜成分的回波数据，以便提高精度。

并且，在制作传播时间表格数据407和单道传播时间表格数据295时，也可以通过作为数据付与单元的综合处理器208，初期设定检测对象用的表格数据(并且，没有示出有关用于该处理的综合处理器208内的构成)，假定该检测对象是由固体或液体形成的传声媒质的单一层。如果将通过该处理设定所得到的结果进行成像，则可以取出、检测(处理通过边界取出处理部208b进行)传声媒质216和真的检测对象217的边界面(即不连续面或不连续线)。这是因为假设和实际的结果与变界面的存在位置相对应而不同，故能特定变界面的存在和位置。

然后，根据该边界面的特性，综合处理器208再设定上述各表格数据407、295(并且，未图示出有关用于该处理的综合处理器208的构成)，使用被再设定的上述各表格数据407、295，可以与检测对象217的位置发生变化时的成像相对应。

再有，也可以如下动作，为防备真的检测对象217的形状复杂的情况，预先将形状数据存储在形状数据存储部208c中，加入该存储的形状数据，再设定传播时间表格数据407和单道传播时间表格数据295。

(第7实施例)

以下，参照附图说明本发明其他实施例相关的超声波检测装置。

图11是说明本发明第7实施例的超声波检测装置的构成的示意图。如图11所示，该超声波检测装置具有配置成矩阵状或一列的多个压电转换部构成的超声波换能器即阵列传感器506、发送接收切换装置508、图像合成装置509、显示装置510，可以对浸入容器501内的水502中被检测物体503内的缺陷504进行可视化处理并予以显示。在阵列传感器506的前面，通过耦合介质507密合固定平板状的块材505。另外，在容器501内设置反射体513和固定夹具515。

容器501是收容水502和被检测物体503的容器，用于在浸入水502的状态下利用超声波检测被检测物体503。

水502是传送超声波的液体的声媒质的一种。也就是说，作为液体声媒质，还可以使用水502以外的液体，例如油等。

被检测物体503是利用超声波检测内部状态，并进行是否有缺陷504(例如凹陷、结合剥离等)的检测的检测对象。并且，利用固定夹具515将被检测物体503定位、固定在容器501内。

块材505是由平板状固体形成的传声媒质(固体传声媒质)，是阵列传感器506和被检测物体503之间的超声波传送路径的一部分，例如可以由塑料、金属等适当的材料构成。

阵列传感器506是具有作为压电转换部功能的装置，多个压电转换元件520被排列成阵列状。压电转换元件520是将电转换成压力、将压力转换成电的转换元件，发送超声波且可以接受从被检测物体503中的缺陷504等反射的反射超声波X。

反射体513具有作为反射部的功能，反射从预定的压电转换元件520发送的超声波，改变其传送方向，使其从被检测物体503入射。

耦合介质507是用于提高块材505和阵列传感器506之间的声接合状态的媒介，通常具有适当粘性的半流体的声媒质，可例如使用丙三醇。由于在块材505和阵列传感器506之间存在耦合介质507，且可以在块材505和阵列传感器506之间有效传送超声波，可减少块材505、阵列传感器506各界面的超声波的反射(一种噪声)。

发送接收切换装置508是进行从阵列传感器506内的多个压电转换元件520对超声波进行发送、接收的元件的选择等的装置，具有驱动元件切换电路521、信号发生部522、信号检测电路523、放大部524。

驱动元件切换电路521是具有驱动部功能的装置，是用于输入信号发生部522发生的电信号、选择发生超声波的压电转换元件520的切换电路。

信号发生部522是用于发生使压电转换元件520发生超声波的电信号的装置，例如含有振荡电路。

信号检测电路523是具有检测部功能的装置，是用于通过接收到的超声波检测各压电转换元件520发生的电信号的检测电路。进行检测时，能适当地选择压电转换元件520，将与被选择的压电转换元件520对应的电信号传送给放大部524。这时，能进行多个压电转换元件520的选择，可以提高信号处理的并行性。

放大部524是用于放大通过信号检测电路523检测的信号的装置，存在数量与从信号检测电路523输出的数量(被选择的压电转换元件520的数量)相对应的放大元件。

也就是说，发送接收切换装置508选择接收从压电转换元件520来的反射超声波X(超声波回波X)的接收元件，将被选择的压电转换元件520发生的电信号E放大后顺序向图像合成装置509发送。

图像合成装置509是具有生成图像的图像生成部的功能的装置，具有A/D转换器525和运算装置526。A/D转换器525对由驱动元件切换电路521接收到的电信号进行模拟-数字转换。

运算装置526是具有作为声速修正部和图像生成部功能的装置，根据由A/D转换器525数字化了的信号，对检测对象的状态进行用于可视化的信号处理的信号处理部。

显示装置510是显示从图像合成装置509传导来的信息的显示装置，例如可以使用CRT、液晶显示装置。

(超声波检测装置的动作)

以下，说明超声波检测装置的动作。

(1)通过由信号发生部522经驱动元件切换电路521向压电转换元件520输入的电信号，从压电转换元件520发送超声波。从压电转换元件520发送的超声波经块材505、水502到达被检测物体503内的缺陷504。该超声波变成由缺陷504反射的反射超声波X，再经过水501和块材505，被压电转换元件520接收。

(2)通过接收到的反射超声波X，从各压电转换元件520发生的电信号，通过检测电路523、放大部524、A/D转换器525被检测、放大、数字变换，通过运算装置526进行图像合成处理。

该图像合成装置可以通过使用了从超声波发送到接收为止的发送接收传播时间t和反射超声波X的强度(振幅值)Ad的开口合成处理进行。

也就是说，以超声波的发送位置和接收位置为焦点的与接收发送传播时间对应的距离一定的椭圆面(等距离传播面512)上，有被检测物体503的超声波反射源(例如缺陷504)，所以不同发送位置和接收位置的椭圆面的交叉位置变成反射源位置，将许多的发送位置(压电转换元件520)和接收位置(压电转换元件520)的组合的椭圆面的重合，例如可通过三维图像存储器再构成被检测物体503内部的图像。

具体而言，对于在发送侧、接收侧分别选择的1对压电转换元件520，分别计算与发送接收传播时间td对应的等距离传播面512，在计算的等距离传播面512上加上反射超声波X的振幅值Ad。计算出与在发送侧、接收侧分别选择的压电转换元件520的组合分别对应的多个等距离传播面512，在这些多个等距离传播面512上加上反射超声波X的振幅值，生成含有内部缺陷504等的被检测物体503的图像。

发送接收传播时间td是从发送超声波到接收反射超声波X为止需要的时间，是从发送侧的压电转换元件520发送超声波的时刻t1到接收侧的压电转换元件520接收了超声波的时刻t2的差(t2-t1)。

(3)从发送接收传播时间td计算等距离传播面512时，最好加入“块材505和水502的界面”和“被检测物体503和水502的界面”这两个界面的折射。具体地说，考虑如下式(1)、(2)表示的斯内耳(Snell)公式，更精确地计算出等距离传播面512。

C5/Sinθ52＝C2/Sinθ25        ……式(1)

C2/Sinθ23＝C3/Sinθ32        ……式(2)

其中，C5是在块材525中的超声波的速度；

C2是在水502中的超声波的速度；

C3是在被检测物体503中的超声波的速度；

θ52是从块材505到水502的超声波的入射(出射)角；

θ25是从块材505到水502的超声波的出射(入射)角；

θ23是从水502到被检测物体503的超声波的入射(出射)角；

θ32是从水502到被检测物体503的超声波的出射(入射)角。

(4)通过固定在容器501中的反射体513，可以使从压电转换元件520发送的超声波在水平方向发射，使水平方向测量用超声波Z入射被检测物体503的侧面。该水平方向测量用超声波Z被被检测物体503的侧面和其内部的缺陷504等反射，可以由压电转换元件520进行接收，由运算装置526进行图像合成处理。

如上所述，通过取出水平方向测量用超声波Z的数据，可同时进行被检测物体503的侧面和内部的缺陷504的水平位置测量，或从水平方向的成像。

并且，通过区分进行该水平方向测量用超声波Z的发送、接收的压电转换元件520和进行反射超声波X的发送、接收的压电转换元件520，可以容易地区分根据反射超声波X的被检测物体503的正面方向的图像和根据水平方向测量用超声波Z的被检测物体503的侧面方向的图像。还有，通过显示装置510进行显示时，像这样利用不同的显示颜色区分正面图像、侧面图像，可以容易地识别图像。

(5)通过水温等改变水502中的声速，通过修正声速可更精密地生成图像。

该修正可以通过将在水502中的声速的值自身输入图像合成装置509进行存储，但也可以根据从被检测物体503表面来的反射超声波X的发送接收传播时间td进行。

当已知块材505的厚度d5、从块材505到被检测物体503的表面的距离L和块材505中的声速C5时，在水505中的声速C5可通过下式(3)算出。

td＝2·(d5/C5)+2·(L/C2)    ……式(3)

其中，根据被检测物体503的表面形状的特性(例如平面、曲面)，通过由合成图像的图像分析取出被检测物体503的表面，可以自动修正在水502中的声速。具体地说，通过对合成图像进行2值化，取出被检测物体503的轮廓，从该轮廓选择接近压电转换元件520的点，求出与该点对应的发送接收传播时间td，进行在水502中的声速C2的修正。

(第8实施例)

图12是说明本发明的第8实施例的超声波检测装置的构成的示意图。如图12所示，该超声波检测装置使用接收阵列传感器506作为接收专用装置，而且还具有：增加的块材545、及对块材545通过耦合介质547密合固定了的用于接收的阵列传感器546。

块材545是在水502内在相对块材505夹持被检测物体503的位置与块材505的表面平行的被固定了的平板构造的固定传声媒质，可以使用和块材505一样的材料。

在用于接收的阵列传感器546中，成阵列状配置多个压电转换元件540，构造与阵列传感器506一样。

耦合介质547是用于提高块材545和阵列传感器546之间的声结合状态，可以使用与耦合介质507一样的材料。

以下，说明第8实施例的超声波检测装置的动作。

通过发送接收切换装置508，从阵列传感器546内的多个压电转换元件540选择驱动特定的压电转换元件540，接收来自被选择驱动的压电转换元件540的透过超声波U。透过超声波U透过块材545、水502、被检测物体503的内部，进一步经由水502和块材505由阵列传感器506接收。通过发送接收切换装置508选择地检测多个压电转换元件520发生的电信号E。图像合成装置509从检测到的电信号E合成被检测物体503的透过图像，显示装置510显示被合成的透过图像的合成处理结果。

其结果，保持在容器501外设置阵列传感器506，也可以进行水502内的被检测物体503内部的可视化。

图像合成装置509的图像合成处理是根据透过超声波U的发送接收传播时间和振幅值进行的。如果在从用于接收的压电转换元件540到用于接收的压电转换元件520的超声波路径中有与水502不同的媒质(例如被检测物体503自身和缺陷504等的内部构造)，则在该界面(例如被检测物体503自身和缺陷504等的表面)反射超声波，接收的透过超声波U的振幅减小。另外，利用通过媒质内部的透过超声波U，可以改变发送接收传播时间。如上所述，根据从用于接收的压电转换元件540到用于接收的压电转换元件520的超声波路径(超声波透过路径)，运算透过超声波U的发送接收传播时间和振幅值，可以合成被检测物体503内部的缺陷504的透过图像。

超声波透过路径是根据用于发送的压电转换元件540和用于接收的压电转换元件520间的位置关系算出的。算出超声波透过路径时，可以通过“考虑块材505和水502的界面”和“被检测物体545和水502的界面”这两个界面的折射，更精确地计算超声波透过路径。也就是适当加入式(1)、(2)的斯内耳式。

产业上利用的可能性

本发明的超声波检测装置、超声波换能器、检测装置、超声波成像装置，可以在电子器件制造产业、电子设备制造产业、测量设备制造产业中进行制造，另外，也可以在机动车部件制造产业和各种原料制造产业、半导体器件制造产业、机器制造产业等中使用。因此，具有产业上的利用性。