ミリ波イメージングコンパクトシステムの開発とはく離・き裂の非接触高分解能定量評価

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555023
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 坂 真澄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20158918)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 弘 日立建機(株), 技術開発センタ, 主任研究員 ; 巨 陽 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60312609) ; 祖山 均 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90211995) ; 赤松 里志 電子磁気工業(株), 開発課, 技師(研究職)
• Keywords: ミリ波 / イメージング / コンパクトシステム / 集束センサ / 非破壊 / 分解能 / 感度 / リフトオフ距離

Research Abstract

本研究は高分解能化と画像化による,現場対応を視野に入れた欠陥の高速定量評価を狙い,ミリ波(マイクロ波の中の高周波数30〜300GHzのもの)による接触媒質不要型・非接触・非破壊計測技術の展開とイメージングコンパクトシステムの確立を目指したものである.本年度は以下の実績を得た.
1.電子デバイス・薄膜等における欠陥の高分解能検出と電気的特性の評価
ミリ波の反射率の振幅を測定することにより,電子パッケージのリードフレームと封止樹脂間の局部はく離の高分解能検出に成功した。これにより電子パッケージ内のはく離を空気中で検出することが可能になった。また開発したミリ波イメージングコンパクトシステムを用いて透明導電性酸化物薄膜の導電率の非接触計測に成功した。これによって、液晶ディスプレイや太陽電池等の基材として広く利用されている導電薄膜の導電性の非接触評価が可能になった。
2.金属材料表面上の閉じた微小き裂の定量評価
ミリ波が金属材料表面上の閉じた微小き裂中に入射する際に発生する導体損失を高感度に検出し,その損失量とき裂深さの間の関係を定量化した。これにより二次元き裂に対するき裂の閉じ具合に無関係な二周波数定量評価手法を開発した。またひずみゲージを用いたき裂閉口圧の評価手法を導入し,二周波数評価法に及ぼすき裂閉口圧の影響を明らかにした。さらに三次元き裂を対象として,三次元き裂により生じるミリ波の干渉を考慮し二周波数評価法の評価式を拡張した。これによりき裂形状および寸法と干渉の影響を反映する干渉波形という量を見い出し,干渉波形から三次元き裂の形状および寸法を求める手法を開発した。

Research Products

• [Publications] M.Saka, Y.Ju, D.Luo, H.Abe: "A Method for Sizing Small Fatigue Cracks in Stainless Steel Using Microwaves"JSME International Journal(A). 45・4. 573-578 (2002)
• [Publications] Y.Ju, K.Inoue, M.Saka, H.Abe: "Contactless Measurement of Electrical Conductivity of Semiconductor Wafers Using the Reflection of Millimeter Waves"Applied Physics Letters. 81・19. 3585-3587 (2002)
• [Publications] Y.Ju, M.Saka, H.Abe: "Microwave Imaging of Delaminations in IC Packages"Review of Quantitative Nondestructive Evaluation. Vol.21. 468-475 (2002)
• [Publications] M.Saka, Y.Ju, Y.Uchimura, H.Abe: "NDE of Small 3-D Surface Fatigue Cracks in Metals by Microwaves"Review of Quantitative Nondestructive Evaluation. Vol.21. 476-482 (2002)
• [Publications] Y.Ju, K.Saruta, M.Saka, H.Abe: "Development of a Microwave Focusing Sensor for Nondestructive Evaluation of Materials"Electromagnetic Nondestructive Evaluation (VI). 269-275 (2002)
• [Publications] Y.Ju, M.Saka, T.Hiroshima: "Nondestructive Detection of Small Cracks in Polycrystalline Silicon Substrates Using Millimeter Waves"Proc. 6th Far-East Conf. on Nondestructive Testing (FENDT '02). 535-539 (2002)
• [Publications] Y.Ju, Y.Hirosawa, M.Saka: "Microwave Measurement of the Conductivity of Conducting Thin Films"Proc. Int. Symp. on Precision Engineering and MEMS. 79-82 (2002)
• [Publications] 坂 真澄, 内村 泰博: "マイクロ波による三次元疲労き裂の定量評価"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 505-506 (2002)
• [Publications] 巨 陽, 坂 真澄: "シリコンウェーハの導電率の非接触計測手法の開発"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 157-158 (2002)
• [Publications] 巨 陽, 井上光二郎, 坂 真澄: "マイクロ波によるシリコンウェーハの導電率の非接触計測"日本非破壊検査協会平成14年度春季大会講演論文集. 29-32 (2002)
• [Publications] 広沢 容, 巨 陽, 坂 真澄: "ミリ波コンパクト装置による導電薄膜の導電率の非接触計測"日本機械学会東北支部八戸地方講演会講演論文集. 215-216 (2002)
• [Publications] Y.Ju, Y.Hirosawa, M.Saka, H.Abe: "Contactless Measurement of Thin Film Conductivity by a Microwave Compact Equipment"International Journal of Modern Physics B. 17・3/4. 737-742 (2003)
• [Publications] Y.Ju, Y.Hirosawa, M.Saka, H.Abe: "Development of a Millimeter Wave Compact Equipment for NDT of Materials"International Journal of Infrared and Millimeter Waves. 24・3(印刷中). (2003)
• [Publications] 坂 真澄, 宮津 亨, 内村 泰博: "マイクロ波二周波数法に及ぼすき裂閉口圧の影響"日本機械学会東北支部第38期総会・講演会講演論文集. (印刷中). (2003)