平成１１年度１１月２９日

　機械技術研究所

＝産業用オンライン非破壊検査に道を拓く＝

[概要]

　通商産業省　工業技術院　機械技術研究所は、高解像度（高分解能）かつ高感度（高速感度）の小型半導体Ｘ線リニアセンサを開発し、１ラインあたり１０ミリ秒の速さで、電子機器の集積回路ＩＣや抵抗の内部構造を拡大撮影し、ＩＣの中の直径２５マイクロメートルのボンディングワイヤなどを可視化することに成功した。

　すなわち、１ラインの撮像に必要とする１０ミリ秒毎に２００マイクロメートルを５０回送ることによって１０ミリメートルの物体の内部構造をほぼ０．５秒で拡大測定することが可能である。このような高解像度かつ高感度な測定はこれまで不可能であった。Ｘ線イメージインテンシファイアを用いずに高倍率の可視化ができたことで、産業への高感度微細構造物オンライン非破壊検査に道を拓くものとして期待できる。

（特徴）

（２）半導体材料により直接Ｘ線を電気信号に変換するため、検出感度が極めて高い。

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　通商産業省　工業技術院　機械技術研究所では、平成１０年度より特別研究において「高速Ｘ線ＣＴを用いた多次元熱流動計測の高度化に関する研究」を行っている。本研究の一環の中で小型で高効率なＸ線検出器を開発して高速Ｘ線ＣＴの高解像度化を進め、各種のプラントなどの管内を流れる気液２相流（気泡流）の撮像を目指している。今回、高エネルギーＸ線に対し検出効率が高く小型化が可能な半導体材料を用いることにより、高解像度かつ高感度の小型半導体Ｘ線リニアアレイ検出器を試作した。今回の方式では、半導体材料を用いて直接Ｘ線を電気信号に変換するため、細かな間隔で画像の素となる画素電極との組み合わせにより、従来のシンチレータ方式の検出器に比べて空間分解能を大幅に向上させることができた。このため、Ｘ線イメージインテンシファイアを用いることなく高倍率なＸ線透過画像やＣＴ画像を得ることができる。また、電荷を積分する方式のＭＯＳ型ＩＣで読み出しを行うため、多チャンネルにわたって均質な信号が得られ、同時にコンパクトな構成とすることができた。画像の１ラインあたり１０ミリ秒の速さで撮像し、集積回路ＩＣ内部の直径２５マイクロメートル（０．０２５ミリメートル）のボンディングワイヤの検出や、直径２．６ミリメートルの抵抗体のＣＴ断層像を撮影することに成功した。すなわち、１ラインの撮像に必要とする１０ミリ秒毎に２００マイクロメートルを５０回送ることによって１０ミリメートルの物体の内部構造をほぼ０．５秒で拡大測定することが可能である。１ラインあたり１０ミリ秒の高速撮像が可能であるので、この高速撮像に追随する安定なステップ送り機構を併用することによって、産業界での試作電子機器等の全品Ｘ線撮像による構造欠陥の検査も可能になる。今回開発した検出器の特性は、高エネルギーで高分解能が要求される内部構造の複雑な非透明構造体の非破壊検査や、マイクロフォーカスＸ線源と組み合わせた高倍率Ｘ線スキャナーおよびＸ線ＣＴ用の検出器として特に有効である。信号読み出しに多チャンネルＩＣを用いたことで、全体のシステム構造がシンプルとなり、低コスト化も期待でき、簡便な計測制御系なので、今後産業への微細構造物オンライン非破壊検査に道を拓くものとして期待できる。

　なお、今回の研究成果は、平成１１年９月１２日新潟県柏崎市で開催された日本原子力学会秋の大会部会企画セッション「常温半導体放射線検出器の現状と将来」で発表した。

（２）電子部品や材料検査で重要となる微視的非破壊検査

（３）高感度であるため、生産ラインなどでの検査効率を改善できる。

従来のシンチレータ型検出器はＸ線を蛍光に変換するため、効率が低下する。独立した半導体素子を複数個並べた検出器は存在するが、十分な空間分解能を得ることができない。

「発表者」

　　　　　　所属：工業技術院　機械技術研究所

　　　　　　　　　　物理情報部　計測制御研究室　主任研究官

　　　　　　　　　　　　　　　千阪文武／石塚一則

添付写真説明