웨이브렛 변환을 이용한 초음파 펄스 에코 신호의 디컨볼루션

장경영,장효성,박병일,하욥 한국비파괴검사학회 2000 한국비파괴검사학회지 Vol.20 No.6

초음파 펄스-에코법을 매우 얇은 층을 갖는 다층구조물에 적용할 때 그 얇은 층의 상하면에서의 반사파가 중첩되게 되면 검사가 곤란하게 된다. 이런 문제는 반도체 내부에서의 심각한 감쇠를 피하기 위해 20MHz 이하의 비교적 저주파수를 사용하는 초음파 현미경으로 반도체의 얇은 실리콘 칩을 검사하는 경우에 쉽게 볼 수 있다. 기존에 이런 초음파 신호의 중첩을 분리하기 위해 디컨볼루션 기법이 사용되어 왔으나, 송신파의 파형이 전파하면서 왜곡되어 수신되는 경우에는 적절치 못하다. 본 논문에서는 기존의 디컨볼루션 기법이 사용되어 왔으나, 송신파의 파형이 전파하면서 왜곡되어 분리해 낼 수 있는 새로운 신호처리 기법으로서 웨이브렛 변환 기반 디컨볼루션 (WTBD) 기법을 제안한였다. 여기서 웨이브렛 변환은 송신파와 왜곡된 수신 신호의 공통 파형을 추출하기 위해 사용되고 추출된 공통 파형에 대해 디컨볼루션 처리한다. 제안하는 방법의 성능은 모형신호에 대한 컴퓨터 시뮬레이션과 인위적으로 실리콘 칩 상면에 들뜸 결함을 만든 반도체 시편에 대한 실험을 통해 검증되었다. Ultrasonic pulse echo method comes to be difficult to apply to the multi-layered structure with very thin layer, because the echoes from the top and the bottom of the layer are superimposed. Wecan easily meet this problem when the silicon chip layer in the semiconductor is inspected by a SAM epquipment using fairly low frequency lower than 20MHz by which sebere attenuation in the epoxy mold compound of packaging material can be overcome. Conventionally, deconvolution technique has been used for the decomposirion of superromposed UR signal, however it has disavilities when the waveform pf the transmitted signals is distorted according th tje prpagation. In this paper, the wavelet transform based deconvolution (WTBD)technique is ptoposed as a new signal processing processing method that can decompose the superimpose the echo signals with superior performances compared to the conventional decovolution technique. WTBD method uses the wavelet transform in the pre-stage of deconvolution to extract out the common waveform from the transmitted and received signal with distortion. Performances of the proposed mehtod are shown by through computer simulations using model signal with noise and are demonstrated by through experiments for the fabricated semiconductor sample with partial delamination at the pot of silicon chip layer.

마이켈슨 간섭계를 이용한 레이저 여기 초음파의 검출

김경조,山脇 壽,장경영 한국비파괴검사학회 2000 한국비파괴검사학회지 Vol.20 No.1

본 논문에서는 고출력 펄스 Nd:YAG 레이저를 이용해서 원반형 시편의 한쪽 면에서 초음파를 발생시키고 반대면에서 피드백 제어에 의해서 안정화된 마이켈슨 간섭계를 이용하여 열탄성 영역에서의 초음파를 검출하였다. 이론식에 의해서 계산된 열탄성 영역에서의 초음파 변위 파형이 실험에서 얻어진 파형과 유사한 것을 확인하였고, 특히 종파와 횡파의 음속이 접촉식 트랜스듀서를 이용하여 펄스-에코법으로 측정한 음속과 거의 일치하는 것을 확인하였다. 레이저 초음파를 이용한 응용에의 하나로 원반형 시편을 노 안에 넣고 음속을 계측한 결과 온도의 증가에 따라 음속이 감소하는 것을 확인하였다. In this paper, ultrasonic wave in the thermoelastic regime was generated in a steel disk by illuminating a pulse laser (Q-switched Nd:YAG) on the surface of the sample and was detected on the other side by Michelson interferometer which was stabilized by feed back control. The experimentally detected displacement waveform of the ultrasonic wave showed good agreement with the theoretically expected one. Also it was shown that sound speeds of longitudinal and shear wave were similar to ones measured by pulse-echo method using a contact transducer. As an application of the noncontact ultrasonic measurement by using laser based ultrasonics, the sound speed in the sample was monitored while the sample was heated in a furnace, and the result showed that it decreased according to the increase of sample temperature.

초음파를 이용한 반도체의 신뢰성 평가

장효성,하욥,장경영 한국비파괴검사학회 2001 한국비파괴검사학회지 Vol.21 No.6

최근 전자장치의 고기능화에 따라서 반도체 장치의 고집적화는 물론 반도체 패키지의 박형화 추세에 있다. 이러한 반도체가 장치에 실장된 후에도 안정된 성능을 발휘할 수 있는지 여부에 대한 신뢰성을 보장하기 위해 조립 완료된 반도체 패키지에 대한 preconditioning 시험을 수행하게 된다. 또한 preconditioning 시험 전후에 초음파 주사 현미경을 이용한 검사를 실시함으로써 반도체 패키지에 대한 들뜸이나 패키지 크랙과 같은 내부 결함의 존재 여부를 알아보게 된다. 본 논문에서는 반도체 내부의 결함 유무를 효과적으로 검사할 수 있는 초음파를 이용한 신뢰성 평가 방법과 절차를 제시하고, preconditioning 시험 과정에서 수행되는 시험법을 통해 패키지 내부 결함을 야기하는 가장 중요한 요인이라 할 수 있는 수분에 의한 고장 메커니즘을 분명히 함으로써 반도체 패키지에 대한 일련의 고장 분석 및 신뢰성 평가 방법을 정립하고자 하였다. Recently, semiconductor packages trend to be thinner, which makes difficult to detect defects therein. A preconditioning test is generally performed to evaluate the reliability of semiconductor packages. The test procedure includes two scanning acoustic microscope (SAM) tests at the beginning and end of the entire test in order to help detect physical defects such as delaminations and package cracks. In particular, of primary concern are package cracks and delaminations caused by moisture absorbed under ambient conditions. This paper discusses the failure mechanism associated with the moisture absorbed and encapsulated in semiconductors, and the use SAM to detect failures such as cracks and delaminations grown during the preconditioning test.

비선형 음향효과에 의한 고온 재료의 파괴인성 열화도 평가

정현조,남승훈,장경영,남영현 한국비파괴검사학회 2000 한국비파괴검사학회지 Vol.20 No.5

고온 장시간 사용재의 열화로 인한 파괴인성의 저하를 초음파 방법으로 평가하기 위하여 Cr-Mo-V 강을 실험실에서 인공 열화처리하여 열화로 인한 손상 기구를 규명하고, 열화도에 따른 초음파 파라미터의 변화를 체계적으로 관찰하였다. 초음파 파라미터로서 속도, 감쇠와 보다 최근에 개발된 비선형 음향 파라미터를 사용하였는데, 비선형 음향 파라미터가 가장 민감한 변화를 보였다. 또한 전기비저항 측정 결과와 비교할 때 두 방법 모두 전체적으로 유사한 거동을 보였다. Charpy V-notch 충격시험으로부터 구한 파면양상 천이온도(FATT)와 비선형 파라미터 사이에는 비교적 좋은 상관관계가 성립하였으며, FATT와 파괴인성(KIC) 사이의 관계식에 근거하여 열화된 발전설비 재료의 파괴인성을 초음파 비선형 파라미터의 측정을 통하여 간접적으로 구할 수 있음을 보였다. In order to develop an ultrasonic evaluation method for properties degradation of high temperature materials, a number of Cr-Mo-V steel samples were heat-treated, and their damage mechanism was examined. Ultrasonic parameters such as velocity, attenuation, and more recently developed nonlinear acoustic parameter were measured. The nonlinear acoustic parameter was found to be most sensitive to material degradation mainly attributed to the precipitation of impurities in grain boundaries. When compared to the electrical resistivity results, the nonlinear parameters showed similar behavior. There existed a relatively good correlation between the nonlinear parameter and the fracture appearance transition temperature (FATT) obtained by Charpy V-notch impact test. Based on the relationship between the FATT and the fracture toughness (KIC), correlation between the nonlinear parameter and KIC was established.

모드 선택성을 강화한 비접촉식 유도초음파 기술

김현묵,이태훈,장경영 한국비파괴검사학회 2004 한국비파괴검사학회지 Vol.24 No.6

유도초음파의 현장적용에 있어 전파모드를 규명하는 것은 매우 어렵지만 중요한 과제이다. 본 연구에서 분산성이 적은 단일모드를 발생시키고 검출할 수 있는 기법에 대해 다루고 있으며, 현장 적용성과 자동화를 위해 비접촉식의 기법을 적용하였다. 모드 선택성을 강화한 비접촉식의 유도초음파 기법으로는 선배열 슬릿을 이용한 레이저 빔을 이용하였으며, 에어커플 변환기를 수신자로 사용하였다. 선배열의 레이저 조명은 파장과 일치하여 특정한 모드를 발생시킬 수 있다. 1 mm 두께의 알루미늄 판에 본 기법을 적용한 실험결과로부터 제안하는 기법의 유용성을 검증하였고, 특히 단일한 a_(0)모드의 발생 및 수신에 효과적인 기법으로 나타났다. In practical applications of guided wave techniques, it is very important but also difficult to identify the propagating modes, and it is preferred to generate and detect a single or less dispersive mode. Also the noncontact method is required in the automated field application. So this paper considers a non-contact guided wave technique with enhanced mode-selectivity, where a laser beam illuminated through arrayed line slits is used as the transmitter and the air-coupled transducer is used as the receiver. The line arrayed laser illumination is a wavelength matching technique that can generate only a few modes. The air-coupled transducer detects the leaky wave of the propagated guided wave, and by tuning its detection angle we can detect the selected single mode. Experimental results for a 1 mm thick aluminum plate proved the usefulness of the proposed method, and especially it was shown that this method was powerful in the generation and detection of the a_(0) mode.

ESPI 기법을 이용한 폴더식 정보 통신기기의 힌지부 내구 수명 평가

이태훈,장석원,장경영 한국비파괴검사학회 2004 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Folder type electronic devices have hinge to support the rotational motion of folder. This hinge is stressed by the rotational inertia moment of folder at the maximum open limit position of folder. This stress is repeated whenever the folder is open, and it is a cause of hinge fracture. In this paper, the reliability evaluation for the hinge fracture in the folder type cellular phone is discussed. For this, the durability testing machine using crack-rocker mechanism is developed to evaluate the life cycle of the hinge, and the degradation after repetitions of opening and shutting is evaluated from the deformation around the hinge, where the deformation is measured by ESPI (electronic speckle pattern interferometer). Experimental results showed that ESPI was able to measure the deformation of hinge precisely, so we could monitor the change of deformation around the hinge as the repetition number of folder open is increased.

집속형 레이저 유도 초음파를 이용한 박판에서의 결함 검출

정지홍,김홍준,장경영 한국비파괴검사학회 2003 학술대회 논문집 Vol.- No.1

An are array slit is used for generating the focused Lamb wave by laser, where spatially expanded Nd:YAG pulse laser is illuminated through the are array slit on the surface of a sample plate to generate the Lamb wave of the same pattern as the slit. Then the generated Lamb wave is focused at the focal point of which distance from the slit position is dependent on the curvature of slit arc. The focusing effect enables to acquire higher intensity of wave at the focus, better SNR in the received signal, and improved spatial resolution than when we use the conventional line array slit. In order to show the usefulness of the proposed method, experiments is carried out for the detection of the artificial linear and circular defects on a thin aluminum plate and proposed quantitative analysis of the defect size.

레이저를 이용한 얇은 원통형 튜브에서의 유도초음파 발생

김현묵,정경일,장경영,안형근,곽노권,이창목 한국비파괴검사학회 2003 학술대회 논문집 Vol.- No.1

레이저를 이용하여 두께가 얇은 원통형 튜브에 유도초음파를 발생하고, 공기-결합 트랜스듀서를 이용하여 비접촉식으로 수신하였다. 원통형 튜브는 발전설비의 열교환기 및 증기발생기 튜브에 사용되는 인코넬(Inconnel)튜브이다. 레이저의 조사 경로에 선 배열 슬릿을 삽입하여 유도 초음파의 파장을 조절하였다. 파장이 일정할 때 발생되는 모드를 이론적인 분산선도로부터 예측하고, 예측된 위상속도로부터 공기-결합 트랜스듀서의 경사각을 결정하였다. 원통형 튜브에는 축대칭 모드가 지배적으로 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 웨이블렛 변환에 의한 시간-주파수 선도와 이론적인 분산선도를 비교한 결과 증명되었다.

Air-coupled 트랜스듀서를 이용한 배관에서의 유도초음파 모드 규명

김현묵,박익근,김용권,장경영,조용상,조윤호 한국비파괴검사학회 2004 학술대회 논문집 Vol.- No.-

발전설비의 중요한 요소인 배관의 효율적인 비파괴검사를 위해, comb 트랜스듀서를 이용하여 유도초음파를 발생하고 ACT(air-coupled transducer)를 적용하여 비접촉으로 수신하였다. comb 트랜스듀서의 요소간격과 이론적인 분산선도로부터 발생가능 한 모드가 예측되었다. 또한 예측된 모드를 수신하기 위해 각 모드의 이론적인 음속을 이용하여 ACT의 수신 각도를 결정하였다. 수신모드의 특성을 규명하기 위해 웨이블릿 변환과 2D-FFT를 이용한 시간-주파수해석을 수행하여 이론적인 분산선도와 비교하였다. 수신된 모드는 이론적으로 예측된 모드와 일치하는 것으로 나타났다.

Air-coupled 트랜스듀서를 이용한 발전설비 배관에서의 유도초음파 모드 규명

박익근,김현묵,김용권,송원준,조용상,장경영,조윤호 한국비파괴검사학회 2004 한국비파괴검사학회지 Vol.24 No.4

발전설비의 중요한 요소인 배관의 효율적인 비파괴검사를 위해, 배관내에 유도초음파를 comb 트랜스듀서를 이용하여 발생시켰으며, 유도초음파를 비접촉 방식으로 수신하기 위해 ACT(air-coupled transducer)를 적용하였다. comb 트랜스듀서의 요소간격과 이론적인 분산선도로부터 발생가능 한 유도초음파 모드가 예측되었다. 또한 예측된 모드를 수신하기 위해 각 모드의 이론적인 위상속도를 이용하여 ACT의 수신 각도를 결정하였다. 수신모드의 특성을 규명하기 위해 웨이블릿 변환과 2D-FFT를 이용한 시간-주파수해석을 수행하여 이론적인 분산선도와 비교한 결과, 수신된 모드는 이론적으로 예측된 모드와 일치하는 것으로 나타났다. In order to inspect the piping effectively, one of the important components in the facility of power plants, the ultrasonic guided wave was generated by a comb transducer and was received in a non-contact fashion by using an air-coupled transducer. The guided wave modes that can be generated by the comb transducer in piping are predicted from the theoretical dispersion curves and the element spacing of a comb transducer. Moreover, to receive the specific modes, the receiving angle of the air-coupled transducer is calculated from Snell's law between the phase velocities of guided waves and the sound velocity of air. The guided wave modes obtained in experiments are identified from the result of time-frequency analysis such as wavelet transform and two-dimensional fast Fourier transform.