JP2924289B2 - 回路基板のガラス量測定方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック基板等の電
子回路基板パターン部に含まれるガラス量を測定する方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック基板は、セラミック粉末やガ
ラスなどを原料とした基材材料に、金属粒子と少量のガ
ラス成分を印刷してパターンを形成し、高温で焼結して
作られる。このときパターン部分に基材部に含まれてい
たガラスもしみ上がってくるため、焼結の条件等でパタ
ーン部分のガラス量が変動する。パターン部は、焼結
後、めっきが施されるが、ガラス量が多く、パターン表
面がガラス質になると、めっきがつかない等の不良の原
因となるため、焼結後にガラス量を測定して確認する必
要がある。従来、この測定は目視で行われていたが、こ
れを自動化するには、ガラス部と金属部を弁別する必要
がある。ガラスと金属を弁別する手段として、斜めから
光を入射させ、斜めから検出した際に偏光に対する反射
率が、その表面の材質と角度によって変わること（ブリ
ュースターの法則：例えば、龍岡静夫著，光工学の基
礎，ｐｐ．１９〜２４，（株）昭晃堂発行）を利用する
方法が考えれる。ブリュースターの法則を利用した従来
技術として、特開平２−１１６７０３号公報に記載のガ
ラス基板上の回路パターンの検査装置がある。これは、
ガラス基板に金属物質から成る回路パターンが形成され
た被検査物の上面に対し、ガラスのブリュースター角θ
_i，θ_A（約５６°）の角度で載置し、かつ、前部に入射
面と直角方向に振動する光だけを通す偏光体を載置した
光源とカメラと、試料をＸＹ方向に相対的に移動させる
移動装置によりその金属パターンを明瞭に観察するとい
うものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ブリ
ュースターの法則により、ガラスと金属を弁別して検出
手段について触れられているだけであり、これを用いて
セラミック基板等のパターン部のガラス量を測定するこ
とはできない。

【０００４】本発明の目的は、セラミック基板パターン
部のようにガラスと金属が入り交じった試料面上のガラ
ス成分の比率を、ブリュースターの法則を用いて検出し
た画像を基に測定する手段を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、試料面を斜方または落射照明して検出し
た画像と、試料面をガラスのブリュースター角に従っ
て、その入射面に平行に振動する偏光のみを照明してガ
ラスのブリュースター角に従って検出した画像または試
料面をガラスのブリュースター角に従って照明してガラ
スのブリュースター角に従ってその入射面に平行に振動
する偏光のみを検出した画像のいずれかの画像と、入射
面に平行（または直角）に振動する偏光のみを照明して
入射面に直角（または平行）に振動する偏光のみを検出
した画像、の三画像の差を相互に処理することにより、
パターン部のガラス成分の比率を測定できるようにし
た。

【０００６】

【作用】一般に、物体表面の光の反射は、フェルマの原
理（または、最小時間の原理）より表面の法線に対する
入射角と反射角が等しい。また、ガラスのように光を透
過（伝搬）する物質に対して光を入射すると物質表面の
法線に対する入射角によりその反射率が変化し、特に、
反射光のＰ偏光成分（入射面に対して平行に振動する偏
光）は、その物質の特性により決まるある入射角で反射
光が０になる（ブリュースター角：例えば、龍岡静夫
著，光工学の基礎，ｐｐ．１９〜２４，（株）昭晃堂発
行）。また、金属でも、入射角によりその反射率が変化
するが、ガラス等のように反射光は０にはならない（例
えば、龍岡静夫著，光工学の基礎，ｐｐ．１７４〜１７
７，（株）昭晃堂発行）。

【０００７】従って、照明系と検出系をガラスのブリュ
ースター角に傾斜して、さらに照明光をＰ偏向成分のみ
とするか、または、検出側でＰ偏向成分のみを検出すれ
ば、ガラス部からの反射光は無いか、または、検出しな
い。また、金属部分やその他の部分は、その表面状態
（鏡面、拡散面など）による反射光を検出することがで
きる。また、照明系と検出系をガラスのブリュースター
角に傾斜しないか、または、Ｐ偏向成分のみの照明また
は検出をしなけば、ガラス部からの反射光および金属部
分やその他の部分は、その表面状態による反射光を検出
することができる。これら二つの検出像の差はガラス部
が検出されるか否かであるから、これら二つの検出像の
差を求めることでガラス部のみを検出できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、セラミック基板
のパターン部分のガラス量を測定する場合を例に説明す
る。

【０００９】電子部品を搭載するセラミック基板の製造
工程では、焼結の条件等でパターン部分のガラス量が変
動する。パターン部は、焼結後めっきが施されが、ガラ
ス量が多く、パターン表面がガラス質になると、めっき
がつかない等の不良の原因となるため、焼結後にガラス
量を測定して確認する必要がある。以下、その測定の一
実施例を説明する。

【００１０】図１は、本実施例の全体構成を示す図であ
る。図１において、１は、被測定物である試料（セラミ
ック基板）である。２は、試料１を移動させるためのＸ
Ｙステージであり、ここでは、紙面の左右方向をＸ軸、
紙面に垂直な方向をＹ軸とする。３は、試料１を照明す
るための照明系であり、試料表面法線１６よりガラスの
ブリュースター角である５６°に傾斜させて載置してあ
る。また、図示はしないがレンズ等により適当に集光さ
れている。また、図では光源をそのまま載置している
が、光源を離してライトガイド等で導いてもよい。４
は、試料１の表面を検出するためのセンサであり、照明
系３と同様に試料表面法線１６よりガラスのブリュース
ター角である５６°に傾斜させて載置してある。また、
図示はしないが、紙面に垂直方向が検出（走査）方向で
あるリニアセンサと、試料１の表面像をそのリニアセン
サのセンサ面に結像させるレンズにより構成される。５
は、自然光である照明光１２を入射面（ここでは紙面に
平行な面）に対して平行に振動する偏光のみにするため
の偏光子であり、偏光子移動器１０により照明光１２の
光路中に出入することが可能である。つまり、照明光１
２の光路中に偏光子５を入れると照明光１３は、入射面
に対して平行に振動する偏光のみとなり、偏光子５を光
路より出すと照明光１３は自然光となる。６は、フィル
タである。フィルタ６は、図２に示すように検出光１４
のうち、入射面に対して直角に振動する偏光成分のみを
透過させる検光子部６ｂと、検光子部６ｂと、例えば、
光路長が等しくなるような厚みをもったガラスなどでで
きた光路長補正部６ａとからなっている。１１は、フィ
ルタ移動器であり、センサ４の検出光路１４，１５にフ
ィルタ６の検光子部６ｂまたは光路長補正部６ａが来る
ように移動させるものである。７は、センサ４により得
られた画像信号２０を処理する画像処理部であり、後
程、図３でその詳細を説明する。８は、全体を統括して
制御する全体制御部であり、マイクロプロセッサやシー
ケンサなどで構成される。もちろん、ハード・ワイヤド
・ロジックで構成してもよい。９は、ステージ２を制御
するステージ制御部であり、全体制御部８の指令２８に
よりステージ２を移動させたり、画像検出中は、センサ
４のリニアセンサの撮像、読み出し動作と同期させてス
テージ２を単位距離ずつ移動させたりする。

【００１１】図３は、図１における画像処理部７の一実
施例を示すブロック図である。図３において、画像処理
部７は、センサ４のリニアセンサを制御、駆動するリニ
アセンサ制御信号２１およびＡ／Ｄコンバータ３１など
を制御する同期信号３７を発生するリニアセンサ制御部
３０と、センサ４の出力である画像信号２０を同期信号
３７に従ってデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ３
１と、得られた画像信号３８のシェーディングを補正す
るシェーディング補正部３２と、画像信号３９を二値化
するための二値化部３３と、二値化した画像信号４０を
一時記憶するためのメモリ３４と、メモリ３４の出力画
像信号４２に対して膨張処理を行う膨張処理回路５０
と、膨張処理回路５０の出力画像信号５９の論理を反転
（否定）するＮＯＴ回路５１と、メモリ３４の出力画像
信号４１とＮＯＴ回路５１の出力画像信号６０の論理積
をとるＡＮＤ回路５２と、メモリ３４の出力画像信号４
３の論理を反転（否定）するＮＯＴ回路５３と、ＡＮＤ
回路５２の出力画像信号６１とＮＯＴ回路５３の出力画
像信号６２の論理積をとるＡＮＤ回路５４と、画像信号
６３（または６２）の“１”の画素の数を数えるカウン
タ回路５５（５６）と、画像信号６３中の“１”の画素
の数６４を画像信号６２中の“１”の画素の数６５で除
算する除算回路５７と、メモリ３４の読み出し以降の各
部を制御するクロック信号６６と一画面単位を表す一フ
レーム信号６７を発生するデータ制御部５８からなる。

【００１２】図４は、図３におけるメモリ部３４の一実
施例を示すブロック図である。図４において、メモリ部
３４は、偏光子５とフィルタ６の各光路１２，１３，１
４，１５に対する位置により異なる三つの画像を格納す
る画像メモリ７０ａ，７０ｂ，７０ｃと、画像メモリ７
０ａ，７０ｂ，７０ｃの書き込みアドレスをリニアセン
サ制御３０からの信号３７により発生するアドレスカウ
ンタ７１と、画像メモリ７０ａ，７０ｂ，７０ｃの読み
出しアドレスをデータ制御５８からの信号４４により発
生するアドレスカウンタ７２と、画像メモリ７０ａ，７
０ｂ，７０ｃの書き込み／読み出し動作時にそのアドレ
スを二つのアドレスカウンタ７１，７２の出力から、全
体制御８からの制御信号２４により選択してメモリアド
レス７７として出力するセレクタ７３と、画像メモリ７
０ａ，７０ｂ，７０ｃへの書き込み時にリニアセンサ制
御３０からの制御信号３７によりメモリ書き込み制御７
６から発生するメモリ書き込み制御信号７８を全体制御
８からの制御信号２４をデコードするデコーダ７５の出
力であるメモリ選択信号７９ａ，７９ｂ，７９ｃにより
選択して画像メモリ７０ａ，７０ｂ，７０ｃに供給する
ＡＮＤ回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃからなる。

【００１３】図５は、図３における膨張処理回路５０の
一実施例を示すブロック図である。図５において、膨張
処理回路５０は、画像信号４２を二次元に切り出すため
の切り出しレジスタ８１と、切り出しレジスタ８１が二
次元にデータを切り出すためにデータを遅延させるため
のシフトレジスタ８２と、切り出しレジスタ８１により
二次元に切り出されたデータの論理和をとるＯＲ回路８
３からなる。ここで、切り出しレジスタ８１とシフトレ
ジスタ８２は、一ビットのレジスタである。また、シフ
トレジスタ８２の長さは、センサ４のリニアセンサの有
効画素数に等しい。また、図示はしないが、切り出しレ
ジスタ８１とシフトレジスタ８２は、同期信号４４によ
り駆動されるものである。また、本実施例では、３×３
画素で図示したが切り出しレジスタ８１とシフトレジス
タ８２の個数を増減することにより所望のサイズの膨張
処理回路を得ることができる。

【００１４】次に、この実施例の動作を説明する。

【００１５】まず、ステージの移動と撮像について説明
する。本実施例では、まず、ガラス量を測定したい個所
にステージを移動させておいてからセンサ４中のリニア
センサの読み出しに同期させて、Ｘ方向にステージを移
動させることにより試料面上の二値画像をメモリ３４中
に得ることができる。

【００１６】次に撮像した画像信号の処理について説明
する。センサ４により撮像された画像信号２０は、リニ
アセンサの各画素毎にＡ／Ｄコンバータ３１によりデジ
タル値に変換され画像信号３８となる。画像信号３８は
シェーディング補正回路３２によりそのシェーディング
（照明のムラやセンサの感度ムラに起因する検出光のム
ラ）を補正する。シェーディング補正回路３２には、例
えば、特開昭５８−１５３３２８号公報に記載のイメー
ジセンサの受光感度不均一補正方式が利用できる。シェ
ーディング補正された画像信号３９を二値化回路３３で
二値化する。ここでは、ある閾値以上の明るさのところ
を“１”とするものとする。この二値画像信号４０をメ
モリ３４の画像メモリ７０ａまたは７０ｂまたは７０ｃ
に、一旦、格納するが、ここで、得られる画像について
説明する。

【００１７】まず、画像メモリ７０ａに格納する画像に
ついて図６を用いて説明する。なお、図６では“１”の
部分を黒（または、斜線・以下単に黒という）で表して
いる。画像メモリ７０ａに格納する画像検出時には、偏
光子５を照明光路１２中から出し、照明光１３を自然光
とし、フィルタ６は光路長補正部６ａが検出側光路１４
に入るように偏光子移動器１０およびフィルタ移動器１
１を全体制御部８からの指令信号２６、２７により駆動
して画像検出する。このようにして検出すると、図６
（ａ）にその二値化画像を示すように、ガラス部１０３
や、金属パターンの一部１０４やまたは全面がその表面
状態（例えば、こすれなどによる鏡面など）により明る
く（図６（ａ）では黒）検出される。また、図６（ａ）
には図示しなかったが、セラミック部が明るく検出され
ることもある。

【００１８】つぎに、画像メモリ７０ｂに格納する画像
について説明する。画像メモリ７０ｂに格納する画像検
出時には、偏光子５を照明光路１２中に入れ、照明光１
３をその入射面（図１においては、紙面に平行な面）に
対して平行に振動する偏光（Ｐ偏光）のみにし、フィル
タ６は光路長補正部６ａが検出側光路１４に入るように
して画像メモリ７０ａの撮像場所と同じ場所を画像検出
すると、図６（ｂ）にその二値化画像を示すようにガラ
ス部では反射成分がないため暗く検出され、金属パター
ンの一部１０４や、または全面がその表面状態により画
像メモリ７０ａの撮像時とほぼ同様に明るく検出され
る。

【００１９】最後に、画像メモリ７０ｃに格納する画像
について説明する。画像メモリ７０ｃに格納する画像検
出時には、偏光子５を照明光路１２中に入れ、照明光１
３をその入射面（図１においては、紙面に平行な面）に
対して平行に振動する偏光（Ｐ偏光）のみにし、フィル
タ６は検光子部６ｂが検出側光路１４に入るようにして
その反射面（入射面に同じ）に対して直角に振動する偏
光成分（Ｓ偏光）のみを透過・検出するようにして、画
像メモリ７０ａの撮像場所と同じ場所を画像検出する
と、図６（ｃ）にその二値化画像を示すようにパターン
部１０１では、ガラス部、金属部共正反射のため偏光面
が変わらないので、その反射光はフィルタ６の検光子部
６ｂを透過できずに暗く（図６（ｃ）では白）検出され
る。一方、セラミック部１０２では、照明光１３がセラ
ミック表面より内部に拡散するため偏光面が乱れてＳ偏
光成分のものも検出光１４として検出される。このた
め、パターン部１０１が暗く（図６（ｃ）では白）、セ
ラミック部１０２が明るい（図６（ｃ）では黒）画像が
検出される（以後、これを偏光検出と呼ぶ）。

【００２０】これら三つの画像検出時には、偏光子５お
よびフィルタ６が所定の位置に来るように制御信号２
６，２７により制御し、かつ、ＡＮＤ回路７４ａ，７４
ｂ，７４ｃによりメモリ書き込み制御信号（ＷＥ）７８
を制御して所定のメモリにのみ書き込まれるようにす
る。このようにして、三つの画像を検出した後、三つの
画像を同時に読み出して処理を行う。以下、その処理に
ついて説明する。

【００２１】まず、画像メモリ７０ａの出力画像信号４
１と、画像メモリ７０ｂの出力画像信号４２を膨張処理
した後反転した画像信号６０を、ＡＮＤ回路５２により
論理積をとる。こうすると、画像信号４１中の金属部が
画像信号６０によりマスクされ、画像信号６１には、ガ
ラス部１０３とセラミック部１０２が“１”として残
る。ここで、画像信号４２に対して、膨張処理を行うの
はマスクパターンとなる画像信号４２のパターンを若干
膨張させてマスク領域を若干大きくすることにより、二
つの画像信号４１，４２間の検出時の誤差を押さえるた
めである。この画像信号６１と、画像メモリ７０ｃの出
力画像信号４３を反転した画像信号６２をＡＮＤ回路５
４により論理積をとる。こうすると、画像信号６１中の
セラミック部１０２が画像信号６２によりマスクされ画
像信号６３にはガラス部１０３のみが残る（図６
（ｄ））。この画像信号６３中の“１”の画素の数をカ
ウンタ５５で数えると検出画像中のガラス部の画素数６
４がわかる。一方、画像信号６２中の“１”の画素の数
をカウンタ５６で数えると、検出画像中のパターン部１
０１の画素数６５がわかる。これらを、パターン部１０
１の画素数６５を除数とし、ガラス部１０３の画素数６
４を被除数として割算器５７により割算を行うことによ
り、パターン部１０１におけるガラス部１０３の面積比
率情報２５が求まる。

【００２２】このようにして得られたパターン部におけ
るガラス部の比率情報２５は、図７に示したように、測
定した次工程への判断１５２に用いられると同時に、基
板の製造工程１５０のプロセス条件の改善にも用いるこ
とができ、基板製造の歩留まり改善、信頼性確保などに
役立てることができる。

【００２３】なお、本実施例では、一つのセンサで検出
しているため、三種の照明、検出条件で撮像した三つの
画像間で位置合わせや、倍率変換等の処理が不要である
という効果がある。

【００２４】また、フィルタ６に検光子部６ｂのほかに
光路長補正部６ａを設けることにより、検光子部６ｂを
光路から出し入れしたときに生じるセンサ４の結像系の
焦点位置の差を補正することができるので、フィルタ６
の位置によらずに撮像（検出）場所が一定であるという
効果がある。

【００２５】また、本実施例では、三つの画像検出の条
件を得るため、偏光子５とフィルタ６を移動させること
により一つの検出ヘッドで検出したが、それぞれ個別の
検出ヘッドとしてもよい。

【００２６】また、本実施例では、パターン部１０１の
形状を得るため、偏光検出を行ったが、予め設計データ
を用意したり、以前に検出したものを用いてもよい。こ
の場合、検出回数を一回減らすことができ、測定の高速
化を図ることができる。

【００２７】また、本実施例では、ガラスの検出を対象
としたため、照明・検出系の傾斜角度を５６°とした
が、対象物のブリュースター角とすることで、他の対象
物の検出に用いることができるのは、明らかである。

【００２８】また、本実施例では、画像メモリ７０ｂの
画像検出時に照明側に偏光子５を入れて、照明光をＰ偏
光としたが、検出側のフィルタ６の場所にＰ偏光のみを
透過させる検光子を入れても同様の結果が得られる。

【００２９】また、本実施例では、画像メモリ７０ａ，
７０ｃの画像検出時に入射角、検出角を画像メモリ７０
ｂの画像検出時と同様にブリュースター角としたが、こ
の二種の画像検出については必ずしもブリュースター角
に限定する必要は無い。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、試料面を斜方照明して
ガラス部と金属部を検出した画像を、試料面をガラスの
ブリュースター角に従って、その入射面に平行に振動す
る偏光のみを照明してガラスのブリュースター角に従っ
て検出することにより金属部を検出した画像でマスクす
ることにより、ガラス部のみを検出した画像を得ている
ので、パターン部の金属表面の状態に左右されることな
くパターン中のガラス部を検出することができる。ま
た、入射面に平行（または直角）に振動する偏光のみを
照明して入射面に直角（または平行）に振動する偏光の
みを検出することによりパターン部を検出した画像を用
いることにより、パターン部のガラス成分の比率を正確
に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体ブロック図、

【図２】図１におけるフィルタの構成を示す平面図、

【図３】図１における画像処理部の一実施例を示すブロ
ック図、

【図４】図３におけるメモリ部の一実施例を示すブロッ
ク図、

【図５】図３における膨張処理部の一実施例を示すブロ
ック図、

【図６】図３における各部の画像信号の一例を示す説明
図、

【図７】本発明による測定工程とその前後の工程との関
係の説明図。

【符号の説明】

１…試料（セラミック基板）、 ２…ＸＹステージ、 ３…照明系、 ４…センサ、 ５…偏光子、 ６…フィルタ、 ６ｂ…検光子部、 ６ａ…光路長補正部、 ７…画像処理部、 ８…全体制御部、 ９…ステージ制御部、 １０…偏光子移動器、 １１…フィルタ移動器、 １２，１３…照明光路、 １４，１５…検出光路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01N 21/84 - 21/90

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の試料の上面を斜方または落射照明し
   て検出した画像と、前記試料面を被検出物質のブリュー
   スター角で照明・検出し、かつ、その照明または検出
   は、入射面に平行に振動する偏光のみとして検出した画
   像の差の画像と、前記入射面に平行(または、直角)に振
   動する偏光のみを照明して前記入射面に直角または、平
   行に振動する偏光のみを検出した画像の差より被検出物
   を検出することを特徴とする回路基板のガラス量測定方
   法。
2. 【請求項２】 板状の試料の上面法線に対し、被検出物の
   ブリュースター角に載置され、かつ、その入射面に対し
   平行に振動する偏光と自然光のどちらかを選択的に発光
   できる照明手段と、前記角度に載置され、かつ、照明の
   前記入射面に対し直角または平行の偏光、または自然光
   のどちらかを選択的に検出できる検出手段と、前記照明
   手段、前記検出手段の双方の条件を自然光として検出し
   た画像と、前記照明手段または検出手段の一方または双
   方を前記入射面に対し平行に振動する偏光として検出し
   た画像の差画像を求める手段と、前記差画像のパターン
   の面積を計測する手段とからなることを特徴とする回路
   基板のガラス量測定装置。