JPH06258224A

JPH06258224A - セラミック基板の焼結状態監視方法および装置

Info

Publication number: JPH06258224A
Application number: JP4894393A
Authority: JP
Inventors: Hisae Yamamura; 久恵山村; Kazushi Yoshimura; 和士吉村; Takanori Ninomiya; 隆典二宮; Mineo Nomoto; 峰生野本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-16
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JP3186308B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、セラミック基板パターン部の
ガラス量を定量的に求めることにより、セラミック基板
の焼結状態を定量的に監視する手段を提供することにあ
る。【構成】焼結後のセラミック基板１の表面を研磨したあ
と、光源３，センサ４，偏光子５，検光子６，レンズ群
１０ａ，ｂ，ｃ、ハーフミラー１１などからなる光学系
により検出した画像を画像処理部７で処理することによ
り、セラミック基板パターン部のガラス量を求め、これ
を焼結状態情報とすることにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子回路等のセラミッ
ク基板製造時における焼結状態監視方法および装置に関
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が、しみ上がり量は、焼結
条件により変動するため、ガラスのしみ上がり量を監視
することにより、焼結条件を監視することができる。

【０００３】従来、このガラス量の測定は顕微鏡等によ
り目視で表面を観察することにより行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来、
ガラス量の測定は目視により行っていたため、作業時の
状態や個人差によるバラツキがあり、それによる焼結状
態の変動の統計的な監視ができなかったり、次工程のプ
ロセス条件の制御の誤差が多くなるといった不具合が多
かった。

【０００５】本発明の目的は、焼結後のセラミック基板
パターン部のガラス量を計測する手段を提供し、セラミ
ック基板の焼結状態を定量的に監視する手段を提供する
ことにある。

【０００６】

【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、焼結後の基板表面を研磨し、表面に露出
した金属面の向きをほぼ一様に揃え、それらの面の法線
方向から照明／検出した画像と、特定の方向にのみ振動
している偏光の照明をし、その照明の振動方向と直交方
向に振動している光のみを検出した画像の２つの画像を
処理してパターン部の金属の分布領域を定量化すること
により、パターン部のガラス量を定量化し、セラミック
基板の焼結状態を定量的に監視できるようにした。

【０００７】

【作用】物体表面法線方向の可視光における反射率は、
一般にガラスで４％であるのに対し、金属では６０％以
上もあるため、ガラスより金属の方が明るく検出され
る。また、物体表面での光の反射は、表面法線に対する
入射角と反射角が等しくなるため、それ以外の方向で
は、極端に反射光が少なくなる。このため、焼結した
後、表面を研磨することにより表面に露出した金属面の
向きをほぼ一様に整えたセラミック基板を、その面の法
線方向から照明／検出すれば、パターン部では、金属が
露出した面はある一定の確率で明るく検出され、それ以
外の部分は暗く検出される。

【０００８】また、一般に物体表面における光の反射で
は、その面の法線方向で入射／正反射した光の偏光は乱
れない（振動方向が変わらない）ため、偏光照明した場
合、その反射光の偏光方向は照明光と同じになる。この
ため、検出側で照明光の偏光方向と直交する偏光のみを
検出するようにすれば、正反射光は検出されず、その部
分は暗く検出されるため、パターン部は全て暗く検出さ
れる。以下、この照明／検出法を偏光検出と呼ぶ。

【０００９】以上のことから、面の法線方向から照明／
検出した画像において明るく検出され、偏光検出画像に
おいて暗く検出される場所が金属である。

【００１０】また、ガラスのしみ上がりはパターンの周
辺から中央に向かって起こるので、ガラス量が多くなる
につれて金属の分布領域は狭められるため、金属の分布
領域を求めることにより、ガラス量を求めることがで
き、セラミック基板の焼結状態を定量的に監視できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。まず、
本発明の全体を説明し、次にセラミック基板のパターン
部分のガラス量を測定する実施例を説明することにす
る。

【００１２】図１は、焼結状態監視の一実施例を説明す
るフロー図である。図１において、前工程にて準備され
たセラミック基板を、焼結工程にて焼結する。焼結した
セラミック基板のパターン部における表面に露出した金
属面は、図２（ａ）に示す断面例のように多様な方向を
向いている。このため、ある一方向から照明／検出して
もほとんど検出されない。例えば、図２（ａ）において
試料上方より照明光１０５で照明すると、その反射光の
ほとんどは反射光１０６のように照明方向とは異なる方
向に反射し、その向きも多様である。そこで、セラミッ
ク基板表面を研磨して、表面に露出した金属面の向きを
ほぼ一様に揃えたあと、同様に検出すれば図２（ｂ）に
示すように金属部のほとんどからの反射光が検出でき
る。これを利用して、後程詳述する方法によりガラス量
を定量化しガラス量情報４６を得る。このガラス量情報
４６を焼結工程の定量的な焼結状態情報とし、これを焼
結工程のプロセス条件にフィードバックしたり、次工程
のプロセス条件決定に用いる。

【００１３】本実施例によれば、焼結状態を定量的に把
握でき、基板製造の歩留まり向上、信頼性確保などに役
立てることができる。

【００１４】次にセラミック基板のパターン部分のガラ
ス量を測定する一実施例を説明する。図３は、セラミッ
ク基板のパターン部分のガラス量を測定する一実施例の
全体構成を示す図である。図３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ステージである。３は、試料１を照
明するための照明の光源である。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、ここでは、２次元センサであるＴＶカメラ
を例に説明する。５は、自然光である照明光２５をある
特定な一方向のみに振動する偏光にするための偏光子で
あり、図示はしないが適当な移動装置により照明光２５
の光路中に出し入れすることが可能である。つまり、照
明光２５の光路中に偏光子５を入れると照明光２６は、
ある特定な一方向にのみ振動する光つまり偏光となり、
偏光子５を光路より出すと照明光２６は自然光となる。
６は、検出光２７のうちある特定な一方向に振動する光
のみを通過させるための検光子であり、図示はしないが
適当な移動装置により検出光２７の光路中に出し入れす
ることが可能である。ここで、検光子６は照明光２６の
振動方向と直交方向に振動する光のみを通過する方向に
載置する。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、図４に示すように、セン
サ４やＡ／Ｄコンバータ３１などを制御する入力制御信
号２１を発生する入力制御３０と、センサ４の出力であ
る画像信号２０を入力制御信号２１に従ってデジタル値
に変換するＡ／Ｄコンバータ３１と、得られた画像信号
４０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４１を二値化するための二値化部３３
と、二値化した画像信号４２を一時記憶するためのメモ
リ３４、およびマイクロプロセッサ３５からなる。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かまわな
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２３によりステージ２を移動さ
せるものである。１０は、照明／検出のためのレンズ群
である。照明光は、レンズ群１０ａ，１０ｂにより試料
１面上に照明され、試料１からの反射光はレンズ群１０
ｂ，１０ｃによりセンサ４に結像される。１１は、照明
と検出を同軸で行うためのハーフミラーであり、照明光
２６を試料１方向に反射し、試料からの反射光を透過し
て、検出光２７を得るものである。ここでは、１０ａ，
１０ｂ，１０ｃの３つのレンズ群およびハーフミラー１
１により照明／検出系を構成しているが、前記した２つ
の画像検出が可能であればその構成は問わない。

【００１５】次に、この実施例の動作を説明する。

【００１６】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で
あるＴＶカメラの１フレーム分の撮像を入力制御３０の
制御により行い、画像信号２０を得る。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４０となる。画像信
号４０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）を補正され画像信号４１となる。シェーデ
ィング補正回路３２には、例えば、特開昭５８−１５３
３２８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。画像信号４１を、ある閾値以上
の明るさのところを“１”とする二値化回路３３で二値
化し、得られた二値画像信号４２をメモリ３４中の画像
メモリに格納する。

【００１７】ここで、得られる画像について図５を用い
て説明する。なお、図５では“１”の部分を黒または斜
線で表している。また、１０１ａ，１０１ｂは、パター
ンであり、１０２は、基材であるセラミックである。

【００１８】図５（ａ）は、偏光子５を照明光路２５中
から出し照明光２６を自然光とし、検光子６も検出側光
路２７より出して検出したときの二値画像の例である。
このように検出すると、パターン１０１中の金属部分が
明るく（図５（ａ）では黒）検出される。また、図５
（ａ）に図示するようにセラミック部１０２が明るく検
出されることもある。

【００１９】図５（ｂ）は、図５（ａ）の撮像場所と同
じ場所を、偏光子５を照明光路２５中に入れ、照明光２
６をある特定な一方向にのみ振動する光つまり偏光と
し、検光子６も検出側光路２７に入るようにして照明光
の振動方向と直交する検出光のみを検出したときの二値
化画像の例である。このように検出すると、パターン部
１０１中のガラス部ではその反射率が低いために暗く
（図５（ｂ）では白）検出される。また、金属部では正
反射のため偏光面が変わらないのでその反射光は検光子
６を透過できないために暗く検出される。一方、セラミ
ック部１０２では、照明光２６がセラミック表面より内
部に拡散するため偏光が乱れていろいろな方向に振動す
る光となり、検光子６を通過できる方向の振動の光が検
出光２８として検出される。このため、パターン部１０
１が暗く（図５（ｂ）では白）、セラミック部１０２が
明るい（図５（ｂ）では黒または斜線）画像が検出され
る。

【００２０】これら２種の照明／検出法で得た２つの画
像はメモリ３４内の異なるアドレスに記憶しておく。マ
イクロプロセッサ３５は２つの画像を読み出して処理を
行い、ガラス量情報４６を出力する。以下、その処理の
１実施例について図６および図７を用いて説明する。

【００２１】図６は、マイクロプロセッサ３５による画
像処理の１実施例である。４３ａは、図５（ａ）に示し
た、偏光子５，検光子６とも光路中から出して検出した
ときの二値画像信号であり、４３ｂは、図５（ｂ）に示
した、偏光子５，検光子６とも光路中に入れて検出した
ときの二値画像信号である。まず、画像信号４３ｂの論
理否定４３ｃを得、画像信号４３ａとの論理積をとり、
図７（ａ）に示す画像信号４４ａを求める。ここで”
１”となるのは、パターン内部の金属部１０３のみであ
る。一方、画像信号４３ｃに対してラベリングを行い、
図７（ｂ）に示すように個々のパターン１１１ａ，１１
１ｂを抽出する。図７（ｂ）は、ラベリングの結果であ
る画像信号４４ｂであり、”０”の画素を白、”１”の
画素を斜線、”２”の画素を黒で示してある。次に、図
７（ｃ）に示すように、それぞれのパターンを囲むウィ
ンドウ１０４ａ，１０４ｂを発生させる。ウィンドウ１
１１ａ，１１１ｂを画像信号４４ａに重ね、それぞれの
ウィンドウ内の金属部１０３をすべて中に含む最小の凸
多角形（以下、凸包と呼ぶ）を検出する。凸包の検出
は、例えばインフォメーションプロセッシングレタ
ーズ，ブイオーエル１(１９７２年）第１３２頁から第
１３３頁(Infomation Processing Letters,Vol.1(197
2),pp.132-133)において論じられている、グラハムの方
法と呼ばれる以下の方法で行う。

【００２２】始めに、ウィンドウの左上の画素を始点と
し、右に向かって走査し、ウィンドウの右端の画素にな
るか、”１”の画素に当たるかしたら、始点を１画素下
に移動させる。”１”の画素に当たった場合はその座標
を記憶する。これを始点がウィンドウの左下の画素にな
るまで繰返し、”１”の画素に当たった座標を順に記憶
する。次に、ウィンドウの右下の画素を始点とし、左に
向かって走査し、ウィンドウの左端の画素になるか、”
１”の画素に当たるかしたら、始点を１画素上に移動さ
せる。”１”の画素に当たった場合はその座標を記憶す
る。これを始点がウィンドウの右上の画素になるまで繰
返し、”１”の画素に当たった座標を順に記憶する。こ
のようにして、図８（ａ）に示すような座標の集合Ｐが
得られる。集合Ｐに含まれる点は、凸包の頂点の候補点
である。これらを図９に示すフローに従って処理する
と、図８（ｂ）に示すような残った点の集合Ｑは、凸包
の頂点である。

【００２３】集合Ｑから、凸包の面積４５ａを

【００２４】

【数１】

【００２５】により求める。

【００２６】一方、画像信号４４ｂからは”１”の個数
あるいは”２”の個数を数えることによって、パターン
１０１ａあるいは１０１ｂの個々の面積４５ｂを求める
ことができる。４５ａを４５ｂで割ることにより、金属
部分布領域面積のパターン面積に占める割合を求め、こ
れをガラス量情報４６として出力する。

【００２７】また、パターン１０１の輪郭を求め、輪郭
から凸包の頂点の距離の最大値を求め、これをガラス量
情報４６としてもよい。また、これら２つを合わせてガ
ラス量情報４６としてもよい。

【００２８】本実施例では、画像処理部７の一部をハー
ドウェアで構成し、一部をマイクロプロセッサとしてい
るが、前記の画像処理ができるものであればその構成を
問わない。

【００２９】なお、本実施例では、一つのセンサで検出
しているため、２種の照明／検出条件で撮像した２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。

【００３０】また、本実施例では、２つの画像検出の条
件を得るため、偏光子５と検光子６を移動させて１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。

【００３１】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１回減らすことができ、測定の高速
化を図ることができる。

【００３２】また、本実施例では、センサ４に２次元セ
ンサを用いたが、リニアセンサのような１次元センサを
用いて、ステージ２をセンサの動作に同期させながら、
連続移動させて検出してもよい。この場合、ステージの
起動／停止時間を少なくすることができ、検出時間を短
縮できる効果がある。

【００３３】また、本実施例では、検出した画像を二値
化したあと処理しているため、処理回路が小規模で済む
という効果がある。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、焼結後のセラミック基
板パターン部のガラス量という定量化した情報を得るこ
とで、定量的なセラミック基板の焼結状態監視ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体フロー図である。

【図２】試料の断面図である。

【図３】セラミック基板のパターン部分のガラス量を測
定する一実施例の全体構成図である。

【図４】図３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５】図４におけるマイクロプロセッサ３５による画
像処理の流れ図である。

【図６】図４における各部の画像の一例を示す図であ
る。

【図７】図６における各部の画像の一例を示す図であ
る。

【図８】凸包検出を説明する図である。

【図９】凸包検出のフローを示す図である。

【符号の説明】

１…試料（セラミック基板）、２…ステージ、３…照明
の光源、４…センサ、５…偏光子、６…検光子、７…画
像処理部、８…全体制御部、９…ステージ制御部、１０
（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）…レンズ群、１１…ハーフ
ミラー、２５，２６…照明光路、２７，２８…検出光
路、３０…入力制御部、３１…Ａ／Ｄコンバータ、３２
…シェーディング補正部、３３…二値化部、３４…メモ
リ部、３５…マイクロプロセッサ、１０１（１０１ａ，
１０１ｂ）…セラミック基板パターン部、１０２…基材
部（セラミック部）、１０３…金属部、１０４…ガラス
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野本峰生神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結後のセラミック基板を研磨し、表面に
露出した金属面の向きをほぼ一様に揃え、それらの面の
法線方向から照明／検出した画像Ａと、特定の方向にの
み振動している偏光の照明をし、その照明光の振動方向
と直交方向に振動している光のみを検出した画像Ｂの２
つの画像を得、これら２つの画像から画像処理によって
ガラス量を検出し、これをセラミック基板の焼結状態の
監視情報とすることを特徴とするセラミック基板の焼結
状態監視方法。
【請求項２】請求項１におけるガラス量は、画像Ａにお
いて明るく検出され、かつ画像Ｂにおいて暗く検出され
た場所を金属部とし、画像Ｂにおいて暗く検出された場
所をパターン部とし、金属部全体を中に含む凸包の面積
がパターンの面積に占める割合で表すことを特徴とする
セラミック基板の焼結状態監視方法。
【請求項３】請求項１におけるガラス量は、画像Ａにお
いて明るく検出され、かつ画像Ｂにおいて暗く検出され
た場所を金属部とし、画像Ｂにおいて暗く検出された場
所をパターン部とし、金属部全体を中に含む凸包とパタ
ーン部の境界との距離の最大値で表すことを特徴とする
セラミック基板の焼結状態監視方法。
【請求項４】焼結後のセラミック基板を研磨し表面に露
出した金属面の向きをほぼ一様に揃える手段と、それら
の面の法線方向から照明／検出した画像Ａを得る手段
と、特定の方向にのみ振動している偏光の照明をし、そ
の照明光の振動方向と直交方向に振動している光のみを
検出した画像Ｂを得る手段と、画像Ａと画像Ｂからガラ
ス量を検出する画像処理手段からなることを特徴とする
セラミック基板の焼結状態監視装置。