JP2018059803A - 赤外線サーモグラフの評価用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器設計者が入手しやすい道具を用いて手軽に赤外線サーモグラフの狭い面積のピーク検出能力を定量的に把握することができる評価技術を提供する。【解決手段】赤外線サーモグラフの温度検出に係る性能を評価するための評価用部材であって、前記評価用部材は、複数の金属パターンを層として重ねた平板状の基板で構成され、前記基板の表面に形成され、赤外線サーモグラフと対峙する評価用パターンと、前記基板を加熱するためのヒータパターンと、を備えた、赤外線サーモグラフの評価用部材。【選択図】図９

Description

本発明は、赤外線放射を検出して温度を測定する機器の解像度を評価する技術に関する。

近年、電子部品を実装したプリント基板の検査のために赤外線サーモグラフを用いる方法が提案されている。赤外線サーモグラフは、対象物から出ている赤外線放射エネルギーを検出して、その温度分布を画像表示する技術である。

プリント基板への赤外線サーモグラフの提供例については特許文献１のような先行文献がある。特許文献１では、基板の温度分布を撮像して、該基板の良不良を判定する方法を開示する。

特開２００５−１１４５５３号公報

また、電子機器の設計プロセスにおいても、赤外線サーモグラフによってＰＣＢに実装した電子部品の温度を確認し、動作の安定性、安全性を確認することができる。

赤外線サーモグラフにおいて、赤外線画像の１画素に対応する被写体の大きさが各メーカーから公開されている。

例えば、図１３では、被写体２０３のＸμｍ四方が受光素子２０７の１画素２０７ａに対応している。尚、ここでは、便宜上、図１３のようにＸμｍ四方を１画素に拡大するレンズを“Ｘμｍレンズ”２０５と称する。

ところで、本発明者の知見によると、１画素の大きさと被写体２０３のピーク温度を検出可能な面積との間には乖離がみられる。すなわち、被写体２０３のＸμｍ四方の内側にピーク温度があったとしても、その周囲の温度の影響によって、実際のピーク温度よりも低い温度として検出される。

これは、赤外線サーモグラフの測定系全体における変調伝達関数（Modulation Transfer Function：略称ＭＴＦ）の影響であると考えられる。

このため、Ｘμｍレンズで被写体２０３のピーク温度を捉えるには、被写体２０３の高温部がＸμｍ四方の数倍の広さに及んでいる必要がある。尚、この広さは赤外線サーモグラフの性能に依存し、また、画像処理により低温部から高温部への遷移部分のピークを強調するような補正をかけている場合もある。

ところで、温度測定対象物としてのプリント基板は、部品の微細化により、測定すべき電子素子の高温部の面積がますます小さくなっている。

電子機器設計上のサーマルマネジメント過程においては、正確なピーク温度を捕捉することが必要であるが、そのためには先ず、使用する赤外線サーモグラフの狭い面積におけるピーク温度の検出能力を定量的に把握することが必要となる。

しかしながら、上述したように、１画素の大きさと被写体のピーク温度を検出可能な面積の乖離について、十分認識、対応がなされていないのが実情である。

また、赤外線サーモグラフの性能評価法としては、コリメータを用いた方法などがあるものの、評価装置自体が大掛りであり、扱いが簡単ではないという問題がある。

本発明は、電子機器設計者が入手しやすい道具を用いて手軽に赤外線サーモグラフの狭い面積のピーク検出能力を定量的に把握することができる評価技術を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、赤外線サーモグラフの温度検出に係る性能を評価するための評価用部材であって、前記評価用部材は、複数の金属パターンを層として重ねた平板状の基板で構成され、前記基板の表面に形成され、赤外線サーモグラフと対峙する評価用パターンと、前記基板を加熱するためのヒータパターンと、を備えた、赤外線サーモグラフの評価用部材が提供される。

ヒータパターンにより、基板を加熱することができるため、ホットプレートなどの別装置を用いなくても良い。

前記評価用部材は、さらに、前記評価用パターンを反転させた形態の反転パターンを備えても良い。

これにより、表裏で平均的放射率が基板面内で一様になる方向となるため、放射率違いによる面上の温度変化が生じにくくなる。

前記ヒータパターンは、前記評価用パターンと前記反転パターンとの間に配置された構成でも良い。

前記評価用部材は、さらに、前記ヒータパターンによる発熱を均熱化するための均熱化パターンを備える構成でも良い。

ヒータパターンのパターンによる熱の不均一を抑制することができる。

前記均熱化パターンは、前記評価用パターンと前記ヒータパターンとの間に配置された構成でも良い。

前記評価用パターンは、第１領域と、前記第１領域に隣接して形成された第２領域とを備え、前記第２領域は、前記第１領域よりも広く、前記評価用部材を加熱したときに放射される赤外線の量が、前記第１領域と前記第２領域とで異なるように構成されていても良い。

本発明によれば、赤外線サーモグラフの狭い面積のピーク検出能力を簡単に把握することができる。

本発明の第１の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材の一構成例を示す図であり、上図が平面図、下図が対応する断面図である。 図１の一部領域の詳細な構成例を示す平面図であり、パターンの配置等の詳細を示す図である。 赤外線サーモグラフの評価用部材のより具体的な構成例を示す平面図である。 本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材の製造方法の一例を示す図である。 本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システムの構成例を示す図であり、システムの一構成例を示す機能ブロック図である。 図５Ａに示す装置の構成図である。 評価用部材におけるパターンと測定結果として得られる温度プロファイルとの対応関係を示す図である。 赤外線サーモグラフの性能評価方法の処理の流れの一例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材を構成する第１層の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材を構成する第２層の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材を構成する第３層の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材を構成する第４層の構成例を示す図である。 図８に示す第１層から第４層までを配置した斜視図である。 図８に示す第１層から第４層までを順番に配置した断面図である。 本実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システムの一構成例を示す側面図であり、図５Ｂに対応する図である。 赤外線サーモグラフ測定システムによる測定結果の一例を示す図である。 受光素子と、レンズと、被写体との関係を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材、赤外線サーモグラフの性能評価方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材の一構成例を示す図であり、上図が平面図、下図が対応するＡ−Ａ線に沿う断面図である。

基板３１は、例えばアルミナセラミックからなり、左側の広い領域であるパターンＸに形成される露出部（開口パターン）３１ｂ等の領域及び右側の領域のうちパターン３１ｆ等で覆われていない領域（図１上図の網掛けのない領域）は、例えば基板表面が露出する領域であり、高温部（赤外線の高放射部）である。パターンＸのうち露出部以外の領域は、白金（Ｐｔ）等の薄膜金属により被膜されており、低温部（赤外線の低放射部、すなわち高放射部よりも放射される赤外線の量が少ない。）である。

尚、露出部３１ａから３１ｄまでは、基板３１表面が露出しており、高温部（赤外線の高放射部）である。パターン３１ｅから３１ｈまでは、パターンＸと同様に白金（Ｐｔ）の金属膜からなり、低温部（赤外線の低放射部）である。なお、高温部、低温部とは、赤外線の放射率の違いによって赤外線サーモグラフでその様に観測される領域を指している。実際の温度は、同一であったり、また、高温部が低く、低温部が高いということもあり得る。

基板３１は、加熱した際に赤外線サーモグラフにより高温に観測されるように、例えば、アルミナなどの熱伝導が良好で放射率の高い材料を用いることができる。その基板３１上の略半分の領域（図１の左側）に、放射率の低い薄膜金属による被膜（パターンＸ）が形成されている。この領域は、加熱しても高温に観測されない部分になっている（「ポジ領域３１ｘ」とも称する。）。

パターンＸは、その被膜の一部を、所定の数、大きさ、形状に抜いた部分を備えており、放射率の高いアルミナセラミックの基板３１表面が、パターンＸの中で部分的に露出している（露出部３１ａ〜３１ｄ）。

パターンＸが形成されていない側（右側）の領域（「ネガ領域３１ｙ」とも称する。）には、例えば、パターンＸと同様の薄膜金属の被膜によりパターン部（薄膜金属による被覆部）３１ｅ〜３１ｈまでが形成されている。ポジ領域３１ｘとネガ領域３１ｙは、金属皮膜のパターンが反転している。特に露出部３１ａ〜３１ｄとパターン部３１ｅ〜３１ｈとは、線対称となるように配置されている。パターンＸの側辺又はその近傍の平行線をその対称軸としている。

図２は、図１の一部領域の詳細な構成例を示す平面図であり、パターンの配置等の詳細を示す図である。図２において、例えば、ポジ領域３１ｘにおける露出部（３１ａ等）を第１領域Ｒ１ａと定義する。また、例えば、幅ｙ１で示される露出部（３１ａ等）に隣接する領域を第２領域Ｒ２ａと定義する。あるいは、例えば、ネガ領域３１ｙにおけるパターン部（３１ｅ等）を第１領域Ｒ１ｂと定義する。また、例えば、幅ｙ１で示されるパターン部（３１ｅ等）に隣接する領域を第３領域Ｒ２ｂと定義する。このように、意図的にある形状を設けた領域を第１領域、それに隣接する領域を第２領域とする。ｘ２、ｙ２等に関しても同様に、第１の領域、第２の領域が定義できる。

図２に示すように、例えば、露出部３１ａも露出部３１ｂも、いずれも正方形又はそれに近い形状であり、例えば、以下の関係を有する。パターンＸの側辺をＪ、Ｌとし、上辺をＫとする。ｘ１、ｘ２は、露出部３１ａ、３１ｂ、パターン部３１ｅ、３１ｆの上辺Ｋに沿った幅、ｙ１、ｙ２は、露出部３１ａ、３１ｂ、パターン部３１ｅ、３１ｆの側辺Ｊに沿った長さである。ｚは、側辺に沿ったパターン間隔である。
１） ｙ１＝ｗ・ｘ１
２） ｙ２＝ｗ・ｘ２
３） ｚ＝ｖ・ｘ２
４） ｘ２＞ｘ１
５）上辺Ｋと、上辺Ｋに最も近い露出部（図２では露出部３１ａ）との距離は、露出部３１ａと側辺Ｊとの距離（図２ではｙ１）以上とする。
６）側辺Ｌと、側辺Ｌに最も近い露出部（図２では露出部３１ｂ）との距離は、露出部３１ｂと側辺Ｊとの距離（図２ではｙ２）以上とする。
７）ネガ領域３１ｙのパターン３１ｅ、３１ｆの配置は、露出部３１ａ、露出部３１ｂの、側辺Ｊに関する線対称となる位置に設けられている。

ｘ１とｘ２のサイズの一例としては、ｘ１＝２５μｍ、ｘ２＝５０μｍである。

また、ｖ，ｗは、金属膜の形状によって干渉を避け、赤外線サーモグラフの分解能を測定するのに適した値を設定するのが好ましい。尚、干渉とは、赤外線サーモグラフで温度測定した場合に、ｙ１が十分確保されないことにより、露出部３１ａと側辺Ｊとの間における金属膜部分の検出温度ディップが実際の温度よりも高く検出されたり、パターン部３１ｅと側辺Ｊとの間のアルミナ部分の検出温度ピークが実際の温度よりも低く検出されたりすることを指す。上辺Ｋや側辺Ｌとの関係においても同様に、ある程度の間隔をとることが好ましい。

また、ｙ１やｙ２が大きすぎた場合には、撮像している機器自体の映り込み等の影響により、正確な温度測定ができないおそれがある。

以上の点をふまえ、ｖ，ｗは、３〜６の範囲で設定するとよい。好適にはｖ＝５、ｗ＝５である。

このように、第２領域Ｒ２ａ、Ｒ２ｂは、第１領域Ｒ１ａ、Ｒ１ｂよりも広く、評価用部材を加熱したときに放射される赤外線の量が、第１領域Ｒ１ａ、Ｒ１ｂと第２領域Ｒ２ａ、Ｒ２ｂとで異なるようにしている。

露出部３１ａ、３１ｂ、パターン部３１ｅ、３１ｆのそれぞれの間の距離ｚは、露出部３１ａ、３１ｂまたはパターン部３１ｅ、３１ｆのうち大きい方のサイズにより決まる。例えば、図２の例では、露出部３１ｂ＞露出部３１ａであるため、露出部３１ａと露出部３１ｂとの距離ｚ＝ｗ・ｘ２と設定される。あるいは、距離ｚ≧ｗ・ｘ２としてもよい。

抜き形状（露出部）３１ａ、３１ｂ、あるいは、パターンの形状３１ｅ、３１ｆが正方形以外の場合、例えば図１の露出部３１ｃ、３１ｄ、パターン３１ｇ，３１ｈで示すように、円形の場合は、ｘ１、ｘ２はその直径とし、三角形の場合は１辺の長さ、五角形の場合は対角線の長さのように、実効的なサイズを簡単に表すような値を設定すると良い。

なお、以下において、露出部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄと、パターン３１ｅ、３１ｆ、３１ｇ、３１ｈ等を総称して、ドット状パターンと称する。

ドット状パターンは、図２あるいは後述する図３のように大きさを異ならせて複数形成しておくと良い。

また、本実施の形態では、図２に示すように、第１領域Ｒ１ａおよび第２領域Ｒ２ａからなる形状と線対称であり、且つ、これらと赤外線の放射が反転するように形成された反転領域（ネガ領域）Ｒ２ｂ、Ｒ１ｂを有するようにしている。

或いは、図２において、第１領域Ｒ１ａ、第２領域Ｒ２ａ、第３領域Ｒ２ｂと定義し直した場合に、以下の関係を有するようにしても良い。

第３領域Ｒ２ｂは、第１領域Ｒ１ａよりも広く、評価用部材を加熱したときに放射される赤外線の量が、第１領域と第３領域とでは略同一であり、第２領域はこれらと異なるように構成されている。

図３は、赤外線サーモグラフの評価用部材のより具体的な構成例を示す平面図である。 図３に示すように、アルミナからなる基板３１に所定のパターンの金属膜４１を形成する。図３において斜線の部分に金属膜が形成されている。

ポジ領域３１ｘ−１とネガ領域３１ｙ−１の複数のドット状パターンは例えば四角形である。ドットパターン１ａ、１ｂ、…と１ｆ、１ｇ、…とは、それぞれ線対称に配置され、サイズの大きさに応じて、一対のドットパターン１ａ−１ｅ、１ｂ−１ｆ間の距離も大きくなっている。

一方、ポジ領域３１ｘ−２とネガ領域３１ｙ−２の複数のドット状パターンは例えば円形である。パターン等の位置関係等は、上記のものと同じである。

一枚の基板３１上に形状の異なるドット状パターンを形成することで、形状による温度測定精度の違いを評価することができ、より精密な性能評価が可能となる。

また、図３に示すように、大きさの異なるパターンを多種類形成しておくことで、どの程度の大きさまで正確な温度測定が可能か評価することが容易となる。

より具体的には、例えば、最も小さいドット状パターンの、一辺又は直径を２５μｍとし、次いで、５０μｍ、７５μｍ、…のように、２５μｍずつ、あるいは５０μｍずつ大きくしている。パターンのサイズ及び倍率は例示であり、これに限定されない。

このように、様々なサイズ、形状のパターンを形成しておくと、赤外線サーモグラフの性能評価を行うのに好適である。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明を行う。図４は、本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材の製造方法の一例を示す図である。

まず、図４（ａ）に示すように、例えば、アルミナ９９．５％のセラミックからなる高い熱伝導率を有する基板３１を準備する。基板３１の表面にフォトレジスト３３を塗布する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト３３を、露光現像し、第１の実施の形態で例示したような形状のパターニング（例えば、パターン５１ａから５１ｄ）を行う。

次いで、図４（ｃ）に示すように、スパッタリング法などによって、パターン５１ａから５１ｄを覆うように、例えばＰｔ等からなる金属膜３５を堆積する。金属膜３５の厚さは例えば２００ｎｍ程度である。

次いで、図４（ｄ）に示すように、レジスト膜によるパターン５１ａから５１ｄを除去することにより、金属膜によるパターンＸやパターン３１ｆ等が形成された評価用部材が完成する。パターン３１ｂは、基板面が露出する露出部（開口パターン）である。

基板３１としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ガラスエポキシ、ガラス等の基板が利用できる。

金属膜３５は、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ，Ｚｎなどの金属や、はんだ、真鍮、インコネル、ニクロム、ステンレス等の合金が利用できる。

また、基板３１として金属の板を用い、これに黒体塗料などによるパターンを形成してもよい。この場合、金属の基板の露出部は低温部（赤外線の低放射部）となり、黒体塗料が形成された部分は高温部（赤外線の高放射部）となる。

なお、基板表面に形成する金属膜又は黒体塗料の厚みによって、基板表面と段差が生じる場合は、撮像する際のフォーカス等の影響で測定誤差につながることがある。よって、このような段差が生じにくい、スパッタリング等による金属薄膜を形成することが好適である。

以上のように、本実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材の製造方法によれば、第１の実施の形態に示されるような赤外線サーモグラフの評価用部材を簡単に製造することができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態による赤外線サーモグラフについて説明する。
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システムの構成例を示す図である。図５Ａは、システムの一構成例を示す機能ブロック図であり、図５Ｂは、装置の構成図である。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、赤外線サーモグラフシステムは、光学測定系Ａと、温度制御系Ｂとを有する。光学測定系Ａは、赤外線サーモグラフ装置１と、データ処理部２１とを有する。温度制御系Ｂは、加熱手段１１、温度コントロール部１２、温度検出部１３を有する。赤外線サーモグラフ装置１は、測定対象から放射される光を集光する拡大レンズ３、集光された光から赤外線を検知するマイクロボロメータアレイなどの受光素子を含む赤外線検出部５、検知された赤外線のエネルギーを温度に換算する処理等を行う信号処理部７、出力部９を有する。赤外線検出部５はセンサにより赤外線を検出する部分であり、信号処理部７は赤外線の検出信号を電気信号に変換する。内部でフィルタ処理等の演算を行い温度分布情報にするように構成しても良い。出力部９は、信号処理部７で処理した信号、すなわち、温度に基づいて生成した赤外線熱画像を表示等する。

データ処理部２１は、外付けのＰＣ等であり、赤外線サーモグラフ装置１から出力されたデータを蓄積して、外部でフィルタ処理を行ったり、空間的、時間的にデータ処理を行う。

図５Ｂに示すように、加熱手段１１により、本実施の形態によるパターンが形成された評価用部材１７（上述の基板３１）を測定する。

加熱手段（ホットプレート）１１は温度コントロール部１２によって設定された温度に制御管理される。また、加熱手段１１は、前後左右に移動可能に構成される（機構は公知の構造のため図示を省略する）。加熱手段１１には評価用部材１７（基板３１）が載置される。

赤外線カメラ１およびデータ処理部２１を有する赤外線サーモグラフは、評価用部材１７から放射される光を拡大レンズ３を通じて集光し、マイクロボロメータアレイ等の受光素子によって赤外線を検知する。そして、検知された赤外線のエネルギーを、温度を示すデータとして出力したり、温度分布を色識別可能な画像として出力する機能を備える。

赤外線カメラ１により撮像可能なエリア１７ａが限定されている場合は、加熱手段１１を移動させて評価用部材１７の温度分布を測定する。
以上の構成により、評価用部材１７の温度分布を測定することができる。

（実施例１）
以下に、具体的な評価用部材による赤外線サーモグラフの検出能力評価処理の実施例について説明する。図６は、評価用部材におけるパターンと、測定結果として得られる温度プロファイルの対応関係を示す図である。図に示されている寸法は、例示である。

第１の実施の形態において説明した評価用部材と同様に、図６（ａ）に示す評価用部材において、例えば、露出部３１ｂの領域を第１の領域Ｒ１ａとし、この第１の領域Ｒ１ａに隣接し、第１の領域Ｒ１ａの端部から側辺Ｊまでの領域を第２の領域Ｒ２ａと称する。

あるいは、パターン部３１ｆの領域を第１の領域Ｒ１ｂとし、この第１の領域Ｒ１ｂに隣接し、第１の領域Ｒ１ｂの端部から側辺Ｊまでの領域を第２の領域Ｒ２ｂと称する。

図２で説明したように、本実施の形態による評価用部材は、第１領域Ｒ１ａまたはＲ１ｂ（露出部３１ｂ、パターン部３１ｆ）と、第１領域Ｒ１ａまたはＲ１ｂに隣接して形成された第２領域Ｒ２ａまたはＲ２ｂとを備えている。そして、第２領域Ｒ２ａまたはＲ２ｂは、第１領域Ｒ１ａまたはＲ１ｂよりも広く、評価用部材を加熱したときに放射される赤外線の量が、第１領域と第２領域とで異なるように構成されている。

領域の広さは、図２でも説明したように、領域の幅あるいは長さによって規定することができる。

まず、評価用部材Ｙを加熱し、図５Ａ、図５Ｂに示す赤外線サーモグラフによって温度分布を測定し、図６（ａ）のＡ−Ａ’（パターン３１ａ、３１ｅを横切る線に沿う）、Ｂ−Ｂ’（パターン３１ｂ、３１ｆを横切る線に沿う）、Ｃ−Ｃ’（パターン３１ｃ、３１ｇを横切る線に沿う）における温度分布をそれぞれ確認した場合の例を概念的に説明する。

各温度プロファイルにおいて、説明をわかりやすくするために、プロファイルのエッジを角にして描いている。実際には丸みを帯びて観測される。

評価用部材Ｙにおいて、実際には、ネガ領域３１ｙの基板露出部分と、ポジ領域３１ｘの基板露出部分は同じ温度（赤外線放射）のはずである。同様に、ポジ領域３１ｘの金属膜部分と、ネガ領域３１ｙの金属膜部分は同じ温度（赤外線放射）のはずである。

図６（ｂ）に示すＡ−Ａ’温度プロファイルによれば、赤外線の低放射率の領域であるパターンＸにおいては、符号１００ｃ、１００ｄで示すように低温が検出される。符号１００ｄにおいては、側辺Ｊから四角形の抜き部分までの距離が十分にとられているため、１００ｃと同じ温度として検出される。

また、アルミナが露出した赤外線の高放射率の領域においては、符号１００ｆ、１００ｅで示すように高温が検出される。

一方、ドット状パターン部分に注目してみると、１００ａにおいてはピークが表れているものの、１００ｅ、１００ｆの温度まで達していない。また、１００ｂにおいてディップが表れているものの、１００ｃ、１００ｄの低温までは達していない。

すなわち、本実施例（ｂ）における赤外線サーモグラフでは、一辺を７５μｍとするエリアにおいて温度のピーク、ディップ共に検出できないということになる。これは前述のとおり、変調伝達関数などの影響と考えられる。

同様に、図６（ｃ）のＢ−Ｂ’プロファイルを評価すると、一辺を１００μｍとする領域において、１０１ａのようにピークを検出することができる。しかしながら、１０１ｂにおいて１０１ｃ、１０１ｄまで達していないため、ディップは検出できないことがわかる。

同様に、図６（ｄ）のＣ−Ｃ’プロファイルを評価すると、一辺を１２５μｍとする領域では、ピーク、ディップともに検出することができている。

以上の結果より、本実施例による赤外線サーモグラフの温度検測能力は、一辺を１２５μｍとする領域においては正確なピーク温度、ディップ温度の測定ができると考えられる。

しかしながら、例えば、この赤外線サーモグラフを使って、ホットスポットがφ２５μｍのエリアで生じるような回路基板の熱分布を評価しようとすると、当該ホットスポットの温度が実際の温度よりも低い温度として観測されることになる。従って、正確な温度評価ができないということになる。

以上のように、ホットプレートでこの評価用部材を加熱してラインプロファイルを取得し、評価すれば、赤外線サーモグラフのピーク温度、ディップ温度の検出能力、即ち、どの程度の大きさ或いは範囲で生じた発熱であれば正確な温度測定が可能かを、上記のようにして確認することができる。

図７は、赤外線サーモグラフの性能評価方法の処理の流れの一例を示す図である。まず、ステップＳ１において処理が開始され（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ２において、図６に示すような評価用部材を準備する。次いで、ステップＳ３において、評価部材の加熱および赤外線カメラ１で撮像を行い、ステップＳ４において、第１の領域と第３の領域との温度のピーク又はディップの比較を行う。あるいは、第１領域において測定された温度と、加熱手段の設定温度を比較するようにしてもよい。

評価用部材は、前述のとおり、ドット状パターンは、隣接する露出部または金属膜と相互に緩衝しない様に、使用するレンズに応じて必要な距離を隔てて配置している。ドット状パターンが近すぎると互いに干渉し、正しい温度振幅が測定できず、また、遠すぎるとレンズの位置毎の分解能の違いやフォーカスの違いの影響により正しい測定ができない。

また、ドット状パターンに対し、赤外線サーモグラフの近接した同一視野内に入るように、隣接して十分に面積の広いセラミックの素体露出部分と金属薄膜部分を設けた事によって、ピーク又はディップ温度が検出できるかどうかを判別することができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態による赤外線サーモグラフについて説明する。
上記の第１から第３までの各実施の形態においては、評価用パターンを加熱するためにホットプレートを用いた例を示した。

図８Ａから図８Ｄまでは、本発明の第４の実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材Ｘを構成する第１層から第４層までの、複数の金属パターンを層として重ねた平板状の基板の各構成例を示す図である。実施例１の基板３１に相当する部位であり、上図が平面図、下図が対応する、それぞれ第１層から第４層までのＡ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線、Ｄ−Ｄ’線に沿う断面図であって、金属パターンの形状を示す断面図である。

なお、本明細書においては、第１層から第４層までを、それぞれに形成されたパターンＰｘにより、「Ｐｘパターン」と称することがある。

図９は、図８に示す第１層から第４層の配置を示す分解斜視図であり、図１０は、図８に示す第１層から第４層を積層した断面図である。図９では、各層を離して示しているが、実際には、赤外線サーモグラフの評価用部材は、図１０のような積層構造（３００、４００、５００、６００）である。

基板は、例えば、エポキシ樹脂などの樹脂製の基板により構成することが可能である。金属パターンは、例えば、Ｃｕなどにより形成することが可能である。製造工程としては、図４に示した方法と同様の方法を用いることもできる。また、銅箔が形成された樹脂製基板を用いてエッチングによりパターニングしてもよい。

基板材質はＦＲ４など比較的熱伝導率の低い安価なものが使用できるが、パターン形成寸法に下限がある。例えばＬＴＣＣの多層基板などを用いれば、スパッタリングにより、１０μｍ程度のパターニングも可能である。従って、高拡大率のレンズのピーク検出能力測定用には、ＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）などの無機基板を使用することも有効である。

なお、Ａ−Ａ’線に沿う方向が、温度プロファイルを得るための走査方向に沿うラインである。

（第１層について）
図８Ａに示す第１層３００は、基板３０１と、基板３０１上に形成され赤外線サーモグラフと対峙する金属製の評価用パターン３１１とを有する。
図８Ａの左側から順番に、基板３０１の表面が露出した領域３１１ｘ−１と、露出部３０１ａ、３０１ｂ等が形成された領域３１１ｙ−１と、領域３１１ｙ−１に形成されたパターンを反転させたパターンであり、露出部３０１ａ、３０１ｂとネガ・ポジの関係となるパターン３０１ｅ、３０１ｆ等を有する領域３１１ｘ−２と、樹脂基板３０１の表面が金属層により覆われた領域３１１ｙ−２と、を有している。このように、第１層３００では、領域３１１ｘ−１・領域３１１ｙ−１と、領域３１１ｘ−２・領域３１１ｙ−２とが、放射率の異なるネガとポジの関係で作られている。例えば、それぞれ図１、図３等のポジ・ネガ領域にそれぞれ対応する。このような金属層は、Ｃｕにより形成されており、Ｃｕの金属層の表面には、酸化防止のためＡｕのめっき処理が施されている。本実施例では金属層の厚みは約７０μｍとしており、これより薄くてもよい。赤外線サーモグラフで表面温度をより正確に測定するためには、基板３０１の表面ができるだけ平坦になるように、金属層は薄く形成することが好ましい。

この第１層３００は、基板３０１の左右パターンが放射率の異なるネガとポジの関係で作られており、評価用部材のベース層ということができる。

（第２層について）
図８Ｂに示す第２層４００は、基板４０１と、基板４０１上に形成され、評価用パターン３１１に依存しない形状であり、基板４０１上を覆う金属層４１１とを有する。第２層４００は、ヒートスプレッダ（熱拡散、熱均一化）機能を有する層であり、後述する第３層のヒータパターンによる発熱の面内均一性を向上させる機能を有する。第２層４００は任意に設けることができるが、一般的に奇数層のプリント基板は作りづらいことが多いため、４層構成として、内層１層をヒータパターン（第３層）に、内層のもう一層をヒートスプレッダ（第２層）として使用することもできる。

（第３層について）
第３層は、第１層のパターンを加熱するためのヒータパターンを有する。
すなわち、第３層５００は、基板５０１上に、通電により発熱するヒータパターンであって、例えば、温度プロファイルを得るための走査方向に沿う方向に長く延在する発熱体からなる線状の部材（ヒータパターン）５０３が形成されている。この線状の部材５０３は、蛇行状に形成され、温度プロファイルを得るための走査方向に沿うように、長く延在していることが好ましい。このようにすることで、ラインプロファイル取得ライン方向の温度の均一化を図ることができる。

（第４層について）
図８Ｄに示す第４層６００は、基板６０１と、基板６０１上に形成され、第１層３００に形成された金属層に対応して形成されたパターンとを有する。図８Ｄに示す第４層６００は、任意に設けることができる。

図８Ｄの左側から順番に、基板６０１の表面が金属層により覆われた領域６１１ｘ−１と、図８Ａの領域３１１ｙ−１を反転させたパターンであり、パターン６０１ａ、６０１ｂ等を有する領域６１１ｙ−１と、領域３１１ｘ−２を反転させたパターンであり、露出部６０１ｅ、６０１ｆを有する領域６１１ｘ−２と、樹脂基板６０１の表面が露出した領域６１１ｙ−２と、を有している。領域６１１ｘ−１・領域６１１ｙ−１と領域６１１ｘ−２・領域６１１ｙ−２とが、パターン形状においてネガ・ポジの関係になっている。領域６１１ｙ−１と領域６１１ｘ−２とが、それぞれ図１、図３等のポジ・ネガ領域にそれぞれ対応したパターン形状になっている。

また、第４層は、第１層のパターンと比べて、そのパターンがポジ・ネガ反転された反転パターンになっている。

このように構成することにより、第１層と第４層とを積層したときに、表裏で平均的放射率が基板面内のどの位置でも一様になるように構成されるため、面内における放射率違いに依存する面上の温度変化が生じにくくなるという利点がある。

尚、上記の赤外線サーモグラフの評価用部材においては、ホットプレートの利用が必須ではないという利点がある。

また、第２層、第４層の少なくともいずれか一方を設けることで、第１層の評価用パターンに対して単に第３層のヒータパターンを設けた場合と比べて温度を一様にすることができる。

（評価用の測定系と評価結果の一例）
図１１は、本実施の形態による赤外線サーモグラフ測定システム７０１の一構成例を示す側面図であり、図５Ｂに対応する図である。スペーサ７１１上に、本実施の形態による赤外線サーモグラフの評価用部材Ｘを載せている。そして、ピーク検出能力を測定したい赤外線サーモグラフ装置１は，ジグ基板Ｘの正面に配置せず、基板Ｘの法線に対し１０度傾けて配置した。これは、放射率が低い部分に赤外線サーモグラフが映り込むのを防ぐためである。

本実験で使用した赤外線サーモグラフのＩＦＯＶ(Instantaneous Field Of View : 1ピクセルあたりの視野角)は３．１mradであり，ジグ基板Ｘから拡大レンズ３までの距離は，温度を精度よく測定できる最小値の０．５ｍとした。従って、１ピクセルに相当するジグＸ上の距離は計算上、１．５５ｍｍとなる。実測では、１．５ｍｍであった。

図１２に測定結果の一例を示す。図１１に示す赤外線サーモグラフでピーク温度を測定するためには、高温部分が最小８ｍｍ角程度必要であることがわかる。

これは、１ピクセルに相当するジグＸ上の長さである１．５ｍｍの５．３倍に相当する。

また、ディップ温度を測定するためには、低温部分が最小１０ｍｍ角程度必要であるこがわかる。これは６．７ピクセルに相当する。

以上の結果から、本実施の形態において使用した赤外線サーモグラフでピークあるいはディップを検出するために必要な最小面積をピクセル数で表わすと、一辺５〜７ピクセルの正方形に相当することがわかった。

このように、本実施の形態によれば、赤外線サーモグラフのピーク、ディップ温度検出能力を簡単に推定できるジグ基板を得ることができた。

尚、図２で説明したように、例えば、ポジ領域３１ｘにおける露出部（３１ａ等）を第１領域Ｒ１ａと定義する。また、例えば、幅ｙ１で示される露出部（３１ａ等）に隣接する領域を第２領域Ｒ２ａと定義する。あるいは、例えば、ネガ領域３１ｙにおけるパターン部（３１ｅ等）を第１領域Ｒ１ｂと定義する。このように、意図的にある形状を設けた領域を第１領域、それに隣接する領域を第２領域とする。ｘ２、ｙ２等に関しても同様に、第１の領域、第２の領域が定義できる。

すると、本実施の形態における評価用部材においても、第１領域と、第１領域に隣接して形成された第２領域とを備え、第２領域は、第１領域よりも広く、評価用部材を加熱したときに放射される赤外線の量が、前記第１領域と前記第２領域とで異なるように構成することができる。尚、領域の広さは、図２でも説明したように、領域の幅あるいは長さによって規定することができる。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、赤外線サーモグラフの分解能評価方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、当該プログラムを記録する記録媒体であっても良い。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、赤外線サーモグラフィの評価装置として利用可能である。

１…赤外線サーモグラフ装置（赤外線カメラ）
３…拡大レンズ、５…赤外線検出部
７…信号処理部
９…出力部
１１…加熱手段
１２…温度コントロール部
１３…温度検出部
１７…評価用部材
２１…データ処理部
３１…基板
３１ａ〜３１ｄ…露出部（パターン）
３１ｅ〜３１ｈ…パターン
３１ｘ…ポジ領域
３１ｙ…ネガ領域
３００…第１層
３０１…基板
３０１ａ、３０１ｂ…パターン
３０１ｅ３０１ｆ…反転パターン
４００…第２層
４０１…基板
４１１…金属層
５００…第３層
５０１…基板
５０３…線状の部材
６００…第４層
６０１…基板
６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｅ、６０１ｆ…反転パターン
７０１…赤外線サーモグラフ装置
Ｒ１ａ…第１領域
Ｒ２ａ…第２領域
Ｒ２ｂ…第３領域
Ｘ…赤外線サーモグラフの評価用部材。

Claims (6)

1. 赤外線サーモグラフの温度検出に係る性能を評価するための評価用部材であって、
   前記評価用部材は、複数の金属パターンを層として重ねた平板状の基板で構成され、
   前記基板の表面に形成され、赤外線サーモグラフと対峙する評価用パターンと、
   前記基板を加熱するためのヒータパターンと、
   を備えた、赤外線サーモグラフの評価用部材。
2. 前記評価用部材は、
   さらに、前記評価用パターンを反転させた形態の反転パターンを備える
   請求項１に記載の赤外線サーモグラフの評価用部材。
3. 前記ヒータパターンは、
   前記評価用パターンと前記反転パターンとの間に配置された
   請求項２に記載の赤外線サーモグラフの評価用部材。
4. 前記評価用部材は、
   さらに、前記ヒータパターンによる発熱を均熱化するための均熱化パターンを備える
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの評価用部材。
5. 前記均熱化パターンは、
   前記評価用パターンと前記ヒータパターンとの間に配置された
   請求項４に記載の赤外線サーモグラフの評価用部材。
6. 前記評価用パターンは、
   第１領域と、前記第１領域に隣接して形成された第２領域とを備え、
   前記第２領域は、前記第１領域よりも広く、
   前記評価用部材を加熱したときに放射される赤外線の量が、前記第１領域と前記第２領域とで異なるように構成されている
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の赤外線サーモグラフの評価用部材。
   

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