JP3183935B2 - 基板の形状不整測定方法 - Google Patents
基板の形状不整測定方法Info
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- JP3183935B2 JP3183935B2 JP06145392A JP6145392A JP3183935B2 JP 3183935 B2 JP3183935 B2 JP 3183935B2 JP 06145392 A JP06145392 A JP 06145392A JP 6145392 A JP6145392 A JP 6145392A JP 3183935 B2 JP3183935 B2 JP 3183935B2
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- Japan
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックス製などの
基板における反りやうねり等のマクロな形状不整を測定
する方法に関し、さらに詳しくは、短時間に多くの基板
の形状不整を測定することができる基板の形状不整測定
方法に関する。
基板における反りやうねり等のマクロな形状不整を測定
する方法に関し、さらに詳しくは、短時間に多くの基板
の形状不整を測定することができる基板の形状不整測定
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】様々な電子部品が搭載される基板は、表
面が平坦であり、反りやうねりなどの著しい形状不整が
ないことが要求される。従来、このような基板の形状不
整の測定は、定盤のような水平かつ平坦な面上に基板を
置き、基板上の点数個所の高さを光学的手段やレーザー
などによって計測するといった方法で行われてきた。
面が平坦であり、反りやうねりなどの著しい形状不整が
ないことが要求される。従来、このような基板の形状不
整の測定は、定盤のような水平かつ平坦な面上に基板を
置き、基板上の点数個所の高さを光学的手段やレーザー
などによって計測するといった方法で行われてきた。
【０００３】しかしながら、上記従来の形状不整の測定
方法によると、１回の測定で１個所しか測定することが
できなかったため、通常９か所以上はあるといわれる１
つの基板における形状不整個所を測定するためには、必
要回数だけ上記測定を繰り返し行わなければならなかっ
た。そのため、１枚の基板の形状不整を測定するのに長
い時間を要するという問題点があった。
方法によると、１回の測定で１個所しか測定することが
できなかったため、通常９か所以上はあるといわれる１
つの基板における形状不整個所を測定するためには、必
要回数だけ上記測定を繰り返し行わなければならなかっ
た。そのため、１枚の基板の形状不整を測定するのに長
い時間を要するという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述従来の
技術の問題点を解決し、基板における反りやうねりなど
のマクロ的な形状不整を、短時間で測定することができ
る基板の形状不整測定方法を提供することを目的とす
る。
技術の問題点を解決し、基板における反りやうねりなど
のマクロ的な形状不整を、短時間で測定することができ
る基板の形状不整測定方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、基板に生じたうねり
や反り等のマクロ的な形状不整が、基板内における熱伝
導性に影響を及ぼすことを見い出し、本発明を提出する
ことができた。
を達成するため鋭意研究した結果、基板に生じたうねり
や反り等のマクロ的な形状不整が、基板内における熱伝
導性に影響を及ぼすことを見い出し、本発明を提出する
ことができた。
【０００６】 すなわち、本発明は、被測定物の放射熱
エネルギー量と予め測定した放射率とから被測定物の表
面温度を算定する赤外線サーモグラフィーによってセラ
ミックス基板の温度分布を求めることにより、該セラミ
ックス基板の形状不整を測定する方法であって、平坦な
主面を有する金属板を一定温度に均一に加熱又は冷却
し、この金属板の主面上に常温にある前記セラミックス
基板を静置して金属板とセラミックス基板との間で熱移
動を行わせた後、前記赤外線サーモグラフィーにより、
セラミックス基板の測定中心温度、測定温度範囲および
階調について、セラミックス基板内における温度差が最
も見やすい測定条件を求め、該測定条件のもとに、再度
前記金属板と前記セラミックス基板間の前記熱移動を行
わせて前記セラミックス基板の温度分布を測定すること
を特徴とする基板の形状不整測定方法を提供するもので
ある。
エネルギー量と予め測定した放射率とから被測定物の表
面温度を算定する赤外線サーモグラフィーによってセラ
ミックス基板の温度分布を求めることにより、該セラミ
ックス基板の形状不整を測定する方法であって、平坦な
主面を有する金属板を一定温度に均一に加熱又は冷却
し、この金属板の主面上に常温にある前記セラミックス
基板を静置して金属板とセラミックス基板との間で熱移
動を行わせた後、前記赤外線サーモグラフィーにより、
セラミックス基板の測定中心温度、測定温度範囲および
階調について、セラミックス基板内における温度差が最
も見やすい測定条件を求め、該測定条件のもとに、再度
前記金属板と前記セラミックス基板間の前記熱移動を行
わせて前記セラミックス基板の温度分布を測定すること
を特徴とする基板の形状不整測定方法を提供するもので
ある。
【０００７】
【作用】本発明法は、基板における平面部と形状不整部
とでは、熱伝導性が異なることを利用しており、まず一
定温度に均一に加熱あるいは冷却した金属板の平坦な主
面上に基板を静置することにより、基板と金属板との間
で熱移動を行わせ、基板における形状不整部と平面部と
の間に温度差を生じさせる。例えば、図２に示すよう
に、均一に冷却した金属板１の上にアルミナセラミック
ス基板６を静置すると、平坦部７は金属板１と接するた
めに熱伝導性が良く低温になる。一方、形状不整部８は
金属板１と接しないために熱伝導性が悪く高温になる。
これは、空気の熱伝達率がセラミックスの熱伝達率に比
べて小さいためである。なお、空気の熱伝達率と同一の
熱伝達率を有する材料からなる基板の場合は、所定のガ
ス雰囲気下で上記操作を行えば良い。
とでは、熱伝導性が異なることを利用しており、まず一
定温度に均一に加熱あるいは冷却した金属板の平坦な主
面上に基板を静置することにより、基板と金属板との間
で熱移動を行わせ、基板における形状不整部と平面部と
の間に温度差を生じさせる。例えば、図２に示すよう
に、均一に冷却した金属板１の上にアルミナセラミック
ス基板６を静置すると、平坦部７は金属板１と接するた
めに熱伝導性が良く低温になる。一方、形状不整部８は
金属板１と接しないために熱伝導性が悪く高温になる。
これは、空気の熱伝達率がセラミックスの熱伝達率に比
べて小さいためである。なお、空気の熱伝達率と同一の
熱伝達率を有する材料からなる基板の場合は、所定のガ
ス雰囲気下で上記操作を行えば良い。
【０００８】次に、赤外線サーモグラフィーを用いて基
板の温度分布を測定することにより、基板における形状
不整分布を求める。本発明において赤外線サーモグラフ
ィーを用いる理由は、全ての固体表面はその温度に応じ
て赤外線を主体とする熱放射線を発散し、また発散され
る熱放射線は、所定の波長に分布するという性質を有す
るためである。これは、赤外線を主体とする熱放射線を
照射すると固体表面の原子や分子は励起状態となり、そ
の状態から任意に低いエネルギー状態へ戻る際にエネル
ギーが電磁場の形で発散され、また原子や分子中の振
動、回転および電子の分布状態はそれぞれ異なるため所
定の波長に分布するのである。
板の温度分布を測定することにより、基板における形状
不整分布を求める。本発明において赤外線サーモグラフ
ィーを用いる理由は、全ての固体表面はその温度に応じ
て赤外線を主体とする熱放射線を発散し、また発散され
る熱放射線は、所定の波長に分布するという性質を有す
るためである。これは、赤外線を主体とする熱放射線を
照射すると固体表面の原子や分子は励起状態となり、そ
の状態から任意に低いエネルギー状態へ戻る際にエネル
ギーが電磁場の形で発散され、また原子や分子中の振
動、回転および電子の分布状態はそれぞれ異なるため所
定の波長に分布するのである。
【０００９】例えば、投射した熱放射線を全部吸収して
しまう理想的な物体を考え（以下、黒体と呼ぶ）、黒体
がある温度Ｔ（Ｋ）にあるとき、その単位面積から単位
時間に発散する波長λとλ＋ｄλ間の熱放射エネルギー
量Ｅλｄλは、プランクの分布則(Planck's distributi
on law) により明らかになる。ｈ＝6.6256×10-34 Ｊ・
Ｓをプランクの定数、ｃ＝ 2.99793×108 ｍ／ｓを光の
速度、λを波長（ｍ）、ｋ＝ 1.38054×10-23 Ｊ／Ｋを
ボルツマン定数とすると上述の式は化１で与えられ、こ
の式を線図で表したものが図６である。図６からもわか
るように、高温になるほど発散強度の極大を示す位置が
波長の短いほうに移っていく。
しまう理想的な物体を考え（以下、黒体と呼ぶ）、黒体
がある温度Ｔ（Ｋ）にあるとき、その単位面積から単位
時間に発散する波長λとλ＋ｄλ間の熱放射エネルギー
量Ｅλｄλは、プランクの分布則(Planck's distributi
on law) により明らかになる。ｈ＝6.6256×10-34 Ｊ・
Ｓをプランクの定数、ｃ＝ 2.99793×108 ｍ／ｓを光の
速度、λを波長（ｍ）、ｋ＝ 1.38054×10-23 Ｊ／Ｋを
ボルツマン定数とすると上述の式は化１で与えられ、こ
の式を線図で表したものが図６である。図６からもわか
るように、高温になるほど発散強度の極大を示す位置が
波長の短いほうに移っていく。
【００１０】
【化１】 黒体の単位面積あたり単位時間に発散するエネルギーの
全量Ｅは図３における所与温度の曲線と横軸とが囲む面
積によって表される。すなわち、上記式を用いてＥは化
２のように表され、この式におけるξを化３のようにお
くと、Ｅは化４のように表される。ここで化５のように
おくと、Ｅは化６のようにあらわすことができる。ただ
し、この式におけるσは、σ＝3.40×10-6Ｊ／ｍ2 ・ｓ
・Ｋ4 （ステファン−ボルツマン定数）である。
全量Ｅは図３における所与温度の曲線と横軸とが囲む面
積によって表される。すなわち、上記式を用いてＥは化
２のように表され、この式におけるξを化３のようにお
くと、Ｅは化４のように表される。ここで化５のように
おくと、Ｅは化６のようにあらわすことができる。ただ
し、この式におけるσは、σ＝3.40×10-6Ｊ／ｍ2 ・ｓ
・Ｋ4 （ステファン−ボルツマン定数）である。
【００１１】
【化２】
【００１２】
【化３】
【００１３】
【化４】
【００１４】
【化５】
【００１５】
【化６】 ここで、ある実在固体の単位面積から単位時間に放射す
るエネルギーのうち、波長λとλ＋ｄλの間にあるもの
の量をｑλｄλとする。同一温度Ｔ（Ｋ）にある黒体表
面からの熱放射量は、上記のようにＥλｄλで表される
ため、それらの比ελをとりこれを波長λにおける実在
固体表面の熱放射率と名付ける。なお、ελは、化７の
ように表される。
るエネルギーのうち、波長λとλ＋ｄλの間にあるもの
の量をｑλｄλとする。同一温度Ｔ（Ｋ）にある黒体表
面からの熱放射量は、上記のようにＥλｄλで表される
ため、それらの比ελをとりこれを波長λにおける実在
固体表面の熱放射率と名付ける。なお、ελは、化７の
ように表される。
【００１６】
【化７】 実在固体表面から発散する熱放射エネルギーの量は、単
位表面積、単位時間あたり化８で表される。
位表面積、単位時間あたり化８で表される。
【００１７】
【化８】 ここで、全波長範囲のエネルギー量に対する全熱放射率
εを化９で定義すると、εは化１０のようになる。
εを化９で定義すると、εは化１０のようになる。
【００１８】
【化９】
【００１９】
【化１０】 したがって、物体から放射されるエネルギーｑは化１１
で表される。
で表される。
【００２０】
【化１１】 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。し
かし本発明の範囲は以下の実施例により制限されるもの
ではない。
かし本発明の範囲は以下の実施例により制限されるもの
ではない。
【００２１】
【実施例】まず、図１（ａ）に示すように、一つの平坦
な主面以外の各面を、台３を有する発泡スチロール２で
包囲した金属板１を、図１（ｂ）に示すように水槽５の
中に入れた氷水４に浸し（図１（ｃ））、該金属板１を
均一に冷却した。次いで、該金属板１の温度が安定した
後、表面に露出した金属板１における平坦な主面上に、
形状不整を測定するアルミナセラミックス基板６（86.7
×70.1×0.83mm）を所定時間静置した（図１（ｄ））。
な主面以外の各面を、台３を有する発泡スチロール２で
包囲した金属板１を、図１（ｂ）に示すように水槽５の
中に入れた氷水４に浸し（図１（ｃ））、該金属板１を
均一に冷却した。次いで、該金属板１の温度が安定した
後、表面に露出した金属板１における平坦な主面上に、
形状不整を測定するアルミナセラミックス基板６（86.7
×70.1×0.83mm）を所定時間静置した（図１（ｄ））。
【００２２】次に、図３に示すような赤外線サーモグラ
フィー（日本アビオニクス（株）製コンパクトサーモ T
VS-200）により、上記セラミックス基板６の測定中心温
度、測定温度範囲およびＬＶＬ（階調）を変動させ、基
板内における温度差が最も見やすい実験条件を求め、表
１に示した。なお、上記図３に示す赤外線サーモグラフ
ィーは、赤外線カメラ９、プロセッサ１０およびテレビ
モニター１１からなり、まず、赤外線カメラ９がセラミ
ックス基板６に生じた温度差を赤外線エネルギーの形で
受光して電気信号に変換し、次いで、赤外線カメラ９に
接続されたプロセッサ１０により、該電気信号をデジタ
ル信号に変換してフレームメモリに記録し、記録された
信号は、処理されてテレビモニター１１に表示される。
フィー（日本アビオニクス（株）製コンパクトサーモ T
VS-200）により、上記セラミックス基板６の測定中心温
度、測定温度範囲およびＬＶＬ（階調）を変動させ、基
板内における温度差が最も見やすい実験条件を求め、表
１に示した。なお、上記図３に示す赤外線サーモグラフ
ィーは、赤外線カメラ９、プロセッサ１０およびテレビ
モニター１１からなり、まず、赤外線カメラ９がセラミ
ックス基板６に生じた温度差を赤外線エネルギーの形で
受光して電気信号に変換し、次いで、赤外線カメラ９に
接続されたプロセッサ１０により、該電気信号をデジタ
ル信号に変換してフレームメモリに記録し、記録された
信号は、処理されてテレビモニター１１に表示される。
【００２３】
【表１】
【００２４】次に、上記セラミックス基板６を金属板１
上から取り去って該基板６を常温に戻し、金属板１の表
面温度が一定となった後、再び金属板１の主面上に静置
した。一定時間後、上記サーモグラフィーを用い、表１
に示す実験条件でセラミックス基板６の温度分布を測定
し、その画像を記録した。なお、基板を金属板上に置い
てから画像を記録するまでの時間は、 5.0秒と極めて短
い時間であった。このようにして得た温度分布画像か
ら、図４に示す等温線図を作成した。
上から取り去って該基板６を常温に戻し、金属板１の表
面温度が一定となった後、再び金属板１の主面上に静置
した。一定時間後、上記サーモグラフィーを用い、表１
に示す実験条件でセラミックス基板６の温度分布を測定
し、その画像を記録した。なお、基板を金属板上に置い
てから画像を記録するまでの時間は、 5.0秒と極めて短
い時間であった。このようにして得た温度分布画像か
ら、図４に示す等温線図を作成した。
【００２５】
【比較例】実施例１で用いたアルミナセラミックス基板
（86.7×70.1×0.83mm）を、従来より広く用いられてき
た表面粗さ計により、その形状の測定を行った。まず、
上記アルミナセラミックス基板の形状を、横方向につい
て６本、縦方向に２本別々に測定した。この計測値をも
とにして、疑似的な二次元表面形状を示す図を求めた
（図示せず）。次いで、この図をもとにして形状不整分
布図を作成し、図５に示した。
（86.7×70.1×0.83mm）を、従来より広く用いられてき
た表面粗さ計により、その形状の測定を行った。まず、
上記アルミナセラミックス基板の形状を、横方向につい
て６本、縦方向に２本別々に測定した。この計測値をも
とにして、疑似的な二次元表面形状を示す図を求めた
（図示せず）。次いで、この図をもとにして形状不整分
布図を作成し、図５に示した。
【００２６】このように従来の形状不整方法によって得
た形状不整分布図（図５）と、実施例で示した本発明の
形状不整方法によって得た等温線図（図４）とは近似し
ていた。
た形状不整分布図（図５）と、実施例で示した本発明の
形状不整方法によって得た等温線図（図４）とは近似し
ていた。
【００２７】
【発明の効果】 本発明法によると、板状セラミックス
基板のマクロな形状不整をディスプレイ上に明らかなも
のとし、二次元的に精度よく測定することができ、従来
の表面粗さ測定法と比較して著しく短い時間で測定する
ことができるようになった。そのため、実操業上での利
益は多大である。
基板のマクロな形状不整をディスプレイ上に明らかなも
のとし、二次元的に精度よく測定することができ、従来
の表面粗さ測定法と比較して著しく短い時間で測定する
ことができるようになった。そのため、実操業上での利
益は多大である。
【図１】本発明法において、金属板と基板との間で熱移
動を行わせるまでの工程を段階的に示した図であって、
（ａ）は発泡スチロールで包囲した金属板を示す斜視
図、（ｂ）は冷却用水槽を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）
を（ｂ）に浸した状態を示す上面図、（ｄ）は金属板上
に基板を静置して熱を移動させている状態を示す上面図
である。
動を行わせるまでの工程を段階的に示した図であって、
（ａ）は発泡スチロールで包囲した金属板を示す斜視
図、（ｂ）は冷却用水槽を示す斜視図、（ｃ）は（ａ）
を（ｂ）に浸した状態を示す上面図、（ｄ）は金属板上
に基板を静置して熱を移動させている状態を示す上面図
である。
【図２】熱伝導性の違いを利用した形状不整測定の基本
原理を説明するための図であって、金属板上に基板を静
置して熱移動を行わせている際の態様を示す側面図であ
る。
原理を説明するための図であって、金属板上に基板を静
置して熱移動を行わせている際の態様を示す側面図であ
る。
【図３】実施例で使用した赤外線サーモグラフィーを示
す模式図である。
す模式図である。
【図４】本発明法によって測定した温度分布画像から作
成した等温線図である。
成した等温線図である。
【図５】表面粗さ計によって測定した基板における形状
不整の分布状態を示す形状不整分布図である。
不整の分布状態を示す形状不整分布図である。
【図６】プランクの分布則による黒体からの熱放射エネ
ルギー強度分布を示すグラフである。
ルギー強度分布を示すグラフである。
１‥‥‥金属板 ２‥‥‥発泡スチロール ３‥‥‥台 ４‥‥‥氷水 ５‥‥‥水槽 ６‥‥‥アルミナセラミックス基板 ７‥‥‥平坦部 ８‥‥‥形状不整部 ９‥‥‥赤外線カメラ １０‥‥‥プロセッサ １１‥‥‥テレビモニター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01J 5/00 - 5/62
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定物の放射熱エネルギー量と予め測
定した放射率とから被測定物の表面温度を算定する赤外
線サーモグラフィーによってセラミックス基板の温度分
布を求めることにより、該セラミックス基板の形状不整
を測定する方法であって、平坦な主面を有する金属板を
一定温度に均一に加熱または冷却し、この金属板の主面
上に常温にある前記セラミックス基板を静置して金属板
とセラミックス基板との間で熱移動を行わせた後、前記
赤外線サーモグラフィーにより、セラミックス基板の測
定中心温度、測定温度範囲および階調について、セラミ
ックス基板内における温度差が最も見易い測定条件を求
め、該測定条件のもとに、再度前記金属板と前記セラミ
ックス基板間の前記熱移動を行わせて前記セラミックス
基板の温度分布を測定することを特徴とする基板の形状
不整測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06145392A JP3183935B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 基板の形状不整測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06145392A JP3183935B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 基板の形状不整測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223550A JPH05223550A (ja) | 1993-08-31 |
| JP3183935B2 true JP3183935B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=13171482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06145392A Expired - Lifetime JP3183935B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 基板の形状不整測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3183935B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027885A1 (ja) | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | 板状材料の加工面の決定方法、加工方法及びこれらの装置 |
| WO2007105417A1 (ja) | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | 板状材料の加工面の決定方法、加工方法及び加工面を決定する装置並びに平面加工装置 |
-
1992
- 1992-02-14 JP JP06145392A patent/JP3183935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006027885A1 (ja) | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | 板状材料の加工面の決定方法、加工方法及びこれらの装置 |
| WO2007105417A1 (ja) | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | 板状材料の加工面の決定方法、加工方法及び加工面を決定する装置並びに平面加工装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05223550A (ja) | 1993-08-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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