JP5128699B1 - 配線検査方法および配線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短絡部を含む配線の赤外線画像を２値化処理して、細線化された２値化画像を生成し、短絡部の位置を正確に特定することを目的とする。
【解決手段】 基板に形成された配線の短絡部の有無を検査する配線検査方法であって、配線に電圧を印加して短絡部を発熱させる発熱工程と、基板の赤外線画像を取得する画像取得工程と、赤外線画像から閾値を用いて２値化画像を生成する２値化工程と、２値化画像から短絡部の位置を特定する位置特定工程とを含み、２値化工程は、閾値を変更して２値化処理を繰返すことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板のように、複数の配線が形成された基板で、配線の短絡欠陥を検出するのに好適な配線検査方法および配線検査装置に関する。

液晶表示装置は、複数の配線、絵素電極およびスイッチング素子などが形成された一方基板部材であるアクティブマトリクス基板と、対向電極やカラーフィルタが形成された他方基板部材であるカラーフィルタ基板とを有する。液晶表示装置は、前記２枚の基板を間隔をあけて貼合わせ、間隙に液晶材料を注入して液晶層を形成した後に、周辺回路部品を実装して製造する。

アクティブマトリクス基板は、その製造工程において、基板上の配線の断線や短絡などの欠陥が生じることがある。当該欠陥は液晶表示装置の表示欠陥の原因となる。液晶表示装置の表示欠陥などの不良を減少させるためには、前述した液晶材料を注入する工程以前に、アクティブマトリクス基板の欠陥を検出してリペアする必要がある。

図１０は、特許文献１に開示されている配線パターンの検査装置である。特許文献１の検査装置は、基板５０上に形成されている配線パターン５３に通電電極６１により通電して、配線パターン５３の発熱により赤外線を発生させ、赤外線センサ６３でその赤外線画像を撮像し、撮像信号を画像処理して所定の基準画像データと対比することにより、配線パターン５３の良否を検査する。

また、図１１は、特許文献２に開示されているアクティブマトリクス基板の検査装置である。特許文献２の検査装置は、アクティブマトリクス基板の走査線８１〜８５と信号線９１〜９５との間に電圧を印加し、走査線８１〜８５と信号線９１〜９５の交差点で発生する短絡欠陥７３を検出している。

正常な走査線８１〜８５と信号線９１〜９５との間は絶縁されているため、走査線８１〜８５と信号線９１〜９５との間に電圧を印加しても電流は流れない。これに対し、走査線８１〜８５と信号線９１〜９５の短絡欠陥７３が存在した場合、この短絡欠陥７３部分を通して電流が流れ、短絡部および電流が流れた配線が発熱して赤外線を発生させる。赤外線画像を撮像して、撮像信号を画像処理して発熱領域を認識する。認識した発熱領域を更に画像処理して発熱配線経路を特定し、短絡欠陥部の位置を検出する。また、発熱領域を認識できない場合は、短絡欠陥が無い良品基板と判断する。

特開平１１−３３７４５４号公報（平成１１年１２月１０日公開） 特開平６−５１０１１号公報（平成６年２月２５日公開）

しかしながら、特許文献１および２のように、短絡部および配線を発熱させる場合、熱伝導によりその近傍の温度も上昇する。従って、認識した発熱領域は、短絡部および配線とその近傍領域を含んでいるため、短絡部がその発熱領域の中に埋もれてしまい、短絡部の正確な位置を特定できないという問題があった。

本発明は、短絡部を含む配線の赤外線画像を２値化処理して、細線化された２値化画像を生成し、短絡部の位置を正確に特定することを目的とする。

基板に形成された配線の短絡部の有無を検査する配線検査方法であって、配線に電圧を印加して短絡部を発熱させる発熱工程と、基板の赤外線画像を取得する画像取得工程と、赤外線画像から閾値を用いて２値化画像を生成する２値化工程と、２値化画像から短絡部の位置を特定する位置特定工程とを含み、２値化工程は、閾値を変更して２値化処理を繰返すことを特徴とする。

また、本発明の配線検査方法において、２値化工程は、２値化画像から短絡部を含む特徴領域を予測し、次の２値化処理の閾値を、特徴領域の所定のパーセンタイル値に変更することを特徴とする。

また、本発明の配線検査方法において、特徴領域の所定のパーセンタイル値が、閾値以下のとき、２値化処理の繰り返しを終了することを特徴とする。

また、本発明の配線検査方法において、所定のパーセンタイル値は、メディアン値であることを特徴とする。

また、本発明の配線検査方法において、特徴領域は、所定の大きさの円形ないしは矩形であることを特徴とする。

また、本発明の配線検査装置は、基板に形成された配線の短絡部の有無を検査する配線検査装置であって、前記配線に電圧を印加して前記短絡部を発熱させる電圧印加手段と、前記基板の赤外線画像を撮影する撮像手段と、前記赤外線画像から閾値を用いて２値化画像を生成して短絡部の位置を特定する画像処理手段とを備え、前記画像処理手段は、前記閾値を変更して２値化処理を繰返す２値化画像形成部を有することを特徴とする。

また、本発明の配線検査プログラムは、上記配線検査方法を動作させる配線検査プログラムであって、コンピュータを上記の各工程として機能させることを特徴とする。

本発明の配線検査方法および配線検査装置によれば、短絡部を含む配線の赤外線画像を２値化処理して、細線化された２値化画像を生成し、短絡部の位置を正確に特定することができる。

本発明の検査装置を示す模式図である。 本発明の検査装置における画像処理部の構成図である。 本発明の検査方法を示す検査フロー図である。 発熱前後の赤外線画像を示す平面図である。 発熱後の赤外線画像を２値化した画像を示す平面図である。 細線化した２値化画像とその特徴領域から求めた輝度値ヒストグラムである。 細線化した２値化画像とその特徴領域から求めた輝度値ヒストグラムである。 発熱後の赤外線画像を２値化した画像を示す平面図である。 ２値化画像から短絡位置を特定する説明図である。 従来の配線パターンの検査装置である。 従来の配線パターンの検査装置である。

以下、図１から図９に示す図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一の部分又は相当部分を表すものとする。

図１は、本発明の一実施例である配線検査装置１の模式図である。検査すべき基板部材２は、載置台３上に載置され、その上に枠体４が載置される。枠体４の底面（基板部材２との当接面）には、電圧印加手段５に接続された複数の端子が設けられている。枠体４の端子は、基板部材２の周囲に設けられる、後述する複数の配線の端子に押付けられて接触する。複数の配線には、電圧印加手段５から枠体４の端子を介して予め定められた電圧が与えられる。

載置台３の上方には、撮像手段６が設置され、所定の電圧が印加された状態の基板部材２の赤外線画像を撮像する。撮像手段６は、たとえば基板部材２表面から放射される赤外線を捕らえて赤外線画像を形成する赤外線カメラで実現される。撮像手段６で撮像された赤外線画像の画像データは、たとえばコンピュータに送信され、アナログ／デジタル変換回路を介して画像処理手段７に与えられる。また、制御手段８は、上述の電圧印加、撮像、後述する画像処理を順次実行するように、電圧印加手段５および画像処理手段７を制御する。

図２は、画像処理手段７の構成図である。画像処理手段７は、赤外線画像を形成する赤外線画像形成部１１と、２値化画像を形成する２値化画像形成部１２と、２値化画像から短絡位置を特定する短絡位置特定部１３とを含んでいる。

赤外線画像形成部１１では、撮像された画像データから、赤外線の放射量に応じて画像コントラストを決定し、たとえば２５６階調のグレースケール画像である赤外線画像を形成する。赤外線画像は、例えば、基板部材２表面の任意の点から放出される赤外線の放射量が増加するほど、画像の輝度値が白に近付くような画像が形成される。

２値化画像形成部１２では、赤外線画像形成部１１で形成された赤外線画像から、閾値を最適化しながら２値化画像を形成する。２値化画像では、赤外線画像の閾値以下の温度領域が除去されて、短絡欠陥を含む発熱領域が絞り込まれる。

短絡位置特定部１３では、２値化画像形成部１２で形成された２値化画像を解析し、発熱領域の形状から短絡欠陥の位置を特定する。

また、２値化画像形成部１２は、閾値を発熱領域に応じて最適化するため、短絡部を含むと予測される特徴領域を設定する特徴領域設定部１４と、特徴領域について輝度値のヒストグラムを作成するヒストグラム作成部１５と、ヒストグラムの結果に基づいて閾値を変更する閾値変更部１６とを有している。

図３は、図２で示した画像処理手段７で実行される配線検査方法を示すフロー図である。図３の配線検査方法は、プログラム化して記録媒体に記録され、コンピュータ読取可能に保存されている。

本発明の配線検査方法は、配線に電圧を印加して短絡部を発熱させる発熱工程２１と、発熱工程２１で発熱した配線および短絡部を赤外線カメラで撮影して赤外線画像を取得する画像取得工程２２と、赤外線画像を発熱領域に対応した閾値を用いて２値化画像に変換する２値化工程２３と、２値化画像から前記短絡部の位置を特定する位置特定工程２４とを含む。

本発明の配線検査方法は、特に、２値化工程２３において、赤外線画像の発熱領域が細線化されるように、発熱領域に対応して閾値を最適化して２値化処理を繰り返すことを特徴としている。

図３に示す配線検査方法の各工程について以下で詳細に説明する。

発熱工程２１は、基板部材２の周囲に設けられた枠体３の端子を、配線に押付けて接続するステップＳ１と、電圧印加手段７から枠体３の端子を介して配線や配線間に所定の電圧を印加するステップＳ２とを含む。印加する電圧は、配線や短絡部の抵抗値により異なるが、例えば、電圧値＝５０Ｖ、印加時間＝５秒とした。

画像取得工程２２は、短絡部が発熱している基板部材２を赤外線カメラ等の撮像手段６で撮影して赤外線画像を取得するステップＳ３と、撮影した赤外線画像をメモリ等の記憶装置に保存するステップＳ４とを含む。

図４は、基板部材２を撮影した赤外線画像の一例である。基板部材２は、Ｘ方向に形成された複数の配線Ｘと、Ｙ方向に形成された配線Ｙが、絶縁体を介して交差している。各交差箇所には、図示しないスイッチング素子として例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されている。図４では、ｎ番目の配線Ｘｎとｍ番目の配線Ｙｍの交差部に短絡部３９が生じた事例を示している。そして、図４（ａ）は、配線間に通電する前の赤外線画像であり、図４（ｂ）は、配線間に通電後、短絡部３９からの発熱により生じた発熱領域４０を撮影した赤外線画像を示す。なお、図４を含む以降の赤外線画像を示す図面では、分かりやすくするために、赤外線画像に配線Ｘと配線Ｙを重ね合わせて表示している。

図４（ｂ）に示すように、発熱領域４０は、配線Ｘｎ−短絡部３９−配線Ｙｍの短絡経路に沿って形成され、また、抵抗値の大きい部分ほど温度が上昇し、発熱領域４０が短絡部３９の周辺へ相当な広がりをもって形成されている。このため、通常は赤外線画像からノイズ成分を取り除くための２値化処理が行なわれる。

ここで、ノイズによる温度上昇分＋Δ℃を、ノイズの標準偏差の定数倍に予め定め、例えば０．１〜０．５℃とする。そして、発熱前の基板温度＋Δ℃を初期閾値として、赤外線画像から２値化画像に変換してノイズを除去する。この初期閾値を超えた画素は、有意な温度上昇があったと判断する。しかしながら、この初期閾値は比較的低い値であるため、発熱領域４０は未だ広がりをもち、短絡部３９の位置を正確に特定するのは難しく、短絡部３９の位置を隣接する交差部と見誤る虞もある。

また、ノイズによる温度変化の影響を受けているので、最高温度を示した一画素の位置が短絡部であるとは限らない。そこで、赤外線画像の最高温度より若干低い２値化閾値により２値化すると、最高温度を示した一画素を含む小片領域の２値化画像となる。

図５は、最高温度より若干低い２値化閾値により２値化された２値化画像である。この２値化閾値は、例えば最高温度−Δ℃である。この２値化画像からは、どの配線経路が発熱しているのかを示す情報は全く失われている。従って、この２値化画像から、短絡部の位置を特定することは難しく、更にどのような配線経路が発熱したのかを特定することも難しくなっている。

また、短絡箇所は一か所ではなく複数個所発生する場合がある。そのような場合、赤外線画像の最高温度より若干低い２値化閾値により２値化すると、最高温度近傍の短絡箇所は残るが、それ以外の短絡箇所は除去されてしまい見逃してしまう問題が起こる。

このように、２値化閾値は、発熱前の基板温度＋Δ℃のような比較的低い値、最高温度−Δ℃のような比較的高い値のいずれに設定しても、短絡箇所３９の位置を特定するためには不適切である。

このため、２値化工程２３では、閾値を最適化しながら２値化処理を繰返していくことにより、短絡部３９を含む発熱領域４０を細線化し、短絡部３９の位置を特定し易くしている。

２値化工程２３では、最初にステップＳ５として、予め設定された初期閾値を用いて２値化処理を行なう。初期閾値は、例えば、発熱前の基板温度＋Δ℃である。このステップＳ５により、赤外線画像の背景ノイズが除去される。

図６（ａ）は、図４（ｂ）の赤外線画像をステップＳ５で２値化処理し、２値化画像に変換したものである。図６（ａ）の２値化画像では、初期閾値以下の温度領域が除かれたものとなり、ある程度の細線化がされているが未だ十分ではない。

続いて、短絡部３９を含む発熱領域４０をさらに細線化するため、閾値の最適化を行なう。まず、ステップＳ６として、図６（ａ）の２値化画像において、短絡部３９が含まれる特徴領域４１を予測する。なお、発熱の程度によって、予測した特徴領域４１の内部に短絡部３９が必ず含まれるとは限らない（予測が正しいとは限らない）が、途中段階であるので問題はない。

特徴領域４１の予測は、まず発熱領域４０の先端画素４２を特定する。もし先端画素が複数ある場合、すなわち線分であった場合は、その線分の中点画素を先端画素４２とすればよい。もし一つの線分でなかった場合は、複数の画素の座標のメディアン値とすればよい。次にこの画素４２を上辺の中心として、所定の大きさの矩形領域を、特徴領域４１として設定する。

特徴領域４１の大きさは、発熱開始から赤外線画像を撮像するまでに熱伝導によって広がる発熱領域の画素数を設定すればよい。例えば、特徴領域４１は、５×５画素の正方形とすることができる。

また、発熱開始から赤外線画像を撮像するまでの時間によって、特徴領域４１の所定の大きさを適切に調整してもよい。すなわち、発熱開始から赤外線画像を撮像するまでの時間が短い場合は、特徴領域４１の大きさは小さくし、すなわち、発熱開始から赤外線画像を撮像するまでの時間が長い場合は、特徴領域４１の大きさは大きくする。

また、特徴領域４１を円形としてもよい。短絡部が配線部より発熱量が大きい場合、短絡部を中心に円形に発熱するので、特徴領域４１を円形とするのが望ましい。例えば、発熱領域４１は、直径５画素の円形とすることができる。

次いで、ステップＳ７として、この特徴領域４１の輝度値を用いてヒストグラムを生成する。これにより短絡部３９近傍の輝度値情報を取得することができる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）の特徴領域４１の輝度値のヒストグラムを示す。ステップＳ８では、このヒストグラムの面積を二分するメディアン値を求めて、このメディアン値を新たな閾値として初期閾値から変更する。

次いで、ステップＳ９として、変更後の閾値を用いて図４（ｂ）の赤外線画像について、再び２値化処理を行う。

図７（ａ）は、変更後の閾値を用いた２値化画像を示す。変更後の閾値は、初期閾値よりも短絡部３９の温度に近づいた値となっているため、閾値変更後の２値化画像は、初期閾値による２値化画像よりも細線化されたものになっている。新たな閾値としてメディアン値を設定していることから、図７の特徴領域４１の面積は、新たな２値化画像において半分になる。また、図７に示す新たな発熱領域４０の面積は、図６に示す前回の発熱領域４０の面積の概ね半分になっている。

すなわち、もし図７に示す特徴領域４１のヒストグラムと、図６に示す発熱領域４０のヒストグラムとの形状が全く一致していれば、半分の面積に一致する。しかし、ヒストグラムは全く一致することはまれであり、通常概ね似ている程度なので、概ね半分の面積になっている。このように、面積が概ね半分になっているため、閾値変更後の２値化画像は、初期閾値による２値化画像よりも細線化されたものになっているのである。

次いで、ステップＳ１０として、閾値が何回変更されたものであるか判断し、所定回数だけ閾値変更と２値化処理を繰り返す。

閾値が所定回数に満たない場合、閾値の最適化が未だ十分でないと判断し、ステップＳ６に戻る。ステップＳ６では、前回と同様に、図７（ａ）の２値化画像を用いて、発熱領域４０の先端画素４２から５×５画素分の領域を新たな特徴領域４１として再設定し、新たな特徴領域４１のヒストグラムを生成する。この所定回数が多すぎると、２値化閾値が大きくなり過ぎて、図５で示したように短絡部の位置を特定することは困難になってしまう。従って、実験により適切な所定回数を調整することが好ましい。

図７（ｂ）は、新たな特徴領域４１のヒストグラムである。図７（ｂ）に示すように、新たな特徴領域４１のヒストグラムでは、メディアン値がさらに高温側に移行し、短絡部３９の輝度値情報が絞り込まれたことを示している。このように特徴領域４１において短絡部３９の輝度値情報を絞り込みながら、最適な閾値に変更していくことにより、２値化画像の細線化を進めることができる。

閾値の変更は、少なくとも２回行なうことにより、短絡部３９の位置を特定可能な程度まで細線化することができる。閾値の変更を２回以上行ない、さらに細線化を進める場合、メディアン値が前回閾値よりも小さくなったときに、十分に細線化された判断として終了するようにしてもよい。

なお、ヒストグラムを生成するステップＳ７は省略することができる。すなわち、ステップＳ８は、ステップＳ５が設定した特徴領域の画素値から直接メディアン値を算出し、閾値を変更すればよい。

また、新たな２値化閾値として、特徴領域４１のメディアン値を用いたが、これに限定されるものではない。新たな２値化閾値として、所定のパーセンタイル値を用いることもできる。パーセンタイルとは、輝度値を小さいものの順に並べ替えた時、小さい方から１００ｐ％（０≦ｐ≦１）の所にある値を１００ｐパーセンタイルという。

例えば７５パーセンタイル値を２値化閾値に用いれば、発熱領域４０の面積を概ね１／４にできる。なおメディアン値は、５０パーセンタイル値と同値である（ｐ＝０．５）。ｐ＞０．５のパーセンタイル値を用いることで、閾値変更の所定回数を削減できやすくなり、２値化工程２３の処理時間を短縮できる効果がある。

しかしながら、特徴領域４１の画素数は、発熱領域４０の画素数に比べて少ないため、特徴領域４１の７５パーセンタイル値は、発熱領域４０の７５パーセンタイル値と全く同じにならない。特徴領域４１の７５パーセンタイル値は、発熱領域４０の７５パーセンタイル値よりも大きくなってしまう危険がある。そのため、新たな２値化閾値として、特徴領域４１のメディアン値が望ましい。

図８は、基板部材２を撮影した赤外線画像の別の例である。発熱領域４０は、配線Ｘｎ−短絡部３９−配線Ｙｍの短絡経路に沿って形成され、また、抵抗値の大きい部分ほど温度が上昇して幅広に形成される。図８の赤外線画像の場合は、図４（ｂ）に比べて短絡部３９の発熱量が少なく、短絡部３９の近傍領域の大きさが比較的小さくなっている。

図９（ａ）、（ｂ）は、細線化された２値化画像の例を示すものである。細線化された２値化画像の形状は、配線抵抗値と短絡部の抵抗値との兼ね合いにより、図９（ａ）に示すマッチ棒型の発熱形状になったり、図９（ｂ）に示す鉛筆型の発熱形状になる。例えば、図４（ｂ）の赤外線画像は図９（ａ）に示す細線化された２値画像に、図８の赤外線画像は図９（ｂ）に示す細線化された２値画像になる。このような発熱形状の違いにより、短絡部３９の位置の特定方法は変わる。発熱形状の違いは、図９（ｃ）に示すように、発熱領域の先端から水平幅を計測することで判断できる。

短絡部の位置は、細線化された２値化画像を用いて、従来の画像処理手法により特定することができる。例えば、マッチ棒型の発熱形状の場合は、先端の円形部分を認識して抽出→重心算出の手順で特定できる。また、鉛筆型の発熱形状の場合も、２値化画像→細線化→細線の先端画素の手順で特定できる。

さて、赤外線カメラが測定する温度は、被撮像物の放射率の影響を受ける。基板上にはガラス、クロムやアルミや銅等の配線材料等放射率の異なる物質が形成されている。従って、基板上の基板温度は、全面で一様ではない。従って、発熱を高精度に撮像するためには放射率の影響を除く必要がある。そこで、電圧印加前後の画像を検出し、差を検出してもよい。すなわち、次のような手順で撮像する。
（１）発熱前（電圧印加目）の状態で、撮像し、１枚目の画像を取得する。
（２）電圧を印加し、発熱させる。
（３）撮像し、２枚目の画像を取得する。
（４）２枚目の画像から１枚目の画像を差分し（各画素の画素値同士を差分する）、差分画像を算出する。
（５）この差分画像に対して、２値化工程２３以降の処理を実行する。
この差分画像の画素値は、発熱によって上昇した温度を表すことになる。初期閾値は、Δ℃とすればよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 検査装置
２ 基板部材
３ 載置台
４ 枠体
５ 電圧印加手段
６ 撮像手段
７ 画像処理手段
８ 制御手段
１１ 赤外線画像形成部
１２ ２値化画像形成部
１３ 短絡位置特定部
１４ 特徴領域設定部
１５ ヒストグラム作成部
１６ 閾値変更部

Claims (8)

1. 基板に形成された配線の短絡部の有無を検査する配線検査方法であって、
   前記配線に電圧を印加して前記短絡部を発熱させる発熱工程と、
   前記基板の赤外線画像を取得する画像取得工程と、
   前記赤外線画像から閾値を用いて２値化画像を生成する２値化工程と、
   前記２値化画像から前記短絡部の位置を特定する位置特定工程とを含み、
   前記２値化工程は、前記閾値を変更して２値化処理を繰返すことを特徴とする配線検査方法。
2. 前記２値化工程は、
   前記２値化画像から前記短絡部を含む特徴領域を予測し、
   次の２値化処理の閾値を、前記特徴領域の所定のパーセンタイル値に変更することを特徴とする請求項１に記載の配線検査方法。
3. 前記特徴領域の所定のパーセンタイル値が、前回閾値以下のとき、前記２値化処理の繰り返しを終了することを特徴とする請求項２に記載の配線検査方法。
4. 前記所定のパーセンタイル値は、メディアン値であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の配線検査方法。
5. 前記特徴領域は、所定の円形ないしは矩形であることを特徴とする請求項２乃至請求項４に記載の配線検査方法。
6. 基板に形成された配線の短絡部の有無を検査する配線検査装置であって、
   前記配線に電圧を印加して前記短絡部を発熱させる電圧印加手段と、
   前記基板の赤外線画像を撮影する撮像手段と、
   前記赤外線画像から閾値を用いて２値化画像を生成して短絡部の位置を特定する画像処理手段とを備え、
   前記画像処理手段は、前記閾値を変更して２値化処理を繰返す２値化画像形成部を有することを特徴とする配線検査装置。
7. 請求項１に記載の配線検査方法を動作させる配線検査プログラムであって、
   コンピュータを上記の各工程として機能させることを特徴とする配線検査プログラム。
8. 請求項７に記載の配線検査プログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読取可能なプログラム記録媒体。