JP6556585B2 - 金属箔の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属箔の検査方法に関し、特に連続電解法により製造される銅箔の検査方法に関するものである。

連続電解法により製造される金属箔、例えばプリント配線板の材料として使用される銅箔の検査方法として、特許文献１に開示されたものがある。同文献には、銅箔表面に光を照射し、銅箔表面からの正反射光および拡散反射光をそれぞれ第１および第２の受光手段により受光し、第１の受光手段により受光された光の光量が第１の閾値以上で、かつ第２の受光手段により受光された光の光量が第２の閾値以下となる所定領域が不良銅部分であると判断する技術が記載されている。ここでいう不良銅部分とは、電解工程において析出される銅が周囲の部分と比較して銅箔表面から突出している部分や、粗化処理工程で用いられる銅粉のうち寸法の大きいものが銅箔表面に付着している部分などである。そして同文献では、正反射光および拡散反射光の２種類の光の受光結果に基づいて不良銅部分の有無を判断することで、いずれか一方に基づいて判断する場合よりも正確に不良銅部分による欠陥を抽出することができるとされている。

再表２００３／０５４５３０号公報

特許文献１は、製造装置から排出された銅箔を搬送しながら欠陥を直接的に検出する技術を開示しており、これは、製造ないしは検査を含めた銅箔の生産効率を向上する観点から好ましい。しかしながら、銅箔の製造速度すなわち繰り出しないしは搬送速度が高くなると、銅箔表面の欠陥を直接的に検出する特許文献１のような構成では、欠陥の検出漏れが生じるおそれがある。

よって本発明は、そのような欠陥の検出漏れが生じにくい、銅箔などの金属箔の検査方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明は、連続電解法を適用して製造された銅箔などの金属箔の欠陥を検出するための検査方法であって、前記金属箔の表面に光を照射した反射光を撮影し、当該撮影された画像に基づいて、前記金属箔の製造に使用される流体の相対的な流れの乱れに起因した痕跡の存否を判断し、当該痕跡が存在すると判断されたとき、前記金属箔の製造過程において欠陥が生じたと判定し、当該判定が行われたときに、前記痕跡の形状および寸法から、前記欠陥の寸法を推定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、欠陥そのものを直接検出するのではなく、連続電解法を適用した製造時に析出する金属と製造に使用される流体との相対的な流れの乱れに起因して金属箔表面に生じる、欠陥自体の寸法より大きい痕跡を検出することで、欠陥の存在を間接的に判定するようにしたので、検出精度を向上することが可能となる。

本発明の検査方法を適用した検査装置を含む銅箔製造システムの構成例を示す模式図である。 銅箔表面に現れる欠陥を撮影した画像の例を示す図である。 図２の撮影画像をバンドパスフィルタ処理した画像を示す図である。 図３の画像をさらに２値化処理した画像を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、欠陥の有無の判定手順を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
１．定義
本明細書および特許請求の範囲の記載において、「銅箔」または「金属箔」とは、連続電解法により析出させることで形成された銅箔本体層または金属箔本体層のほか、その後の表面処理によって必要に応じて表面に付加される層を含み得る。当該層には、例えば、電解めっき法を用いて微細な銅粉等を銅箔本体層上に付着させることによって形成された粗化粒子層、同じくクロム酸化物等の被膜処理を粗化粒子層に施すことによって形成された防錆層、さらに防錆層上にシランカップリング剤等を塗布することによって形成されたシラン層などの表面処理層が含まれ得る。従って、銅箔または金属箔の製造工程には、箔の本体層の形成工程のほか、上記の表面処理工程、すなわち粗化処理工程、防錆処理工程およびシランカップリング剤の塗布工程などが含まれ、箔の本体層はこれらの工程を経る過程で、各工程で使用される表面処理液に順次さらされることになる。本明細書および特許請求において「銅箔（または金属箔）の製造に使用される流体」という場合には、箔の本体層の製造に使用される電解液のほか、各種表面処理液を含むものである。

２．本発明の前提
本発明者らは、連続電解法を適用して製造される銅箔の表面に突出した析出部分や付着した銅粉などの欠陥を直接検出するのではなく、その欠陥に伴って生じる現象を観測することで、欠陥を間接的に検出できるのではないかと考察した。具体的には次のとおりである。

一般に、物体が流体の流れの中に置かれたときには、物体の後方には後流が生じ、レイノルズ数Ｒｅ＝ｕＬ／ν（ｕ：主流の速度、Ｌ：流れ方向の物体の長さ、ν：流体の動粘度）によっては後流渦が形成される。これらのレイノルズ数の定義式のファクタを、銅箔の製造に使用される流体（以下、銅箔製造用流体という）と、銅箔本体層または表面処理層の表面に現れる欠陥との相対移動の関係に当てはめると、ｕは銅箔製造用流体の相対的な流れの速度、Ｌは流れ方向の欠陥の長さ、νは銅箔製造用流体の動粘度に相当する。

後流渦は銅箔製造用流体の相対的な流れを乱すために陰極上の銅の析出状態ないしは表面処理層の形成状態に影響を与えると考えられるので、製造された銅箔には痕跡（以下、後流痕と称する）が残ると予測される。特に、レイノルズ数がある程度以上大きくなると（例えば、欠陥が円柱の場合にＲｅ≧１になると）、欠陥の後方には双子渦ひいてはカルマン渦列が発生する。そこで本発明者らは、欠陥そのものを直接検出するよりも、例えば双子渦ひいてはカルマン渦列に起因した、欠陥自体の寸法より大きい後流痕を観測し、欠陥の存在を間接的に検出する方が検出精度を向上できると予測した。また、本発明者らは、後流痕の形状・寸法を判定することで、欠陥の大きさの推定や、欠陥の迅速な検出に供することができると予測した。

３．システム構成
図１は、本発明の検査方法を適用した検査装置を含む銅箔製造システムの構成例を示す。製造装置１は、銅箔本体層９ａの形成装置１ａと、銅箔本体層９ａに対して表面処理を施す表面処理装置１ｂと、を含む。銅箔本体層形成装置１ａは、電解液（めっき浴）３ａである硫酸銅溶液を貯留した電解槽５ａと、電解液３ａに部分的に浸漬されて回転するドラム７ａとを備える。電解槽５ａおよびドラム７ａは、それぞれ、陽極および陰極となり、銅箔本体層９ａはドラム７ａの表面に析出した銅を巻き出すことで形成される。なお、銅箔本体層９ａは、担持体となるキャリア箔上に剥離層を介して形成されるものでもよく、その場合には、銅箔本体層形成装置１ａの前段に、キャリア箔上に剥離層を形成したものを供給する構成を付加すればよい。

表面処理装置１ｂは、銅箔本体層形成装置１ａから巻き出された銅箔本体層９ａに表面処理層を形成する構成、すなわち、表面処理用の液体３ｂを貯留した貯留槽５ｂと、液体３ｂに部分的に浸漬されて回転するドラム７ｂとを備える。なお、簡略化のために図１においては単一の表面処理装置１ｂのみを示しているが、必要な表面処理の工程数に応じて適宜の個数を配設できることは勿論である。例えば、上述のように粗化処理工程、防錆処理工程およびシランカップリング剤の塗布工程をそれぞれ実施する３つの表面処理装置を配設することができる。そして、粗化処理工程を実施するものであれば、電解法により銅粉などの粗化粒子を付着させる構成とし、防錆工程を実施するものであれば同じくクロム酸化物などの被膜を形成する構成とすればよい。さらに、液体３ｂをシランカップリング剤とし、ドラム７ｂの回転に伴って貯留層５ｃを通過するものとすることで、シラン層を形成することができる。但し、これらの例に限らず、適宜の表面処理を採用できることは勿論である。

検査装置１１は、製造装置１によって製造された銅箔９の表面の欠陥の有無、すなわち析出銅が周囲の部分と比較して突出している部分や、付着した比較的大きい銅粉などに起因して銅箔９の表面に現れる欠陥の有無を検査する。検査装置１１は、照明１３およびラインセンサカメラ１５を備え、これらは長手方向が銅箔９の搬送方向Ｃに交差する方向となるように配置される。なお、ラインセンサカメラ１５は、直管蛍光灯などの照明１３が銅箔９の表面に照射した光の反射光を撮影するように配置されるが、後流痕を撮影する上では正反射光を捕える位置に配設することが好ましいことを本発明者らは確認している。

検査装置１１はさらに検査部１７を備え、これはラインセンサカメラ１５の撮影画像を処理する画像処理部１７Ａと、当該処理画像から問題のある欠陥の存否を判定する判定部１７Ｂと、問題となる欠陥に関する情報を出力する出力部１７Ｃと、の各機能部を有する。具体的には、これらの各機能部はパーソナルコンピュータで稼動するアプリケーションプログラムなどのソフトウェアの形態、画像処理ボードなどのハードウェアの形態、あるいは機能を適宜分離させた両者を含む形態として提供することができる。なお、「問題のある欠陥」とは、銅箔に求められている品質に影響を及ぼすものであり、例えばプリント配線板に適用した場合に絶縁層の破壊をもたらすものであって、５０μｍ程度の直径を有する扁平な円柱で近似できる形状を有していることを本発明者らは確認している。

本実施形態における画像処理とは、図２に示すようなラインセンサカメラ１５の撮影画像（濃淡画像）から、図３に示すように後流痕２３を際立たせた画像を得る処理である。図２に示す状態では、欠陥２１が撮影されている一方（但し、前述のようにこれが検出されない場合もある）、後流痕は明確に現れていない。そこで、例えばバンドパスフィルタ処理によって図３に示すような画像を得、さらには２値化処理を行って図４に示すような画像を得ることで、後流痕２３を際立たせることができる。なお、図２〜図４において、符号Ｆは電解槽５ａないしは貯留槽５ｂにおける銅箔製造用流体３の相対的な流れの方向であり、銅箔９の搬送方向Ｃとは反対の関係にある。つまり、後流痕２３は搬送方向Ｃとは反対方向に延在するため、欠陥２１のみを直接的に検出する場合よりも長い撮影時間を確保できることになる。そして、連続搬送されてくる銅箔９に対してそのような画像処理を行いながら、例えば以下のようにして欠陥の存在の判定などを行うことができる。

図５はその一例を説明するためのフローチャートである。まずステップＳ１では、撮影画像に対して、例えばバンドパスフィルタ処理および２値化処理を含む後流痕の検出処理を行い、ステップＳ２にて後流痕２３の有無を判定する。ここで後流痕２３の存在が判定されると、ステップＳ３でその形状や寸法を計測する。

後流痕の形状・寸法はレイノルズ数によって変わる。換言すれば、レイノルズ数は後流痕の形状・寸法から推定できる。一方、銅箔製造用流体の相対的な流れの速度ｕおよび銅箔製造用流体の動粘性係数νは製造条件によって既知の値である。従って、これらをレイノルズ数の定義式に代入することで、流れ方向の欠陥の長さＬひいては欠陥の寸法を推定できる。そこで、ステップＳ５ではこのように欠陥の寸法の推定を行い、ステップＳ７ではその欠陥の水準の高低を判定する。具体的には問題のある欠陥であるか否かの判定であり、推定した欠陥の寸法を基準となる所定の閾値と比較することによって判定を行うことができる。なお、銅箔に求められている品質に応じて、判定基準を適宜定め得るのは勿論である。ステップＳ７にて欠陥の水準が高いと判定されればステップＳ９に進み、当該欠陥に関する情報、すなわち位置および寸法推定値を示す情報を出力する。この情報を、例えば銅箔の製造を管理するコンピュータ等に提示することで、製造装置１の点検の要否の判断等に供することができる。

本発明者らは、銅箔製造用流体の動粘度ν＝１×１０^-6ｍ²／ｓ、相対的な流速ｕ＝０．５ｍ／ｓで製造された銅箔上にＲｅ＝３０に相当する後流痕を検出し、定義式に基づいて欠陥の流れ方向の寸法Ｌを推定するべく算出を行ったところ、当該算出値は６０μｍであった。実際に観測された欠陥は直径５０μｍ程度の扁平な円柱で近似される形状を呈しており、算出値に近いものであった。また、測定された後流痕はＣ方向長さが欠陥自体の寸法の数十倍、Ｃ方向に直交する方向の幅が数倍にわたっているものであった。これらのことから、上述した本発明者らの予測が妥当であることが確認された。

なお、図５の処理においては、問題のある欠陥であると判定された場合にのみその情報が提示されるようにしたが、検出されたすべての欠陥に関して情報が提示されるようにしてもよい。銅箔に求められている品質に影響を及ぼさない微細なものであっても、例えば欠陥の個数の増大等を知ることで、製造装置１の点検時期の判断に供することができると考えられるからである。

また、本実施形態では、専ら後流痕に基づいて間接的に欠陥の有無等を判定するものとしたが、欠陥を直接検出する構成を併用することも意味がある。例えば、撮影画像に基づいて欠陥の存在が確認された場合、その欠陥に後流痕が伴っているか否かを判定し、後流痕がない場合には、その欠陥は製造過程ではなく、検査装置１１への搬送過程で付着した塵埃等であると判断して、製造環境を清浄にする等の対処を行うことができる。さらに、そのように欠陥を直接検出する上で、検出精度を高めるべく特許文献１に開示されたような構成、すなわち正反射光および拡散反射光の２種類の光の受光結果に基づいて欠陥の有無を判断するようにしてもよい。

加えて、上述の実施形態では、撮影画像に対してバンドパスフィルタ処理および２値化処理を含む後流痕の検出処理を行ったが、検出処理はこれに限られることなく、適宜の手法を採用することができる。例えば、後流痕の特徴量やパターンはある程度予測できるので、ＳＩＦＴ（Scale-Invariant Feature Transform）などの特徴点抽出や、テンプレートマッチングなどの手法を利用して問題のある欠陥を検出することも可能である。

例えば、テンプレートマッチングの手法を採用する場合、問題のある欠陥の後流痕に対応した濃淡画像パターンをテンプレートとして予め用意しておき、撮影画像に対してテンプレートマッチングを行い、後流痕の類似度評価を行うことで問題のある欠陥を抽出することができる。また、複数枚のテンプレートマッチングを行うようにすれば、後流痕の検出処理から後流痕の形状・寸法の計測処理までを一括して行うことができる。さらに、この場合において、欠陥の寸法と後流痕のパターンとの相関性を利用し、複数のテンプレートと欠陥の寸法とを対応付けたデータテーブルを用意しておけば、演算によることなく欠陥の寸法の推定値を取得することができる。

以上のように、本発明は、連続電解法により製造された金属箔の表面に光を照射し、その反射光を撮影した画像に基づき、銅箔製造用流体の相対的な流れの乱れに起因した後流痕の存否を判断し、当該後流痕が存在すると判断されたとき、製造時に欠陥が生じたものと判定することを基本とする。しかしそれに付随して実施される、後流痕を検出するために適用される画像処理の内容、後流痕に基づく欠陥の寸法の推定、および、問題のある欠陥の検出などは、上述した実施形態および随所に述べた変形例に限らず、適宜のものを採用できることは勿論である。

また、以上は主として銅箔の検査方法の実施形態について説明したが、本発明は広く、その他の金属箔の検査方法に適用できるものである。

１ 銅箔の製造装置
１ａ 銅箔本体層の形成装置
１ｂ 表面処理装置
３ａ 電解液
３ｂ 表面処理用液体
５ａ 電解槽
５ｂ 貯留層
７ａ，７ｂ ドラム
９ 銅箔
９ａ 銅箔本体層
１１ 検査装置
１３ 照明
１５ ラインセンサカメラ
１７ 検査部
１７Ａ 画像処理部
１７Ｂ 判定部
１７Ｃ 情報出力部

Claims (7)

1. 連続電解法を適用して製造された金属箔の欠陥を検出するための金属箔の検査方法であって、
   前記金属箔の表面に光を照射した反射光を撮影し、
   当該撮影された画像に基づいて、前記金属箔の製造に使用される流体の相対的な流れの乱れに起因した痕跡の存否を判断し、
   当該痕跡が存在すると判断されたとき、前記金属箔の製造過程において欠陥が生じたと判定し、
   当該判定が行われたときに、前記痕跡の形状および寸法から、前記欠陥の寸法を推定する、
   ことを特徴とする検査方法。
2. 前記金属箔が銅箔であることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記反射光の撮影が正反射光を捕える位置で行われることを特徴とする請求項１または２に記載の検査方法。
4. 前記推定された寸法から、前記金属箔の品質に影響を及ぼす欠陥を抽出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の検査方法。
5. 前記痕跡を伴わない欠陥が検出されたとき、当該欠陥が前記製造過程に生じたものではないと判断することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の検査方法。
6. 前記痕跡を際立たせるために、前記撮影画像を画像処理することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の検査方法。
7. 前記撮影画像に現れる前記痕跡の特徴量またはパターンに基づいて前記痕跡の存否を判定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の検査方法。