(57)【要約】【課題】本発明は、被測定基材の物性値を変えることなしに、かつ、非接触で微小変位を測定可能とする基材、この基材の微小変位測定方法および測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】基材３の表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターン４が基材３の表面に付与されたランダムパターン付き基材に加熱または冷却により微小変形を与える微小変形付与手段を収容する容器１と、この微小変形付与手段により基材３に生じさせた微小変位をデジタル画像相関法により求めるための画像処理システム（５、６、７、８、９、１０）と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されたランダムパターン付き基材に微小変形を与える微小変形付与工程と、
前記微小変形により生じた前記基材の微小変位をデジタル画像相関法により求める工程と、
を備えたことを特徴とする微小変位測定方法。
【請求項２】
前記微小変形は、熱変形であることを特徴とする請求項１に記載の微小変位測定方法。
【請求項３】
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与された基材。
【請求項４】
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されたランダムパターン付き基材に微小変形を与える微小変形付与手段と、
この微小変形付与手段により前記基材に生じさせた微小変位をデジタル画像相関法により求めるための画像処理システムと、
を備えたことを特徴とする微小変位測定装置。
【請求項５】
前記微小変形付与手段は、加熱装置、または、冷却装置の少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載の微小変位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材、この基材の微小変位測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型、高密度化の要求に応じて、例えば受動素子や能動素子をマイクロバンプボンディング（ＭＢＢ）実装した基板が使用されるようになってきた。このような素子、基板、前記素子と基板との接合部の信頼性や製品のさらなる競争力を確保するため、熱変形による前記素子、基板、前記素子と基板との接合部のひずみや変位を非接触で実際に測定したいという要求が高まっている。
【０００３】
このような測定に期待される微小変位測定方法として、デジタル画像相関法を用いた測定方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】池田、宍戸、宮崎著「デジタルイメージ相関法を用いた微細実装接合部のひずみ計測」、第３２回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム概要集、２００６年、ｐ.ｐ.３６５〜３７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１に開示されたデジタル画像相関法を用いた測定方法を採用し微小変位測定を行なうためには、この微小変位測定の精度に耐える明暗のコントラストを有したランダムパターンが被測定体表面になければならない。
【０００６】
しかし、通常の塗料（例えば、顔料が分子レベルで均一に分散したもの）をスプレーで噴霧して形成した明暗のコントラストを有したランダムパターン４０は、図３に示す水準程度のものしか得られないのが現状である。すなわち、このランダムパターン４０における黒色部分の大きさは、分子レベルで均一に分散した顔料の粒子自体の大きさ（数１０ｎｍ程度）で決定されるのではなく、噴霧された塗料の液滴の大きさで決定されてしまうという問題点を有していた。また、この液滴の大きさは、最新のインクジェット技術を用いたとしても１５μｍ程度が限界であると言われており、とても被測定体表面を観察する場合の所定の視野の大きさ（例えば、１００μｍ×１００μｍ）で発生する１μｍ程度以下の微小変位は測定できないという問題点を有していた。
【０００７】
また、上記ランダムパターン４０には、バインダー等が含有されているため、被測定体としての基材の物性値に影響を与えてしまうという問題点も有していた。
【０００８】
本発明の目的は、被測定基材の物性値を変えることなしに、かつ、非接触で微小変位を測定可能とする基材、この基材の微小変位測定方法および測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されたランダムパターン付き基材に微小変形を与える微小変形付与工程と、
前記微小変形により生じた前記基材の微小変位をデジタル画像相関法により求める工程と、
を備えたことを特徴とする微小変位測定方法である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記微小変形が、熱変形であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与された基材である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されたランダムパターン付き基材に微小変形を与える微小変形付与手段と、
この微小変形付与手段により前記基材に生じさせた微小変位をデジタル画像相関法により求めるための画像処理システムと、
を備えたことを特徴とする微小変位測定装置である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記微小変形付与手段が、加熱装置、または、冷却装置の少なくともいずれか１つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明に係る微小変位測定方法は、
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されたランダムパターン付き基材に微小変形を与える微小変形付与工程と、
前記微小変形により生じた前記基材の微小変位をデジタル画像相関法により求める工程と、を備えているため、
被測定基材の物性値を変えることなしに、かつ、非接触で、熱変形等の微小変形に基づく微小変位を測定することが可能な微小変位測定方法を提供できる。
【００１５】
また、本発明に係る基材は、
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されているため、被測定基材の物性値を変えることなしに、かつ、非接触で、熱変形等の微小変形に基づく微小変位を測定することが可能な基材を提供できる。
【００１６】
また、本発明に係る微小変位測定装置は、
基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンが前記基材表面に付与されたランダムパターン付き基材に微小変形を与える微小変形付与手段と、
この微小変形付与手段により前記基材に生じさせた微小変位をデジタル画像相関法により求めるための画像処理システムと、を備えているため、
被測定基材の物性値を変えることなしに、かつ、非接触で、熱変形等の微小変形に基づく微小変位を測定することが可能な微小変位測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る微小変位測定装置の一実施形態の概要を説明するための模式図である。
【図２】本発明に係る基材上のランダムパターンの一実施形態の概要を説明するための図面代用写真である。
【図３】従来の基材上のランダムパターンの概要を説明するための図面代用写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、本発明に係る微小変位測定装置の構成の概要について、下記に説明する。
【００２０】
図１において、１は容器、２は容器１の上部に設けられた耐熱ガラスからなる窓、３は基材としてのアルミナ基板、４はアルミナ基板３の上に設けられたランダムパターン、５、６はランダムパターン４の移動を観察するためのＣＣＤカメラ、７はＣＣＤカメラ５、６を支える支持手段、８はＣＣＤカメラ５、６の出力信号が入力され、この入力信号に基づきデジタル画像相関法によりアルミナ基板３に生じた微小変位を求めるための画像演算処理装置としてのコンピュータ、９はコンピュータ８に接続されたディスプレー、１０はコンピュータ８に接続されたキーボードである。画像処理システムは、少なくともＣＣＤカメラ５、６とコンピュータ８から構成される。
【００２１】
次に、本発明に係る基材上のランダムパターンの一実施形態の概要について、下記に説明する。
【００２２】
図２は、アルミナ基板３表面に形成されたランダムパターン４の写真である。このランダムパターン４は、有機溶媒に界面活性剤とともにカーボンブラック（一次粒子の大きさは、数１０ｎｍ程度）が二次凝集した懸濁液をアルミナ基板３に噴霧した後、乾燥させることにより、前記懸濁液中のカーボンブラックの二次凝集体がアルミナ基板３表面上に残存するように形成されたものである。図２において、白く見える部分はアルミナ基板３の表面であり、黒く見える部分は大きさが数μｍ程度のカーボンブラックの二次凝集粒子である。このように、ランダムパターン４における黒色部分の大きさは、基本的に二次凝集粒子の大きさで決まり、液滴の大きさに依存しない。また、この二次凝集粒子の明暗のコントラストは、所定の視野の大きさ（例えば、図２に示す１００μｍ×１００μｍの範囲）に対して、１／１００程度であることもわかる。また、このランダムパターン４には、バインダーがまったく含有されていない。
【００２３】
次に、本発明に係る微小変位測定方法の概要について、アルミナ基板３の熱変形を計測する場合を例にとって、下記に説明する。
【００２４】
上述したようにして形成されたランダムパターン４付きアルミナ基板３をランダムパターン４が上方を向くように容器１にセットする。次に、このランダムパターン４の表面にＣＣＤカメラ５、６のピントが合うように調節すると同時に所定の視野の大きさ（例えば、１００μｍ×１００μｍ）になるように調節する。
【００２５】
上記ピントと視野の調節が完了した後、まず室温でランダムパターン４の表面のデジタル画像をコンピュータ８に取り込む。その後、容器１内のランダムパターン４付きアルミナ基板３の周辺に設置された微小変形付与手段としての加熱装置（図示せず）で所定温度（例えば、１２０℃）まで加熱し、ランダムパターン４付きアルミナ基板３に熱変形（微小変形の１つ）を与える。この熱変形に基づき生じた微小変位を伴うランダムパターン４の表面のデジタル画像をコンピュータ８に再び取り込む。この加熱前後のデジタル画像がコンピュータ８内でデジタル画像相関法に基づき比較されることにより、熱変形に基づき生じた微小変位が求まる。このデジタル画像相関法に基づく処理により求まった微小変位量は、７７ｎｍであった。
【００２６】
このように、本願発明に係る微小変位測定装置を用いることで、被測定基材（素子、基板、前記素子と基板との接合部等を広く指す）の物性値を変えることなしに、かつ、非接触で、熱変形に基づく微小変位を測定することが可能となる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、所定の視野の大きさの例として、１００μｍ×１００μｍの場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものでない。すなわち、厳密に１００μｍ×１００μｍである必要はなく、被測定体に要求される仕様に合わせた所定の視野の大きさであればよい。
【００２８】
また、本実施形態においては、白色のアルミナ基板３に合わせて、粒子としてカーボンブラックを用いたバインダーレスの明暗のコントラストを有したランダムパターン４について説明したが、必ずしもこれに限定されるものでない。例えば、黒色のＭｎＯ２等の粒子を用いることも可能である。また、炭化ケイ素基板等の黒色の被測定体の微小変位を測定するような場合には、白色の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の粒子を用いればよい。また、透明な基板（例えば、ジルコニア基板）のような透明な被測定基材の場合は、白色または黒色の下地処理を施した上に上記のような所定のランダムパターンを適宜選択し、付与する構成であっても構わない。
【００２９】
また、本実施形態においては、数μｍ程度のカーボンブラックの二次凝集粒子の明暗のコントラストである場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものでない。すなわち、被測定体に要求される仕様に合わせて、基材表面を観察する場合の所定の視野の大きさに対して、１／１０００〜１／１００程度の大きさの所定の材質かつ所定の粒径からなる粒子が溶媒に分散した懸濁液を用いて形成された明暗のコントラストを有した所定のランダムパターンでありさえすればよい。また、この懸濁液には、被測定基材の物性値に影響を与えない程度の微量のバインダーが含有されていても何ら構わない。
【００３０】
また、本実施形態においては、有機溶媒に界面活性剤とともにカーボンブラック（一次粒子の大きさは、数１０ｎｍ程度）が二次凝集した懸濁液をアルミナ基板３に噴霧した後、乾燥させることにより、前記懸濁液中のカーボンブラックの二次凝集体がアルミナ基板３表面上に残存するように形成されたランダムパターン４付きアルミナ基板３について説明したが、必ずしもこれに限定されるものでない。例えば、水にカーボンブラックを分散させた懸濁液を用いることも可能である。また、本実施形態においては、上述したように懸濁液をアルミナ基板３に噴霧した例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものでなく、浸漬させる等、基材に合わせた適宜な塗布方法を選択することが可能である。
【００３１】
また、本実施形態においては、微小変形として熱変形の場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものでなく、力学的荷重負荷による微小変形であっても構わない。したがって、微小変形付与手段としても、これに対応した荷重負荷装置を用いればよい。また、熱変形を与えるにあたっても、加熱装置に必ずしも限定されるものでなく、加熱装置、または、冷却装置の少なくともいずれか１つであればよい。
【００３２】
また、本実施形態においては、容器１内に設置されるランダムパターン４付きアルミナ基板３の３次元的対応を可能とするために、ＣＣＤカメラを２台用いた例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものでない。例えば、高さ方向に変化させる必要がない場合は、ＣＣＤカメラが１台でも構わない。
【符号の説明】
【００３３】
１  容器
２  窓
３  アルミナ基板
４  ランダムパターン
・  ＣＣＤカメラ
７  支持手段
８  コンピュータ
９  ディスプレー
１０  キーボード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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