特開 2022-15047 信号処理装置及び信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022015047

(43)【公開日】2022-01-21

(54)【発明の名称】信号処理装置及び信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 27/26 20060101AFI20220114BHJP

   G01R 31/50 20200101ALI20220114BHJP

【ＦＩ】

G01R27/26 C

G01R31/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020117654

(22)【出願日】2020-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】594157142

【氏名又は名称】オー・エイチ・ティー株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(72)【発明者】

【氏名】村上 真一

(72)【発明者】

【氏名】川上 幸也

(72)【発明者】

【氏名】須川 成利

(72)【発明者】

【氏名】黒田 理人

(72)【発明者】

【氏名】後藤 哲也

【テーマコード（参考）】

2G014

2G028

【Ｆターム（参考）】

2G014AA02

2G014AA03

2G014AB59

2G014AC09

2G014AC10

2G014AC15

2G028AA01

2G028BC01

2G028CG07

2G028FK01

2G028FK09

2G028MS02

(57)【要約】

【課題】容量センサの押し付けの差による容量センサの出力の変動の影響を抑制することができる容量センサの信号処理装置及び信号処理方法を提供すること。
【解決手段】信号処理装置は、検査電極を備え、検査電極と検査電極と対向して配置される検査対象物との間の静電容量に応じた信号を出力する容量センサの信号処理装置であって、この信号の値に基づいて検査電極と検査対象物との間の材質毎の距離を、それぞれの材質の比誘電率で割った値の総和を算出する算出部３４ａを備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査電極を具備し、前記検査電極と前記検査電極と対向して配置される検査対象物との間の静電容量に応じた信号を出力する容量センサの信号処理装置であって、
前記信号の値に基づいて前記検査電極と前記検査対象物との間の材質毎の距離をそれぞれの材質の比誘電率で割った値を前記材質毎に算出し、前記材質毎の前記割った値の総和を算出する算出部、
を具備する信号処理装置。

【請求項2】

前記算出部は、前記信号の値と、前記検査電極の面積と、前記検査電極と前記検査対象物との間の誘電物の誘電率と、前記誘電物の静電容量とに基づいて前記総和を算出する請求項１に記載の信号処理装置。

【請求項3】

前記検査対象物は、前記検査電極と対向している対向電極に付着している比誘電率が既知の液体であり、
前記算出部は、さらに、前記総和に基づいて前記液体の高さを算出する請求項１又は２に記載の信号処理装置。

【請求項4】

前記算出部は、さらに、前記液体の高さと前記検査電極の面積とに基づいて前記液体の体積を算出する請求項３に記載の信号処理装置。

【請求項5】

前記距離から検査画像を生成する生成部と、
前記検査画像と前記検査対象物の基準の画像である基準画像とを比較する比較部と、
をさらに具備する請求項１乃至４の何れか１項に記載の信号処理装置。

【請求項6】

検査電極を具備し、前記検査電極と前記検査電極と対向して配置される検査対象物との間の静電容量に応じた信号を出力する容量センサの信号処理方法であって、
前記信号の値に基づいて前記検査電極と前記検査対象物との間の材質毎の距離をそれぞれの材質の比誘電率で割った値を前記材質毎に算出し、前記材質毎の前記割った値の総和を算出すること、
を具備する信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、容量センサの信号処理装置及び信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

容量センサを用いて導電パターンの良否判定をすることが例えば特許文献１において提案されている。特許文献１において提案されている検査装置は、プリント回路基板に形成されている導電パターンに容量センサの検査電極を対向させ、導電パターンと検査電極との間の静電容量に応じた信号を画素値に変換し、検査画像を生成する。そして、この検査装置は、検査画像と、予め記憶しておいた良品の導電パターンの画像である基準画像とを比較し、両画像の差異から導電パターンの良否を判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０５９０１４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

容量センサで静電容量を検出するためには、容量センサの検査電極を検査対象物に近接させる必要がある。例えば、導電パターンの検査においては、検査電極を導電パターンに押し付けて画像を取得する。このとき、検査電極と導電パターンとの間にわずかながら空気層のギャップ（以下空気ギャップ）が発生する。空気ギャップの大きさは容量センサの押し付けのたびにわずかに変化する。検査電極と導電パターンの距離が短いため、空気ギャップが変化すると容量センサの出力は大きく変化する。この場合、仮に検査対象物としての導電パターンが良品であっても検査画像と基準画像との差が発生して不良品と誤判定されることがある。

【0005】

実施形態は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、容量センサの押し付けの差による容量センサの出力の変動の影響を抑制することができる容量センサの信号処理装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様の信号処理装置は、検査電極を具備し、検査電極と、検査電極と対向して配置される検査対象物との間の静電容量に応じた信号を出力する容量センサの信号処理装置であって、信号の値に基づいて検査電極と検査対象物との間の材質毎の距離をそれぞれの材質の比誘電率で割った値を前記材質毎に算出し、前記材質毎の前記割った値の総和を算出する算出部とを備える。

【発明の効果】

【0007】

実施形態によれば、容量センサの押し付けの差による容量センサの出力の変動の影響を抑制することができる容量センサの信号処理装置及び信号処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、一実施形態に係る容量センサの信号処理装置の一例としての導電パターン検査装置の概念的な構成を示す図である。

【図2】図２は、容量センサ素子の一例の構成を示す図である。

【図3】図３は、容量センサ素子の等価回路図である。

【図4】図４は、（式６）の関数によって表されるグラフである。

【図5】図５は、画像処理回路の機能ブロック図である。

【図6】図６は、実施形態に係る信号処理方法を含む導電パターンの検査方法について示すフローチャートである。

【図7A】図７Ａは、従来の基準画像の例を示す図である。

【図7B】図７Ｂは、従来の不良品の検査画像の例を示す図である。

【図7C】図７Ｃは、図７Ａと図７Ｂの比較結果の一例としての差分画像を示す図である。

【図7D】図７Ｄは、図７Ｃの差分画像の２値化画像を示す図である。

【図8A】図８Ａは、実施形態の基準画像の例を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、実施形態の不良品の検査画像の例を示す図である。

【図8C】図８Ｃは、図８Ａと図８Ｂの比較結果の一例としての差分画像を示す図である。

【図8D】図８Ｄは、図８Ｃの差分画像の２値化画像を示す図である。

【図9】図９は、実施形態の技術を用いた水滴の検知の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１は、一実施形態に係る容量センサの信号処理装置の一例としての導電パターン検査装置の概念的な構成を示す図である。導電パターン検査装置１は、容量センサ１０と、ステージ２０と、信号処理装置３０とを有している。

【0010】

容量センサ１０は、信号処理装置３０の制御の下、検査対象物であるプリント回路基板（ＰＣＢ）５０の導電パターン５１と対向する位置に配置される。そして、容量センサ１０は、ＰＣＢ５０に形成された導電パターン５１との静電容量に応じた電圧信号を信号処理装置３０に出力する。容量センサ１０は、エリアセンサ部１１と、センサ移動機構１２とを有する。

【0011】

エリアセンサ部１１は、エリア状に配置された複数の容量センサ素子を有する。エリアセンサ部１１は、容量センサ１０の検出エリアを形成している。それぞれの容量センサ素子は、対向する導電パターンとの間でキャパシタを形成し、静電容量に応じた電圧信号を出力するように構成されている。容量センサ素子については後で詳しく説明する。ここで、複数の容量センサ素子は、エリア状ではなく、ライン状に配置されていてもよい。また、エリアセンサ部１１は、ＰＣＢ５０の導電パターンと実質的に非接触に配置される。「実質的に非接触」とは、容量センサ１０のエリアセンサ部１１を覆っている窒化膜やポリイミド膜の保護膜を介しての接触であることを意味している。この保護膜は、エリアセンサ部１１に形成されている電極等が実際にＰＣＢ５０に接触してしまうことによって損傷又は摩耗したり、汚れたりするのを防止するための極薄の絶縁膜である。また、図１では、導電パターン５１は、櫛形の導電パターンである。導電パターン５１は、櫛形に限定されるものではない。

【0012】

センサ移動機構１２は、エリアセンサ部１１をＰＣＢ５０の主面と平行な方向であるＸＹ方向に移動させるように構成されている。センサ移動機構１２は、Ｙ移動機構１２ａと、支持部１２ｂと、Ｘ移動機構１２ｃとを有している。Ｙ移動機構１２ａは、Ｙ方向に延びるように形成され、支持部１２ｂをＹ方向に移動させるアクチュエータを備えた機構である。支持部１２ｂは、Ｘ移動機構１２ｃを支持している部材である。Ｘ移動機構１２ｃは、Ｘ方向に延びるように形成され、エリアセンサ部１１をＸ方向に移動させるアクチュエータを備えた機構である。

【0013】

ステージ２０は、ＰＣＢ５０を載置するためのステージである。ステージ２０は、例えばＹ方向に移動できるように構成されている。ステージ２０が移動されることにより、例えばＰＣＢ５０の交換が行われ得る。

【0014】

信号処理装置３０は、容量センサ１０及びステージ２０を制御する。また、信号処理装置３０は、容量センサ１０のエリアセンサ部１１から出力される電圧信号を処理する。信号処理装置３０は、検査信号電源３１と、センサ移動制御回路３２と、ステージ移動制御回路３３と、画像処理回路３４と、記憶装置３５と、比較回路３６と、表示装置３７と、入力装置３８と、インターフェース３９と、制御回路４０とを有する。ここで、センサ移動制御回路３２と、ステージ移動制御回路３３と、画像処理回路３４と、比較回路３６と、制御回路４０とは、必ずしもハードウェアで構成されている必要はない。センサ移動制御回路３２と、ステージ移動制御回路３３と、画像処理回路３４と、比較回路３６と、制御回路４０と同等の動作がＣＰＵ等によって実行されるソフトウェアによって実現されてもよい。

【0015】

検査信号電源３１は、導電パターン５１に検査信号を印加するための電源である。検査信号は、例えば所定の定電圧である。検査信号電源３１によって導電パターン５１に検査信号が印加されることにより、エリアセンサ部１１の各容量センサ素子は、導電パターン５１との静電容量に応じた電圧信号を出力する。

【0016】

センサ移動制御回路３２は、エリアセンサ部１１をＰＣＢ５０の上の検査位置に移動させるようにセンサ移動機構１２を制御する。例えば、センサ移動制御回路３２は、制御回路４０によって指定される座標にエリアセンサ部１１が移動するようにセンサ移動機構１２に指令を出す。

【0017】

ステージ移動制御回路３３は、ステージ２０を移動させる。例えば、ステージ移動制御回路３３は、ＰＣＢ５０の交換の時等の制御回路４０によって指定されたタイミングでステージ２０に指令を出す。

【0018】

画像処理回路３４は、エリアセンサ部１１の各容量センサ素子から出力される電圧信号に基づき検査画像を生成する。検査画像は、それぞれの容量センサ素子の出力に基づいて生成される値を画素値とする画像である。後で説明するようにそれぞれの画素値は、導電パターンと、この導電パターンと対応する容量センサ素子との間の等価空気膜厚に対応している。等価空気膜厚については後で詳しく説明する。

【0019】

記憶装置３５は、ハードディスク等の各種の記憶装置である。記憶装置３５には、制御回路４０によって使用されるプログラムが記憶される。また、記憶装置３５には、検査位置の情報が記憶される。検査位置は、エリアセンサ部１１の座標情報である。また、記憶装置３５には、導電パターン５１の良否の判定結果が記憶される。さらに、記憶装置３５には、比較回路３６における比較に用いられる基準画像が記憶される。基準画像は、断線、短絡、欠け等の欠陥のない正常な導電パターンの画像である。ここで、基準画像のそれぞれの画素値も、検査画像と同様に導電パターンと対応する容量センサ素子との間の等価空気膜厚に対応している。

【0020】

比較回路３６は、検査画像と基準画像とを比較する。例えば、比較回路３６は、検査画像と基準画像の画素毎の差を算出する。検査画像と基準画像との差がある位置が導電パターン５１における断線箇所、短絡箇所といった不良個所である。また、比較回路３６は、検査画像と基準画像の比較結果を記憶装置３５に記憶させる。比較結果は、例えば検査画像と基準画像の差分の画像である。

【0021】

表示装置３７は、液晶ディスプレイ等の表示装置である。表示装置３７は、例えば比較回路３６による比較結果の画像を表示する。

【0022】

入力装置３８は、キーボード、タッチパネル等の各種の入力装置である。入力装置３８は、導電パターンの検査に関する各種の入力を受け付ける。

【0023】

インターフェース３９は、信号処理装置３０をＬＡＮ、インターネット等のネットワークに接続するためのインターフェースである。信号処理装置３０は、ネットワークを介してサーバに接続され得る。この場合において、信号処理装置３０で得られた検査結果は、ネットワークを介してサーバに転送され得る。

【0024】

制御回路４０は、ＣＰＵ等のプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等であり、信号処理装置３０の全体の制御をする。例えば、制御回路４０は、センサ移動制御回路３２を制御してエリアセンサ部１１の位置を制御したり、ステージ移動制御回路３３を制御してステージ２０を移動させたりする。また、制御回路４０は、表示装置３７を制御して各種の画像を表示させたり、インターフェース３９を制御して検査結果をサーバに転送したりする。

【0025】

次に、容量センサ素子について説明する。図２は、容量センサ素子の一例の構成を示す図である。図２に示すように、容量センサ素子１００は、検査電極１０１と、保護膜１０２と、受電キャパシタ１０３と、アンプ１０４とを有している。

【0026】

検査電極１０１は、検査対象物である導電パターン５１と対向するように配置される平板電極である。検査電極１０１が導電パターン５１に近接されると、検査電極１０１と導電パターン５１とによってキャパシタ１０１ａが形成される。ここで、前述したように、導電パターン５１には検査信号電源３１から検査信号が印加される。このため、検査電極１０１が導電パターン５１に近接されると、検査電極１０１には導電パターン５１との静電容量に応じた電圧信号が発生する。

【0027】

保護膜１０２は、検査電極１０１の表面を覆う窒化膜のパッシベーション又はポリイミド等の絶縁膜であって、検査電極１０１が導電パターン５１と直接接触しないように保護する。

【0028】

受電キャパシタ１０３は、検査電極１０１に発生した電圧信号によって充電される。受電キャパシタ１０３は、アンプ１０４の入力電圧を保持する素子として動作する。出力電圧Ｖ_ｏｕｔが読みだされるとき、受電スイッチは、リセットスイッチ１０３ａによって放電される。

【0029】

アンプ１０４は、受電キャパシタ１０３から出力された電圧信号を増幅する。アンプ１０４のゲインは、固定値であってもよいし、可変であってもよい。

【0030】

図３は、容量センサ素子の等価回路図である。図２に示すようにして検査電極１０１が導電パターン５１に近接したとき、検査電極１０１と導電パターン５１とによってキャパシタ１０１ａが形成される。ここで、検査信号電源３１の電源電圧（検査信号電圧）をＶ_ｆ、検査電極１０１と導電パターン５１とによって形成されるキャパシタ１０１ａの静電容量をＣ_ｓ、受電キャパシタ１０３の静電容量をＣ_ｃ、アンプ１０４の入力電圧をＶ_ｉｎとすると、（式１）の関係が成立する。つまり、入力電圧Ｖ_ｉｎは、キャパシタ１０１ａの静電容量Ｃ_ｓと受電キャパシタの静電容量Ｃ_ｃの分圧比と検査信号電圧Ｖ_ｆに比例する。

【数1】

【0031】

ここで、キャパシタ１０１ａの静電容量Ｃ_ｓは、保護膜１０２の静電容量Ｃ_ｓ２と、保護膜１０２と導電パターン５１との間の空気ギャップによるキャパシタの静電容量Ｃ_ｓ１の静電容量とが直列接続されたキャパシタの合成容量と考えることができる。つまり、静電容量Ｃ_ｓは、以下の（式２）、（式３）で表され得る。ここで、ε_１は空気の誘電率である。ｄ_１は保護膜１０２と導電パターン５１との間の空気層の距離、すなわち空気ギャップである。また、ε_２は保護膜１０２の誘電率であって、保護膜１０２に用いられる材質によって変化する。ｄ_２は保護膜１０２の厚さである。Ｓは、検査電極１０１の面積である。

【数2】

【0032】

（式２）、（式３）を用いて（式１）を変形すると、（式４）が得られる。ここで、Ｖ_ｆ、Ｃ_ｃ、ε_１、ε_２、ｄ_２、Ｓは例えば容量センサ１０の設計時に決まる定数である。したがって、（式４）において、以下の（式５）のように定数ａ、ｂ、ｃを定義することができる。

【数3】

ａ、ｂ、ｃを用いることにより、Ｖ_ｉｎは、（式６）のように表される。つまり、Ｖ_ｉｎは、空気ギャップｄ_１のみの関数である。

【数4】

【0033】

図４は、（式６）の関数によって表されるグラフである。図４に示すように、空気ギャップｄ_１が小さいとき、Ｖ_ｉｎの変化量は大きい。通常、容量センサ１０の出力を大きくするために、エリアセンサ部１１は、導電パターン５１との距離が０．１ｍｍ以下といった近距離となるように押し付けられる。この場合、押し付け力のわずかな変化によって空気ギャップｄ_１が少し変化しただけでも、Ｖ_ｉｎは大きく変化する。さらに、押し付け力は、容量センサ素子毎にばらつき得る。このばらつきにより、容量センサ素子毎にＶ_ｉｎの変化量もばらつき得る。Ｖ_ｉｎの変化に伴って、容量センサ素子の出力電圧Ｖ_ｏｕｔも変化する。Ｖ_ｏｕｔの変化量のばらつきは、検査画像と基準画像との差を算出する際の誤差を引き起こす。

【0034】

実施形態では、容量センサ素子の出力電圧Ｖ_ｏｕｔに基づいて検査画像と基準画像とが比較されるのではなく、空気ギャップｄ_１と保護膜１０２の空気換算膜厚ｄ_ＣＡとの合計値である等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴに基づいて検査画像と基準画像とが比較される。等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、検査電極１０１と検査対象物との間に介在する空気、保護膜といった材質の距離を、それぞれの材質の比誘電率で割った値の総和になる。画像処理回路３４は、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴに基づく検査画像を生成する。図４に示すように、押し付け力の変化による容量センサ素子の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの変化量に比較して、空気ギャップｄ_１の変化量は小さい。保護膜１０２の空気換算膜厚ｄ_ＣＡは一定である。したがって、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴに基づく検査画像と基準画像とで比較をすることにより、押し付け力の変化による誤差の影響が抑制される。

【0035】

図５は、画像処理回路３４の機能ブロック図である。画像処理回路３４は、算出部３４ａと、生成部３４ｂとを有している。

【0036】

算出部３４ａは、それぞれの容量センサ素子の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの値に基づき、対応する等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値を算出する。以下、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの算出方法について説明する。まず、（式４）をｄ_１について解くと、以下の（式７）のようになる。

【数5】

（式７）の右辺第２項は、保護膜の厚さｄ_２を空気に対する比誘電率ε_２で除した値である。つまり、（式７）の右辺第２項は、物理的な厚さを示すものではなく、電気的な厚さを示している。このような換算は、半導体産業では、誘電率の異なった材質の厚さを酸化膜の厚さに換算する手法として用いられ、このような換算によって得られる換算量は、EOT(Equivalent Oxide Thickness（等価酸化膜厚）或いはElectrical Oxide Thickness（電気的酸化膜厚）と呼ばれている。今回は空気の厚さに換算されているので、今回は空気換算膜厚ｄ_ＣＡと呼んでいる。また、（式７）の右辺第１項は、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴであり、空気ギャップｄ_１と空気換算膜厚ｄ_ＣＡとの合計値である。したがって、（式７）をｄ_ＥＡＴの式に書き換えると、以下の（式８）が得られる。

【数6】

【0037】

ここで、容量センサ素子の出力電圧の値をＶ_ｏｕｔ、アンプ１０４のゲインをＧ_ｓとすると、Ｖ_ｏｕｔ＝Ｇ_ｓＶ_ｉｎであるから、（式８）のＶ_ｉｎをＶ_ｏｕｔで置き換えると、以下の（式９）が得られる。

【数7】

（式９）より、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、Ｖ_ｏｕｔから算出され得る。算出部３４１は、例えば出力電圧Ｖ_ｏｕｔの値をデジタル値として取り込んで（式９）の演算を実施し、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴを算出する。
ここで、（式９）の等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、検査電極１０１の面積と検査電極１０１に対向する検査対象物の面積とが同一であるものとして計算されている。検査電極１０１の面積よりも検査対象物の面積の方が大きい場合、検査電極１０１の横からのフリンジ容量も等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値に影響する。フリンジ容量の値が予め計算されていれば、このフリンジ容量が（式９）のＣ_ｃに含められることによって、フリンジ容量の影響も含めた等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴが算出され得る。

【0038】

生成部３４ｂは、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値に基づいて検査画像を生成する。生成部３４ｂは、それぞれの容量センサ素子の等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値を多値化する。そして、生成部３４ｂは、それぞれの容量センサ素子の等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの多値化された値を画素値に割り付ける。そして、生成部３４ｂは、それぞれの画素値を容量センサ素子の配置に従って配列することで画像を生成する。なお、生成部３４ｂにおける多値化は、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値を閾値と比較することで行われる。例えば、閾値が１つであれば、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、２値化される。例えば、閾値が２つであれば、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、３値化される。また、検査画像は、画素値に応じて色付けされてもよい。

【0039】

図６は、実施形態に係る信号処理方法を含む導電パターンの検査方法について示すフローチャートである。検査の開始に先立って、ステージ２０には、ＰＣＢ５０が載せられているものとする。

【0040】

ステップＳ１において、制御回路４０は、センサ移動制御回路３２を介してセンサ移動機構１２を制御し、エリアセンサ部１１をＰＣＢ５０の上の検査位置に移動させる。

【0041】

ステップＳ２において、制御回路４０は、検査信号電源３１を制御して導電パターン５１に検査信号を印加する。このとき、エリアセンサ部１１のそれぞれの容量センサ素子は、それぞれと対向している導電パターン５１との静電容量に応じた電圧信号を出力する。

【0042】

ステップＳ３において、信号処理装置３０は、エリアセンサ部１１のそれぞれの容量センサ素子から出力された電圧信号を例えばデジタル信号に変換して取り込む。

【0043】

ステップＳ４において、画像処理回路３４は、前述した（式９）に基づいてそれぞれの容量センサ素子毎の等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴを算出する。そして、画像処理回路３４は、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴを例えば記憶装置３５に記憶させる。

【0044】

ステップＳ５において、制御回路４０は、すべての検査位置へのエリアセンサ部１１の移動が完了したか否かを判定する。ステップＳ５において、すべての検査位置へのエリアセンサ部１１の移動が完了していないと判定されたとき、処理はステップＳ６に移動する。ステップＳ５において、すべての検査位置へのエリアセンサ部１１の移動が完了したと判定されたとき、処理はステップＳ７に移動する。

【0045】

ステップＳ６において、制御回路４０は、次の検査位置を設定する。その後、処理はステップＳ１に戻る。この後、次の検査位置へのエリアセンサ部１１の移動が行われる。

【0046】

ステップＳ７において、画像処理回路３４は、記憶装置３５に記憶されている等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値を読み出し、読み出した等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴの値の画素値に変換することによって検査画像を生成する。

【0047】

ステップＳ８において、比較回路３６は、検査画像と基準画像とを比較する。例えば、比較回路３６は、検査画像と基準画像との差分画像を生成する。そして、比較回路３６は、比較結果を記憶装置３５に記憶させる。

【0048】

ステップＳ９において、制御回路４０は、比較結果を提示する。例えば、制御回路４０は、差分画像を表示装置３７に表示させる。この際、検査画像と基準画像の差分画像を２値化した画像を表示させると不良個所はより分かりやすくなる。その後、図６の処理は終了する。なお、別のＰＣＢ５０に対する検査が行われるときには、ＰＣＢ５０の交換の後、再度、図６の処理が行われる。

【0049】

図７Ａは、従来の基準画像の例を示す図である。つまり、図７Ａの基準画像のそれぞれの画素値は、対応する容量センサ素子の出力電圧の値に対応している。図７Ａに示す基準画像は、配線２０１ａの先端２０１ｂにスルーホールが形成されている導電パターンの画像である。また、図７Ａの基準画像では、右下の配線の先端２０１ｃにもスルーホールが形成されている。また、図７Ａの基準画像の左上には、ＰＣＢ５０の端部２０１ｄがある。

【0050】

図７Ｂは、従来の不良品の検査画像の例を示す図である。図７Ｂの検査画像のそれぞれの画素値は、対応する容量センサ素子の出力電圧の値に対応している。ここで、図７Ｂでは、配線２０２ａの先端２０２ｂにスルーホールが形成されていない。図７Ｂのその他の部分は図７Ａと同一である。

【0051】

図７Ｃは、図７Ａと図７Ｂの比較結果の一例としての差分画像を示す図である。例えば、断線や短絡といった不良が生じていない部分については、容量センサ素子の出力電圧の値が基準画像における対応する画素における出力電圧の値とほぼ一致する。このため、検査画像と基準画像との差分は殆ど生じない。一方で、断線や短絡といった不良が生じている部分については、容量センサ素子の出力電圧の値が基準画像における対応する画素における出力電圧の値と一致しない。このため、検査画像と基準画像との差分が生じる。つまり、図７Ｃに示す差分画像においては、配線２０３ａの先端２０３ｂの位置にスルーホールの有無による差分が画像として現れている。しかしながら、先端２０３ｃの部分も基準画像と検査画像の両方にスルーホールがあるために差分が画像として現れないはずであるのに、差分が画像として現れてしまっている。端部２０３ｄや配線２０３ａも同様である。

【0052】

このような基準画像と検査画像との比較結果と基準画像と実際の導電パターンとの比較結果との差は、検査の時の押し付け力の差に起因するものである。実施形態では、この差が閾値で２値化し、閾値を超えた部分が不良個所と判定される。図７Ｄは、図７Ｃの差分画像の２値化画像を示す図である。図７Ｄに示すように、先端２０３ｂと対応した部分２０４ｂと先端２０４ｃと対応した部分２０４ｃと端部２０３ｄと対応した部分２０４ｄのそれぞれの欠損部分が不良と判定される。差分画像では差として現れていた配線２０３ａと対応した部分２０４ａは不良とは判定されない。

【0053】

図８Ａは、実施形態の基準画像の例を示す図である。つまり、図８Ａの基準画像のそれぞれの画素値は、対応する容量センサ素子の出力電圧の値から算出された等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴに対応している。図８Ａに示す基準画像は、図７Ａと同様に、配線３０１ａの先端３０１ｂにスルーホールが形成されている導電パターンの画像である。また、図８Ａの基準画像でも、図７Ａと同様に、右下の配線の先端３０１ｃにもスルーホールが形成されている。また、図８Ａの基準画像の左上には、ＰＣＢ５０の端部３０１ｄがある。

【0054】

図８Ｂは、実施形態の不良品の検査画像の例を示す図である。図８Ｂの検査画像のそれぞれの画素値は、対応する容量センサ素子の出力電圧の値から算出された等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴに対応している。ここで、図８Ｂでは、図７Ｂと同様に、配線３０２ａの先端３０２ｂにスルーホールが形成されていない。一方、図８Ｂの検査画像では、右下の配線の先端３０２ｃにはスルーホールが形成されている。また、図８Ｂの検査画像の左上には、ＰＣＢ５０の端部３０２ｄがある。

【0055】

図８Ｃは、図８Ａと図８Ｂの比較結果の一例としての差分画像を示す図である。図８Ｃに示す差分画像においては、配線３０３ａの先端３０３ｂの位置にスルーホールの有無による差分が画像として現れている。また、図８Ｃに示す差分画像においては、配線３０３ａの部分、右下の先端３０３ｃの部分、左上の端部３０３ｄの部分は画像として殆ど現れていない。図８Ｄは、図８Ｃの差分画像の２値化画像を示す図である。図８Ｄでは、不良個所はスルーホールの欠損がある配線３０３ａの先端３０３ｂに対応した部分３０４ｂのみとなる。これは、押し付け力の変化に伴う検査電極と導電パターンとの距離の変化に比べて、断線や短絡といった不良に伴う検査電極と導電パターンとの距離の変化のほうが大きいためである。

【0056】

このように、実施形態によれば、容量センサ素子の出力電圧の値に基づき、検査電極１０１と導電パターン５１との間の空気層の距離に対応した等価空気膜厚の値が算出される。図４で示したように、押し付け力の変化による出力電圧の値の変化に比べて空気ギャップの変化は小さい。したがって、空気ギャップと保護膜の空気換算膜厚の合計値である等価空気膜厚の値に基づいて検査画像と基準画像との比較が行われることにより、検査毎の押し付け力の変動による容量センサ素子の出力電圧の変動の影響が抑制される。また、等価空気膜厚の値は、容量センサの出力に基づいて算出されるので非接触での検査も可能である。

【0057】

［変形例１］
前述した（式４）は、保護膜１０２が１つの材料から形成されていることを前提としている。これに対し、保護膜１０２は、複数の異なる材料から構成される多層膜であってもよい。検査電極１０１と導電パターン５１との間にｎ（ｎは自然数）層の誘電物が介在しているとき、合成容量Ｃ_ｓは、以下の（式１０）から算出される。ここで、（式１０）のε_ｎは誘電物ｎの誘電率である。ｄ_ｎは誘電物ｎの厚さである。

【数8】

【0058】

（式１）と（式１０）とから、空気ギャップｄ_１は、以下の（式１１）のように得られる。

【数9】

（式１１）の右辺第１項は等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴである。また、右辺第２項は多層膜である保護膜１０２の空気換算膜厚ｄ_ＣＡである。このように、保護膜１０２が多層膜であっても等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは（式８）と同様にして算出され得る。

【0059】

以上説明したように変形例１によれば、保護膜１０２が多層膜であっても等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴが算出され得る。これにより、押し付け力の変動による容量センサの出力電圧の変動の影響が抑制される。

【0060】

［変形例２］
前述した実施形態では、信号処理装置３０の導電パターン検査装置への適用例が説明されている。これに対し、実施形態の技術は各種の検査装置への適用が可能である。

【0061】

例えば、実施形態の技術は、貫通樹脂埋め基板（PAD on HOLE）の検査装置にも適用され得る。貫通樹脂埋め基板は、スルーホールに樹脂を埋め込み、その樹脂が埋め込まれたスルーホールの上にパッドを設けることによってスルーホールを配置するためのスペースが確保された基板のことである。

【0062】

貫通樹脂埋め基板では、樹脂埋めの工程又は研磨の工程で検査が行われる。例えば、樹脂埋めの際に樹脂不足があると基板表面がフラットにならず、ＩＣ等の部品を実装した場合にはんだ付け不良が発生する。そのため、樹脂が充填されているか検査する必要がある。

【0063】

信号処理装置３０は、検査電極と検査対象物との間の空気層の距離である等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴを画像化する。ここで、貫通樹脂埋め基板の場合、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、スルーホールに充填されている樹脂の量に応じて変動する。したがって、実施形態で説明したのと同様の検査画像と基準画像との比較によって、貫通樹脂埋め基板の樹脂埋めが正しく行われているか否かの検査が行われ得る。

【0064】

また、実施形態の技術は、基板上に形成されたバンプの検査にも用いられ得る。等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴは、基板上に形成されているバンプの高さに応じて変動する。したがって、実施形態で説明したのと同様の検査画像と基準画像との比較によって、基板上にバンプが正しく形成されているか否かの検査が行われ得る。

【0065】

さらに、実施形態の技術は、電極上の液体の検知も用いられ得る。図９は、実施形態の技術を用いた液体の検知の概念図である。液体の検知の場合、容量センサ１０に対向するように対向電極４０１が配置される。対向電極４０１には、検査信号電源３１から検査信号が印加される。また、対向電極４０１には、液体４０２が付着している。ここで、対向電極４０１は、導電パターン５１であってもよいし、その他の任意の電極であってよい。

【0066】

液体が導電体の場合、例えば水銀や純水でない液滴はわずかであるが抵抗を持っている。したがって、対向電極４０１に付着している液滴４０２は、対向電極４０１と同電位となる。このため、容量センサ素子の出力電圧は、距離が縮まっているので大きくなる。

【0067】

ここで、容量センサ１０の検査電極１０１と対向電極４０１との距離をＤ、液滴の高さをｄ_ｄとすると、液滴４０２の部分では、以下の（式１２）が成り立つ。

【数10】

【0068】

ここで、（式１２）のｄ_ＣＡは、（式７）又は（式１１）で示した空気換算膜厚ｄ_ＣＡである。前述したように、空気換算膜厚ｄ_ＣＡは容量センサ１０の設計時に決められる値である。したがって、等価空気膜厚ｄ_ＥＡＴが算出されることにより、液滴の高さｄ_ｄが算出され得る。（式１２）からも明らかなように、検査電極１０１と対向電極４０１との距離Ｄは、既知の値となるように制御されている必要がある。

【0069】

さらに、液滴４０２の高さが求まることにより、液滴４０２に検査電極１０１の面積を乗じることにより、検査電極１０１と対向している部分の液滴４０２の体積が算出され得る。つまり、微小液滴の体積ｖは、以下の（式１３）によって表される。
ｖ＝ｄ_ｄＳ （式１３）

【0070】

微小液滴の体積ｖがエリアセンサ部１１のすべての容量センサ素子分だけ積算されることにより、液滴４０２の体積が算出され得る。液滴４０２の体積の変化から、例えば液滴４０２が蒸発しているか否かを検出することができる。また、液滴４０２に細菌が含まれていれば、液滴４０２の体積の変化から細菌が増殖しているか否かを検出することもできる。

【0071】

ここで、液体が純水、油等の絶縁物の場合の距離ｄ_ｄの算出の仕方について説明する。油は前述の保護膜１０２と同様に誘電物である。したがって、対向電極４０１に油が付着している状態は対向電極４０１に保護膜が付けられたのと同じであると考えることができる。つまり、対向電極４０１に付着した油は静電容量を持つ。前述したように、誘電物質の多層膜の合成容量は（式１０）によって表され、この合成容量に液滴４０２としての油の静電容量が含められる。（式１０）では順番の入れ替えで値が変わらない。したがって、液滴４０２が対向電極４０１ではなく、保護膜１０２に付着したとしても合成容量の値は変わらない。ここで、油の比誘電率をε_ｓｄとすると、空気換算膜厚と同様の考えに基づき、液体層の空気換算距離はｄ_ｄ／ε_ｓｄで表すことができる。したがって、（式１４）より、絶縁物の液体の高さｄ_ｄも算出され得る。ここで、（式１４）のｄ_ＣＡは、（式７）又は（式１１）で示した空気換算膜厚ｄ_ＣＡである。

【数11】

【0072】

このように、容量センサ１０の検査電極１０１と対向電極４０１との距離Ｄが与えられることで、液体の高さｄ_ｄが算出され得る。

【0073】

ここで、図９では検査電極１０１と対向電極４０１との間に空気層が含まれている例が示されている。（式１２）又は（式１４）の関係は、検査電極１０１と対向電極４０１との間に液体が充填されている場合にも成立する。したがって、（式１２）又は（式１４）から算出された液体の高さから液体の体積が求められることにより、例えば液体中の気泡の総量を求めることができる。

【0074】

（その他の変形例）
前述した実施形態による各処理は、コンピュータである制御回路４０に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、制御回路４０は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行することができる。

【0075】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0076】

１ 導電パターン検査装置、１０ 容量センサ、１１ エリアセンサ部、１２ センサ移動機構、１２ａ Ｙ移動機構、１２ｂ 支持部、１２ｃ Ｘ移動機構、２０ ステージ、３０ 信号処理装置、３１ 検査信号電源、３２ センサ移動制御回路、３３ ステージ移動制御回路、３４ 画像処理回路、３４ａ 算出部、３４ｂ 生成部、３５ 記憶装置、３６ 比較回路、３７ 表示装置、３８ 入力装置、３９ インターフェース、４０ 制御回路、５０ プリント回路基板（ＰＣＢ）、５１ 導電パターン、１００ 容量センサ素子、検査電極、１０２ 保護膜、１０３ 受電キャパシタ、１０４ アンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】