JP2002122554A - プリント配線基板のビアホール検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント配線基板のビアホール内の樹脂残渣
を迅速、容易に且つ精度良く検出し得るビアホール検査
装置を提供する。 【解決手段】 ビアホール検査装置１は、絶縁樹脂層と
導体層とが積層されたビルドアップ基板Ｓのビアホール
を検査するものであり、中心波長がそれぞれ異なる複数
の光を前記ビアホールに順次切り替えて照射するための
複数の半導体発光素子２１を具備する光源部２と、２次
元に配列された複数の受光素子を具備し、前記ビアホー
ルからの反射光を検出する受光部３と、前記複数の光の
切り替えに応じて、受光部３からの出力信号を順次取得
し、該取得した出力信号に基づいて前記ビアホール内の
樹脂残渣の程度を判定する信号処理部４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビルドアップ基
板、フレキシブル基板、セラミック基板、ＭＣＭ基板等
のプリント配線基板のビアホール検査装置に関し、特
に、光学式の薄膜測定技術を応用して、ビアホール内の
樹脂残渣の程度を判定し得るように構成したビアホール
検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビルドアップ基板は、高密度実装
により軽薄短小化を促進することができ、製造コストも
低減し得る点で有利であることから、携帯電話、ノート
型パソコン、デジタルカメラを始め多くのモバイル搭載
基板として普及すると共に、ＢＧＡ（ボールグリッドア
レイ）、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、ＭＣＭ
（マルチチップモジュール）等のインターポーザとして
も急速に普及している。

【０００３】このビルドアップ基板は、銅箔等からなる
導体層と、エポキシ等からなる絶縁樹脂層とが交互に積
層されて形成されたものである。また、前記導体層間を
電気的に接続するため、ビルドアップ基板の所定箇所
に、前記絶縁樹脂層を貫通するビアホールが形成されて
いる。斯かるビアホールの形成には、５０μｍ〜７０μ
ｍ程度の厚さを有する絶縁樹脂層の所定箇所を５０μｍ
〜２００μｍ程度の径で貫通させるべく、所謂フォト法
やレーザ法と称される手法が用いられているが、形成し
たビアホールの底部（以下、「ビア底」という）に、１
μｍ程度の厚さ分の絶縁樹脂が残存する場合がある（残
存する樹脂を「樹脂残渣」という）。斯かる樹脂残渣
は、後工程の基板の導通に悪影響を及ぼし、製品の歩留
まりを低下させる点で問題である。

【０００４】従来、上記ビアホール内の樹脂残渣を検査
する方法として、顕微鏡を使用して目視検査する方法
や、レーザ法によるビアホール形成時にそのレーザ自体
を使用して検査する方法等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記顕
微鏡による目視検査の場合には、検査に時間、手間を要
する上、検査者によって個体差があるため客観性に欠け
るという欠点がある。また、前記レーザ法によるレーザ
を使用して検査する方法は、ビア底からの反射光の位相
差を検出して樹脂残渣の厚さを測定する方法であるが、
一般にレーザ法では、波長１０μｍ程度の炭酸ガスレー
ザを使用するため、分解能の制約により２μｍ程度以上
の厚さを有する残渣しか検出し得ないという問題があ
る。

【０００６】本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決
するべくなされたもので、ビルドアップ基板等のプリン
ト配線基板のビアホール内の樹脂残渣を迅速、容易に且
つ精度良く検出し得るビアホール検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、前記
課題を解決するべく鋭意研究した結果、樹脂残渣が１μ
ｍ程度以下の厚さを有する場合が多い上、光透過性を有
することから、斯かる樹脂残渣を導体層上に形成された
一種の薄膜であると考えれば、光学式の薄膜測定技術を
応用できることを見い出すに至り、本発明を完成させた
ものである。

【０００８】すなわち、本発明は、絶縁樹脂層と導体層
とが積層されたプリント配線基板のビアホールを検査す
るための装置であって、中心波長がそれぞれ異なる複数
の光を前記ビアホールに順次切り替えて照射する光源部
と、２次元に配列された複数の受光素子を具備し、前記
ビアホールからの反射光を検出する受光部と、前記複数
の光の切り替えに応じて、前記受光部からの出力信号を
順次取得し、該取得した出力信号に基づいて前記ビアホ
ール内の樹脂残渣の程度を判定する信号処理部とを備え
ることを特徴とするビアホール検査装置を提供するもの
である。

【０００９】斯かる発明によれば、光源部からビアホー
ルに照射した光は、樹脂残渣の表面及び裏面（導体層と
接する面）において反射し、これら各反射光は、樹脂残
渣の厚さに応じた位相ずれを生じて互いに干渉し、受光
部で検出されることになる。斯かる位相ずれの度合いに
応じた干渉光の光量（明暗）は、樹脂残渣の厚さのみな
らず、照射する光の波長によっても異なったものとな
る。従って、公知の膜厚測定方法の如く、複数の波長の
光を照射して、各波長毎に干渉光の光量を検出すれば、
樹脂残渣の厚さを算出することが可能である。この点、
本発明の光源部は、中心波長がそれぞれ異なる複数の光
を順次切り替えて照射するように構成されているため、
受光部は複数の波長に対応する干渉光を順次検出するこ
とになる。信号処理部は、受光部の出力信号、すなわ
ち、各波長ごとの干渉光の光量に相当する信号を取得す
るため、該信号に基づき樹脂残渣の厚さの程度を判定す
ることができる。また、受光部は、２次元に配列された
複数の受光素子を具備するため、ビアホール全体を一括
して検査可能である。

【００１０】好ましくは、前記光源部は、複数の発光ダ
イオードを備え、該発光ダイオードの発光面前方に拡散
板が備えられる。

【００１１】光源部に複数の発光ダイオード（以下、場
合によりＬＥＤという）を使用する場合、機械的に精密
な光軸調整を施したとしても、ＬＥＤのボンディング
や、発光部の形状、発光チップの位置等の影響により、
各ＬＥＤの光軸が全て一致した光源として扱えないとい
う問題がある。斯かる光軸の不一致は微小な角度である
ものの、ビルドアップ基板の絶縁樹脂層や導体層のよう
に、半導体基板上に形成された薄膜等と比較して表面の
凹凸が激しい場合、各ＬＥＤに対応する反射光同士を比
較すれば、同一箇所からの反射光であったとしても受光
素子上に集束する位置が数素子分ずれてしまう場合があ
る。斯かる位置ずれは、前述した樹脂残渣の厚さの程度
を判定する上で好ましいものではない。

【００１２】本発明によれば、ＬＥＤの発光面前方に拡
散板が備えられるため、各ＬＥＤの光軸のばらつきを補
正し得ると共に、拡散板を通過した光を平行光に近い光
源として扱い得るため、樹脂残渣の検査をより一層高精
度に行なうことが可能となる。

【００１３】好ましくは、前記複数の発光ダイオード
は、１個の白色発光ダイオードと、複数の単色発光ダイ
オードとから構成されており、前記信号処理部は、前記
各発光ダイオードによる照射毎に得られる前記受光部か
らの出力信号を複数の画像として記憶し、前記白色発光
ダイオードで照射した場合の画像から、所定値以上の濃
淡値を有する領域を抽出し、前記複数の単色発光ダイオ
ードで照射した場合の画像から、前記領域に相当する画
素の濃淡値を検出し、該検出された濃淡値に基づき、前
記領域を構成する各画素毎に相対分光反射率曲線を算出
し、更に、該相対分光反射率曲線の極値の個数に基づき
前記ビアホール内の樹脂残渣の程度を判定するように構
成される。

【００１４】前述のように、ビルドアップ基板の絶縁樹
脂層と導体層は、表面の凹凸が激しいために、反射光が
乱反射し、受光部で検出する受光量が小さくなるので、
樹脂残渣の程度を判定するデータとして使用するのが困
難となる場合がある（図６参照）。つまり、導体層及び
絶縁樹脂層表面プロファイルの頂部又は底部について
は、垂直に入射した光はそのまま垂直に反射するが、傾
斜部に入射した光はその傾斜に応じて反射するため、入
射光と同軸に受光部を設置した場合、頂部又は底部につ
いては受光量が大きくなるのに対し、傾斜部では受光量
が小さくなるため、斯かる傾斜部からの受光量を樹脂残
渣判定用データとして使用すれば、ノイズ要因となっ
て、樹脂残渣判定精度の低下を招く場合がある。

【００１５】本発明によれば、白色発光ダイオードで照
射した場合の画像から所定値以上の濃淡値を有する領域
を抽出し、該抽出された領域内の画素についてのみ樹脂
残渣の程度を判定する対象として使用するため、上記精
度の低下を解消することができる。すなわち、複数の単
色発光ダイオードで照射した場合の画像から、前記領域
に相当する画素の濃淡値を検出し、該検出された濃淡値
に基づき、樹脂残渣の程度を判定するため、前述したよ
うに受光量（濃淡値）が小さくなり、ノイズ要因となり
易い傾斜部のデータを割愛し、より一層精度良く樹脂残
渣を判定することが可能となる。また、樹脂残渣の判定
に際しては、算出された相対分光反射率曲線の極値の個
数に基づく判定を行なうため、樹脂残渣の厳密な厚さを
測定する上では必要となる煩雑な手順を踏まえることな
く、容易且つ迅速な判定が可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明に
係るビルドアップ基板のビアホール検査装置の一実施形
態を示す概念図であり、図２は、検査対象となるビルド
アップ基板の断面図である。図１及び図２に示すよう
に、本実施形態に係るビアホール検査装置１は、銅箔等
からなる導体層Ｓ１と、導体層Ｓ１上に積層され、エポ
キシ、レジン又はポリイミド等からなる絶縁樹脂層Ｓ２
とを有するビルドアップ基板Ｓを検査対象とし、特に、
絶縁樹脂層Ｓ２の所定箇所に形成されたビアホールＨの
底部に残存する樹脂残渣Ｓ２１の程度を検査するもので
ある。

【００１７】図１に示すように、ビアホール検査装置１
は、中心波長がそれぞれ異なる複数の光をビルドアップ
基板Ｓに順次切り替えて照射するべく環状に配置された
複数のＬＥＤ２１を具備する光源部２と、２次元に配列
された複数のＣＣＤ素子を具備し、ビルドアップ基板Ｓ
のビアホールＨを含む所定領域からの反射光を一括して
検出するＣＣＤイメージセンサ３と、前記複数の光の切
り替えに応じて、ＣＣＤイメージセンサ３からの出力信
号を取得し、該取得した出力信号に基づいてビルドアッ
プ基板Ｓのビアホール内の樹脂残渣の程度を判定し、そ
の結果を表示する画像処理装置４とを備えている。

【００１８】また、ビアホール検査装置１は、光源部２
から出射した光を集束してビルドアップ基板Ｓに略垂直
方向から照射するべく、レンズＬ１、Ｌ２及びＬ３並び
にハーフミラーＭ１を備えている。また、レンズＬ１の
焦点距離に相当する位置には出射光のノイズを除去する
べく、ピンホールＰが設置されている。さらに、ビルド
アップ基板Ｓからの反射光をハーフミラーＭ１を介して
ＣＣＤイメージセンサ３のＣＣＤ素子上に集束させるべ
く、反射ミラーＭ２及びレンズＬ４を備えている。

【００１９】光源部２は、前述のように環状に配置され
た複数のＬＥＤ２１を備えている。本実施形態では、１
個の白色ＬＥＤと、中心波長がそれぞれ４７０ｎｍ、５
０２ｎｍ、５２５ｎｍ、５９０ｎｍ、６１２ｎｍ、６２
３ｎｍ、６４４ｎｍ、７００ｎｍ、７３５ｎｍである９
個の単色ＬＥＤとが環状に配置された構成とされてい
る。また、各ＬＥＤ２１の発光面前方には、各ＬＥＤ２
１の光軸のばらつきを補正すると共に、略平行な出射光
とするべく、拡散板２２が設置されている。斯かる拡散
板２２としては、例えば、３６５ｎｍ〜１６００ｎｍの
透過波長域と、８５％以上の透過光均一度を有するディ
フューザを使用することができる。

【００２０】さらに、光源部２は、各拡散板２２を透過
した光をレンズＬ１に導くべく、回転モータ２３に接続
された反射ミラーＭ３を備えている。斯かる回転モータ
２３を駆動して反射ミラーＭ３を回転させることによ
り、各ＬＥＤ２１から出射した光をビルドアップ基板Ｓ
に順次切り替えて照射することが可能とされている。

【００２１】ＣＣＤイメージセンサ３は、５０μｍ〜２
００μｍ程度の径を有するビアホールＨを精度良く検査
するべく、約６４０×４８０ピクセルのＣＣＤ素子が２
次元に配列されて構成され、ビアホールＨ上で約３μｍ
平方の領域からの反射光が１つのＣＣＤ素子に集束する
ように配置されている。

【００２２】画像処理装置４は、前記ＬＥＤ２１の切り
替えに応じて、ＣＣＤイメージセンサ３からの出力信号
（ビデオ信号）を取得し、各ＬＥＤ２１に対応する複数
のデジタル画像として記憶するべく、所定のＡ／Ｄ変換
器及びメモリ（図示せず）を備えている。また、斯かる
記憶画像に基づき、ビルドアップ基板Ｓのビアホール内
の樹脂残渣の程度を判定するためのソフトウェアがイン
ストールされており、さらに、判定結果を図示表示する
ためのモニタ（図示せず）を備えている。

【００２３】なお、図示していないが、ビアホール検査
装置１は、２軸ステージに取り付けられており、所定の
架台上にブロアーによって吸着されたビルドアップ基板
ＳのビアホールＨ形成箇所に順次移動し、連続して検査
し得るように構成されている。

【００２４】以下、斯かる構成を有するビアホール検査
装置１の動作について説明する。まず最初に、検査対象
となるビルドアップ基板Ｓが、前記架台上に取り付けら
れた後、ビアホール検査装置１は、ＣＡＤやＮＣ等のデ
ータに基づき指定されたビアホールＨの直上にレンズＬ
３が位置するよう移動し、画像処理装置４による画像処
理により自動アライメントされ、さらにオートフォーカ
スされる。

【００２５】次に、光源部２の白色ＬＥＤ２１からの出
射光が測定対象たるビアホールＨに照射されるよう、反
射ミラーＭ３が所定位置まで回転し、反射光がＣＣＤイ
メージセンサ３によって検出される。斯かるＣＣＤイメ
ージセンサ３からの出力信号は、画像処理装置４に取り
込まれ、画像として記憶される。画像処理装置４は、図
３に示すように、前記記憶画像内のビアホールＨに相当
する複数の画素のうち、濃淡値の高い順より、予め指定
した画素数（例えば１００画素）分だけ抽出する（以
下、この抽出された画素を「明点」という）。なお、斯
かる抽出方法に限らず、予め所定の濃淡値を指定してお
き、該指定値以上の濃淡値を有する画素を抽出するよう
に構成することも可能である。

【００２６】次に、反射ミラーＭ３が所定量回転し、前
記白色ＬＥＤ２１とは異なる単色ＬＥＤ２１からの出射
光が測定対象たるビアホールＨに照射される。ビアホー
ルＨからの反射光は、前記白色ＬＥＤ２１の場合と同様
に、ＣＣＤイメージセンサ３によって検出された後、画
像処理装置４に画像として記憶される。以上の動作が、
反射ミラーＭ３が順次回転することにより、全ての単色
ＬＥＤ２１について実施され、画像処理装置４には、９
個の単色ＬＥＤ２１にそれぞれ対応する９枚の画像が記
憶されることになる。これら９枚の画像は、前記白色Ｌ
ＥＤ２１照射により得られた画像と、照射光の波長は異
なるものの、視野は同一である。

【００２７】画像処理装置４は、前記９枚の画像から、
前記明点の位置に相当する画素の濃淡値を順次検出する
（図３参照）。すなわち、前記明点を構成する各画素毎
に、９つの波長に対応する濃淡値が検出されることにな
る。なお、これら９つの波長に対応する濃淡値が全て所
定値以下の場合（例えば、ベアシリコン又は銅板を基準
として反射率３０％以下の場合）には、樹脂残渣の程度
を判定するためのデータとして使用しないようにされて
いる。

【００２８】次に、画像処理装置４は、前記明点を構成
する各画素毎に検出された９つの離散的な濃淡値に基づ
き、相対分光反射率曲線を算出する。ここで、相対分光
反射率曲線は、公知の近似手法、例えば最小二乗法を用
い、前記離散的な濃淡値にスプライン関数や多項式関数
をフィッティングさせることにより算出され得る。図４
は、斯かる分光反射率曲線の算出例であり、図中（ａ）
は樹脂残渣が無い場合、（ｂ）は樹脂残渣が有る場合を
それぞれ示す。図４において、λ₁〜λ₉で示す箇所にプ
ロットされた点は、前記明点を構成する各画素毎に検出
された９つの離散的な濃淡値である。また、図示された
曲線は、前記離散的濃淡値に基づき算出された相対分光
反射率曲線である。なお、図４では、明点を構成する全
ての画素について、算出した濃淡値及び相対分光反射率
曲線を同時に表示している。

【００２９】次に、画像処理装置４は、前述のようにし
て算出した相対分光反射率曲線の極値の個数をカウント
し、樹脂残渣の程度を判定する。図４に示すように、樹
脂残渣が無い場合と比較し、樹脂残渣が有る場合には極
値の個数が多くなる。さらに、図示していないが、樹脂
残渣が有る場合であっても、樹脂残渣の厚さが大きくな
るほど極値の個数が多くなる。従って、斯かる極値の個
数をカウントすることにより、厳密な樹脂残渣の厚さ測
定を行なうことなく、樹脂残渣の厚さの程度を容易に判
定することができる。なお、本実施形態では、極値の個
数に応じ、４段階にランク分けして判定するように構成
されている。但し、樹脂の光学定数（反射係数、吸収係
数）が確定していれば、樹脂残渣の厳密な厚さ測定（膜
厚の絶対値演算）を行うことも可能である。

【００３０】また、画像処理装置４は、上記判定結果を
所定のモニタに図示表示する。図５は、斯かる図示表示
の一例を示す。図５に示すように、前記モニタには、ビ
アホールＨ内の明点を構成する各画素毎に、Ａランク〜
Ｄランクまでの判定結果が表示され（実際には色分けし
て表示）、使用者は樹脂残渣の程度を容易に認識するこ
とが可能である。

【００３１】以上に説明した動作が、検査対象となる全
てのビアホールＨに対して順次繰り返し行なわれ、ビル
ドアップ基板Ｓの検査が終了する。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係るビ
アホール検査装置によれば、光源部は、中心波長がそれ
ぞれ異なる複数の光を順次切り替えてビアホールに照射
するべく複数の半導体発光素子を具備するため、受光部
は複数の波長に対応する干渉光を順次検出することにな
る。信号処理部は、受光部の出力信号、すなわち、各波
長ごとの干渉光の光量に相当する信号を取得するため、
該信号に基づき樹脂残渣の厚さの程度を容易に且つ精度
良く判定することができる。また、受光部は、２次元に
配列された複数の受光素子を具備するため、ビアホール
全体を一括して迅速に検査可能である。このように、本
発明は、ビルドアップ基板等のプリント配線基板のビア
ホール内の樹脂残渣を迅速、容易に且つ精度良く検出し
得るという従来に無い優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明に係るプリント配線基板のビ
アホール検査装置の一実施形態を示す概念図である。

【図２】 図２は、本発明に係るビアホール検査装置の
検査対象となるビルドアップ基板の断面図である。

【図３】 図３は、図１に示す画像処理装置に記憶され
る各ＬＥＤ照射画像の関係を示す模式図である。

【図４】 図４は、図１に示す画像処理装置で算出され
る相対分光反射率曲線の一例を示す。

【図５】 図５は、図１に示す画像処理装置で表示され
る判定結果の一例を示す。

【図６】 図６は、ビルドアップ基板の絶縁樹脂層にお
ける入射光・反射光の状況を示す模式図である。

【符号の説明】

１ ビアホール検査装置 ２ 光源部 ３ ＣＣＤイメージセンサ ４ 画像処理装置 ２１ 半導体発光素子（ＬＥＤ） ２２ 拡散板 Ｓ ビルドアップ基板 Ｈ ビアホール

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB05 CC01 DD03 DD04 DD06 FF51 GG07 GG14 GG23 HH04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL12 LL30 LL49 MM02 NN06 PP12 QQ18 QQ51 RR08 SS04 SS13 UU01 UU05 2G020 AA04 BA03 BA20 CA12 CB04 CB14 CB27 CB43 CB52 CC21 CC32 CC55 CD16 CD24 CD36 CD37 CD52 2G051 AA65 AB20 BA01 BA04 BA08 BB03 BB07 BC01 CA03 CB01 DA07 EA11 EA14 EA30 EB01 EC01 FA02 5E346 AA12 AA15 AA32 AA41 AA43 CC08 EE31 FF01 FF03 GG15 GG16 GG33 HH31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁樹脂層と導体層とが積層されたプリ
   ント配線基板のビアホールを検査するための装置であっ
   て、 中心波長がそれぞれ異なる複数の光を前記ビアホールに
   順次切り替えて照射する光源部と、 ２次元に配列された複数の受光素子を具備し、前記ビア
   ホールからの反射光を検出する受光部と、 前記複数の光の切り替えに応じて、前記受光部からの出
   力信号を順次取得し、該取得した出力信号に基づいて前
   記ビアホール内の樹脂残渣の程度を判定する信号処理部
   とを備えることを特徴とするビアホール検査装置。
2. 【請求項２】 前記光源部は、複数の発光ダイオードを
   備え、 該発光ダイオードの発光面前方に拡散板が備えられてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のビアホール検査装
   置。
3. 【請求項３】 前記複数の発光ダイオードは、１個の白
   色発光ダイオードと、複数の単色発光ダイオードとから
   構成されており、 前記信号処理部は、 前記各発光ダイオードによる照射毎に得られる前記受光
   部からの出力信号を複数の画像として記憶し、 前記白色発光ダイオードで照射した場合の画像から、所
   定値以上の濃淡値を有する領域を抽出し、 前記複数の単色発光ダイオードで照射した場合の画像か
   ら、前記領域に相当する画素の濃淡値を検出し、 該検出された濃淡値に基づき、前記領域を構成する各画
   素毎に相対分光反射率曲線を算出し、更に、 該相対分光反射率曲線の極値の個数に基づき前記ビアホ
   ール内の樹脂残渣の程度を判定することを特徴とする請
   求項１又は２に記載のビアホール検査装置。