JP2012037314A

JP2012037314A - 評価用基板および基板評価方法

Info

Publication number: JP2012037314A
Application number: JP2010176126A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Sugane; 光彦菅根
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US20120032700A1; CN102375092A

Abstract

【課題】試験パターンが多層に積層されている基板において、内層の試験パターンの絶縁不良が生じた箇所を特定することができる基板評価方法を提供する。
【解決手段】多層に積層された基板であって、内層に試験パターン層を備え、試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備える基板を準備する準備工程と、第１試験パターンと第２試験パターンとの間に電圧を印加する電圧印加工程と、基板の絶縁性を評価する評価工程と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリント配線基板などの基板の絶縁性を評価するための評価用基板および基板評価方法に関する。

近年、電子機器に搭載されるプリント配線基板の配線密度が高くなっている。また、多層配線を用いたプリント配線基板では、層間絶縁層の膜厚が薄くなっている。このようなプリント配線基板を電子機器に搭載するにあたって、プリント配線基板の信頼性を短時間で評価することが求められる。

従来、プリント配線基板の信頼性を評価するためのパターンを用いて、絶縁された配線間に電圧を印加し、絶縁抵抗の減少を測定することによりプリント配線基板の信頼性を評価する方法が用いられている。

ここで、図１を参照して、プリント配線基板の信頼性を評価する従来の方法について説明する。図１は、プリント配線基板の信頼性を評価するための従来のパターンの一例を示す図である。図１に示されるように、プリント配線基板１０には、櫛歯状の試験パターン２Ａ，２Ｂが形成されている。試験パターン２Ａ，２Ｂには、電源４が接続されている。

従来の評価方法では、まず、試験パターン２Ａ，２Ｂ間に絶縁抵抗計を接続し、試験パターン２Ａ，２Ｂ間の絶縁抵抗を測定する。次に、電源４を用いて、試験パターン２Ａ，２Ｂ間に電圧を一定時間印加する。その後、試験パターン２Ａ，２Ｂ間に絶縁抵抗計を接続し、試験パターン２Ａ，２Ｂ間の絶縁抵抗を測定する。従来の評価方法では、試験パターン２Ａ，２Ｂに電圧を印加する前後の絶縁抵抗を測定することにより、プリント配線基板１０の信頼性の評価を行う。

また、プリント配線基板に形成された導体の欠陥を検査するために、時間領域反射（ＴＤＲ：Time Domain Reflectrometry）測定を用いる方法が知られている。

特開２０００−３０４８０１号公報特開平３−３３６６５号公報

図１に示されるような櫛歯状の試験パターンを用いた評価方法では、絶縁不良が生じた箇所を目視で確認するため、試験パターンが多層に積層されている基板においては、内層の試験パターンで生じた絶縁不良を確認するのが困難となる場合がある。
また、図１に示されるような櫛歯状の試験パターンにＴＤＲ測定を適用しても、絶縁不良が生じた箇所を特定することは困難である。

そこで、試験パターンが多層に積層されている基板において、内層の試験パターンで絶縁不良が生じた箇所を特定することができる評価用基板および基板評価方法を提供することを目的とする。

開示の基板評価方法は、多層に積層された基板であって、内層に試験パターン層を備え、前記試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備える基板を準備する準備工程と、第１試験パターンと第２試験パターンとの間に電圧を印加する電圧印加工程と、前記基板の絶縁性を評価する評価工程と、を有することを特徴とする。
また、開示の評価用基板は、多層に積層された基板であって、内層に試験パターン層を備え、前記試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備えることを特徴とする。

開示の評価用基板および基板評価方法によれば、試験パターンが多層に積層されている基板において、内層の試験パターンで絶縁不良が生じた箇所を特定することができる。

信頼性を評価するための従来のパターンの一例を示す図である。試験パターン層の一例を示す平面図である。ベタパターン層の一例を示す平面図である。スルーホール接続層の一例を示す平面図である。基板の積層構造の一例を示す断面図である。基板評価方法の一例を示すフローチャートである。基板にプローブを接続した状態を示す図である。第１試験パターンと第２試験パターンとの間に電圧が印加されている状態における試験パターン層の電気的な接続関係を示す図である。（ａ）は、絶縁不良が生じていない場合のＴＤＲ測定の結果の一例を示す図であり、（ｂ）は、絶縁不良が生じた場合のＴＤＲ測定の結果の一例を示す図である。変形例の基板評価方法を示すフローチャートである。

＜実施形態＞
以下、プリント配線基板などの基板の絶縁性の評価に用いる評価用基板、及び、評価用基板を用いた基板評価方法について、実施形態に基づいて説明する。
（評価用基板）
まず、図２〜図５を参照して、本実施形態の評価用基板（以下、「基板」と呼ぶ。）について説明する。本実施形態の基板１０は、試験パターン層２０と、ベタパターン層３０，４０と、スルーホール接続層６０と、を備える。試験パターン層２０は、ベタパターン層３０とベタパターン層４０とに挟まれて配置される。基板１０の積層構造は、実際に製造される製品の積層構造と近い構造であることが好ましい。例えば、本実施形態のベタパターン層３０，４０は、実際に製造される製品の積層構造を再現するために設けられる。

ここで、図２を参照して、本実施形態の試験パターン層２０について説明する。図２は、本実施形態の試験パターン層２０の一例を示す平面図である。図２に示されるように、本実施形態の試験パターン層２０は、櫛歯状の第１試験パターン２２と、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターン２４と、を備える。図２に示される例では、３本の歯を備える櫛歯状の第１試験パターン２２と２本の歯を備える櫛歯状の第１試験パターン２２とが互いに嵌合するように配置されている。

また、試験パターン層２０には、第１スルーホール５０，５２と、第２スルーホール５４と、第３スルーホール５６と、が形成されている。第１スルーホール５０，５２は、第１試験パターン２２と接続されている。また、第２スルーホール５４は、第２試験パターン２４と接続されている。また、第３スルーホール５６は、後述するように、試験パターン層２０を挟むベタパターン層３０とベタパターン層４０とを電気的に接続するために用いられる。試験パターン層２０に形成される第１試験パターン２２や第２試験パターン２４と電気的に接続されないように、第３スルーホール５６は配置される。
なお、第１スルーホール５０，５２、第２スルーホール５４、第３スルーホール５６の内壁面にはスルーホールめっきが施されている。

次に、図３を参照して、本実施形態のベタパターン層３０，４０について説明する。図３は、本実施形態のベタパターン層３０，４０の一例を示す平面図である。図３に示されるように、本実施形態のベタパターン層３０，４０には、第１スルーホール５０，５２、第２スルーホール５４、第３スルーホール５６が形成されている。また、第１スルーホール５０，５２、第２スルーホール５４、第３スルーホール５６、および、第１スルーホール５０，５２の周囲の間隙５０ａ，５２ａ、第２スルーホール５４の周囲の間隙５４ａを除いて、ベタパターン層３０，４０の略全面には、ベタパターン電極３２，４２が形成されている。

第１スルーホール５０，５２、第２スルーホール５４の周囲には、それぞれ間隙５０ａ，５２ａ，５４ａが設けられている。そのため、第１スルーホール５０，５２、第２スルーホール５４は、ベタパターン電極３２，４２と電気的に接続されない。一方、第３スルーホール５６の周囲には間隙が設けられておらず、第３スルーホール５６は、ベタパターン電極３２，４２と電気的に接続されている。

次に、図４を参照して、本実施形態のスルーホール接続層６０について説明する。図４は、本実施形態のスルーホール接続層６０の一例を示す平面図である。スルーホール接続層６０が配置される場所は特に限定されるものではないが、例えば、基板１０の最下層に配置することができる。
図４に示されるように、本実施形態のスルーホール接続層６０には、第１スルーホール５０，５２、第２スルーホール５４、第３スルーホール５６が形成されている。また、第１スルーホール５０と第２スルーホール５２とを電気的に接続する配線６２が形成されている。上述したように、第１スルーホール５０，５２の内壁面にはスルーホールめっきが施されているため、配線６２、第１スルーホール５０，５２を介して、図２に示される２つの第１試験パターン２２は、電気的に接続される。

ここで、図５を参照して、本実施形態の基板１０の積層構造について説明する。図５は、図２のＡ−Ａ線に沿った基板１０の断面図である。図５に示されるように、試験パターン層２０は、ベタパターン層３０とベタパターン層４０とに挟まれて配置されている。具体的には、ベタパターン層３０は試験パターン層２０の下層に配置され、ベタパターン層４０は試験パターン層２０の上層に配置されている。また、図５には示されていないが、スルーホール接続層６０は、ベタパターン層３０の下層に配置されている。
以上が、本実施形態の基板１０の構成である。

なお、本実施形態では、基板１０が１層の試験パターン層２０を備える例について説明したが、基板１０が多層の試験パターン層２０を備える場合にも、以下に説明する基板評価方法を適用することができる。

（基板評価方法）
次に、上述した基板１０を用いた基板評価方法について説明する。本実施形態の基板評価方法では、ＴＤＲ測定法を用いて、試験パターン層に絶縁不良が生じた箇所を特定する。ここで、図６を参照して、本実施形態の基板評価方法の概略を説明する。図６は、本実施形態の基板評価方法の一例を示すフローチャートである。

まず、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に電圧を印加する（ステップＳ１０１）。具体的な試験条件の一例として、温度８５℃、湿度８５％の条件下で、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に６０Ｖの電圧を５００時間印加する。

ここで、図７を参照して、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に電圧を印加する方法について説明する。図７は、基板１０にプローブ７０を接続した状態を示す図である。図７に示されるように、プローブ７０は複数の端子７２を備える。図７に示されるプローブ７０は、３つの端子７２を備える。プローブ７０は、ケーブル７４を介して試験装置８０に接続される。
試験装置８０は、各端子７２に電圧を印加することができる。また、後述するように、ＴＤＲ測定法を用いて、第２試験パターンのインピーダンスを測定するため、試験装置８０は、パルス発生部とオシロスコープとを備える。

３つの端子７２は、図２〜図４を参照して説明した基板１０の第１スルーホール５０、第２スルーホール５４、第３スルーホール５６のそれぞれに挿入される。第１スルーホール５０に挿入される端子７２と第２スルーホール５４に挿入される端子７２との間に６０Ｖの電圧を印加することにより、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に６０Ｖの電圧が印加される。

図８は、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に電圧が印加されている状態における試験パターン層２０の電気的な接続関係を示す図である。上述したように、２つの第１試験パターン２２は、スルーホール接続層６０に設けられた配線６２、第１スルーホール５０，５２を介して、電気的に接続されている。そのため、第１スルーホール５０に挿入される端子７２と第２スルーホール５４に挿入される端子７２との間に電圧を印加することにより、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に電圧が印加される。

図６に戻り、次に、ＴＤＲ測定法を用いて、第２試験パターン２４のインピーダンスを測定する（ステップＳ１０２）。具体的には、図２〜図４を参照して説明した基板１０の第２スルーホール５４に挿入される端子７２にパルス状の電圧を印加する。第２スルーホール５４は、第２試験パターン２４の端に電気的に接続されているため、第２試験パターン２４の端にパルス状の電圧が印加される。また、第２試験パターン２４のインピーダンスの時間変化を測定する。なお、第１スルーホール５０、第３スルーホール５６に挿入される端子７２には、一定の電圧（例えば、１Ｖ）が供給される。
次に、ＴＤＲ測定法によるインピーダンスの測定結果を用いて、絶縁不良が発生した箇所を特定する（ステップＳ１０３）。

ここで、図９を参照して、ＴＤＲ測定法を用いたインピーダンスの時間変化について説明する。図９（ａ）は、絶縁不良が生じていない場合のインピーダンスの測定結果の一例を示す図であり、図９（ｂ）は、絶縁不良が生じた場合のインピーダンスの測定結果の一例を示す図である。図９の横軸は時間ｔを示し、縦軸はインピーダンスＺを示す。また、測定されたインピーダンスが図９に斜線で示される領域と重なる場合は、第２試験パターン２４に絶縁不良が生じていることを示す。

具体的には、第２試験パターン２４に絶縁不良が生じていない場合は、測定されるインピーダンスは所定の範囲内の大きさとなるため、図９（ａ）に示されるように、測定されたインピーダンスは斜線で示される領域と重ならない。
一方、第２試験パターン２４に絶縁不良が生じている場合は、測定されるインピーダンスは所定の範囲よりも大きい値又は小さい値となる。そのため、図９（ｂ）に示されるように、測定されたインピーダンスが斜線で示される領域と重なる。
そのため、ＴＤＲ測定法を用いて第２試験パターン２４のインピーダンスを測定することにより、第２試験パターン２４に絶縁不良が生じているか否かを判別することができる。

更に、図９（ｂ）に示されるように、第２試験パターン２４に絶縁不良が生じている場合、測定されたインピーダンスが斜線で示される領域と重なる時間ｔ_１から、第２試験パターン２４内で絶縁不良が生じている箇所を特定することができる。例えば、測定されたインピーダンスが図９（ｂ）に斜線で示される領域に時間的に早く重なる場合は、図２に示される第２試験パターン２４の内、第２スルーホール５４に近い箇所で絶縁不良が生じていると判断することができる。また、測定されたインピーダンスが図９（ｂ）に斜線で示される領域に時間的に遅く重なる場合は、第２試験パターン２４の内、第２スルーホール５４から遠い箇所で絶縁不良が生じていると判断することができる。

以上説明したように、本実施形態の基板評価方法では、試験パターン層２０に形成された分岐のない第２試験パターン２４を用いて、絶縁性の評価を行う。そのため、試験パターン層２０がベタパターン層３０，４０に挟まれ、試験パターン層２０で生じた絶縁不良を目視で確認するのが困難である場合においても、絶縁不良が生じた箇所を特定することが可能となる。

（変形例）
上述した実施形態の基板評価方法は、ＴＤＲ測定法を用いて、試験パターン層に絶縁不良が生じた箇所を特定するものであるが、絶縁不良が生じた箇所を特定する方法はＴＤＲ測定法に限られるものではない。本変形例では、絶縁不良が生じた箇所を特定する他の例について説明する。

図１０は、本変形例の基板評価方法を示すフローチャートである。
まず、第２試験パターン２４の端からの距離に対応するインピーダンスを測定する（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１により、例えば、第２試験パターン２４の端からの距離と、その距離に対応するインピーダンスとの関係を示すグラフが得られる。
次に、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に電圧を印加する（ステップＳ２０２）。具体的な試験条件の一例として、温度８５℃、湿度８５％の条件下で、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間に６０Ｖの電圧を５００時間印加する。

また、ステップＳ２０２と同時に、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間を流れる電流を測定する（ステップＳ２０３）。例えば、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間の絶縁抵抗が正常な値（例えば、１００ＭΩ以上）である場合、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間を流れる電流は所定の値以下（例えば、０．６μＡ以下）となる。
ここで、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間で絶縁不良が生じた場合を想定する。この場合、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間の絶縁抵抗は、所定の値以下（例えば、１００ｋΩ以下）となり、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間を流れる電流は所定の値以上（例えば、０．６ｍＡ以上）となる。そのため、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間を流れる電流が所定の値以上となった場合は、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間で絶縁不良が生じたと判断することができる。

次に、ステップＳ２０１と同様、第２試験パターン２４の端からの距離に対応するインピーダンスを測定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４により、例えば、第２試験パターン２４の端からの距離と、その距離に対応するインピーダンスとの関係を示すグラフが得られる。

次に、ステップＳ２０１で測定されたインピーダンスとステップＳ２０４で測定されたインピーダンスとを比較することにより、絶縁不良が発生した箇所を特定する（ステップＳ２０５）。具体的には、ステップＳ２０１により得られたグラフと、ステップＳ２０４により得られたグラフとを比較する。
ステップＳ２０２の試験によって絶縁不良が生じなかった場合は、ステップＳ２０１で得られるグラフとステップＳ２０４で得られるグラフは実質的に同一なグラフとなる。一方、ステップＳ２０２の試験によって絶縁不良が生じた場合は、ステップＳ２０１で得られるグラフとステップＳ２０４で得られるグラフは、絶縁不良が生じた箇所よりも第２試験パターン２４の端に近い部分に相当する区間のグラフは実質的に同一となるが、絶縁不良が生じた箇所よりも第２試験パターン２４の端から遠い部分に相当する区間のグラフは互いに異なるグラフとなる。そのため、ステップＳ２０１で得られるグラフとステップＳ２０４で得られるグラフとを比較することにより、絶縁不良が生じた箇所を特定することができる。

なお、ステップＳ２０３において、第１試験パターン２２と第２試験パターン２４との間を流れる電流が所定の値（例えば、０．６μＡ以下）である場合は、絶縁不良が生じていないと判断し、ステップＳ２０４，Ｓ２０５を省略してもよい。

以上説明したように、本変形例のように、電圧を印加する試験の前後において、第２試験パターン２４の端からの距離に対応するインピーダンスを測定し、測定されたインピーダンスを比較する方法においても、上述した実施形態と同様、絶縁不良が生じた箇所を特定することが可能となる。

以上、本発明の基板評価方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

（付記）
なお、本発明は、以下の付記に記載されるように構成することができる。

（付記１）
多層に積層された基板であって、内層に試験パターン層を備え、前記試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備える基板を準備する準備工程と、
第１試験パターンと第２試験パターンとの間に電圧を印加する電圧印加工程と、
前記基板の絶縁性を評価する評価工程と、
を有することを特徴とする基板評価方法。

（付記２）
前記評価工程は、第２試験パターンの端にパルス状の電圧を印加し、第２試験パターンのインピーダンスを測定することにより、第２試験パターンに異常が生じた位置を特定する、付記１に記載の基板評価方法。

（付記３）
前記電圧印加工程の前に、第２試験パターンの端からの距離に対応するインピーダンスを測定する第１測定工程と、
前記電圧印加工程の後に、第２試験パターンの端からの距離に対応するインピーダンスを測定する第２測定工程と、を有し、
前記評価工程は、第１測定工程で測定されたインピーダンスと第２測定工程で測定されたインピーダンスとを比較することにより、第２位試験パターンに異常が生じた位置を特定する、付記１に記載の基板評価方法。

（付記４）
前記準備工程で準備される基板は、前記基板の略全面に電極が形成された全面電極層を複数備え、前記試験パターン層は前記全面電極層に挟まれて配置される、付記１乃至３のいずれかに記載の基板評価方法。

（付記５）
多層に積層された基板であって、
内層に試験パターン層を備え、
前記試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備えることを特徴とする評価用基板。

（付記６）
略全面に電極が形成され、前記試験パターン層を挟む電極層を備える、付記５に記載の評価用基板。

２Ａ，２Ｂ試験パターン
４電源
１０基板
２０試験パターン層
２２第１試験パターン
２４第２試験パターン
３０，４０ベタパターン層
３２，４２ベタパターン電極
５０，５２第１スルーホール
５０ａ，５２ａ間隙
５４第２スルーホール
５４ａ間隙
５６第３スルーホール
６０スルーホール接続層
６２配線
７０プローブ
７２端子
７４ケーブル
８０試験装置

Claims

多層に積層された基板であって、内層に試験パターン層を備え、前記試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備える基板を準備する準備工程と、
第１試験パターンと第２試験パターンとの間に電圧を印加する電圧印加工程と、
前記基板の絶縁性を評価する評価工程と、
を有することを特徴とする基板評価方法。
前記評価工程は、第２試験パターンの端にパルス状の電圧を印加し、第２試験パターンのインピーダンスを測定することにより、第２試験パターンに異常が生じた位置を特定する、請求項１に記載の基板評価方法。
前記電圧印加工程の前に、第２試験パターンの端からの距離に対応するインピーダンスを測定する第１測定工程と、
前記電圧印加工程の後に、第２試験パターンの端からの距離に対応するインピーダンスを測定する第２測定工程と、を有し、
前記評価工程は、第１測定工程で測定されたインピーダンスと第２測定工程で測定されたインピーダンスとを比較することにより、第２位試験パターンに異常が生じた位置を特定する、請求項１に記載の基板評価方法。
多層に積層された基板であって、
内層に試験パターン層を備え、
前記試験パターン層が、櫛歯状の第１試験パターンと、第１試験パターンの間に沿って配置される、分岐のない第２試験パターンと、を備えることを特徴とする評価用基板。
略全面に電極が形成され、前記試験パターン層を挟む電極層を備える、請求項４に記載の評価用基板。