JP3407343B2 - 膜厚測定方法及びその装置 - Google Patents
膜厚測定方法及びその装置Info
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Description
音波により測定する方法及びその装置に関する。例え
ば、プリント回路基板の電子部品装着用のスルーホール
の内周壁面上に形成されたコーティング膜等の膜厚測定
が本発明の技術分野に含まれる。
壁面のコーティング膜の厚さを検査する一つの方法は、
破壊測定である。即ち、スルーホールの径方向に沿って
基板を破断し、その断面を光学顕微鏡で観察して膜厚を
視認する。この方法の不都合は、製品を損う上に時間も
要するので、非効率的な点である。
は、電導率を利用した測定が公知である。この方法で
は、スルーホールの上面と下面とにそれぞれ電極を接続
し、コーティング膜の抵抗率を検出することにより膜厚
が測定される。この方法の不都合は、コーティング膜の
抵抗率には経時変化があり、測定困難な場合が生じるこ
とである。また、被測定ホールの上面と下面とが、その
被測定ホールのコーティング膜以外の部位(例えば被測
定ホールに対して回路パターンで導通している他のスル
ーホール)を通じて電気的に導通している場合には、測
定できないことである。
ント回路基板の表面上に形成された膜厚測定のために
は、基板の表面の上方に配置された一対の超音波トラン
スデューサと、基板の表面との間で超音波を送受するこ
とにより、基板の表面の膜厚を非破壊に測定する方法が
公知である。しかしながら、この方法は、一対の超音波
トランスデューサを膜面の垂直上方に位置させる必要が
あるため、スルーホールのような狭細な孔内の膜厚測定
には適用できない。
述した従来技術の不都合を解消し、孔の壁面の膜厚を非
破壊で高精度に測定できる膜厚測定方法及びその装置を
提供することである。
側から他面側へ貫通された孔を有し、この孔は、表面に
膜が形成された壁により側周面を規定されてなる基体に
対し、孔の壁の膜厚dを超音波により測定する方法及び
装置が提供される。
一面側に配置された超音波送受手段から、広帯域の周波
数を有する超音波を基体の孔の壁の膜に対して入射角θ
で入射させ、壁の膜に非対称0次のラム波を励起させる
行程と、基体の他面側に配置された反射手段により、超
音波送受手段から送信された超音波を基体の孔を通じて
基体の一面側へ反射させる行程と、反射された超音波を
超音波送受手段により受信する行程と、受信された超音
波の強度スペクトラムを測定する行程と、測定された強
度スペクトラムから、強度スペクトラムの極小を生じる
ディップ周波数fcを検出する行程と、基体の材料、膜
の材料及び入射角θの組み合わせで定まり、且つ非対称
0次のラム波が励起されるときの予め与えられた固有値
Cと、検出されたディップ周波数fcとに基づいて、膜
厚dを算出する行程とからなる。
一面側に配置され、広帯域の周波数を有する超音波を基
体の孔の壁の膜に対して入射角θで入射させ、壁の膜に
非対称0次のラム波を励起させる超音波送受波手段と、
基体の他面側に配置され、超音波送受波手段から送信さ
れた超音波を基体の孔を通じて基体の一面側へ反射さ
せ、超音波送受波手段に受信させるための反射手段と、
受信された超音波の強度スペクトラムを測定する手段
と、測定された強度スペクトラムから、強度スペクトラ
ムの極小値fcを検出する手段と、基体の材料、膜の材
料及び入射角θの組み合わせで定まり、且つ非対称0次
のラム波が励起されるときの予め与えられた固有値C
と、検出されたディップ周波数fcとに基づいて、膜厚
dを算出する手段とを備える。本発明の実施例によれ
ば、上述の方法及び装置は、d=C/fcに従って膜厚
dを算出する。
の超音波のディップ周波数fcと膜厚dとの積fc ・d
は、基体の材料、膜の材料及び入射角θの組み合わせに
応じて定まる固有値Cである。
き、膜から基体へエネルギーが漏洩するなどの原因によ
り、強度スペクトラムが極小となる。換言すれば、ディ
ップ周波数fc が生じたときに非対称0次のラム波が励
起される。従って、入射角θの下で非対称0次のラム波
が励起されるときのCの値が明らかであれば、このC値
と検出されたディップ周波数fc とから膜厚dが求ま
る。
測定装置の参考例を説明する。図1及び図2は参考例に
係る膜厚測定方法を実現するための装置を示す。この装
置は、プリント印刷回路基板2のスルーホール4の内面
のコーティング層の厚さを測定するためのものである。
以下の説明では、回路基板2の長さ、幅、厚み方向をそ
れぞれX,Y,Z方向とする。
を支持してX方向に駆動するXステージ6と、このXス
テージを支持してY方向に駆動するYステージ8と、Z
方向に沿ってプリント印刷回路基板2を挟んで対向可能
に配置された超音波発信器10及び超音波受信器12と
を備える。超音波発信器10は、これをX,Y,Z方向
へ駆動するためのX−Y−Z駆動機構14に支持され、
更にX−Y−Z駆動機構はアーム16に支持されてい
る。超音波受信器12の位置は固定されている。発信器
10には、これにパルス信号を与えて広帯域の周波数を
有する超音波を発信させるためのパルスジェネレータ1
8が接続されている。受信器12には、その出力を増幅
するための増幅器20、増幅器の出力からデータ化され
た反射波の時間波形を形成するためのディジタルオシロ
スコープ22、ディジタルオシロスコープの出力から反
射波の強度スペクトラムを形成するためのFFT(高速
フーリエ変換)アナライザ24、FFTアナライザの出
力に基づいて膜厚を算出するための演算装置26、算出
された膜厚を表示するための表示器28が順次に接続さ
れている。
ボート等の入力装置30を通じてコントローラ32によ
り設定され、X,Yステージ6、8及びX−Y−Z駆動
機構14は入力装置30を通じてコントローラ32に制
御される。演算装置26もコントローラ32により制御
される。
式、 d=C/fc ……(1) (ここでfcはディップ周波数であり、Cは、非対称0
次のラム波が励起されるときの予め与えられた固有値
(fc・d)であり、基体(本参考例においてはプリン
ト回路基板2)の材料、膜(本参考例においてはコーテ
ィング層4a)の材料及び入射角θの組み合わせで定ま
る。)が記憶されている。Cの値は実験によらなくて
も、例えば、D.E.Chimenti,A.H.Nayfen,D.L.Butlerによ
り"Jounal of Applied Physics"53(1),P170(1982) に開
示された方法を用いて算出することができる。
たは発信器10を移動させ、図2に示すように、スルー
ホール4を通じて発信器10と受信器12を対向させ
る。この場合、発信器10は、回路基板2のスルーホー
ル4の延在方向Zに対して実質的に垂直な平行音波を発
信可能であり、受信器12は発信器10からの音波を受
信可能であるとする。また、発信器10と受信器12と
の間には超音波伝播媒体(一般には水)が介在されてい
るものとする。このような状態で、発信器10からスル
ーホール4へ超音波を発信させる。
ル4のように小さな孔に入射した波は、回折効果により
純粋な平面波として伝播することができず、スルーホー
ル4の内周面に形成されたコーティング層4aに対して
或る程度の角度をなす方向へ伝播する。従って、入射波
がコーティング層4aに接した個所では、コーティング
層4aに高入射角で超音波が入射し、非対称0次のラム
波が励起される。
コーティング層4aから基板2へ音波のエネルギーが漏
洩すること等に起因して、FFTアナライザ24による
強度スペクトラム分布にディップが観測される。FFT
アナライザ24は、その検索機能によりディップ周波数
fc を検索し、これを演算装置26に与える。演算装置
は(1) 式に従って膜厚dを算出する。非対称0次のラム
波は、約70°〜約90°の入射角の範囲でC値が殆ど
変化しない特性を有するため、膜厚dを正確に求めるこ
とができる。演算装置26は(1) 式に従って膜厚dを算
出する。
しては、圧電素子を用いてもよく、音響ファイバーを用
いてもよい。圧電素子を用いる場合、遅延材の有無は問
わない。また、発信器10として圧電素子を用いる場
合、図3に示すように平面圧電素子40を用いてもよ
く、図4に示すように凹面圧電素子42を用いてもよ
い。ここで凹面圧電素子42を用いる場合、非対称0次
のラム波のC値が大きな範囲を持たないように、入射波
の波束44の入射角の幅wを小さくする必要がある。こ
のことは、図5に示すように、凹面が形成された遅延材
46を有する平面圧電素子40を用いた場合も同様であ
る。
厚測定方法及び膜厚測定装置を説明する。図6は本実施
例に係る膜厚測定方法を実現するための装置を示す。本
実施例と上記参考例とは二つの差異を有する。第1の差
異は、超音波受信器12に代えて、超音波反射体48を
配置したことである。第2の差異は、超音波反射体48
からの反射波を受信するために、発信器10が受信器を
兼ねることである。従って、参考例において受信器12
に接続された測定系は、本実施例では発信器10に接続
される。他の装置構成においては、参考例と同様であ
る。
が励起されたときに超音波反射体46からの反射波強度
が最小になるので、上記参考例と同様にして膜厚測定が
可能である。
を形成するための検出系は、ディジタルオシロスコープ
22とFFTアナライザ24との組み合わせに限らず、
超音波スペクトロスコピーのための種々の測定系を使用
することができる。
印刷回路基板2のスルーホール4のコーティング層4a
に限定されるものではなく、微細な孔の内周面に形成さ
れた膜の膜厚測定に広く応用できる。
法及び装置によれば、孔の壁面の膜に非対称0次のラム
波を励起させることにより、膜厚を非破壊で高精度に測
定できる。
の位置関係を基板を破断して示す図である。
す断面図である。
す断面図である。
み合わせた発信器を示す図である。
式図である。
(孔)、10…超音波発信器(超音波発信手段)、12
…超音波受信器(超音波受信手段)、24…FFTアナ
ライザ(強度スペクトラム分布測定手段)、26…演算
装置(演算手段)。
Claims (4)
- 【請求項1】 一面側から他面側へ貫通された孔を有
し、この孔は、表面に膜が形成された壁により周囲を規
定されてなる基体に対し、孔の壁の膜厚dを超音波によ
り測定する方法であって、 基体の一面側に配置された超音波送受手段から、広帯域
の周波数を有する超音波を基体の孔の壁の膜に対して入
射角θで入射させ、壁の膜に非対称0次のラム波を励起
させる行程と、 基体の他面側に配置された反射手段により、超音波送受
手段から送信された超音波を基体の孔を通じて基体の一
面側へ反射させる行程と、 反射された超音波を超音波送受手段により受信する行程
と、 受信された超音波の強度スペクトラムを測定する行程
と、 測定された強度スペクトラムから、強度スペクトラムの
極小を生じるディップ周波数fcを検出する行程と、 基体の材料、膜の材料及び入射角θの組み合わせで定ま
り、且つ非対称0次のラム波が励起されるときの予め与
えられた固有値Cと、検出されたディップ周波数fcと
に基づいて、膜厚dを算出する行程と、からなる膜厚測
定方法。 - 【請求項2】 膜厚dを算出する行程が、下式、 d=C/fc に従って膜厚dを算出する請求項1に記載の膜厚測定方
法。 - 【請求項3】 一面側から他面側へ貫通された孔を有
し、この孔は、表面に膜が形成された壁により周囲を規
定されてなる基体に対し、孔の壁の膜厚dを超音波によ
り測定する装置であって、 基体の一面側に配置され、広帯域の周波数を有する超音
波を基体の孔の壁の膜に対して入射角θで入射させ、壁
の膜に非対称0次のラム波を励起させる超音波送受波手
段と、 基体の他面側に配置され、超音波送受波手段から送信さ
れた超音波を基体の孔を通じて基体の一面側へ反射さ
せ、超音波送受波手段に受信させるための反射手段と、 受信された超音波の強度スペクトラムを測定する手段
と、 測定された強度スペクトラムから、強度スペクトラムの
極小値fcを検出する手段と、 基体の材料、膜の材料及び入射角θの組み合わせで定ま
り、且つ非対称0次のラム波が励起されるときの予め与
えられた固有値Cと、検出されたディップ周波数fcと
に基づいて、膜厚dを算出する手段と、を備える膜厚測
定装置。 - 【請求項4】 膜厚dを算出する手段が、下式、 d=C/fc に従って膜厚dを算出する請求項3に記載の膜厚測定装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP19601593A JP3407343B2 (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 膜厚測定方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP19601593A JP3407343B2 (ja) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | 膜厚測定方法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0749225A JPH0749225A (ja) | 1995-02-21 |
JP3407343B2 true JP3407343B2 (ja) | 2003-05-19 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CN113587866B (zh) * | 2021-07-12 | 2022-10-28 | 西安交通大学 | 基于光栅激光超声声谱的薄膜涂层厚度无损测量方法 |
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1993
- 1993-08-06 JP JP19601593A patent/JP3407343B2/ja not_active Expired - Fee Related
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