JP4224056B2 - 基板検査方法、プリント配線板および電子回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラインドビアホールを有する基板の品質管理に適用して好適な基板検査方法、プリント配線板および電子回路装置に関する。

パーソナルコンピュータ等の電子回路装置には、ビルドアップ配線板と称される多層構造のプリント配線板が用いられる。このプリント配線板には、ブラインドビアホールが多用される。このブラインドビアホールは、表層にレーザ照射等で穴を開け、その穴にめっき処理を施して、表層のパターンと内層のパターンとを接続することにより形成される。このブラインドビアホールは、製品の安定した動作のために十分なめっきにより電気的な導通が保たれている必要がある。

この種、ブラインドビアホールを有したプリント配線板の品質管理技術として、テストクーポンにより上記した電気的な導通を確認する技術が存在する。
特開２０００−２２３８４０号公報

この導通確認技術は、プリント配線板の製造時に於ける導通検査に適用して有効であるが、部品実装後、製品出荷後等に於いて、熱的ストレス、機械的ストレス等によって断線するような不安定要因をもつビアパターンに対しての検査には適用できない。

ブラインドビアホールの成形時に於いて、レーザ加工した穴のめっき処理時に異常があると、この異常が断線を引き起こす要因となり、品質管理上、問題となる。例えばブラインドビアホール内のクラック（コーナークラック、バレルクラック）、ピンホール、めっき不良など不具合な問題が発生した場合、その不具合が直ちに断線につながらず、製造時の導通検査をすり抜けてしまい、部品実装後若しくは製品出荷後等に於いて、熱的ストレス、機械的ストレス等により断線を引き起こすという、品質管理並びに信頼性の問題が生じる。

ブラインドビアホールの不良には、クラックやめっき不良により製造段階で既に断線が明白となっているブラインドビアホールの他に、クラックやめっき不良により一部分の銅箔みので辛うじて接続状態が保たれているような不安定要因をもつブラインドビアホールも存在する。

このような導電検査で見過ごされてしまう不良に対しては、断面観察や部品実装後のＸ線検査により不良個所を特定できる場合もあるが、断面観察は破壊検査であり、Ｘ線検査は高価で大掛かりな設備を必要とし、いずれの場合も検査に多くの時間と労力を必要とすることから、製造工程に於ける製品検査に適用するのは難しいという問題がある。

本発明は、導通検査で検出できない不良ブラインドビアホールを容易に識別可能な基板検査方法、プリント配線板および電子回路装置を提供することを目的とする。

本発明は、ブラインドビアホールを形成したプリント配線板に熱を加えたときに、クラックやめっき不良のあるブラインドビアホールの不良部分からガスが発生することに着目して、この不良部分から発生するガスを利用して、導通検査で見過ごされてしまうブラインドビアホールの不良を容易に検出できるようにしたことを特徴とする。

本発明は、プリント配線板に形成されたブラインドビアホールの開口部に皮膜を形成し、前記プリント配線板を加熱した後の前記皮膜の形状変化から前記ブラインドビアホールの成形不良を判定する基板検査方法を提供する。

また本発明は、ブラインドビアホールの開口部を皮膜で覆ったテストクーポンを具備したプリント配線板を提供する。

また本発明は、ブラインドビアホールの開口部を皮膜で覆ったテストクーポンを設けたプリント配線板をリフロー処理し、前記皮膜で覆われた前記テストクーポンを品質管理パターンとして具備した電子回路装置を提供する。

導通検査で見過ごされてしまうブラインドビアホールの不良を容易に検出することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
ブラインドビアホールを形成したプリント配線板に熱を加えたときに、ブラインドビアホールに、クラック、ピンホール、めっき不良など不具合箇所があると、この不具合箇所から、絶縁材を含む基材中のガスが流出する。本発明は、このビアホール内に流れ出たガスを捉え、利用することによって、導通検査で見過ごされてしまうブラインドビアホールの不良を容易に検出できるようにしたものである。

本発明の実施形態に係る基板検査方法、プリント配線板および電子回路装置を実現する要部の構成要素を図１に示す。

図１に於いて、プリント配線板１０は、ビルドアップ多層配線板を構成し、内層および表層に、実装電子部品を回路接続するための多数の配線パターン、スルーホール、ブラインドビアホール、ランド、パット等が形成される。さらに、このプリント配線板１０の一部領域には、本発明の主要構成要素であるブラインドビアホール不良検査用のテストクーポン１１が設けられる。

このテストクーポン１１は、表層にプレーンパターンＰＰを有し、プレーンパターンＰＰと内層パターン（Ｐａ）との間に４個のブラインドビアホール１２，１２，…を形成して構成される。このテストクーポン１１に設けられた各ブラインドビアホール１２，１２，…は、プリント配線板１０に設けられた他のブラインドビアホールと同様のレーザ照射による穴開け処理およびめっき処理により作られる。この実施形態では、４個のブラインドビアホール１２，１２，…を設けたテストクーポン１１を例に示しているが、ブラインドビアホールを１個のみ設けたテストクーポン、または５個以上のブラインドビアホールを設けたテストクーポン、または任意個数のブラインドビアホールとスルーホール等、ブラインドビアホールと他の検査導体を混在させたテストクーポンのいずれであってもよい。このテストクーポン１１に設けられた各ブラインドビアホール１２，１２，…は回路機能をもたない（機能回路として作用しない）、検査のためのみに設けられたブラインドビアホールである。

このブラインドビアホール１２，１２，…を設けたテストクーポン１１には、表層に形成されたプレーパターン上に、耐熱性フイルム２０が被着される。このフイルム２０には、例えばリフロー処理に耐える耐熱性および粘着性を有するフイルム材、若しくは伸縮性を有する耐熱シート材等を用いることができる。若しくはパターン成形時に剥離せずに残して於いたドライフイルムを利用することもできる。若しくはこれらのフイルム、シート材に代わり、耐熱性の接着剤、半硬化樹脂、半田皮膜を含む金属皮膜等を用いることができる。

上記したフイルム２０の被着によって、テストクーポン１１に設けられた各ブラインドビアホール１２，１２，…の開口部がそれぞれフイルム２０に覆われ、ビアの穴がフイルム２０により塞がれて、ビアの穴を密閉した空間部が形成される。

このフイルム２０を被着したテストクーポン１１を有するプリント配線板１０には、通常の回路基板製造技術により、電子回路装置を構成する各種の電子部品が実装される。電子部品が実装されたプリント配線板１０は、リフロー炉に送られて加熱処理（半田リフロー処理）され、実装した電子部品を回路パターンにより回路接続した回路基板（ＰＣＢ）、若しくは機能回路を構成した電子回路装置が製造される。

上記した加熱処理（半田リフロー処理）に於いて、フイルム２０を被着したテストクーポン１１を有するプリント配線板１０が加熱されると、テストクーポン１１に設けたブラインドビアホール１２，１２，…の中に、クラック、ピンホール、めっき不良など不具合箇所がある不良ブラインドビアホールが存在する場合、当該不良ブラインドビアホールの穴を密閉した空間部内に、絶縁材を含む基材部から発生したガスが上記空間部内に流れ込み、これに伴って、フイルム２０の穴を塞いだ部分が変形する。この実施形態では穴を塞いだ部分が膨張し盛り上がる。

この状態を図２に示している。図２はテストクーポン１１に設けた、すべてのブラインドビアホール１２，１２，…が不良ブラインドビアホールである場合を例に示している。さらに、この穴を塞いだ部分のフイルム２０の状態遷移を図３および図４に示している。

図２に示すように、不良ブラインドビアホールの穴を密閉した空間部内に、絶縁材を含む基材部から発生したガスが流れ込むことにより、これに伴って、フイルム２０の穴を塞いだ部分が変形する。この図２に示す実施形態では、ブラインドビアホール１２の穴を塞いだ部分が膨張し、凸状部２１が形成される。このフイルム２０の膨張による凸状部２１を確認することで、不良ブラインドビアホールの存在を確認できる。

不良ブラインドビアホールが形成されたテストクーポン１１、およびこのテストクーポン１１に被着されたフイルム２０の加熱処理前の状態を図３に例示し、加熱処理後の同状態を図４に示している。

図３に示す不良の例は、表層のプレーンパターンＰＰと内層パターンＰａとの間に形成されたブラインドビアホール１２の側壁銅箔部１２１に，バレルクラック１２２が存在する例を示している。このような不良ブラインドビアホール１２をもつテストクーポン１１が、リフロー処理によって加熱されると、図４に示すように、不良ブラインドビアホール１２の穴を密閉した空間部内に、絶縁材を含む基材部から発生したガスがバレルクラック１２２による銅箔欠落部分を介して流れ込む。これに伴って、フイルム２０の穴を塞いだ部分が変形して、不良ブラインドビアホール１２上のフイルム部分に凸状部２１が形成される。

このフイルム２０の変形状態を目視若しくは光学式の計測手段等により観察することにより、不良ブラインドビアホールの存在を容易に確認できる。例えば、フイルム２０がテストクーポン１１のプレーンパターンＰＰから浮き上がった場合に、この浮き上がり部分がプレーンパターンＰＰに接している部分と明確に目視で判別できるように、フイルム２０に着色を施すことによって、不良ブラインドビアホールの目視検査をより容易化できる。また、フイルム２０に代わって、半田皮膜または他の金属皮膜を用いた場合は、表面の変形状態を光学式の計測手段等により観察することで不良ブラインドビアホールの存在を容易に確認できる。

ここで、テストクーポン１１に設けられた４個のブラインドビアホール１２，１２，…のうち、例えば１個（若しくは２個）以上のブラインドビアホール上にフイルム２０の凸状部２１が形成された場合、プリント配線板１０の機能回路を構成するブラインドビアホールは、例え導通検査にパスしても後に断線を招く不良要因をもつブラインドビアホールが形成されたものとして不良扱いにする。さらに、この不良扱いされたブラインドビアホールの不良原因を解析して、以後の製造に反映する。このような処置を採ることによって、プリント配線板１０の品質を管理し、プリント配線板１０の品質の向上を図ることができる。例えば、航空機、人工衛星等に搭載されるような高い信頼性が要求されるプリント配線板または電子回路装置の製造に対しては、テストクーポン１１に、より多くのブラインドビアホールを設けることによって、より精度の高い不良ブラインドビアホールの検査が可能である。例えば１０個以上のブラインドビアホール１２，１２，…をフイルム２０で覆ったテストクーポン１１を設け、リフロー後に於いて、上記各ブラインドビアホール１２，１２，…のうち、いずれかのブラインドビアホール上に変形が観察された場合、プリント配線板１０の機能回路を構成するブラインドビアホールに、後に断線を招く不良要因をもつブラインドビアホールが存在する可能性が高いと判定して不良扱いにする。これにより精度の高い不良ブラインドビアホールの検査が可能となる。

上記したような不良ブラインドビアホールをもつプリント配線板１０に、電子回路装置を構成する電子部品を半田実装した場合は、上記電子部品が、製品として好ましくない状態で半田実装されることになる。その一例を図５および図６を参照して説明する。なお、図５および図６に於いて、図３および図４と同一部分には同一符号を付している。

上記したようなクラック、ピンホール、めっき不良などの不具合箇所がない、正常なブラインドビアホールにより、電子回路装置を構成する電子部品をプリント配線板（回路基板）１０に半田実装した場合の半田接続部の状態を図５に示し、クラック、ピンホール、めっき不良など不具合箇所がある不良ブラインドビアホールにより、電子回路装置を構成する電子部品をプリント配線板１０に半田実装した場合の半田接続部の状態を図６に示している。ここでは、電子部品（例えばＢＧＡタイプの半導体パッケージ）４０に設けられたパッド４１と、回路基板１０の内層パターン１３との間を、ブラインドビアホール１２を介し、半田ボール５０により回路接続した構成例を示している。

不良箇所がない、正常なブラインドビアホール１２に、電子部品４０を半田実装した場合は、加熱時に基材中から発生するガスがブラインドビアホール１２に流れ込むことはなく、従って、図５に示すように、半田ボール５０がすべて半田で満たされ（中実状態）、半田ボール５０にボイドが形成されない。この場合は、電子部品４０が、電子部品４０または回路基板１０に対して外部から付与される偏奇力、押圧力等のストレスに対して強固に回路基板１０に実装され、電子部品４０が長期に亘り安定した状態で回路基板１０に回路接続される。

これに対して、クラック、ピンホール、めっき不良など不具合箇所がある不良ブラインドビアホール１２に、電子部品４０を半田実装した場合は、加熱時に基材中から発生するガスがブラインドビアホール１２に流れ込み、これによって、図６に示すように、半田ボール５０に、上記ガスの滞留によるボイド５１が形成される。この場合は、電子部品４０が、電子部品４０または回路基板１０に対して外部から付与される偏奇力、押圧力等のストレスに対して非常に脆い状態で回路基板１０に実装され、電子部品４０と回路基板１０との間に、信頼性の欠如した半田接合回路が介在されることになる。

このようなボイド５１を形成した半田ボール５０を介して回路接続された電子回路装置は、製品として、長期に亘り安定した動作を期待できず、結果として信頼性の低い製品となる。

そこで、上記した本発明の実施形態によるテストクーポン１１を用いた不良ブラインドビアホールの検査を行うことで、上記した図６に示すような信頼性の欠如した半田接合回路を含んだ欠陥製品を排除した信頼性の高い電子回路装置を製造できる。本発明の実施形態を適用して製造される電子回路装置は、汎用のパーソナルコンピュータ、携帯端末等に留まらず、高信頼性が要求される、例えば通信衛星に搭載される各種の機能回路装置として提供することができる。

上記したテストクーポン１１は、不良ブラインドビアホールの検査後、回路基板から切除してもよいが、そのまま残しておくことにより、製品管理に役立てることができる。例えば上記した製造工程で製造した電子回路装置に於いて、表面に皮膜を施したテストクーポン１１をそのまま残しておくことにより、このテストクーポン１１を品質管理パターンとして、例えば製品の耐久テスト、製品出荷前、製品出荷後の品質管理等に有効に利用できる。

本発明の実施形態に係るテストクーポンの構成を示す図。 上記実施形態に係るテストクーポンの加熱処理後の状態を示す図。 上記実施形態に係る不良ブラインドビアホールと、テストクーポンの加熱処理前の状態を示す図。 上記実施形態に係る不良ブラインドビアホールと、テストクーポンの加熱処理後の状態を示す図。 不良ブラインドビアホールによる欠陥半田接合例を説明するための図。 不良ブラインドビアホールによる欠陥半田接合例を説明するための図。

符号の説明

１０…プリント配線板、１１…テストクーポン、１２…ブラインドビアホール、１３，Ｐａ…内層パターン、２０…フイルム、２１…凸状部、４０…電子部品（ＢＧＡタイプの半導体パッケージ）、４１…パッド、５０…半田ボール、５１…ボイド、１２１…側壁銅箔部、１２２…バレルクラック、ＰＰ…プレーンパターン。

Claims (10)

1. プリント配線板に形成されたブラインドビアホールの開口部に皮膜を形成し、前記プリント配線板を加熱した後の前記皮膜の形状変化から前記ブラインドビアホールの成形不良を判定することを特徴とする基板検査方法。
2. 前記皮膜は前記ブラインドビアホールを設けたテストクーポンに形成されることを特徴とする請求項１記載の基板検査方法。
3. 前記テストクーポンに前記ブラインドビアホールを複数設け、前記各ブラインドビアホール上の前記皮膜の形状変化により、前記プリント配線板に形成されたすべてのブラインドビアホールの成形不良を判定することを特徴とする請求項２記載の基板検査方法。
4. 前記皮膜に、ドライフイルム若しくは他の耐熱性フイルム材若しくは耐熱性シート材を用いた請求項３記載の基板検査方法。
5. 前記皮膜に、耐熱性接着剤若しくは耐熱性半硬化樹脂を用いた請求項３記載の基板検査方法。
6. 前記皮膜に、半田皮膜若しくは他の金属皮膜を用いた請求項３記載の基板検査方法。
7. ブラインドビアホールの開口部を皮膜で覆ったテストクーポンを具備したことを特徴とするプリント配線板。
8. 前記テストクーポンに、複数のブラインドビアホールを設けたことを特徴とする請求項７記載のプリント配線板。
9. 前記皮膜に、耐熱性フイルム材若しくは耐熱性半硬化樹脂若しくは金属皮膜を用いた請求項７記載のプリント配線板。
10. ブラインドビアホールの開口部を皮膜で覆ったテストクーポンを設けたプリント配線板をリフロー処理し、前記皮膜で覆われた前記テストクーポンを品質管理パターンとして具備することを特徴とする電子回路装置。

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