JP2012104646A

JP2012104646A - 多層回路基板および層ずれ測定システム

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Publication number: JP2012104646A
Application number: JP2010251719A
Authority: JP
Inventors: Koji Shibuya; 幸司澁谷; Hirotaka Kamiuma; 弘敬上馬
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: JP5595234B2

Abstract

【課題】基板材料の誘電率に左右されず、高精度にずれ量を測定する。
【解決手段】多層構造の特定の第１層に設けられた第１導体パターン（１）と、多層構造の第１層とは異なる特定の第２層に設けられた第２導体パターン（２）とを備えた多層回路基板であって、第１導体パターンは、第２導体パターンに対向して配置され、第２導体パターンよりも面積が小さく、第１層と第２層との積層において最大の位置ずれが発生した場合にも、第２導体パターンからはみ出さないように設計されており、第２導体パターンは、スリット（３ａ）により複数の導体パターン（２ａ、２ｂ）に分割されており、第１導体パターンおよび分割された複数の導体パターンのそれぞれには、導体パターン間の容量を測定するための端子が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板が多層構造でなる多層回路基板に関するもので、特に、層ずれを検出するための導体パターンを有する多層回路基板、および層ずれ測定システムに関する。

従来の多層回路基板の層ずれを検出する方法としては、多層回路基板に層ずれを検出するための導体パターンを作り込み、外部の測定器により、層ずれによる平板間の容量変化を測定する方式、あるいは容量変化に伴う共振周波数の変化を測定する方式が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４４５１２０８号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
樹脂基板では、製造プロセス、湿度、経年変化等により、誘電率の再現性が悪い。このため、容量や共振周波数の変化をそのまま用いる方法では、誤差が大きくなるという課題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、基板材料の誘電率に左右されず、高精度にずれ量を測定することのできる多層回路基板および層ずれ測定システムを得ることを目的とする。

本発明に係る多層回路基板は、多層構造の特定の第１層に設けられた第１導体パターンと、多層構造の第１層とは異なる特定の第２層に設けられた第２導体パターンとを備えた多層回路基板であって、第１導体パターンは、第２導体パターンに対向して配置され、第２導体パターンよりも面積が小さく、第１層と第２層との積層において最大の位置ずれが発生した場合にも、第２導体パターンからはみ出さないように設計されており、第２導体パターンは、スリットにより複数の導体パターンに分割されており、第１導体パターンおよび分割された複数の導体パターンのそれぞれには、導体パターン間の容量を測定するための端子が設けられているものである。

また、本発明に係る層ずれ測定システムは、多層回路基板と、多層回路基板の第１導体パターンに設けられた端子と、分割された複数の導体パターンに設けられたそれぞれの端子とに接続され、第１導体パターンと複数の導体パターンとの間のそれぞれの容量値を測定し、測定した１つの容量値を基準として他の容量値との比率を算出することで、第１層と第２層の積層によるずれ量を算出するずれ量検出器とを備えたものである。

また、本発明に係る層ずれ測定システムは、多層回路基板と、多層回路基板の第１導体パターンとインダクタを介して接続されるとともに、分割された複数の導体パターンに設けられたそれぞれの端子に接続され、第１導体パターンと複数の導体パターンとの間のそれぞれの共振周波数を測定し、測定した１つの共振周波数を基準として他の共振周波数との比率を算出することで、第１層と第２層の積層によるずれ量を算出するずれ量検出器とを備えたものである。

本発明の多層回路基板および層ずれ測定システムによれば、多層構造の回路基板における第１層に第１導体パターンを設け、第２層にスリットにより分割された第２導体パターンを設け、複数の容量あるいは共振周波数の計測結果をもとに、比率を算出して層ずれを測定することにより、基板材料の誘電率に左右されず、高精度にずれ量を測定することのできる多層回路基板および層ずれ測定システムを得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る多層回路基板の特定の第１層と第２層に設けられた導体パターンの上面図である。本発明の実施の形態１に係る多層回路基板の特定の第１層と第２層に設けられた導体パターンの側面図である。本発明の実施の形態１に係る多層回路基板で層ずれが発生した場合の上面図である。本発明の実施の形態１に係る多層回路基板で層ずれが発生した場合の側面図である。本発明の実施の形態１に係る多層回路基板に適用される層ずれ測定システムの模式図である。本発明の実施の形態２に係る多層回路基板に適用される層ずれ測定システムの模式図である。本発明の実施の形態３に係る多層回路基板の特定の第１層と第２層に設けられた導体パターンの上面図である。本発明の実施の形態３に係る多層回路基板で層ずれが発生した場合の上面図である。図７の層ずれが発生した場合の上面図である。

以下、本発明の多層回路基板および層ずれ測定システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１、図２は、本発明の実施の形態１に係る多層回路基板の特定の第１層と第２層に設けられた導体パターンの上面図、および側面図である。また、図３、図４は、本発明の実施の形態１に係る多層回路基板で層ずれが発生した場合の上面図および側面図である。図３では、導体パターン１が、導体パターン２ａ、２ｂに対して図面上で左方向にずれた状態を例示している。

本実施の形態１における多層回路基板は、第１層に設けられた導体パターン１、第２層に設けられた導体パターン２ａ、２ｂ、およびスリット３ａを備えて構成されている。導体パターン１は、多層回路基板のある層（特定の第１層に相当）に設けられた導体パターンであり、導体パターン２ａ、２ｂは、導体パターン１とは別の層（特定の第２層に相当）に設けられた導体パターンであり、スリット３ａにより２分割されている。

本実施の形態１における導体パターン１の大きさは、導体パターン２ａ、２ｂを合わせた大きさよりも小さい。そして、第１層と第２層との間で層ずれが生じた場合にも、上面図として見た際に、導体パターン１が、導体パターン２ａ、２ｂからはみ出さないように設計されている。

以上の構成により、導体パターン１と導体パターン２ａ、２ｂとの間で、導体パターン１を共通の電極として、２つのキャパシタが形成されることとなる。図５は、本発明の実施の形態１に係る多層回路基板に適用される層ずれ測定システムの模式図である。この図５に示されたずれ量検出器４ａは、２つのキャパシタの容量を測定し、その比を算出し、ずれ量に換算する機能を有する。

なお、図５には図示されていないが、導体パターン１および２分割された導体パターン２ａ、２ｂのそれぞれには、ずれ量検出器４ａにより容量を測定するための入出力端子が設けられている。

次に、本発明の実施の形態１における図５に示した層ずれ測定システムの具体的な動作について説明する。層ずれがおこると、図３、図４に示すように、導体パターン２ａと２ｂの間のスリット３ａの位置が、図１、図２の状態から変位する。これにより、導体パターン１と導体パターン２ａ、２ｂとが対向するそれぞれの面積が変化する。この結果、図５の測定システムのずれ量検出器４ａで測定される２つのキャパシタの容量値も、面積変化に対応して変化する。

ここで、導体パターン１と導体パターン２ａ間の容量、および導体パターン１と導体パターン２ｂ間の容量は、ともに基板の誘電率に比例している。一般的に用いられているＦＲ４等の樹脂基板では、製造プロセス、湿度、経年変化等により、誘電率の再現性が悪いため、測定された容量値自体も再現性が悪い。しかしながら、２つのキャパシタに関して測定された容量値の比をとることで、誘電率の影響はキャンセルされ、基板の誘電率に依存しない値とすることができる。

容量値が対向する面積に比例しているとすれば、容量比と面積比が等しくなる。従って、導体パターン１に対するスリット３ａの位置は、導体パターン１の面積を容量比と同じ比に分割される位置にスリットがあるというように幾何的に決定できる。これにより、多層回路基板の特定の第１層と第２層の位置関係が決定できる。すなわち、図３において、スリット３ａにより分割された導体パターン２ａ、２ｂのそれぞれに対する導体パターン１の面積の比から、スリット３ａの方向と直交する方向（図３の紙面上で左右方向に相当）の層ずれ量が決定できる。

以上のように、実施の形態１によれば、容量そのものではなく、容量比を用いて層ずれを測定している。この結果、基板の誘電率に依存しない層ずれ測定を実現できる多層回路基板および層ずれ測定システムを得ることができる。

なお、上述した実施の形態１では、容量比が面積比と等しいとして、ずれ量を算出する方法を述べたが、本発明は、このような方法に限定されるものではない。電磁界シミュレーションや実測により、容量比とずれ量の関係を、ずれ量特定データとしてあらかじめデータベース化しておき、測定された容量比と照らし合わせて、ずれ量を決定するという方法でも、実現可能なのは言うまでもない。この場合は、導体パターンのフリンジ容量等の誤差要因も含めてデータベース化されるので、ずれ量測定の高精度化が見込める。

また、上述した実施の形態１では、基板の特定の方向のずれ量（すなわち、スリットの方向と直交する方向のずれ量）のみを決定する方法を述べたが、本発明は、このような方法に限定されるものではない。１つの多層回路基板に、先の図１に示したパターンを２つ以上、方向を異ならせて備えるようにすれば、別の方向のずれ量も決定できる。すなわち、２方向のずれ量を計測することで、平面上でどの方向にどの程度ずれたかが完全に決定することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、容量測定機能に基づいたずれ量検出器４ａによりずれ量を測定する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、ずれ量検出器４ａの代わりに共振周波数測定機能に基づいてずれ量を測定するずれ量検出器４ｂを用いる場合について説明する。

図６は、本発明の実施の形態２に係る多層回路基板に適用される層ずれ測定システムの模式図である。先の実施の形態１における図５の構成と比較すると、本実施の形態２における図６では、導体パターン１とずれ量検出器４ｂ間にインダクタ５が直列に追加された構成となっている。なお、このインダクタ５は、多層回路基板に導体パターンで実現してもよいし、外付けで追加してもよい。

次に、本発明の実施の形態２における図６に示した層ずれ測定システムの具体的な動作について説明する。先の実施の形態１とほとんど同じ動作であるが、ずれ量検出器４ｂが測定するのは、導体パターン１と２ａ間の容量とインダクタ５による共振周波数、および導体パターン１と２ｂ間の容量とインダクタ５による共振周波数となる。層ずれが生じると、先の実施の形態１で説明したように、容量が変化する。

容量とインダクタの直列接続の共振周波数は、容量の平方根の逆数に比例する。従って、容量の変化は、共振周波数に反映される。ここで、２つの共振周波数の比をとると、誘電率および２つの共振回路に共用されているインダクタの影響は、キャンセルされ、共振周波数比は、基板の誘電率に依存しない値となる。共振周波数比の平方の逆数が容量比となるので、容量値が対向する面積に比例しているとすれば、先の実施の形態１と同様に、層ずれ量の算出が実現できる。

以上のように、実施の形態２によれば、共振周波数そのものではなく、共振周波数比を用いて層ずれを測定している。この結果、基板の誘電率およびインダクタに依存しない層ずれ測定を実現できる多層回路基板および層ずれ測定システムを得ることができる。

なお、上述した実施の形態２では、共振周波数比の平方の逆数が面積比と等しいとして、ずれ量を算出する方法を述べたが、本発明は、このような方法に限定されるものではない。電磁界シミュレーションや実測により、共振周波数比とずれ量の関係を、ずれ量特定データとしてあらかじめデータベース化しておき、測定された共振周波数比と照らし合わせて、ずれ量を決定するという方法でも、実現可能なのは言うまでもない。この場合は、導体パターンのフリンジ容量等の誤差要因も含めてデータベース化されるので、ずれ量測定の高精度化が見込める。

また、上述した実施の形態２では、基板の特定の方向のずれ量（すなわち、スリットの方向と直交する方向のずれ量）のみを決定する方法を述べたが、本発明は、このような方法に限定されるものではない。１つの多層回路基板に、先の図１に示したパターンを２つ以上、方向を異ならせて備えるようにすれば、別の方向のずれ量も決定できる。すなわち、２方向のずれ量を計測することで、平面上でどの方向にどの程度ずれたかが完全に決定することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、回転ずれを含むずれ量を測定する場合について説明する。図７は、本発明の実施の形態３に係る多層回路基板の特定の第１層と第２層に設けられた導体パターンの上面図である。また、図８は、本発明の実施の形態３に係る多層回路基板で層ずれが発生した場合の上面図である。図８では、導体パターン１が、導体パターン２ａ〜２ｄに対して図面上で左方向に、かつ反時計方向にずれた状態を例示している。

本実施の形態３における多層回路基板は、第１層に設けられた導体パターン１、第２層に設けられた導体パターン２ａ〜２ｄ、およびスリット３ａ、３ｂを備えて構成されている。導体パターン１は、多層回路基板のある層（特定の第１層に相当）に設けられた導体パターンであり、導体パターン２ａ〜２ｄは、導体パターン１とは別の層（特定の第２層に相当）に設けられた導体パターンであり、スリット３ａ、３ｂにより４分割されている。

本実施の形態１における導体パターン１の大きさは、導体パターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを合わせた大きさより小さい。そして、第１層と第２層との間で層ずれが生じた場合にも、上面図として見た際に、導体パターン１が、導体パターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからはみ出さないように設計されている。

また、スリット３ａ、３ｂは、導体パターン１の下部で交点を持ち、第１層と第２層との間で層ずれが生じた場合にも、この交点が導体パターン１からはみ出さないように設計されている。

以上の構成により、導体パターン１と導体パターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとの間で、導体パターン１を共通の電極として、４つのキャパシタが形成されることとなる。そして、先の図５に示されたずれ量検出器４ａと同様の回路を用いることで、４つのキャパシタの容量を測定し、その比を算出し、ずれ量に換算する。

次に、本発明の実施の形態３における図５に示した層ずれ測定システムの具体的な動作について説明する。回転ずれを含む層ずれがおこると、図８に示すように、スリット３ａ、３ｂの位置が図７の状態から変位する。これにより、導体パターン１と導体パターン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとが対向するそれぞれの面積が変化する。この結果、測定される容量値も面積変化に対応して変化する。

ここで、導体パターン１と２ａ間の容量、導体パターン１と２ｂ間の容量、導体パターン１と２ｃ間の容量、および導体パターン１と２ｄ間の容量は、全て基板の誘電率に比例している。

そこで、４つの測定された容量値のうちの１つを基準に、残りの３つの容量値との比をとると、誘電率の影響はキャンセルされ、３つの容量比は、基板の誘電率に依存しない値とすることができる。

容量値が対向する面積に比例しているとすれば、容量比と面積比が等しくなる。回転ずれを含む層ずれのパラメータは、ｘ方向のずれ量、ｙ方向のずれ量、回転すれの角度の３つなので、上記３つの容量比を用いて、導体パターン１に対するスリット３ａ、３ｂの位置が、導体パターン１の面積を容量比と同じ比に分割される位置にスリットがあるというように幾何的に決定できる。これにより、多層回路基板の特定の第１層と第２層の位置関係が決定できる。すなわち、図８において、スリット３ａ、３ｂにより分割された導体パターン２ａ〜２ｄのそれぞれに対する導体パターン１の面積の比から、回転ずれをふくむ層ずれ量が決定できる。

以上のように、実施の形態３によれば、容量そのものではなく、４つの容量値を３つの容量比に変換した値を用いて層ずれを測定している。この結果、先の実施の形態１と同様に、基板の誘電率に依存せず、さらに回転ずれを含む層ずれ測定を実現できる多層回路基板および層ずれ測定システムを得ることができる。

なお、上述した実施の形態３では、容量比が面積比と等しいとして、ずれ量を算出する方法を述べたが、本発明は、このような方法に限定されるものではない。電磁界シミュレーションや実測により、容量比とずれ量の関係を、ずれ量特定データとしてあらかじめデータベース化しておき、測定された容量比と照らし合わせて、ずれ量を決定するという方法でも、実現可能なのは言うまでもない。この場合は、導体パターンのフリンジ容量等の誤差要因も含めてデータベース化されるので、ずれ量測定の高精度化が見込める。

また、上述した実施の形態３では、先の実施の形態１と同様の容量測定による方法を述べたが、先の実施の形態２と同様に、共振周波数測定による方法でも実現可能であることは言うまでもない。

１導体パターン（第１導体パターン）、２ａ、２ｂ導体パターン（第２導体パターン）、３ａ、３ｂスリット、４ａ、４ｂずれ量検出器、５インダクタ。

Claims

多層構造の特定の第１層に設けられた第１導体パターンと、
多層構造の前記第１層とは異なる特定の第２層に設けられた第２導体パターンと
を備えた多層回路基板であって、
前記第１導体パターンは、前記第２導体パターンに対向して配置され、前記第２導体パターンよりも面積が小さく、前記第１層と前記第２層との積層において最大の位置ずれが発生した場合にも、前記第２導体パターンからはみ出さないように設計されており、
前記第２導体パターンは、スリットにより複数の導体パターンに分割されており、
前記第１導体パターンおよび分割された前記複数の導体パターンのそれぞれには、導体パターン間の容量を測定するための端子が設けられている
ことを特徴とする多層回路基板。
請求項１に記載の多層回路基板において、
前記第２導体パターンは、１本のスリットにより２分割されている
ことを特徴とする多層回路基板。
請求項１または２に記載の多層回路基板において、
前記第１導体パターンおよび前記第２導体パターンからなる１組のずれ量測定用パターンを、スリットの方向を異ならせて２組以上設ける
ことを特徴とする多層回路基板。
請求項１に記載の多層回路基板において、
前記第２導体パターンは、第１導体パターンの下部に交点を有する２本のスリットにより４分割されており、前記交点は、前記第１層と前記第２層との積層において最大の位置ずれが発生した場合にも、第１導体パターンからはみ出さないように設計されている
ことを特徴とする多層回路基板。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多層回路基板において、
前記第１層において、前記第１導体パターンと端子との間に、導体パターンとして設けられたインダクタをさらに備える
ことを特徴とする多層回路基板。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多層回路基板において、
前記第１導体パターンに設けられた端子にインダクタを外付け可能な構成を備える
ことを特徴とする多層回路基板。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多層回路基板と、
前記多層回路基板の前記第１導体パターンに設けられた端子と、分割された前記複数の導体パターンに設けられたそれぞれの端子とに接続され、前記第１導体パターンと前記複数の導体パターンとの間のそれぞれの容量値を測定し、測定した１つの容量値を基準として他の容量値との比率を算出することで、前記第１層と前記第２層の積層によるずれ量を算出するずれ量検出器と
を備えたことを特徴とする層ずれ測定システム。
請求項５または６に記載の多層回路基板と、
前記多層回路基板の前記第１導体パターンと前記インダクタを介して接続されるとともに、分割された前記複数の導体パターンに設けられたそれぞれの端子に接続され、前記第１導体パターンと前記複数の導体パターンとの間のそれぞれの共振周波数を測定し、測定した１つの共振周波数を基準として他の共振周波数との比率を算出することで、前記第１層と前記第２層の積層によるずれ量を算出するずれ量検出器と
を備えたことを特徴とする層ずれ測定システム。
請求項７または８に記載の層ずれ測定システムにおいて、
前記ずれ量検出器は、算出した前記比率とずれ量との関係を規定するずれ量特定データがあらかじめ格納された記憶部を有し、前記ずれ量特定データに基づいて、前記比率に対応するずれ量を算出する
ことを特徴とする層ずれ測定システム。