JP2013061271A - 蛍光ｘ線分析装置および蛍光ｘ線分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照射範囲の広いX線照射装置を用いて、試料を電子回路基板等に実装したままで、分析対象部分にのみX線を照射して分析する。
【解決手段】X線照射位置決めフィルタ２０Ａが電子回路基板６０上の部品６１Ａの近傍に配置されている。X線照射位置決めフィルタ２０ＡにはX線を通す窓が開いている。窓の形状は、部品６１Ａにおける分析対象部分の形状に合わされている。窓を除く表面はX線を遮断する。蛍光X線分析装置１Ａは、X線管１０で発生する一次X線１１を部品６１Ａに照射する。窓を通過した一次X線１１によって部品６１Ａにおける分析対象部分を構成する物質の分子が励起され、蛍光X線１２が発生する。蛍光X線分析装置１Ａは、その蛍光X線１２を検出器３０で検出し、分析器４０で部品６１Ａを構成する物質に含有される成分を分析する。
【選択図】図１

Description

本発明はX線を分析対象の試料に照射し、試料を構成する物質の分子を励起させて蛍光X線を発生させ、その蛍光X線に基づいて試料の成分を分析する蛍光X線分析装置および蛍光X線分析方法に関する。

分析対象の試料よりもX線の照射範囲が広い場合、試料以外の部分、例えば、試料の周囲にある試料ステージや電子回路基板からも蛍光X線が発生するため、分析の精度が低下する。
微小なX線ビームを用いると、試料以外の部分から発生する蛍光X線を減らすことができる。しかし、微小なX線ビームを用いたとしても、例えば、分析対象の層の下層に妨害成分が高濃度に含まれているような電極めっき部を分析対象とする場合、妨害の影響を受けない位置、すなわち、試料のエッジ近傍を精度良く位置決めし、最適点を分析する必要がある。しかしながら、微小なX線ビームであってもエッジ近傍に照射すると、エッジの周囲の試料以外の部分にもX線ビームが照射され、試料以外の部分から蛍光X線が発生するおそれがある。また、エッジ近傍に微小なX線ビームを照射したとしても、分析対象の層の下層に含まれる妨害成分を検出してしまう。
そこで、試料の側面に、妨害成分を含まず、かつ分析対象特性X線の吸収係数が大きい元素で構成されるメタルマスクを密着させるX線分析装置が知られている（例えば、特許文献1参照）。

特開２００９−１０３５５１号公報

上述したように、従来の蛍光X線分析装置は、分析対象の試料よりもX線の照射範囲が広い場合、試料以外の部品にもX線が照射され、分析対象の試料以外の含有物質が分析結果に影響を及ぼすことがある。このような場合、この影響を排除するために分析対象の試料を電子回路基板上から剥離させることが必要となり、電子回路基板を破壊するに至ってしまう。
また、特許文献1に開示されているX線分析装置では、他の部品が邪魔となって電子回路基板上で試料の側面にメタルマスクを密着させることができない場合、同様に試料を電子回路基板から剥離させて分析しなればならない。

本発明は、照射範囲の広いX線照射装置を用いて、試料を電子回路基板等に実装したままで、分析対象部分にのみX線を照射して分析することができる蛍光X線分析装置および蛍光X線分析方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の蛍光X線分析装置は、
X線を発生するX線発生部と、
試料における分析対象部分の形状に合う窓を有し、当該窓を通して前記X線発生部によって発生されるX線を前記分析対象部分に照射し、当該窓を通過するX線以外のX線を遮断するフィルタと、
前記窓を通過して前記分析対象部分に照射されたX線によって発生し、前記窓を通過する蛍光X線を検出する蛍光X線検出部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明の蛍光X線分析方法は、
X線を発生させるX線発生ステップと、
試料における分析対象部分の形状に合う窓を有するフィルタにより、当該窓を通して前記発生したX線を前記分析対象部分に照射し、当該窓を通過するX線以外のX線を遮断するX線照射ステップと、
前記窓を通過して前記分析対象部分に照射されたX線によって発生し、前記窓を通過する蛍光X線を検出する蛍光X線検出ステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、照射範囲の広いX線照射装置を用いて、試料を電子回路基板等に実装したままで、分析対象部分にのみX線を照射して分析することができる。

本発明の第１の実施形態に係る蛍光X線分析装置の構成の一例を示す図である。 X線照射位置決めフィルタの構造の一例を示す図である。 X線照射位置決めフィルタを用いた場合の蛍光X線検出の概念を示す図である。 分析対象の部品の形状に合ったX線照射位置決めフィルタを自動的に選択する装置構成の一例を示す図である。 図４の装置において、X線照射位置決めフィルタを分析対象の部品の近傍に配置する動作の一例を示す図である。 電子回路基板上の部品の配置を示す情報が登録される部品配置テーブルの構成の一例を示す図である。 部品の形状を示す情報が登録される部品情報テーブルの構成の一例を示す図である。 部品の種類に対応したX線照射位置決めフィルタの種類を示す情報が登録され部品・フィルタ対応テーブルの構成の一例を示す図である。 分析処理の流れの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る蛍光X線分析装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る蛍光X線分析装置における蛍光X線検出の概念を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る蛍光X線分析装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蛍光X線分析装置１Ａの構成の一例を示す。
蛍光X線分析装置１Ａは、X線発生部であるX線管１０と、フィルタであるX線照射位置決めフィルタ２０Ａと、蛍光X線検出部である検出器３０と、分析器４０と、試料設置台５０とを有する。

蛍光X線分析装置１Ａは、X線管１０で発生する一次X線１１を、電子回路基板６０上の分析対象の試料である部品６１Ａに向けて照射する。
電子回路基板６０は試料設置台５０の上に配置され、試料設置台５０の下にX線照射位置決めフィルタ２０Ａが配置される。試料設置台５０は部品６１Ａに対応する位置に穴が開いており、下方から照射される一次X線１１はその穴を通って部品６１Ａに照射される。
図２に示すように、X線照射位置決めフィルタ２０ＡにはX線を通す窓２１Ａが開いている。窓２１Ａの形状は、部品６１Ａにおける分析対象部分の形状に合わされている。X線照射位置決めフィルタ２０Ａの表面２２には、硫酸バリウムが塗布されている。このため、窓２１Ａを除く表面２２はX線を遮断する。
図３に示すように、窓２１Ａを通過した一次X線１１によって部品６１Ａにおける分析対象部分を構成する物質の分子が励起され、蛍光X線１２が発生する。蛍光X線分析装置１Ａは、窓２１Ａを通過した蛍光X線１２を検出器３０で検出し、分析器４０で部品６１Ａを構成する物質に含有される成分を分析する。

このような構成により、蛍光X線分析装置１Ａは、窓２１Ａ以外の表面２２に照射されるX線の影響を排除できる。このため、蛍光X線分析装置１Ａは、電子回路基板６０から部品６１Ａを剥離することなく、非破壊で精度の高い分析結果を得ることができる。

また、X線照射位置決めフィルタ２０Ａの形状を分析対象の部品６１Ａごとの形状に合わせたものにする（チップ抵抗、チップコンデンサ、IC、LSI等の形状にあったフィルタ２０Ａを用意する。）ことで、電子回路基板６０上の様々な部品６１Ａに対応させることができる。

図４は、分析対象の部品６１Ａの形状に合ったX線照射位置決めフィルタ２０Ａを自動的に選択する装置の構成の一例を示す図である。また、図５は、図４の装置において、X線照射位置決めフィルタ２０Ａを分析対象の部品６１Ａの近傍に配置する動作の一例を示す。
この装置は、蛍光X線分析装置１Ａと、X線照射位置決めフィルタ格納部２と、制御端末３と、データベース４とを備える。また、蛍光X線分析装置１Ａは、電子回路基板移動装置７０と、X線照射位置決めフィルタオートチェンジャー８０とを含む。

X線照射位置決めフィルタ格納部２は、分析対象の部品６１Ａごとの形状に合ったX線照射位置決めフィルタ２０Ａを格納している。
データベース４は、図６に示す部品配置テーブル９１と、図７に示す部品情報テーブル９２と、図８に示す部品・フィルタ対応テーブル９３とを記憶している。

ここで、図６の部品配置テーブル９１は、部品番号と電子回路基板上の部品配置座標との各フィールドを備えている。部品配置テーブル９１には、個々の部品６１Ａごとに、部品６１Ａが実装されている電子回路基板６０の部品番号と電子回路基板６０上の部品配置座標との対応を示す情報が登録される。
図７の部品情報テーブル９２は、部品番号と、部品の種類と、部品の形状（例えば、サイズ）との各フィールドを備えている。部品情報テーブル９２には、個々の部品６１Ａごとに、部品６１Ａの形状を示す情報が登録される。なお、図７では、部品の形状を示すフィールドに部品のサイズが登録される例を示したが、直方体や半球状、横断面が円周状等のより詳細な部品６１Ａの形状を示す情報、および／または部品６１Ａにおける分析対象部分の位置や形状を示す情報等が登録されることとしてもよい。
図８の部品・フィルタ対応テーブル９３は、部品の種類と、X線照射位置決めフィルタの種類との各フィールドを備えている。部品・フィルタ対応テーブル９３には、個々の部品６１Ａごとに、部品６１Ａの種類に対応したX線照射位置決めフィルタ２０Ａの種類を示す情報が登録される。

制御端末３は、図５に示すように、電子回路基板移動装置７０を動作させて、外部から蛍光X線分析装置１Ａ内のX線照射位置に電子回路基板６０を搬入する。次に、制御端末３は、データベース５に登録されている部品配置テーブル９１と部品情報テーブル９２と部品・フィルタ対応テーブル９３とに基づいて、X線照射位置決めフィルタ格納部２から部品６１Ａの形状に合ったX線照射位置決めフィルタ２０Ａを自動的に選択する。そして、制御端末３は、X線照射位置決めフィルタオートチェンジャー８０を動作させて、X線照射位置決めフィルタ２０Ａを分析対象の部品６１Ａに対向させて配置する。

図９は、分析処理の流れの一例を示す。
制御端末３は、まず、電子回路基板移動装置７０を動作させて、蛍光X線分析装置１Ａに電子回路基板６０を設置する。制御端末３は、電子回路基板６０を設置後、スキャンして電子回路基板６０上の部品配置情報を取得する(Ｓ１０１)。ステップＳ１０１では、例えば、実寸により部品配置座標を取得し、電子回路基板６０上に印字されている部品番号から部品情報を取得する。
制御端末３は、スキャンした部品配置情報とは別に、基板製作メーカーより入手した電子回路基板６０の図面データから電子回路基板６０上の実装部品情報（部品のサイズや種類）および部品配置情報を取得して、ステップＳ１０１で取得した部品配置情報とリンクさせる。制御端末３は、リンクさせたデータより、図６の部品配置テーブル９１と、図７の部品情報テーブル９２と、図８の部品・フィルタ対応テーブル９３とを作成し、データベース４に登録する（Ｓ１０２）。

次に、制御端末３から分析したい部品番号を入力する（Ｓ１０３）。ここで、制御端末３は、部品情報が登録されたデータベース４にアクセスし(Ｓ１０４)、該当する部品番号がある場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、部品配置テーブル９１と部品情報テーブル９２とを参照して該当する部品番号の電子回路基板６０の部品配置座標、部品の種類、部品の形状を得る。そして、制御端末３は、部品・フィルタ対応テーブル９３を参照し、部品の種類に基づいて分析に適したX線照射位置決めフィルタ２０Ａを選定する(Ｓ１０７)。一方、制御端末３は、該当する部品番号がない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、再度部品番号を入力するステップＳ１０３に戻る(Ｓ１０６)。
そして、制御端末３は、X線照射位置決めフィルタオートチェンジャー８０を動作させて、X線照射位置決めフィルタ格納部２よりステップＳ１０７で選定したX線照射位置決めフィルタ２０Ａを取り出し、部品配置座標と部品の形状とに基づいて試料設置台５０の下にそのX線照射位置決めフィルタ２０Ａを設定する（Ｓ１０８）。制御端末３は、X線照射位置決めフィルタ２０Ａの設定が完了すると、電子回路基板移動装置７０を再度動作させて、部品配置座標と部品の形状とを基に、すでに蛍光X線分析装置１Ａ内に設置されている電子回路基板６０上の分析対象の部品６１Ａの分析対象領域に窓２１Ａが合うように電子回路基板６０を移動させる（Ｓ１０９）。

その後、制御端末３は、X線管１０で発生する一次X線１１を、電子回路基板６０上の部品６１Ａに照射し、分析する（Ｓ１１０）。
このような処理フローにすることによって、X線照射位置決めフィルタ２０Ａと部品６１Ａの位置合せ等を自動的に行い、非破壊で精度の高い分析結果を得ることができる。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る蛍光X線分析装置１Ｂの構成の一例を示す図である。
蛍光X線分析装置１Ｂは、X線発生部であるX線管１０と、フィルタであるX線照射位置決めフィルタ２０Ｂと、蛍光X線検出部である検出器３０と、分析器４０と、試料設置台５０とを有する。蛍光X線分析装置１Ｂと蛍光X線分析装置１Ａにおける同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

部品６１Ｂは、分析対象の表面を覆う層の下層に妨害成分が高濃度に含まれている点で、第１の実施形態に係る蛍光X線分析装置１Ａの分析対象試料である部品６１Ａと異なる。蛍光X線分析装置１Ｂは、電子回路基板６０上に配置された部品６１Ｂの表面を覆う層に含まれる成分を分析する。
X線照射位置決めフィルタ２０Ｂには、図１１に示すように、X線を通す窓２１Ｂが開いているが、窓２１Ｂの開口面積は窓２１Ａのものに比べて小さい。窓２１Ｂの開口面積は、部品６１Ｂのエッジ近傍に窓２１Ｂを配置して一次X線１１を照射すると、分析対象の層で発生する蛍光X線１２は通過させるが、その層の下層の妨害成分が高濃度に含まれている層で発生する蛍光X線をほぼ遮断する大きさである。
このため、蛍光X線分析装置１Ｂは、分析対象の層の下層に含まれる妨害成分の検出の程度を低減することができる。

なお、第１の実施形態では、一次X線１１を左斜め下から照射し、真下に設置した検出器３０で蛍光X線を検出する例を示し、第２の実施形態では、一次X線１１を真上に照射し、右斜め下に設置した検出器３０で蛍光X線を検出する例を示したが、蛍光X線分析装置１Ａと蛍光X線分析装置１Ｂのいずれも、分析対象の試料に一次X線１１を照射し、検出器３０で蛍光X線を検出できればよい。例えば、第１の実施形態では、一次X線１１を真上に照射し、右斜め下に設置した検出器３０で蛍光X線を検出することとしてもよく、第２の実施形態では、一次X線１１を左斜め下から照射し、真下に設置した検出器３０で蛍光X線を検出することとしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、照射範囲の広いX線照射装置を用いて、試料を電子回路基板等に実装したままで、分析対象部分にのみX線を照射して分析することができる。
また、分析対象の層の下層等に妨害成分が含まれる場合であっても、照射範囲の広いX線照射装置を用いて、試料を電子回路基板等に実装したままで、その妨害成分の検出の程度を低減することができる。
更に、分析対象の試料に一次X線を照射するためには、蛍光X線分析装置内のカメラ画像を通して電子回路基板上の試料への一次X線の照射位置を手動で合わせる必要があるが、一次X線はX線照射位置決めフィルタの窓のみ通過し、それ以外の表面では遮断されるため、一次X線の照射位置は大まかに合わせればよく、一次X線の照射位置合せの手間が大幅に軽減される。

１Ａ、１Ｂ…蛍光X線分析装置、２…X線照射位置決めフィルタ格納部、３…制御端末、４…データベース、１０…X線管、１１…一次X線、１２…蛍光X線、２０Ａ、２０Ｂ…X線照射位置決めフィルタ、２１Ａ、２１Ｂ…窓、２２…硫酸バリウムが塗布された表面、３０…検出器、４０…分析器、５０…試料設置台、６０…電子回路基板、６１Ａ、６１Ｂ…分析対象の部品、７０…電子回路基板移動装置、８０…X線照射位置決めフィルタオートチェンジャー、９１…部品配置テーブル、９２…部品情報テーブル、９３…部品・フィルタ対応テーブル

Claims (2)

1. X線を発生するX線発生部と、
   試料における分析対象部分の形状に合う窓を有し、当該窓を通して前記X線発生部によって発生されるX線を前記分析対象部分に照射し、当該窓を通過するX線以外のX線を遮断するフィルタと、
   前記窓を通過して前記分析対象部分に照射されたX線によって発生し、前記窓を通過する蛍光X線を検出する蛍光X線検出部と、
   を備えることを特徴とする蛍光X線分析装置。
2. X線を発生させるX線発生ステップと、
   試料における分析対象部分の形状に合う窓を有するフィルタにより、当該窓を通して前記発生したX線を前記分析対象部分に照射し、当該窓を通過するX線以外のX線を遮断するX線照射ステップと、
   前記窓を通過して前記分析対象部分に照射されたX線によって発生し、前記窓を通過する蛍光X線を検出する蛍光X線検出ステップと、
   を備えることを特徴とする蛍光X線分析方法。

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