JP2701581B2 - 層厚測定方法 - Google Patents
層厚測定方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばプリント配線板
における半田メッキ層の層厚と銅配線層の層厚とをそれ
ぞれ測定する層厚測定方法に関する。
における半田メッキ層の層厚と銅配線層の層厚とをそれ
ぞれ測定する層厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プリント配線板の製造行程においては、
最上層が高分子などの絶縁層とされた基板の表面に、先
ず銅の配線層が形成され、次に、この銅配線層の表面に
半田メッキが施され、半田メッキ層が形成される。ここ
で半田メッキが施されるに先立って、銅配線層の厚さ
（層厚）を非破壊的に測定する従来の方法としては、特
開昭６３−２８５４０６号公報において本願の発明者等
が提案した超音波による測定方法が知られている。以
下、この方法の原理について簡単に説明する。
最上層が高分子などの絶縁層とされた基板の表面に、先
ず銅の配線層が形成され、次に、この銅配線層の表面に
半田メッキが施され、半田メッキ層が形成される。ここ
で半田メッキが施されるに先立って、銅配線層の厚さ
（層厚）を非破壊的に測定する従来の方法としては、特
開昭６３−２８５４０６号公報において本願の発明者等
が提案した超音波による測定方法が知られている。以
下、この方法の原理について簡単に説明する。
【０００３】絶縁層の表面に銅配線層が形成された被検
体の表面に、被検体上方から水などの超音波伝播媒体を
介して入射角θで広帯域インパルス超音波を入射させる
と、銅配線層の層厚に反比例した特定の周波数成分にお
いて、被検体表面に沿ってラム波に良く近似した表面波
（以下、疑似ラム波と称す）が励起される。すると被検
体表面から反射される反射波スペクトラムのうち、その
疑似ラム波を励起した周波数成分の強度だけが低下する
ので、反射波スペクトラムに強度極小部が現れる。この
強度極小部の周波数（ディップ周波数）は層厚に依存し
ているため、予め実験的または理論的にディップ周波数
と層厚との関係を求めておくことにより、この関係に基
づいて、被検体の反射波スペクトラム上のディップ周波
数から銅配線層の層厚を求めることができる。
体の表面に、被検体上方から水などの超音波伝播媒体を
介して入射角θで広帯域インパルス超音波を入射させる
と、銅配線層の層厚に反比例した特定の周波数成分にお
いて、被検体表面に沿ってラム波に良く近似した表面波
（以下、疑似ラム波と称す）が励起される。すると被検
体表面から反射される反射波スペクトラムのうち、その
疑似ラム波を励起した周波数成分の強度だけが低下する
ので、反射波スペクトラムに強度極小部が現れる。この
強度極小部の周波数（ディップ周波数）は層厚に依存し
ているため、予め実験的または理論的にディップ周波数
と層厚との関係を求めておくことにより、この関係に基
づいて、被検体の反射波スペクトラム上のディップ周波
数から銅配線層の層厚を求めることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法は、半田メ
ッキ層が形成される以前に実行されるため、半田メッキ
層厚については銅配線層別とは別個に測定する必要があ
る。しかしながら、プリント配線板の品質管理及び測定
作業の合理化の観点では、半田メッキが形成された後
に、半田メッキ層厚と銅配線層厚とを迅速な非破壊的手
法により同時に測定することが望ましい。そこで上記の
超音波による測定方法により半田メッキ層厚と銅配線層
厚とを同時に測定しようと試みると、次のような不都合
を生じてしまう。
ッキ層が形成される以前に実行されるため、半田メッキ
層厚については銅配線層別とは別個に測定する必要があ
る。しかしながら、プリント配線板の品質管理及び測定
作業の合理化の観点では、半田メッキが形成された後
に、半田メッキ層厚と銅配線層厚とを迅速な非破壊的手
法により同時に測定することが望ましい。そこで上記の
超音波による測定方法により半田メッキ層厚と銅配線層
厚とを同時に測定しようと試みると、次のような不都合
を生じてしまう。
【０００５】銅配線層の表面に半田メッキ層が形成され
ると、基板の絶縁層上の測定対象の層が多層構造となる
ため、半田メッキ層表面に励起される表面波は、上記の
銅配線層表面に励起される疑似ラム波とは大きく異な
る。また、反射波スペクトラムに現れるディップ周波数
も、半田メッキ層厚や銅配線層厚に単純に反比例するこ
とはなく、一般には複雑な関数となる。従って、反射波
スペクトラムから半田メッキ層厚と銅配線層厚とを一意
的に測定することは不可能である。
ると、基板の絶縁層上の測定対象の層が多層構造となる
ため、半田メッキ層表面に励起される表面波は、上記の
銅配線層表面に励起される疑似ラム波とは大きく異な
る。また、反射波スペクトラムに現れるディップ周波数
も、半田メッキ層厚や銅配線層厚に単純に反比例するこ
とはなく、一般には複雑な関数となる。従って、反射波
スペクトラムから半田メッキ層厚と銅配線層厚とを一意
的に測定することは不可能である。
【０００６】本発明は係る問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、半田メッキ層厚と銅
配線層厚とを超音波により同時に測定できる層厚測定方
法を提供することにある。
であり、その目的とするところは、半田メッキ層厚と銅
配線層厚とを超音波により同時に測定できる層厚測定方
法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の層厚測定方法では、被検体に対する超音波
の入射及びその反射波の受信に際し、発信手段による被
検体上表面への入射角と受信手段による被検体からの受
信角との少なくとも何れか一方が、５５度以上９０度未
満の角度に設定される行程と、上記受信された反射波の
強度を超音波の周波数の関数として示した反射波スペク
トラムを形成する行程と、上記反射波スペクトラム上の
二つの異なる強度極小部の周波数であって、且つその大
きさがｆ1 ＜ｆ2 なる周波数ｆ1，ｆ2 をそれぞれ検出
する行程と、予め与えられた銅配線層厚と強度極小部周
波数との関係に基づいて、上記検出された周波数ｆ1 か
ら被検体の銅配線層厚を求めると共に、予め与えられた
半田メッキ層厚と強度極小部周波数との関係に基づい
て、上記検出された周波数ｆ2 から被検体の半田メッキ
層厚を求める行程とを備えることを特徴とする。
に、本発明の層厚測定方法では、被検体に対する超音波
の入射及びその反射波の受信に際し、発信手段による被
検体上表面への入射角と受信手段による被検体からの受
信角との少なくとも何れか一方が、５５度以上９０度未
満の角度に設定される行程と、上記受信された反射波の
強度を超音波の周波数の関数として示した反射波スペク
トラムを形成する行程と、上記反射波スペクトラム上の
二つの異なる強度極小部の周波数であって、且つその大
きさがｆ1 ＜ｆ2 なる周波数ｆ1，ｆ2 をそれぞれ検出
する行程と、予め与えられた銅配線層厚と強度極小部周
波数との関係に基づいて、上記検出された周波数ｆ1 か
ら被検体の銅配線層厚を求めると共に、予め与えられた
半田メッキ層厚と強度極小部周波数との関係に基づい
て、上記検出された周波数ｆ2 から被検体の半田メッキ
層厚を求める行程とを備えることを特徴とする。
【０００８】この場合、上記発信手段から発信される超
音波は、広帯域インパルス波でも、周波数を掃引しなが
ら発信されるバースト波でもよく、更に、平面波でも集
束波でもよい。
音波は、広帯域インパルス波でも、周波数を掃引しなが
ら発信されるバースト波でもよく、更に、平面波でも集
束波でもよい。
【０００９】
【作用】本発明がなされる過程において、本願の発明者
等は、絶縁層上に銅配線層と半田メッキ層とが順次に形
成された被検体表面に対し、超音波伝播媒体を介して入
射角θにて入射する超音波によって励起される表面波の
周波数ｆを下記の文献（１）に示す方法により理論的に
数値計算で求めた。この場合、多数の異なるモードの表
面波が励起される。更に、被検体の銅配線層と半田メッ
キ層との層厚を次々に変えながら同様の計算を行い、そ
の計算結果を検討したところ、次のような新たな知見が
得られた。即ち、入射角が５５度から９０度の範囲で励
起される表面波が、二つの全く異なるモードに分類され
ることが判明した。更に具体的には、一方のモードで
は、その周波数が半田メッキ層の層厚だけに強く依存
し、銅配線層の層厚には殆ど影響されない。それに対
し、他方のモードでは周波数が銅配線層の層厚だけに強
く依存し、半田メッキ層の層厚には殆ど依存しないので
ある。
等は、絶縁層上に銅配線層と半田メッキ層とが順次に形
成された被検体表面に対し、超音波伝播媒体を介して入
射角θにて入射する超音波によって励起される表面波の
周波数ｆを下記の文献（１）に示す方法により理論的に
数値計算で求めた。この場合、多数の異なるモードの表
面波が励起される。更に、被検体の銅配線層と半田メッ
キ層との層厚を次々に変えながら同様の計算を行い、そ
の計算結果を検討したところ、次のような新たな知見が
得られた。即ち、入射角が５５度から９０度の範囲で励
起される表面波が、二つの全く異なるモードに分類され
ることが判明した。更に具体的には、一方のモードで
は、その周波数が半田メッキ層の層厚だけに強く依存
し、銅配線層の層厚には殆ど影響されない。それに対
し、他方のモードでは周波数が銅配線層の層厚だけに強
く依存し、半田メッキ層の層厚には殆ど依存しないので
ある。
【００１０】従って、被検体表面へ超音波伝播媒体を介
して５５度から９０度の範囲の入射角にて超音波を入射
させると、その入射波に対する被検体からの反射波のス
ペクトラムには、被検体の各層の層厚のうち、銅配線層
厚のみに依存した強度極小部周波数（ディップ周波数）
ｆ1 と、半田メッキ層厚のみに依存したディップ周波数
ｆ2 とが独立に現れることになる。
して５５度から９０度の範囲の入射角にて超音波を入射
させると、その入射波に対する被検体からの反射波のス
ペクトラムには、被検体の各層の層厚のうち、銅配線層
厚のみに依存した強度極小部周波数（ディップ周波数）
ｆ1 と、半田メッキ層厚のみに依存したディップ周波数
ｆ2 とが独立に現れることになる。
【００１１】そこで、これら二つのディップ周波数
ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｆ2 ）を検出することにより、予め
与えられた銅配線層厚とディップ周波数との関係及び半
田メッキ層厚とディップ周波数との関係に基づいて、被
検体の半田メッキ層厚と銅配線層厚とをそれぞ求めるこ
とができる。
ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｆ2 ）を検出することにより、予め
与えられた銅配線層厚とディップ周波数との関係及び半
田メッキ層厚とディップ周波数との関係に基づいて、被
検体の半田メッキ層厚と銅配線層厚とをそれぞ求めるこ
とができる。
【００１２】尚、入射角９０度、即ち被検体表面に対し
て水平な入射波で表面波を励起させることは、計算上で
は可能でも現実には不可能である。従って、上記の入射
角の物理的に可能な範囲は５５度以上９０度未満であ
る。
て水平な入射波で表面波を励起させることは、計算上で
は可能でも現実には不可能である。従って、上記の入射
角の物理的に可能な範囲は５５度以上９０度未満であ
る。
【００１３】また、入射角に代えて、被検体からの反射
波を受信する受信角（検出角）を上記範囲に設定しても
上記と同様な二種類のモードが得られる。
波を受信する受信角（検出角）を上記範囲に設定しても
上記と同様な二種類のモードが得られる。
【００１４】文献（１）：L.M.Brekhovskikh, "Waves i
n Layered Media" pp41-61,AcademicPress ,New York,1
980．
n Layered Media" pp41-61,AcademicPress ,New York,1
980．
【００１５】
【実施例】図１は、本発明の層厚測定方法を実施するた
めの層厚測定装置の概略構成を示す。
めの層厚測定装置の概略構成を示す。
【００１６】図において、被検体としてのプリント配線
板２は、高分子などの絶縁性物質からなる単層構造の絶
縁性基板（基体）４の上表面に、銅の配線層６と半田メ
ッキ層８とが順次に積層されてなる。
板２は、高分子などの絶縁性物質からなる単層構造の絶
縁性基板（基体）４の上表面に、銅の配線層６と半田メ
ッキ層８とが順次に積層されてなる。
【００１７】この被検体２の上方に配置された超音波セ
ンサー１０は、発信側圧電素子（発信手段）１２と受信
側圧電素子（受信手段）１４とを備える送受独立型セン
サーである。この超音波センサー１０は、その被検体２
に対する傾きを調整可能に姿勢制御装置１６により支持
されている。圧電素子１２の超音波発信面１２ａと圧電
素子１４の超音波受信面１４ａは何れも平面とされてい
る。これら発信面１２ａ，受信面１４ａと被検体２との
間には、超音波伝播媒体としての水１８が介在されてい
る。発信側圧電素子１２は、その発信面（平面）１２ａ
の法線と被検体２の法線とがなす角度としての入射角θ
1 が５５度以上９０度未満の範囲内に設定されている。
また受信側圧電素子１４は、その受信面（平面）１４ａ
の法線と被検体２の法線とがなす角度としての受信角
（検出角）θ2 が鋭角になるように設定されている。こ
れらの入射角θ1 及び検出角θ2 は、姿勢制御装置１６
により任意の角度に設定可能である。
ンサー１０は、発信側圧電素子（発信手段）１２と受信
側圧電素子（受信手段）１４とを備える送受独立型セン
サーである。この超音波センサー１０は、その被検体２
に対する傾きを調整可能に姿勢制御装置１６により支持
されている。圧電素子１２の超音波発信面１２ａと圧電
素子１４の超音波受信面１４ａは何れも平面とされてい
る。これら発信面１２ａ，受信面１４ａと被検体２との
間には、超音波伝播媒体としての水１８が介在されてい
る。発信側圧電素子１２は、その発信面（平面）１２ａ
の法線と被検体２の法線とがなす角度としての入射角θ
1 が５５度以上９０度未満の範囲内に設定されている。
また受信側圧電素子１４は、その受信面（平面）１４ａ
の法線と被検体２の法線とがなす角度としての受信角
（検出角）θ2 が鋭角になるように設定されている。こ
れらの入射角θ1 及び検出角θ2 は、姿勢制御装置１６
により任意の角度に設定可能である。
【００１８】発信側圧電素子１２には、その駆動信号源
として例えばインパルス信号源（図示せず）が接続さ
れ、この信号源からパルス状の広帯域インパルス信号Ｐ
が印加される。これにより発信面１２ａから広帯域イン
パルス波としての高周波超音波が発信され、水１８を介
して被検体２の表面に入射角θ（５５°≦θ＜９０°）
にて入射される。この入射波に対する被検体２からの広
帯域の反射波は、水１８を介して受信側圧電素子１４の
受信面１４ａに受信され、電気信号に変換される。
として例えばインパルス信号源（図示せず）が接続さ
れ、この信号源からパルス状の広帯域インパルス信号Ｐ
が印加される。これにより発信面１２ａから広帯域イン
パルス波としての高周波超音波が発信され、水１８を介
して被検体２の表面に入射角θ（５５°≦θ＜９０°）
にて入射される。この入射波に対する被検体２からの広
帯域の反射波は、水１８を介して受信側圧電素子１４の
受信面１４ａに受信され、電気信号に変換される。
【００１９】尚、駆動信号源として、インパルス信号源
に代えてバースト信号源を用いることにより、発信側圧
電素子１２から特定周波数のバースト波を発信させても
よい。この場合、周波数を掃引することにより、受信側
圧電素子１４に様々な帯域の反射波を受信させることが
できる。
に代えてバースト信号源を用いることにより、発信側圧
電素子１２から特定周波数のバースト波を発信させても
よい。この場合、周波数を掃引することにより、受信側
圧電素子１４に様々な帯域の反射波を受信させることが
できる。
【００２０】受信側圧電素子１４には、増幅器２０、Ａ
／Ｄ変換器２２、ＦＦＴアナライザ２４が順に接続され
ている。この受信側圧電素子１４にて反射波から変換さ
れた電気信号は、増幅器２０で増幅された後、Ａ／Ｄ変
換器２２にてアナログ信号からディジタル信号に変換さ
れる。このディジタル信号はＦＦＴアナライザ２４に与
えられる。ＦＦＴアナライザ２４は、与えられたディジ
タル信号に高速フーリエ変換(Fast Fourie transform,F
FT)による周波数分析を施して反射波のスペクトラムを
形成する。また、ＦＦＴアナライザ２４は、形成された
反射波スペクトラムを検索し、その強度極小部の周波数
（ディップ周波数）を検出すると共に、その検出値を適
宜な表示装置または記録装置等へ出力する。
／Ｄ変換器２２、ＦＦＴアナライザ２４が順に接続され
ている。この受信側圧電素子１４にて反射波から変換さ
れた電気信号は、増幅器２０で増幅された後、Ａ／Ｄ変
換器２２にてアナログ信号からディジタル信号に変換さ
れる。このディジタル信号はＦＦＴアナライザ２４に与
えられる。ＦＦＴアナライザ２４は、与えられたディジ
タル信号に高速フーリエ変換(Fast Fourie transform,F
FT)による周波数分析を施して反射波のスペクトラムを
形成する。また、ＦＦＴアナライザ２４は、形成された
反射波スペクトラムを検索し、その強度極小部の周波数
（ディップ周波数）を検出すると共に、その検出値を適
宜な表示装置または記録装置等へ出力する。
【００２１】次に、本発明の層厚測定方法について、上
記のような測定装置を用いて説明する。
記のような測定装置を用いて説明する。
【００２２】先ず、被検体２の測定に先立って、二体以
上の基準被検体（図示せず）を準備する。これら基準被
検体は、その構造が被検体２と同様であって、且つ銅配
線層の層厚と半田メッキ層の層厚とがそれぞれ既知であ
るとする。この基準被検体に対して、図１の測定装置に
より、水１８を介して基準被検体の表面に、５５°≦θ
＜９０°の範囲に設定された入射角θ1 にて超音波を入
射させた場合の反射波スペクトラムから、二つの異なる
ディップ周波数ｆ1′，ｆ2 ′（ｆ1 ′＜ｆ2 ′）を検
出する。これらディップ周波数のうち、周波数ｆ1 ′は
銅配線層の層厚に依存し、周波数ｆ2 ′は半田メッキ層
の層厚に依存している。これにより、銅配線層厚とディ
ップ周波数との関係、及び半田メッキ層厚とディップ周
波数との関係が実験的に求められる。
上の基準被検体（図示せず）を準備する。これら基準被
検体は、その構造が被検体２と同様であって、且つ銅配
線層の層厚と半田メッキ層の層厚とがそれぞれ既知であ
るとする。この基準被検体に対して、図１の測定装置に
より、水１８を介して基準被検体の表面に、５５°≦θ
＜９０°の範囲に設定された入射角θ1 にて超音波を入
射させた場合の反射波スペクトラムから、二つの異なる
ディップ周波数ｆ1′，ｆ2 ′（ｆ1 ′＜ｆ2 ′）を検
出する。これらディップ周波数のうち、周波数ｆ1 ′は
銅配線層の層厚に依存し、周波数ｆ2 ′は半田メッキ層
の層厚に依存している。これにより、銅配線層厚とディ
ップ周波数との関係、及び半田メッキ層厚とディップ周
波数との関係が実験的に求められる。
【００２３】次いで、被検体２に対する測定を実行す
る。図１の測定装置により、水１８を介して被検体２の
表面に基準被検体の場合と同一に設定された入射角θ1
にて超音波を入射させた場合の反射波スペクトラムか
ら、ディップ周波数ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｆ2 ）を検出す
る。これらのディップ周波数ｆ1 ，ｆ2 のうち、ディッ
プ周波数ｆ1 については、上記の実験的に求められたデ
ィップ周波数ｆ1 ′と銅配線層厚との関係に従って被検
体２の銅配線層６の層厚ｄ1 を求めることができる。同
様に、ディップ周波数ｆ2 については、ディップ周波数
ｆ2 ′と半田メッキ層厚との関係に従って被検体２の半
田メッキ層８の層厚ｄ2 を求めることができる。
る。図１の測定装置により、水１８を介して被検体２の
表面に基準被検体の場合と同一に設定された入射角θ1
にて超音波を入射させた場合の反射波スペクトラムか
ら、ディップ周波数ｆ1 ，ｆ2 （ｆ1 ＜ｆ2 ）を検出す
る。これらのディップ周波数ｆ1 ，ｆ2 のうち、ディッ
プ周波数ｆ1 については、上記の実験的に求められたデ
ィップ周波数ｆ1 ′と銅配線層厚との関係に従って被検
体２の銅配線層６の層厚ｄ1 を求めることができる。同
様に、ディップ周波数ｆ2 については、ディップ周波数
ｆ2 ′と半田メッキ層厚との関係に従って被検体２の半
田メッキ層８の層厚ｄ2 を求めることができる。
【００２４】ところで、上記の関係は、実験によること
なく、入射角θ1 にて被検体２へ超音波を入射させた場
合の反射波スペクトラムを例えば上記文献（１）の手法
により理論的に計算することにより求めてもよい。
なく、入射角θ1 にて被検体２へ超音波を入射させた場
合の反射波スペクトラムを例えば上記文献（１）の手法
により理論的に計算することにより求めてもよい。
【００２５】例えば図２（Ａ）には、被検体２の銅配線
層６の層厚ｄ1 を５０μｍ（一定）として、半田メッキ
層８の層厚ｄ2 を１０μｍ（実線）、２０μｍ（破
線）、３０μｍ（一点鎖線）として計算して得られた表
面波の周波数が、入射角の関数として示されている。こ
の図２（Ａ）においてモードＡは殆ど変化していない
が、高次のモードＢ，Ｂ′は大きく変化していることが
解る。ここで入射角６５度の場合について、半田メッキ
層の層厚とモードＢの周波数との関係を表１に示す。
層６の層厚ｄ1 を５０μｍ（一定）として、半田メッキ
層８の層厚ｄ2 を１０μｍ（実線）、２０μｍ（破
線）、３０μｍ（一点鎖線）として計算して得られた表
面波の周波数が、入射角の関数として示されている。こ
の図２（Ａ）においてモードＡは殆ど変化していない
が、高次のモードＢ，Ｂ′は大きく変化していることが
解る。ここで入射角６５度の場合について、半田メッキ
層の層厚とモードＢの周波数との関係を表１に示す。
【００２６】 表１ 半田メッキ層の層厚（μｍ） １０ ２０ ディップ周波数（Ｍｈｚ） ４４．７ ２４．２ これら図２（Ａ）及び表１から、モードＢの周波数は、
半田メッキ層８の層厚が厚くなるに従って減少している
ことが解る。
半田メッキ層８の層厚が厚くなるに従って減少している
ことが解る。
【００２７】図２（Ｂ）には、被検体の半田メッキ層８
の層厚を一定として、銅配線層６の層厚を４０μｍ、５
０μｍ、６０μｍとして計算して得られた表面波の周波
数が、入射角の関数として示されている。この図２
（Ｂ）においてモードＢは殆ど変化していないが、モー
ドＡは大きく変化していることが解る。ここで入射角６
５度の場合について、銅配線層６の層厚とモードＡの周
波数との関係を表２に示す。
の層厚を一定として、銅配線層６の層厚を４０μｍ、５
０μｍ、６０μｍとして計算して得られた表面波の周波
数が、入射角の関数として示されている。この図２
（Ｂ）においてモードＢは殆ど変化していないが、モー
ドＡは大きく変化していることが解る。ここで入射角６
５度の場合について、銅配線層６の層厚とモードＡの周
波数との関係を表２に示す。
【００２８】 表２ 銅配線層の層厚（μｍ） ４０ ５０ ６０ ディップ周波数（ＭＨｚ） １０ ７．５ ６ これら図２（Ｂ）及び表２から、モードＡの周波数は、
銅配線層６の層厚が厚くなるに従って減少していること
が解る。従って、二つのモードＡ，Ｂのディップ周波数
は、それぞれ半田メッキ層の層厚、銅配線層の層厚と関
係があることが明らかである。
銅配線層６の層厚が厚くなるに従って減少していること
が解る。従って、二つのモードＡ，Ｂのディップ周波数
は、それぞれ半田メッキ層の層厚、銅配線層の層厚と関
係があることが明らかである。
【００２９】次に、上記の層厚測定方法により、二種類
のプリント配線板２（以下、被検体２ａ，２ｂと称す）
について、二つのモードＡ，Ｂのディップ周波数ｆ1 ，
ｆ2 から、半田メッキ層８の層厚ｄ1 と銅配線層６の層
厚ｄ2 とをそれぞれ測定した例を示す。ここで、入射角
θ1 は６５°とし、圧電素子１２，１４の周波数帯域は
５ＭＨｚ−４０ＭＨｚ、圧電素子１２へ印加される広帯
域インパルス信号は、電圧１２５Ｖ、パルス幅１５ｎｓ
である。また被検体２ａ，２ｂとしては、図３に示すよ
うに、ガラスエポキシ基板４上に、層厚３４〜５３μｍ
の銅配線層６、層厚５μｍまたは１０〜２０μｍのスズ
鉛合金状の半田メッキ層８が順次に積層されたものを用
いた。この場合、銅配線層６は、層厚１８μｍ（１／２
オンスの場合）の銅箔６ａ、層厚１０〜１５μｍの第１
銅メッキ６ｂ、層厚１５〜２０μｍの第２銅メッキ６ｃ
が順次に積層されてなる。また、被検体２ａ，２ｂ及び
超音波伝播媒体（水）における縦波及び横波の音速を表
３に示す。
のプリント配線板２（以下、被検体２ａ，２ｂと称す）
について、二つのモードＡ，Ｂのディップ周波数ｆ1 ，
ｆ2 から、半田メッキ層８の層厚ｄ1 と銅配線層６の層
厚ｄ2 とをそれぞれ測定した例を示す。ここで、入射角
θ1 は６５°とし、圧電素子１２，１４の周波数帯域は
５ＭＨｚ−４０ＭＨｚ、圧電素子１２へ印加される広帯
域インパルス信号は、電圧１２５Ｖ、パルス幅１５ｎｓ
である。また被検体２ａ，２ｂとしては、図３に示すよ
うに、ガラスエポキシ基板４上に、層厚３４〜５３μｍ
の銅配線層６、層厚５μｍまたは１０〜２０μｍのスズ
鉛合金状の半田メッキ層８が順次に積層されたものを用
いた。この場合、銅配線層６は、層厚１８μｍ（１／２
オンスの場合）の銅箔６ａ、層厚１０〜１５μｍの第１
銅メッキ６ｂ、層厚１５〜２０μｍの第２銅メッキ６ｃ
が順次に積層されてなる。また、被検体２ａ，２ｂ及び
超音波伝播媒体（水）における縦波及び横波の音速を表
３に示す。
【００３０】 比重ρ 縦波の音速Ｃl (m/s) 横波の音速Ｃt (m/s) 水 １ １４９２ − 半田 ９．３５ ２７４５ １１８５ 銅 ９．１１ ４６１６ ２３０７ ガラスエ ２ ３０００ １５００ ポキシ この測定例の結果を表４に示す。
【００３１】 表４ 被検体 層厚ｄ1 層厚ｄ2 ディップ周波数ｆ1 ディップ周波数ｆ2 モードＡ(MHZ) モードＢ(MHZ) ２ａ １８ ４３ ９ ２６ ２ｂ １５ ４３ ９ ３０ この表４から明らかなように、モードＡのディップ周波
数ｆ1 は、銅配線層６の層厚ｄ1 が同じであれば変化せ
ず、モードＢのディップ周波数ｆ2 は、半田メッキ層８
の層厚ｄ2 が厚くなると低くなる。従って、本発明の層
厚測定方法によれば、銅配線層６の層厚ｄ1 と半田メッ
キ層８の層厚ｄ2 とが独立に測定可能である。この表１
における銅配線層６の層厚ｄ1 と半田メッキ層８の層厚
ｄ2 とが正確な値であることは、測定終了後に被検体２
ａ，２ｂを破断し、その破断面を光学顕微鏡で観察する
ことにより確認された。
数ｆ1 は、銅配線層６の層厚ｄ1 が同じであれば変化せ
ず、モードＢのディップ周波数ｆ2 は、半田メッキ層８
の層厚ｄ2 が厚くなると低くなる。従って、本発明の層
厚測定方法によれば、銅配線層６の層厚ｄ1 と半田メッ
キ層８の層厚ｄ2 とが独立に測定可能である。この表１
における銅配線層６の層厚ｄ1 と半田メッキ層８の層厚
ｄ2 とが正確な値であることは、測定終了後に被検体２
ａ，２ｂを破断し、その破断面を光学顕微鏡で観察する
ことにより確認された。
【００３２】尚、上記実施例における反射波スペクトラ
ム上の強度極小は、５５°≦θ1 ＜９０°の入射角θ1
にて励起される表面波により生じるが、これと同様な強
度極小は、受信角θ2 を５５°≦θ2 ＜９０°としても
得ることができる。従って、入射角θ1 の設定に代え
て、受信角θ2 を上記範囲に設定しても上記実施例と同
様の効果が奏される。
ム上の強度極小は、５５°≦θ1 ＜９０°の入射角θ1
にて励起される表面波により生じるが、これと同様な強
度極小は、受信角θ2 を５５°≦θ2 ＜９０°としても
得ることができる。従って、入射角θ1 の設定に代え
て、受信角θ2 を上記範囲に設定しても上記実施例と同
様の効果が奏される。
【００３３】また、入射角θ1 または受信角θ2 の角度
設定を除けば、本発明の層厚測定方法は、超音波の発信
及び受信の方法や反射波スペクトラムを求める方法の詳
細には依存しない。即ち、本発明を実施するための測定
装置は上記実施例に用いたものに限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。
設定を除けば、本発明の層厚測定方法は、超音波の発信
及び受信の方法や反射波スペクトラムを求める方法の詳
細には依存しない。即ち、本発明を実施するための測定
装置は上記実施例に用いたものに限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。
【００３４】例えば上記実施例では、超音波センサー１
０として発信側と受信側とが共に平面波用の圧電素子１
２，１４を用いているが、特開平２ー２５１７５１号公
報及び特開平２ー２５１７５２号公報に開示されたセン
サーのように、何れか一方を集束波用圧電素子、他方を
平面波用圧電素子としたものを用いてもよい。或いは、
発信側圧電素子１２から発信される超音波は広帯域イン
パルス波でもバースト波でもよい。更に、反射波スペク
トラムを形成する手段は、ＦＦＴアナライザ２４に限ら
ず、周波数分析に一般的に使用される種々のエレクトロ
ニクス機器を使用することができる。
０として発信側と受信側とが共に平面波用の圧電素子１
２，１４を用いているが、特開平２ー２５１７５１号公
報及び特開平２ー２５１７５２号公報に開示されたセン
サーのように、何れか一方を集束波用圧電素子、他方を
平面波用圧電素子としたものを用いてもよい。或いは、
発信側圧電素子１２から発信される超音波は広帯域イン
パルス波でもバースト波でもよい。更に、反射波スペク
トラムを形成する手段は、ＦＦＴアナライザ２４に限ら
ず、周波数分析に一般的に使用される種々のエレクトロ
ニクス機器を使用することができる。
【００３５】また、被検体２は、プリント配線板に限定
されるものではなく、絶縁層上に銅配線層と半田メッキ
層とが順次に積層されたものであれば本発明を適用可能
である。更に、被検体２の基板（基体）４の構造は、絶
縁層からなる単層構造に限らず、最上層が絶縁層となる
ように絶縁層と配線層とが積層された多層構造であって
も上記実施例と同様の効果が奏される。
されるものではなく、絶縁層上に銅配線層と半田メッキ
層とが順次に積層されたものであれば本発明を適用可能
である。更に、被検体２の基板（基体）４の構造は、絶
縁層からなる単層構造に限らず、最上層が絶縁層となる
ように絶縁層と配線層とが積層された多層構造であって
も上記実施例と同様の効果が奏される。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の層厚測定方
法によれば、層厚測定対象の層が銅配線層と半田メッキ
層との多層構造であるにも拘らず、これら銅配線層と半
田メッキ層との各々の層厚を、両者が互いに影響し合う
ことなく、超音波により同時に測定できる。
法によれば、層厚測定対象の層が銅配線層と半田メッキ
層との多層構造であるにも拘らず、これら銅配線層と半
田メッキ層との各々の層厚を、両者が互いに影響し合う
ことなく、超音波により同時に測定できる。
【図１】本発明の層厚測定方法を実施するための装置を
概略的に示す模式図。
概略的に示す模式図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）を含み、（Ａ）は被検体の銅配
線層厚が一定の場合に、半田メッキ層厚の変化に対する
表面波の周波数の計算値を入射角の関数として示す線
図、（Ｂ）は被検体の半田メッキ層厚が一定の場合に、
銅配線層厚の変化に対する表面波の周波数の計算値を入
射角の関数として示す線図。
線層厚が一定の場合に、半田メッキ層厚の変化に対する
表面波の周波数の計算値を入射角の関数として示す線
図、（Ｂ）は被検体の半田メッキ層厚が一定の場合に、
銅配線層厚の変化に対する表面波の周波数の計算値を入
射角の関数として示す線図。
【図３】被検体の一例としてのプリント配線板の層構造
を示す断面図。
を示す断面図。
１０…超音波センサー、１２…発信側圧電素子、１４…
受信側圧電素子、２４…ＦＦＴアナライザ。
受信側圧電素子、２４…ＦＦＴアナライザ。
Claims (5)
- 【請求項１】 絶縁層からなる単層構造または最上層が
絶縁層となるように絶縁層と配線層とが積層された多層
構造を有する基体の上表面に、銅配線層と半田メッキ層
とが順次に積層されてなる被検体に対し、半田メッキ層
の層厚と銅配線層の層厚とをそれぞれ測定する方法であ
って、発信手段から超音波を発信し、この超音波を超音
波伝播媒体を通して被検体上表面へ入射させ、この入射
波に対する被検体からの反射波を上記媒体を通して受信
手段で受信すると共に、これら入射及び受信に際して
は、発信手段による被検体上表面への入射角と受信手段
による被検体からの受信角との少なくとも何れか一方
が、５５度以上９０度未満の角度に設定される行程と、
上記受信された反射波の強度を超音波の周波数の関数と
して示した反射波スペクトラムを形成する行程と、上記
反射波スペクトラム上の二つの異なる強度極小部の周波
数であって、且つその大きさがｆ1 ＜ｆ2 なる周波数ｆ
1 ，ｆ2 をそれぞれ検出する行程と、予め与えられた銅
配線層厚と強度極小部周波数との関係に基づいて、上記
検出された周波数ｆ1 から被検体の銅配線層厚を求める
と共に、予め与えられた半田メッキ層厚と強度極小部周
波数との関係に基づいて、上記検出された周波数ｆ2 か
ら被検体の半田メッキ層厚を求める行程とを備えること
を特徴とする層厚測定方法。 - 【請求項２】 上記発信手段から発信される超音波が、
広帯域インパルス波であることを特徴とする請求項１に
記載の層厚測定方法。 - 【請求項３】 上記発信手段から発信される超音波が、
周波数を掃引しながら発信されるバースト波であること
を特徴とする請求項１に記載の層厚測定方法。 - 【請求項４】 上記発信手段から発信される超音波が、
平面波であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか
１項に記載の層厚測定方法。 - 【請求項５】 上記発信手段から発信される超音波が、
集束波であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか
１項に記載の層厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3108210A JP2701581B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 層厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3108210A JP2701581B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 層厚測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315909A JPH04315909A (ja) | 1992-11-06 |
| JP2701581B2 true JP2701581B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=14478816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3108210A Expired - Fee Related JP2701581B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 層厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701581B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013065164A1 (ja) * | 2011-11-04 | 2013-05-10 | 国立大学法人東北大学 | 膜厚測定方法および膜厚測定装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0187205U (ja) * | 1987-12-02 | 1989-06-08 | ||
| JPH0365608A (ja) * | 1989-08-02 | 1991-03-20 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 配管内のスケール厚さ計測方法及び装置 |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP3108210A patent/JP2701581B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04315909A (ja) | 1992-11-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |