JP3379545B2 - スルーホール壁の膜厚測定装置 - Google Patents
スルーホール壁の膜厚測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スルーホールの内部表
面に形成された薄膜の膜厚を超音波を用いて測定するた
めの膜厚装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】スルーホールというのは、適宜の部材に
形成される径の小さい貫通孔のことである。このような
スルーホールは、種々の産業分野において種々の目的に
応じて用いられるが、例えば電気電子機器の分野におい
て多層プリント配線盤の電気的導通を図るためにスルー
ホールが用いられることが知られている。 【０００３】周知のように多層プリント配線盤は、複数
の単層プリント配線盤を重ね合わせ、それらの配線盤を
貫通するスルーホールを形成し、そのスルーホールの内
壁表面にメッキ、コーティング、塗装等によって導電薄
膜層を形成することによって各配線盤間の電気的導通を
達成したものである。各配線盤が正常に機能するために
は、スルーホールの表面に形成される導電薄膜層が適正
な厚さになっていなければならず、その膜厚を検査する
ために本発明に係る膜厚測定方法が利用される。 【０００４】従来、上記のようなスルーホール壁の薄膜
の厚さを測定する場合には、スルーホールを境として配
線盤を機械的に切断し、その切断部分を樹脂によって固
化し、さらに研磨し、その研磨された部分を顕微鏡で観
察することによって膜厚を測定している。しかしながら
このような測定方法では、測定対象である配線盤を破壊
しなければ測定ができず、また、測定のための作業が非
常に面倒であった。 【０００５】スルーホールに関するものでなく、単なる
平面状の基盤上に形成された薄膜を測定対象とする膜厚
測定方法として、超音波を利用したものが既に提案され
ている。例えば、本出願人による特開昭６１−２０８０
３号公報によれば、基盤上に形成された膜に対して、基
盤、膜、そして超音波伝達媒体から成る組合せ体に固有
の入射角θにて超音波を照射した場合、超音波の周波数
ｆと膜厚ｄとの積が上記組合せ体に固有の値Ｈとなった
ときに、超音波の反射率がきわめて小さくなるという現
象を利用している。この膜厚測定においては、超音波送
波用の圧電トランスデューサ及び超音波受波用の圧電ト
ランスデューサの２個のトランスデューサを互いに対向
して配置することによって形成された超音波トランスデ
ューサが用いられている。 【０００６】また、同一出願人による特開平１−１１３
６０６号公報に開示された膜厚測定方法によれば、反射
波スペクトルにおいて反射率が極小となる周波数ｆd と
膜厚ｄが ｄ＝ｇ（ｆd） となる関数関係がある場合、極小周波数ｆd から膜厚ｄ
が求められる。この測定方法においても、特開昭６１−
２０８０３号公報の場合と同じ超音波トランスデューサ
が用いられている。 【０００７】さらに、同一出願人による特開平３−１５
６３０８号公報には、測定対象物の微小領域の膜厚測定
を可能とするために、超音波送波部及び超音波受波部を
球面状且つ輪帯状に形成して超音波を測定対象物の微小
領域に集束させて照射するようにした測定方法が開示さ
れている。この測定方法においては、いわゆるアニュラ
ー型の超音波トランスデューサが用いられている。 【０００８】以上のような超音波を利用した膜厚測定方
法を用いれば、被測定物を破壊することなく膜厚測定を
行うことができる。しかしながら、超音波トランスデュ
ーサはその外観形状がかなり大きく、従って、単なる平
面形状の部材を測定対象物とする場合のようにそのまわ
りに広い空間がある場合は問題がないものの、スルーホ
ールのような径の細い貫通孔を測定対象とする場合に
は、そのスルーホール内に圧電体を配置するための予備
的な空間がなく、従って実質的に超音波を用いた測定が
できなかった。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消するためになされたものであって、超音波を用
いて非破壊でスルーホールの内表面に形成した薄膜の膜
厚を測定できるようにすることを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るスルーホール壁の膜厚測定装置は、ス
ルーホールの内壁面に形成された薄膜の膜厚を測定する
膜厚測定装置において、内側電極と、該内側電極の外
周表面に密着して設けられた円筒状の圧電体と、該圧電
体の外周表面に密着して設けられた円筒状の外側電極と
を有しており、その全体の外径が前記スルーホールの内
径よりも小さく形成されていて前記スルーホール内に挿
入可能である超音波トランスデューサと、前記内側電
極と前記外側電極との間に高周波パルスを供給する高周
波発振手段と、前記内側電極と前記外側電極との間に
生じる出力信号を受けてそれを処理する信号処理手段と
を有し、前記超音波トランスデューサが、スルーホー
ルの内壁面の全域に対向するように配置されていること
を特徴とする。 【００１１】 【作用】内側電極と外側電極との間に高周波パルス、例
えば広帯域の高周波パルスを印加すると、圧電体から超
音波が発生し、その超音波がスルーホールの内壁面に照
射され、そこで反射する。この反射波は再び圧電体で受
け取られ、反射波の超音波振動に応じた電気信号が内側
電極と外側電極との間に出力される。この出力信号はス
ルーホール内壁面上の薄膜の厚さと密接に関連した情報
を含んでおり、よってこの出力信号を観察することによ
り目的とする膜厚が求められる。 【００１２】 【実施例】図１は、本発明に係るスルーホール壁の膜厚
測定装置の一実施例を示している。この膜厚測定装置
は、丸棒状の内側電極１と、その内側電極１の外周面に
密着して設けられた円筒状の圧電体２と、その圧電体２
の外周面に密着して設けられた外側電極３とによって構
成された超音波トランスデューサ４を有している。 【００１３】この超音波トランスデューサ４は、例え
ば、次のようにして製造される。まず導電性材料、例え
ば真鍮によって丸棒状の内側電極１を形成する。そし
て、その外周表面にＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）（ポリフッ
化ビニリデン・トリフルオロエチレン）を塗布し、さら
にスピンコート等によって薄く延ばし、さらに熱処理、
例えばアニーリングを施して薄くて均一な厚さの圧電体
２を形成する。そして、この圧電体２の外周表面にグラ
ウンドのための電極として導電層、例えばアルミニウム
層を蒸着して外側電極３を形成する。内側電極１と外側
電極３と間に高電圧を印加すると、圧電体２において内
側電極１と外側電極３とで挟まれる部分が分極して、圧
電作用を奏するようになる。 【００１４】内側電極１には方向性結合器５が接続さ
れ、その方向性結合器５の一方の端子に高周波発振器６
が接続され、その他方の端子に信号処理手段としての信
号解析器７が接続されている。高周波発振器６は、広帯
域の高周波パルス信号を発生する任意の構造の電気回路
である。信号解析器７は、いわゆるスペクトルアナライ
ザ等のような、入力した電気信号をスペクトル変換する
任意の構造の電気回路である。方向性結合器５は、高周
波発振器６からの高周波パルス信号を内側電極１と外側
電極３との間に導入し、一方、内側電極１と外側電極３
との間に生じた出力信号を信号解析器７へ導入するよう
に作用する。このような信号分離作用は、方向性結合器
５以外にも、ブリッジ、サーキュレータ等といった他の
信号分離用機器によって達成することもできる。 【００１５】以下、上記構成より成る膜厚測定装置につ
いてその動作を説明する。 【００１６】本実施例では、測定対象物として多層プリ
ント配線盤８の適所に形成される断面円形状のスルーホ
ール９の内壁表面に形成された導電薄膜層１０を考え
る。なお通常、スルーホール９は内径３００μｍ〜５ｍ
ｍ程度に形成される。 【００１７】検査にあたり、まず図２に示すように、そ
の外径がスルーホール９の内径よりも小さい超音波トラ
ンスデューサ４をスルーホール９の内部に挿入する。そ
して、超音波トランスデューサ４とスルーホール９との
間に超音波伝達媒体としての水１１を充填する。その
後、高周波発振器６によって電極１，３間に広帯域の高
周波パルス信号を印加して圧電体２に広帯域周波数の超
音波を発生する。本実施例では、超音波トランスデュー
サ４が円筒形状に形成されているので、超音波は超音波
トランスデューサ４の軸方向の全域から発生し、そして
水１１内を半径方向に広がるように伝搬してスルーホー
ル９の内壁面、すなわち薄膜１０に到達する。このよう
な超音波は円筒波と呼ばれることもある。 【００１８】薄膜１０に到達した超音波はそこで反射し
て再び超音波トランスデューサ４へ入射し、圧電体２の
働きによって電気信号に変換されて電極１，３間に出力
される。この出力信号は方向性結合器５を通して信号解
析器７へ送られ、そこで周波数分析される。この周波数
分析により、例えば図３に示すように、周期的にディッ
プＤを生じる出力波形が得られる。このディップＤの周
期は薄膜層１０の膜厚と密接に関連しており、よってこ
のディップ周波数を観察することにより、薄膜１０の膜
厚が求められる。 【００１９】以上、１つの実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明はその実施例に限定されるものではな
い。 【００２０】例えば、上記実施例では図２に示すよう
に、スルーホール９を貫通するように超音波トランスデ
ューサ４を配置、すなわち超音波トランスデューサ４を
スルーホール９の内壁面の全域に対向するように配置し
た。従ってこの場合には、超音波トランスデューサ４か
ら出る超音波（円筒波）がスルーホール９の内壁面の全
域に照射され、その全域からの反射波が超音波トランス
デューサ４によって再び受け取られる。よって、この場
合には、スルーホール９の内壁面上の薄膜１０の全体の
膜厚情報が平均化されて得られる。 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、スルーホールの内径よ
りも小さい超音波トランスデューサをスルーホール内に
配置し、超音波をスルーホールの内壁表面に直接照射す
るようにしたので、スルーホールの内壁表面に形成した
薄膜の膜厚を超音波を用いて非破壊で測定できるように
なった。 【００２２】
面に形成された薄膜の膜厚を超音波を用いて測定するた
めの膜厚装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】スルーホールというのは、適宜の部材に
形成される径の小さい貫通孔のことである。このような
スルーホールは、種々の産業分野において種々の目的に
応じて用いられるが、例えば電気電子機器の分野におい
て多層プリント配線盤の電気的導通を図るためにスルー
ホールが用いられることが知られている。 【０００３】周知のように多層プリント配線盤は、複数
の単層プリント配線盤を重ね合わせ、それらの配線盤を
貫通するスルーホールを形成し、そのスルーホールの内
壁表面にメッキ、コーティング、塗装等によって導電薄
膜層を形成することによって各配線盤間の電気的導通を
達成したものである。各配線盤が正常に機能するために
は、スルーホールの表面に形成される導電薄膜層が適正
な厚さになっていなければならず、その膜厚を検査する
ために本発明に係る膜厚測定方法が利用される。 【０００４】従来、上記のようなスルーホール壁の薄膜
の厚さを測定する場合には、スルーホールを境として配
線盤を機械的に切断し、その切断部分を樹脂によって固
化し、さらに研磨し、その研磨された部分を顕微鏡で観
察することによって膜厚を測定している。しかしながら
このような測定方法では、測定対象である配線盤を破壊
しなければ測定ができず、また、測定のための作業が非
常に面倒であった。 【０００５】スルーホールに関するものでなく、単なる
平面状の基盤上に形成された薄膜を測定対象とする膜厚
測定方法として、超音波を利用したものが既に提案され
ている。例えば、本出願人による特開昭６１−２０８０
３号公報によれば、基盤上に形成された膜に対して、基
盤、膜、そして超音波伝達媒体から成る組合せ体に固有
の入射角θにて超音波を照射した場合、超音波の周波数
ｆと膜厚ｄとの積が上記組合せ体に固有の値Ｈとなった
ときに、超音波の反射率がきわめて小さくなるという現
象を利用している。この膜厚測定においては、超音波送
波用の圧電トランスデューサ及び超音波受波用の圧電ト
ランスデューサの２個のトランスデューサを互いに対向
して配置することによって形成された超音波トランスデ
ューサが用いられている。 【０００６】また、同一出願人による特開平１−１１３
６０６号公報に開示された膜厚測定方法によれば、反射
波スペクトルにおいて反射率が極小となる周波数ｆd と
膜厚ｄが ｄ＝ｇ（ｆd） となる関数関係がある場合、極小周波数ｆd から膜厚ｄ
が求められる。この測定方法においても、特開昭６１−
２０８０３号公報の場合と同じ超音波トランスデューサ
が用いられている。 【０００７】さらに、同一出願人による特開平３−１５
６３０８号公報には、測定対象物の微小領域の膜厚測定
を可能とするために、超音波送波部及び超音波受波部を
球面状且つ輪帯状に形成して超音波を測定対象物の微小
領域に集束させて照射するようにした測定方法が開示さ
れている。この測定方法においては、いわゆるアニュラ
ー型の超音波トランスデューサが用いられている。 【０００８】以上のような超音波を利用した膜厚測定方
法を用いれば、被測定物を破壊することなく膜厚測定を
行うことができる。しかしながら、超音波トランスデュ
ーサはその外観形状がかなり大きく、従って、単なる平
面形状の部材を測定対象物とする場合のようにそのまわ
りに広い空間がある場合は問題がないものの、スルーホ
ールのような径の細い貫通孔を測定対象とする場合に
は、そのスルーホール内に圧電体を配置するための予備
的な空間がなく、従って実質的に超音波を用いた測定が
できなかった。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消するためになされたものであって、超音波を用
いて非破壊でスルーホールの内表面に形成した薄膜の膜
厚を測定できるようにすることを目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るスルーホール壁の膜厚測定装置は、ス
ルーホールの内壁面に形成された薄膜の膜厚を測定する
膜厚測定装置において、内側電極と、該内側電極の外
周表面に密着して設けられた円筒状の圧電体と、該圧電
体の外周表面に密着して設けられた円筒状の外側電極と
を有しており、その全体の外径が前記スルーホールの内
径よりも小さく形成されていて前記スルーホール内に挿
入可能である超音波トランスデューサと、前記内側電
極と前記外側電極との間に高周波パルスを供給する高周
波発振手段と、前記内側電極と前記外側電極との間に
生じる出力信号を受けてそれを処理する信号処理手段と
を有し、前記超音波トランスデューサが、スルーホー
ルの内壁面の全域に対向するように配置されていること
を特徴とする。 【００１１】 【作用】内側電極と外側電極との間に高周波パルス、例
えば広帯域の高周波パルスを印加すると、圧電体から超
音波が発生し、その超音波がスルーホールの内壁面に照
射され、そこで反射する。この反射波は再び圧電体で受
け取られ、反射波の超音波振動に応じた電気信号が内側
電極と外側電極との間に出力される。この出力信号はス
ルーホール内壁面上の薄膜の厚さと密接に関連した情報
を含んでおり、よってこの出力信号を観察することによ
り目的とする膜厚が求められる。 【００１２】 【実施例】図１は、本発明に係るスルーホール壁の膜厚
測定装置の一実施例を示している。この膜厚測定装置
は、丸棒状の内側電極１と、その内側電極１の外周面に
密着して設けられた円筒状の圧電体２と、その圧電体２
の外周面に密着して設けられた外側電極３とによって構
成された超音波トランスデューサ４を有している。 【００１３】この超音波トランスデューサ４は、例え
ば、次のようにして製造される。まず導電性材料、例え
ば真鍮によって丸棒状の内側電極１を形成する。そし
て、その外周表面にＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）（ポリフッ
化ビニリデン・トリフルオロエチレン）を塗布し、さら
にスピンコート等によって薄く延ばし、さらに熱処理、
例えばアニーリングを施して薄くて均一な厚さの圧電体
２を形成する。そして、この圧電体２の外周表面にグラ
ウンドのための電極として導電層、例えばアルミニウム
層を蒸着して外側電極３を形成する。内側電極１と外側
電極３と間に高電圧を印加すると、圧電体２において内
側電極１と外側電極３とで挟まれる部分が分極して、圧
電作用を奏するようになる。 【００１４】内側電極１には方向性結合器５が接続さ
れ、その方向性結合器５の一方の端子に高周波発振器６
が接続され、その他方の端子に信号処理手段としての信
号解析器７が接続されている。高周波発振器６は、広帯
域の高周波パルス信号を発生する任意の構造の電気回路
である。信号解析器７は、いわゆるスペクトルアナライ
ザ等のような、入力した電気信号をスペクトル変換する
任意の構造の電気回路である。方向性結合器５は、高周
波発振器６からの高周波パルス信号を内側電極１と外側
電極３との間に導入し、一方、内側電極１と外側電極３
との間に生じた出力信号を信号解析器７へ導入するよう
に作用する。このような信号分離作用は、方向性結合器
５以外にも、ブリッジ、サーキュレータ等といった他の
信号分離用機器によって達成することもできる。 【００１５】以下、上記構成より成る膜厚測定装置につ
いてその動作を説明する。 【００１６】本実施例では、測定対象物として多層プリ
ント配線盤８の適所に形成される断面円形状のスルーホ
ール９の内壁表面に形成された導電薄膜層１０を考え
る。なお通常、スルーホール９は内径３００μｍ〜５ｍ
ｍ程度に形成される。 【００１７】検査にあたり、まず図２に示すように、そ
の外径がスルーホール９の内径よりも小さい超音波トラ
ンスデューサ４をスルーホール９の内部に挿入する。そ
して、超音波トランスデューサ４とスルーホール９との
間に超音波伝達媒体としての水１１を充填する。その
後、高周波発振器６によって電極１，３間に広帯域の高
周波パルス信号を印加して圧電体２に広帯域周波数の超
音波を発生する。本実施例では、超音波トランスデュー
サ４が円筒形状に形成されているので、超音波は超音波
トランスデューサ４の軸方向の全域から発生し、そして
水１１内を半径方向に広がるように伝搬してスルーホー
ル９の内壁面、すなわち薄膜１０に到達する。このよう
な超音波は円筒波と呼ばれることもある。 【００１８】薄膜１０に到達した超音波はそこで反射し
て再び超音波トランスデューサ４へ入射し、圧電体２の
働きによって電気信号に変換されて電極１，３間に出力
される。この出力信号は方向性結合器５を通して信号解
析器７へ送られ、そこで周波数分析される。この周波数
分析により、例えば図３に示すように、周期的にディッ
プＤを生じる出力波形が得られる。このディップＤの周
期は薄膜層１０の膜厚と密接に関連しており、よってこ
のディップ周波数を観察することにより、薄膜１０の膜
厚が求められる。 【００１９】以上、１つの実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明はその実施例に限定されるものではな
い。 【００２０】例えば、上記実施例では図２に示すよう
に、スルーホール９を貫通するように超音波トランスデ
ューサ４を配置、すなわち超音波トランスデューサ４を
スルーホール９の内壁面の全域に対向するように配置し
た。従ってこの場合には、超音波トランスデューサ４か
ら出る超音波（円筒波）がスルーホール９の内壁面の全
域に照射され、その全域からの反射波が超音波トランス
デューサ４によって再び受け取られる。よって、この場
合には、スルーホール９の内壁面上の薄膜１０の全体の
膜厚情報が平均化されて得られる。 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば、スルーホールの内径よ
りも小さい超音波トランスデューサをスルーホール内に
配置し、超音波をスルーホールの内壁表面に直接照射す
るようにしたので、スルーホールの内壁表面に形成した
薄膜の膜厚を超音波を用いて非破壊で測定できるように
なった。 【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスルーホール壁の膜厚測定装置の
一実施例を破断して示す斜視図である。 【図２】同膜厚測定装置の正面断面図である。 【図３】同膜厚測定装置によって求められた周波数分析
結果の一例を示す周波数スペクトル図である。 【符号の説明】 １ 内側電極 ２ 圧電体 ３ 外側電極 ４ 超音波トランスデューサ ８ 多層プリント配線盤 ９ スルーホール １０ 薄膜 １１ 水（超音波伝達媒体）
一実施例を破断して示す斜視図である。 【図２】同膜厚測定装置の正面断面図である。 【図３】同膜厚測定装置によって求められた周波数分析
結果の一例を示す周波数スペクトル図である。 【符号の説明】 １ 内側電極 ２ 圧電体 ３ 外側電極 ４ 超音波トランスデューサ ８ 多層プリント配線盤 ９ スルーホール １０ 薄膜 １１ 水（超音波伝達媒体）
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−315910（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−220882（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−65624（ＪＰ，Ａ)
実公 昭28−8019（ＪＰ，Ｙ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 17/00 - 17/08
G01S 1/72 - 1/82
G01S 3/80 - 3/86
G01S 5/18 - 5/30
G01S 7/52 - 7/64
G01S 15/00 - 15/96
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 スルーホールの内壁面に形成された薄膜
の膜厚を測定する膜厚測定装置において、 内側電極と、該内側電極の外周表面に密着して設けられ
た円筒状の圧電体と、該圧電体の外周表面に密着して設
けられた円筒状の外側電極とを有しており、その全体の
外径が前記スルーホールの内径よりも小さく形成されて
いて前記スルーホール内に挿入可能である超音波トラン
スデューサと、 前記内側電極と前記外側電極との間に高周波パルスを供
給する高周波発振手段と、 前記内側電極と前記外側電極との間に生じる出力信号を
受けてそれを処理する信号処理手段とを有し、 前記超音波トランスデューサが、スルーホールの内壁面
の全域に対向するように配置されていることを特徴とす
るスルーホール壁の膜厚測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08528293A JP3379545B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | スルーホール壁の膜厚測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08528293A JP3379545B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | スルーホール壁の膜厚測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06273150A JPH06273150A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3379545B2 true JP3379545B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=13854221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08528293A Expired - Fee Related JP3379545B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | スルーホール壁の膜厚測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379545B2 (ja) |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP08528293A patent/JP3379545B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06273150A (ja) | 1994-09-30 |
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