JP3820806B2 - レーザ検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザ検査装置に関するものであり、例えば、プリント基板と呼ばれる積層配線板へのブラインドバイヤホール加工の作業中における、ブラインドバイヤホールの底面に残留した未除去材料の検出、厚さ測定等の検査機能を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電子機器の高性能化に伴い、配線の高密度化が要求されている。この要求を満たすためにプリント基板の多層化、小型化が進んでいる。この技術の一つにブラインドバイヤホール（ＢＶＨ）と呼ばれる穴径１５０μｍ程度の層間導通接続用の微細止まり穴の形成が必須となる。しかし、現在のドリル加工ではφ０．２ｍｍ以下の穴開け、及び止まり穴加工は困難であることに加え、高密度プリント基板では絶縁層の厚さが１００μｍ以下となり、この精度では深さの制御を行うことが困難なため、ドリル加工では微細ＢＶＨ形成は不可能となっている。
【０００３】
このドリル加工に代わるＢＶＨ形成方法としてレーザビームを応用する方法が注目されている。この加工方法はプリント基板を形成する絶縁材料である樹脂やガラス繊維と導体層である銅に対する光エネルギーの吸収率の差を利用したものである、レーザ光の光源としては炭酸ガスレーザが一部実用化されている。図１１に示すように加工部の内部に内装銅箔２４をあらかじめ積層しておけば絶縁部材の分解除去は内層銅箔２４で停止するため、内層銅箔２４で確実に停止する止まり穴６を形成できる。このように加工した穴を特にダイレクトイメージ穴と呼ぶ。また、図１２に示すように表面に銅箔がある基板において、必要な穴径の銅箔除去部をエッチング等により形成し、この除去部よりも大きいビーム径のレーザ光２０を照射して、加工穴６を形成することもできる。このように加工した穴を特にコンフォーマルイメージ穴と呼ぶ。
【０００４】
図１１や図１２のように銅箔で停止する止まり穴を炭酸ガスレーザで加工した場合、十分にレーザビームを照射しても厚さ１μｍ以下の絶縁部材である樹脂が内層銅箔に残留してしまう。このため、レーザ加工後残留樹脂を過マンガン酸などでエッチングして残留樹脂を完全に除去する必要がある。このとき止まり穴が１００μｍ程度まで小さくなるとエッチング液が穴内まで行き渡りにくくなるため、レーザ加工条件等の不良で残留樹脂の厚さが１μｍを超えて厚くなったりすると残留樹脂を完全に除去できない穴が発生する。この状態でメッキを施しＢＶＨ電極を形成すると、メッキ膜と内層銅箔の間に一部樹脂が残留したままになる。ここで熱サイクル等により応力がかかるとこれを起点としてメッキ膜が剥がれてしまう。このためレーザ加工後には残留樹脂の厚みの検査が必要となる。
【０００５】
図１３はショット数を変えたときの残留樹脂の分布を示している。残留樹脂は穴の中心付近には少なく、穴の壁面付近に残り易いことがわかっている。ショット数５パルスの穴のように中心位置に樹脂が少なくても周りに多くあり不良になる場合がある。したがって、残留樹脂の厚みを検査する場合、中心から周辺にかけて広い範囲を検査する必要がある。
【０００６】
従来の検査装置は図１４に示すように光学顕微鏡を用いて加工部の検査を行っていた。日系サイエンス１９９０年１０月号第４５頁に記載された従来の光学顕微鏡では１０μｍ程度以上の樹脂が残っている場合には検出できるが、上記のような数μｍ程度の残留樹脂の検出精度が悪く、量産においては適用が難しく、メッキ後の加工部を切断・研磨後断面観察により残留樹脂の厚さを検査するしかなく、検査する時間がかかるとともに全数検査ができない課題があった。
【０００７】
以上のように従来の光学顕微鏡が樹脂を検出できない理由について説明する。従来の光学顕微鏡は図１５に示されるように構成されている。照明用白色光３８はビームスプリッタ２５により対物レンズ５を経由してプリント基板２１に照射される。プリント基板２１からの反射光は対物レンズ５により拡大した倒立実像を結像レンズ９の前方に作り、その実像をＣＣＤカメラ１１で検出する。
【０００８】
ここで図１６に示すように光学顕微鏡の照明光である白色光３８が残留樹脂２２の表面に照射されると一部は反射され、その他は残留樹脂２２を通過して底面の銅箔２４に達し、反射される。従って、銅箔上の厚さの薄い樹脂に対して、白色光３８を照明光として照明すると大部分の反射光が銅箔２４から戻ってくるため、残留樹脂２２が見えなくなってしまう。
【０００９】
また、特開平７−８３８４１号公報の実施例記載の検査装置を図１７に示す。図において４３は紫外レーザ光源、４５はコリメートレンズ、４４はミラー、２５はビームスプリッタ、４６は回転他面鏡、２１は検査対象のプリント基板、９は再結像用レンズ、４８はピンホール、４７はフォトマル（光電子増倍管）である。
【００１０】
次に従来例の動作について説明する。紫外レーザ光源４３が発生するレーザ光をコリメーションレンズ４５を用いて拡大する。拡大したレーザ光を回転多面鏡４６を用いて走査し、対物レンズ５によりプリント基板２１上に集光する。
【００１１】
レーザ光の照射によりプリント基板２１から発生した紫外光は入射経路を逆にたどって、再帰的に帰還され、光路中に配置されたビームスプリッタ２５により再帰反射検知系に導かれる。この紫外反射光は、結像レンズ９により結像される。結像面では検査対象のプリント基板のレーザ光の照射点近傍の画像が観察される。この結像面に置かれたピンホール４８により中央部分のみを分離し、フォトマル４７で検出する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１５や図１６に示された従来の検出装置は以上のように構成されているので、上記で説明したとおり残留樹脂が薄い場合は反射光が強くて残留樹脂の検出ができないという問題があった。
【００１３】
また、図１７に示された検査装置は回転多面鏡でレーザ走査しているが、止まり穴の加工時の位置ずれや走査装置の精度悪化等で、レーザ光の走査線が止まり穴の中心線からずれることがある。例えばショット数５パルスの止まり穴のように、穴中心付近は残留樹脂が少なく良品レベルだが周辺が不良品レベルの場合、走査線のずれによって良品を不良品と誤判定したりする問題がある。
【００１４】
これを防ぐには、走査線の間隔を穴径より十分小さくして、穴底全面を走査する必要があるが、検査に膨大な時間がかかる問題がある。
【００１５】
また、コンフォーマル基板を検査する場合、基板表面に銅箔があるため、止まり穴以外にレーザ光が照射されても蛍光が発生しないので、良品と誤判定してしまう問題がある。
【００１６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、確実かつ高速に該凹部の検査ができる検査装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ検査装置は、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を被検出体の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された被検出体から発生する蛍光を検出する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された被検出体の表面において散乱された反射光を検出する第２の検出手段とを備えたものである。
【００２０】
又、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を、凹部の形成された基板上の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された基板から発生する蛍光を検出し、第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された基板の表面において散乱された反射光を検出し、第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出信号に基づいて、上記照射手段を制御する制御手段とを備え、上記照射手段は上記凹部の近傍において所定の方向にレーザ光を走査し、上記第１の検出手段はこのレーザ光の走査により上記基板から発生する蛍光の強度変化を検出して第１の検出信号を出力し、上記第２の検出手段は上記レーザ光の走査により上記基板において散乱された反射光の強度変化を検出して第２の検出信号を出力し、上記制御手段は上記第１及び第２の検出信号に基づいて走査線上における上記凹部の仮の中心位置を算出し、次いで、上記照射手段は上記制御手段により制御され、算出された仮の中心位置を通り上記走査線と直交する方向にレーザ光を走査するものである。
【００２１】
又、制御手段は、第１の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第１の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するものである。
【００２２】
又、制御手段は、第２の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第２の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するものである。
【００２３】
又、第２の検出器は、基板面からの角度が凹部のアスペクト比以下となるように配置されているものである。
【００２４】
又、第２の検出器は、リング状に配置されているものである。
【００２５】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成するものである。
【００２６】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成することで得られる合成信号を離散化し、この離散化されたデータを上記合成信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は発明の一実施例を示す構成図である。図において、１３はレーザ発振器、４はレーザ発振器１３から出るレーザ光を反射するダイクロイックミラー、３３及び３４はレーザ光をそれぞれＸＹ方向へ走査させるためのガルバノミラー、５は走査されたレーザ光をプリント基板２１上に集光させる対物レンズ、１０はレーザ光が照射されたプリント基板２１からダイクロイックミラー４を通過してくる蛍光の波長を選択するためのフィルター、９は前記蛍光を転写する結像レンズ、２は蛍光を検出する検出器である。中央処理室３１は、ガルバノメータ２６に走査位置を指令し駆動する。蛍光用検出器２の信号は中央処理室３１に入力され判定される。
【００３０】
次に、図１に示した発明の動作について説明する。従来例と同じく、樹脂部や止まり穴の樹脂残り部にレーザ光が照射されると蛍光が発生する。ここで、蛍光はレーザ光より長い波長（一般には可視光）である。ダイクロックミラー４は、レーザ装置１３から出るレーザ光を反射するがそれ以外の波長は通過するように構成されている。また、フィルター１０は検出器２に入る光を検査対象の波長だけを選択する場合に用いる。
【００３１】
本実施の形態では、レーザ装置１３は波長４７３ｎｍ、３０ｍＷの固体レーザを使用した。従来蛍光観察のためには紫外光の方が同一パワーでは蛍光強度が高く観察できるため、紫外光が一般的には使われていたが、紫外光は石英ガラスなど特殊な光学系を使わないと吸収が大きく、損失が大きいため、又、光学系が高価になるため、波長４７３ｎｍのレーザ光を使用した。ダイクロックミラー４には４９５ｎｍ以下を反射するものを使用し、フィルター１０は５２０ｎｍ以下を通過させないものとした。尚、プリント基板上の止まり穴の加工には炭酸ガスレーザを使用した。
【００３２】
炭酸ガスレーザのショット数を変化させて、水銀ランプの場合と３０ｍＷの固体レーザ光の場合とでプリント基板が発生する蛍光の光強度（図２では露光時間（秒）で記載しているので光強度は数値の逆数となる）を比較したものが図２である。尚、このプリント基板ではショット数７パルス加工後デスミア処理することで残留樹脂残りが観測されなかった。
【００３３】
プリント基板の止まり穴底部の樹脂残りが０．２μｍ〜０．６μｍ程度であれば後行程のデスミア処理で残樹脂を除去できることが確認されている。図２によると水銀ランプの場合は不良品も良品も発生する蛍光の光強度がほとんど変わらないが、前記固体レーザ光を使用した場合は不良品と良品で１０倍程度の蛍光強度差が出ていることがわかる。
【００３４】
従来例で説明したとおり、炭酸ガスレーザでの加工が正常に完了しても、止まり穴底部に１μｍ未満の樹脂残りが発生してしまう。そのため、位相のそろっていないランプなどでは、光がごく薄い樹脂を通過してしまい、蛍光が発生せず、検査ができない。加えて、全体的に蛍光自体の強度も低すぎるため判定が難しいことが判明した。
【００３５】
一方、単色性と位相のあったレーザ光は、波長程度のごく薄い樹脂であってもレーザ光を吸収して蛍光が発生するため検査が可能となる。よって、穴底部にある０．６μｍ程度の樹脂残りはデスミア処理後に除去できるため不良ではないが、それ以上樹脂残りが厚い場合はデスミア処理で取り除けないので、炭酸ガスレーザでの加工後、デスミア処理前に加工不良の検出するために、上記レーザ光を用いることが有効であることが判明した。尚、我々の実験では波長４７３ｎｍのレーザ光を使用したため、実質０．５μｍ以上の樹脂残りが十分検出できることになる。
【００３６】
本発明の構成では、ガルバノミラーを２枚使用して、走査光学系を構成したため、最初から止まり穴に移動し、止まり穴周辺だけを検査できるので、検査が高速である。これに対し、例えば特開平７−８３８４１記載の従来の観察装置では、回転多面鏡による走査方法が開示されているが、プリント基板上を細かい走査線間隔で全面走査しなければならないので、非常に時間がかかる。
尚、本実施の形態において、止まり穴のプリント基板２１上の位置は、中央処理室３２にあらかじめ登録してある。
【００３７】
止まり穴の加工時の位置ずれや走査装置の精度を考慮すると、登録された止まり穴位置に移動させても、レーザ照射位置と止まり穴中心位置との間にはずれが生じる場合がある。図３は、このずれを検出し、止まり穴に対して正確にレーザ光を照射させるための走査方式を説明する図である。登録された止まり穴位置に移動させ（▲１▼）た後、まず、その位置を中心に長さが穴径の２倍のＹ方向走査線分３９上をレーザ走査させ（▲２▼）、蛍光検出器２で検出された信号から仮の穴中心位置を検出する（▲３▼）。真の穴中心位置は、仮の穴中心位置を通りＹ走査線分３９と直交するＸ方向の線上にあるので、Ｘ走査線分４０上をレーザ走査させれば、止まり穴中心線上の蛍光信号が検出でき（▲４▼）、さらにその検出信号から穴中心位置が検出できる（▲５▼）。
【００３８】
以上の２回の走査で、穴中心線上の蛍光強度と穴中心位置が検出されているので、それらの検出値から中心線上の特定領域の残留樹脂レベルを検査する（▲６▼）ことができる。本実施の形態では、穴中心線上の蛍光信号を穴中心位置を中心に評価領域分積分して、残留樹脂レベルを検出している。残留樹脂が中心と周辺で差がある止まり穴を検査する場合でも、レーザ照射位置と止まり穴位置のずれを検出し、止まり穴底の特定位置を検査するため、ばらつきが少ない信頼性の高い検査ができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態において、評価領域を穴径程度に大きくすれば、穴壁面付近を検査できるため、ショット数５パルスの穴のように、穴中心付近は良品レベルだが周辺に樹脂があり不良になる可能性がある穴でも、確実に検査ができる。
【００４０】
また、上記検査は２回の走査で実現できるため、非常に高速である。我々の実験装置では１秒間に９０個の穴を検査できることを確認した。
【００４１】
もし、さらに高精度な残留樹脂レベルの検査が要求される場合は、図３の▲４▼〜▲６▼のレーザ走査と残留樹脂検出を複数回行っても良く、その出力を平均するようにしてもよい。一般にランダム性のノイズについてはｎ回の繰り返しにより、ｎの平方根に比例してＳ／Ｎ比が向上することが知られている。
【００４２】
図４は上記▲３▼及び▲５▼において蛍光信号から穴中心位置を検出する例を説明する図である。ダイレクトイメージ基板の表面は厚い樹脂に覆われており、止まり穴底だけ樹脂が少ないため、レーザ光を走査させた時の蛍光信号は、穴底でレベルが低い信号となる。この信号を２値化し、レベルの低い方の重心位置を計算すれば穴中心位置を検出できる。
【００４３】
また、本実施例ではガルバノミラーを例に挙げて説明したが、ＡＯ（音響光学素子）やＥＯ（電磁気光学素子）等を使用して走査しても同様の効果がある。
【００４４】
実施の形態２．
コンフォーマル基板では、表面が銅箔のため蛍光が発生しないので、止まり穴の検出ができなかった。図５は、第２の実施の形態を示す構成図で、コンフォーマル基板において、表面の銅箔と止まり穴底の銅箔とを区別するための光学系を説明する図である。構成は図１のレーザ検査装置に光検出器３を取り付けたものである。光検出器３は止まり穴に対して斜め方向に設置されている。銅箔には細かい凹凸があり、レーザ光７が照射されると散乱した反射光が発生する。４１は、レーザ光がプリント基板２１の表面にある銅箔に照射され散乱した反射光で、４２はレーザ光が止まり穴底に照射され散乱した反射光である。基板表面の銅箔での反射光４１は検出器３で検出されるが、穴底での反射光４２は穴壁面で遮られ検出器３で検出されない。従って、検出器３の検出信号レベルでレーザ照射位置が基板表面の銅箔か穴底の銅箔か区別できる。何らかの理由でレーザ照射位置と止まり穴位置が大きくずれても、反射光レベルがしきい値より大きい場合、穴底でないと判断できるので、良品と誤判定することをなくすことができる。また、止まり穴上をレーザ走査させ、反射光用光検出器３の検出信号を２値化すれば、止まり穴の検出が可能である。また、蛍光強度と反射光強度を同時に検出できるので、高速に検査できる。
【００４５】
さらに、コンフォーマル基板において、レーザ照射位置と止まり穴位置とのずれを検出し、止まり穴に対して正確にレーザ光を照射させるには、図３、図４で説明した走査方式を行えばよい。ただし、図４の穴中心位置検出の際には、蛍光信号の代わりに反射光信号を用いる。コンフォーマル穴走査時の反射光信号はダイレクト穴走査時の蛍光信号と同様に穴底でレベルが低くなるため、同じ方式で穴位置検出できるのである。
【００４６】
さらに、反射光用光検出器３の取付け角度４９をａｔａｎ（止まり穴のアスペクト比）以下にすれば、穴底からの反射光４２は完全に穴壁面で遮られるため、より確実に、穴底の銅箔と基板表面の銅箔を区別できる。
【００４７】
さらに、反射光用光検出器３を止まり穴の周囲を取り囲むように複数個配置すれば、検出信号の走査方向性がなくなる。つまり、どの方向に走査しても、確実に穴底の銅箔と基板表面の銅箔を区別できる。
また、光ファイバを周囲に配置し集光された反射光を検出器３で検出する構成にすれば、検出系がシンプルで安価になる。
【００４８】
実施の形態３．
図６の第３の実施例では、反射光の集光用にリングライトガイド２３を用いている。その他の構成は図５の第２の実施例と同じである。リングライトガイド２３は、本来照明用に開発されたものだが、ファイバがリング状に配列されており、容易に取り付け角度４９を小さくできるので、今回の用途に適しており、確実に穴底の銅箔と基板表面の銅箔を区別できる。
【００４９】
止まり穴には、ダイレクト穴やコンフォーマル穴の他に、基板表面の銅箔にエッチング加工された径よりも小さいビーム径で加工した特殊な止まり穴がある。そして、これらの穴が１枚のプリント基板に混在している場合がある。図７は、このような基板に対して、蛍光信号と反射光信号から止まり穴を検出する手順を説明する図である。穴底では、どのタイプの止まり穴でも、蛍光信号と反射光信号のレベルは低くなる。基板表面では、樹脂の場合蛍光信号のレベルが高く、銅箔の場合反射光信号のレベルが高くなる。よって、２つの検出信号を合成（和）した信号はどのタイプの穴でも、穴底だけ基板表面よりもレベルが低くなる。したがって、合成信号をあるしきい値で２値化すれば、穴底の検出ができるのである。
【００５０】
この結果、ダイレクト穴やコンフォーマル穴が混在したプリント基板でも、何らかの理由でレーザ照射位置と止まり穴位置が大きくずれても、穴底でないと判断できるので、良品と誤判定することをなくすことができる。また、止まり穴上をレーザ走査させ、合成信号を２値化し、レベルの低い方の重心位置を計算すれば穴中心位置を検出できる。
【００５１】
さらに、本実施の形態において、図３、図４で説明した走査をおこなえば、ダイレクト穴やコンフォーマル穴が混在したプリント基板でも、止まり穴の穴中心を検出し止まり穴に対して正確にレーザ光を照射させた検査が可能になる。図４の穴中心位置検出の際には、蛍光信号の代わりに合成信号を用いればよい。
【００５２】
図８、図９は本実施の形態において別の穴中心位置検出方法を説明する図である。図８は離散化・ソート処理による穴中心位置検出手順を説明する図で、図９は離散化回路の一例を示す図である。図９において、５０はクロック発生器、５１はラッチ回路である。
【００５３】
レーザ光が基板表面に照射されている場合、強い蛍光あるいは反射光が検出されるが、同時にレーザ発振器の出力変動や樹脂に含まれる含有物の影響で大きなノイズ成分も検出される。これに比べて、穴底の銅箔からは蛍光も反射光もほとんど検出されないので、ノイズ成分も小さい。したがって、穴底の検出信号を用いれば、確実に穴中心位置を検出できるのである。具体的には、図８に示すように、まずレーザ光を等速で走査させながら検出された合成信号と走査位置信号を同一クロックでラッチすることで離散化する。次に、その離散化データを合成信号のレベルが小さい方から順に並べ替える。そして、先頭から穴底径に相当する個数の走査位置データを平均し穴中心位置を検出する。我々の実験では、検出信号にノイズが多い場合、２値化する方式よりも、より確実に止まり穴中心位置を検出できることが確認できた。もちろん、ダイレクト穴のみの基板を検査する場合は、合成信号の代わりに蛍光信号を穴位置検出用信号として用いてもよい。
【００５４】
実施の形態４．
図１０は第４の実施の形態を示す構成図である。これは、実施の形態３において、ガルバノミラーの位置検出器２８で検出した走査位置信号を直接中央司令室３１に入力するようにしたものであり、実施の形態１及び２に対しても応用できることは言うまでもない。ガルバノミラーを駆動するガルバノメータ２６は、走査位置を制御するためにサーボ系が構成されている。一般的に位置サーボ系では走査速度に比例した追従遅れが生じるため、特に走査速度が速い場合、走査指令位置と実際の走査位置がずれ、穴位置検出精度が悪化する。本実施の形態では位置検出器２８で実際の走査位置を検出するようにしたため、高速走査させてもずれのない高精度な穴位置検出が可能となり、高速で信頼性の高い残留樹脂検査ができる。
【００５５】
【発明の効果】
この発明に係るレーザ検査装置は、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を被検出体の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された被検出体から発生する蛍光を検出する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された被検出体の表面において散乱された反射光を検出する第２の検出手段とを備えたので、蛍光強度と反射光強度の両方を用いて被検出体の表面を検査できるので、被検出体の表面の形状を正確に検出できる。又、蛍光強度と反射光強度は１回のレーザ走査で両方同時に検出できるので、高速に検査できる。
【００５８】
又、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を、凹部の形成された基板上の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された基板から発生する蛍光を検出し、第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された基板の表面において散乱された反射光を検出し、第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出信号に基づいて、上記照射手段を制御する制御手段とを備え、上記照射手段は上記凹部の近傍において所定の方向にレーザ光を走査し、上記第１の検出手段はこのレーザ光の走査により上記基板から発生する蛍光の強度変化を検出して第１の検出信号を出力し、上記第２の検出手段は上記レーザ光の走査により上記基板において散乱された反射光の強度変化を検出して第２の検出信号を出力し、上記制御手段は上記第１及び第２の検出信号に基づいて走査線上における上記凹部の仮の中心位置を算出し、次いで、上記照射手段は上記制御手段により制御され、算出された仮の中心位置を通り上記走査線と直交する方向にレーザ光を走査するので、基板最表面と凹部の底とを構成する材質が同じであっても、これらを区別できる信号が得られ、上記凹部の検出が可能となる。そのため、何らかの理由でレーザ照射位置と凹部の位置が大きくずれても、凹部でないと判断できるので、良品と誤判定することをなくすことができる。また、蛍光強度と反射光強度は１回のレーザ走査で両方同時に検出できるので、高速に検査できる。
【００５９】
又、制御手段は、第１の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第１の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するので、基板表面の信号のノイズが大きい場合でも、確実に凹部の中心位置を検出し、該凹部の中心線上を検査するため、信頼性の高い検査が実現できる。
【００６０】
又、制御手段は、第２の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第２の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するので、基板表面の信号のノイズが大きい場合でも、確実に凹部の中心位置を検出し、該凹部の中心線上を検査するため、信頼性の高い検査が実現できる。
【００６１】
又、第２の検出器は、基板面からの角度が凹部のアスペクト比以下となるように配置されているので、より確実に、凹部の検出が可能となり、レーザ照射位置と凹部の位置ずれによる誤判定を抑制できる。
【００６２】
又、第２の検出器は、リング状に配置されているので、どの方向に走査しても確実に、凹部の検出が可能となり、レーザ照射位置と凹部の位置ずれによる誤判定を抑制できる。
【００６３】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成するので、基板最表面と凹部の底とを構成する材質が同じであっても、異なっていても、又それらが混在していても、基板最表面と凹部の底とを区別できる合成信号が得られ、上記凹部の検出が可能となり、レーザ照射位置と止まり穴位置のずれによる誤判定を抑制できる。
【００６４】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成することで得られる合成信号を離散化し、この離散化されたデータを上記合成信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するので、基板表面の信号のノイズが大きい場合でも、確実に凹部の中心位置を検出し、該凹部の中心線上を検査するため、信頼性の高い検査が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１の構造を示す構成図である。
【図２】 蛍光強度の比較を示す図である。
【図３】 残留樹脂の検査手順を説明する図である。
【図４】 蛍光信号から穴位置を検出する方法を説明する図である。
【図５】 実施の形態２の構造を示す構成図である。
【図６】 実施の形態３の構造を示す構成図である。
【図７】 蛍光信号と反射光信号から穴位置を検出する方法を説明する図である。
【図８】 離散化・ソート処理による穴位置の検出手順を説明する図
【図９】 離散化回路を説明する図である。
【図１０】 実施の形態４の構造を示す構成図である。
【図１１】 プリント基板のレーザ加工について示す模式図
【図１２】 プリント基板のレーザ加工について示す模式図
【図１３】 残留樹脂の分布を示す模式図である。
【図１４】 従来の検査装置を示す模式図である。
【図１５】 従来の検査装置を示す模式図である。
【図１６】 白色光の樹脂部への照射状況を示す概略図である。
【図１７】 従来の検査装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 光源、 ２ 蛍光用検出器、 ３ 反射光用検出器、
４ ダイクロックミラー、 ５ 対物レンズ、 ６ 穴加工部、
７ 励起光、 ８ 反射光、 ９ 結像レンズ、 １０ フィルター、
１１ ＣＣＤカメラ、 １２ 画像処理装置、 １３ レーザ発振器、
１４ 転写マスク、 １５ 位置決めミラー、 １６ 転写レンズ、
１７ 加工テーブル、 １８ エポキシ樹脂、 １９ ガラスエポキシ、
２０ レーザビーム、 ２１ プリント基板、 ２２ 残留樹脂、
２３ リングライトガイド、 ２４ 銅箔、 ２５ ビームスプリッタ、
２６ ガルバノメータ、 ２７ 倒立実像、 ２８ ガルバノ位置検出器、
２９ 樹脂表面反射光、 ３０ 銅箔表面反射光、 ３１ 中央処理室、
３２ 止まり穴底部からの反射光、 ３３ 第１のガルバノミラー、
３４ 第２のガルバノミラー、 ３５ 光ファイバー束、
３６ 銅箔除去部、 ３７ 加工穴、 ３８ 白色光、
３９ 第１の走査線、 ４０ 第２の走査線、
４１ 基板表面の銅箔からの散乱光、
４２ 止まり穴底部の銅箔からの散乱光、 ４３ 紫外レーザ光源、
４４ ミラー、 ４５ コリメートレンズ、 ４６ 回転多面鏡、
４７ フォトマル、 ４８ ピンホール、
４９ 反射光用光検出器取付け角度、 ５０ クロック発生器、
５１ ラッチ回路。
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザ検査装置に関するものであり、例えば、プリント基板と呼ばれる積層配線板へのブラインドバイヤホール加工の作業中における、ブラインドバイヤホールの底面に残留した未除去材料の検出、厚さ測定等の検査機能を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の電子機器の高性能化に伴い、配線の高密度化が要求されている。この要求を満たすためにプリント基板の多層化、小型化が進んでいる。この技術の一つにブラインドバイヤホール（ＢＶＨ）と呼ばれる穴径１５０μｍ程度の層間導通接続用の微細止まり穴の形成が必須となる。しかし、現在のドリル加工ではφ０．２ｍｍ以下の穴開け、及び止まり穴加工は困難であることに加え、高密度プリント基板では絶縁層の厚さが１００μｍ以下となり、この精度では深さの制御を行うことが困難なため、ドリル加工では微細ＢＶＨ形成は不可能となっている。
【０００３】
このドリル加工に代わるＢＶＨ形成方法としてレーザビームを応用する方法が注目されている。この加工方法はプリント基板を形成する絶縁材料である樹脂やガラス繊維と導体層である銅に対する光エネルギーの吸収率の差を利用したものである、レーザ光の光源としては炭酸ガスレーザが一部実用化されている。図１１に示すように加工部の内部に内装銅箔２４をあらかじめ積層しておけば絶縁部材の分解除去は内層銅箔２４で停止するため、内層銅箔２４で確実に停止する止まり穴６を形成できる。このように加工した穴を特にダイレクトイメージ穴と呼ぶ。また、図１２に示すように表面に銅箔がある基板において、必要な穴径の銅箔除去部をエッチング等により形成し、この除去部よりも大きいビーム径のレーザ光２０を照射して、加工穴６を形成することもできる。このように加工した穴を特にコンフォーマルイメージ穴と呼ぶ。
【０００４】
図１１や図１２のように銅箔で停止する止まり穴を炭酸ガスレーザで加工した場合、十分にレーザビームを照射しても厚さ１μｍ以下の絶縁部材である樹脂が内層銅箔に残留してしまう。このため、レーザ加工後残留樹脂を過マンガン酸などでエッチングして残留樹脂を完全に除去する必要がある。このとき止まり穴が１００μｍ程度まで小さくなるとエッチング液が穴内まで行き渡りにくくなるため、レーザ加工条件等の不良で残留樹脂の厚さが１μｍを超えて厚くなったりすると残留樹脂を完全に除去できない穴が発生する。この状態でメッキを施しＢＶＨ電極を形成すると、メッキ膜と内層銅箔の間に一部樹脂が残留したままになる。ここで熱サイクル等により応力がかかるとこれを起点としてメッキ膜が剥がれてしまう。このためレーザ加工後には残留樹脂の厚みの検査が必要となる。
【０００５】
図１３はショット数を変えたときの残留樹脂の分布を示している。残留樹脂は穴の中心付近には少なく、穴の壁面付近に残り易いことがわかっている。ショット数５パルスの穴のように中心位置に樹脂が少なくても周りに多くあり不良になる場合がある。したがって、残留樹脂の厚みを検査する場合、中心から周辺にかけて広い範囲を検査する必要がある。
【０００６】
従来の検査装置は図１４に示すように光学顕微鏡を用いて加工部の検査を行っていた。日系サイエンス１９９０年１０月号第４５頁に記載された従来の光学顕微鏡では１０μｍ程度以上の樹脂が残っている場合には検出できるが、上記のような数μｍ程度の残留樹脂の検出精度が悪く、量産においては適用が難しく、メッキ後の加工部を切断・研磨後断面観察により残留樹脂の厚さを検査するしかなく、検査する時間がかかるとともに全数検査ができない課題があった。
【０００７】
以上のように従来の光学顕微鏡が樹脂を検出できない理由について説明する。従来の光学顕微鏡は図１５に示されるように構成されている。照明用白色光３８はビームスプリッタ２５により対物レンズ５を経由してプリント基板２１に照射される。プリント基板２１からの反射光は対物レンズ５により拡大した倒立実像を結像レンズ９の前方に作り、その実像をＣＣＤカメラ１１で検出する。
【０００８】
ここで図１６に示すように光学顕微鏡の照明光である白色光３８が残留樹脂２２の表面に照射されると一部は反射され、その他は残留樹脂２２を通過して底面の銅箔２４に達し、反射される。従って、銅箔上の厚さの薄い樹脂に対して、白色光３８を照明光として照明すると大部分の反射光が銅箔２４から戻ってくるため、残留樹脂２２が見えなくなってしまう。
【０００９】
また、特開平７−８３８４１号公報の実施例記載の検査装置を図１７に示す。図において４３は紫外レーザ光源、４５はコリメートレンズ、４４はミラー、２５はビームスプリッタ、４６は回転他面鏡、２１は検査対象のプリント基板、９は再結像用レンズ、４８はピンホール、４７はフォトマル（光電子増倍管）である。
【００１０】
次に従来例の動作について説明する。紫外レーザ光源４３が発生するレーザ光をコリメーションレンズ４５を用いて拡大する。拡大したレーザ光を回転多面鏡４６を用いて走査し、対物レンズ５によりプリント基板２１上に集光する。
【００１１】
レーザ光の照射によりプリント基板２１から発生した紫外光は入射経路を逆にたどって、再帰的に帰還され、光路中に配置されたビームスプリッタ２５により再帰反射検知系に導かれる。この紫外反射光は、結像レンズ９により結像される。結像面では検査対象のプリント基板のレーザ光の照射点近傍の画像が観察される。この結像面に置かれたピンホール４８により中央部分のみを分離し、フォトマル４７で検出する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
図１５や図１６に示された従来の検出装置は以上のように構成されているので、上記で説明したとおり残留樹脂が薄い場合は反射光が強くて残留樹脂の検出ができないという問題があった。
【００１３】
また、図１７に示された検査装置は回転多面鏡でレーザ走査しているが、止まり穴の加工時の位置ずれや走査装置の精度悪化等で、レーザ光の走査線が止まり穴の中心線からずれることがある。例えばショット数５パルスの止まり穴のように、穴中心付近は残留樹脂が少なく良品レベルだが周辺が不良品レベルの場合、走査線のずれによって良品を不良品と誤判定したりする問題がある。
【００１４】
これを防ぐには、走査線の間隔を穴径より十分小さくして、穴底全面を走査する必要があるが、検査に膨大な時間がかかる問題がある。
【００１５】
また、コンフォーマル基板を検査する場合、基板表面に銅箔があるため、止まり穴以外にレーザ光が照射されても蛍光が発生しないので、良品と誤判定してしまう問題がある。
【００１６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、確実かつ高速に該凹部の検査ができる検査装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザ検査装置は、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を被検出体の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された被検出体から発生する蛍光を検出する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された被検出体の表面において散乱された反射光を検出する第２の検出手段とを備えたものである。
【００２０】
又、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を、凹部の形成された基板上の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された基板から発生する蛍光を検出し、第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された基板の表面において散乱された反射光を検出し、第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出信号に基づいて、上記照射手段を制御する制御手段とを備え、上記照射手段は上記凹部の近傍において所定の方向にレーザ光を走査し、上記第１の検出手段はこのレーザ光の走査により上記基板から発生する蛍光の強度変化を検出して第１の検出信号を出力し、上記第２の検出手段は上記レーザ光の走査により上記基板において散乱された反射光の強度変化を検出して第２の検出信号を出力し、上記制御手段は上記第１及び第２の検出信号に基づいて走査線上における上記凹部の仮の中心位置を算出し、次いで、上記照射手段は上記制御手段により制御され、算出された仮の中心位置を通り上記走査線と直交する方向にレーザ光を走査するものである。
【００２１】
又、制御手段は、第１の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第１の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するものである。
【００２２】
又、制御手段は、第２の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第２の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するものである。
【００２３】
又、第２の検出器は、基板面からの角度が凹部のアスペクト比以下となるように配置されているものである。
【００２４】
又、第２の検出器は、リング状に配置されているものである。
【００２５】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成するものである。
【００２６】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成することで得られる合成信号を離散化し、この離散化されたデータを上記合成信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は発明の一実施例を示す構成図である。図において、１３はレーザ発振器、４はレーザ発振器１３から出るレーザ光を反射するダイクロイックミラー、３３及び３４はレーザ光をそれぞれＸＹ方向へ走査させるためのガルバノミラー、５は走査されたレーザ光をプリント基板２１上に集光させる対物レンズ、１０はレーザ光が照射されたプリント基板２１からダイクロイックミラー４を通過してくる蛍光の波長を選択するためのフィルター、９は前記蛍光を転写する結像レンズ、２は蛍光を検出する検出器である。中央処理室３１は、ガルバノメータ２６に走査位置を指令し駆動する。蛍光用検出器２の信号は中央処理室３１に入力され判定される。
【００３０】
次に、図１に示した発明の動作について説明する。従来例と同じく、樹脂部や止まり穴の樹脂残り部にレーザ光が照射されると蛍光が発生する。ここで、蛍光はレーザ光より長い波長（一般には可視光）である。ダイクロックミラー４は、レーザ装置１３から出るレーザ光を反射するがそれ以外の波長は通過するように構成されている。また、フィルター１０は検出器２に入る光を検査対象の波長だけを選択する場合に用いる。
【００３１】
本実施の形態では、レーザ装置１３は波長４７３ｎｍ、３０ｍＷの固体レーザを使用した。従来蛍光観察のためには紫外光の方が同一パワーでは蛍光強度が高く観察できるため、紫外光が一般的には使われていたが、紫外光は石英ガラスなど特殊な光学系を使わないと吸収が大きく、損失が大きいため、又、光学系が高価になるため、波長４７３ｎｍのレーザ光を使用した。ダイクロックミラー４には４９５ｎｍ以下を反射するものを使用し、フィルター１０は５２０ｎｍ以下を通過させないものとした。尚、プリント基板上の止まり穴の加工には炭酸ガスレーザを使用した。
【００３２】
炭酸ガスレーザのショット数を変化させて、水銀ランプの場合と３０ｍＷの固体レーザ光の場合とでプリント基板が発生する蛍光の光強度（図２では露光時間（秒）で記載しているので光強度は数値の逆数となる）を比較したものが図２である。尚、このプリント基板ではショット数７パルス加工後デスミア処理することで残留樹脂残りが観測されなかった。
【００３３】
プリント基板の止まり穴底部の樹脂残りが０．２μｍ〜０．６μｍ程度であれば後行程のデスミア処理で残樹脂を除去できることが確認されている。図２によると水銀ランプの場合は不良品も良品も発生する蛍光の光強度がほとんど変わらないが、前記固体レーザ光を使用した場合は不良品と良品で１０倍程度の蛍光強度差が出ていることがわかる。
【００３４】
従来例で説明したとおり、炭酸ガスレーザでの加工が正常に完了しても、止まり穴底部に１μｍ未満の樹脂残りが発生してしまう。そのため、位相のそろっていないランプなどでは、光がごく薄い樹脂を通過してしまい、蛍光が発生せず、検査ができない。加えて、全体的に蛍光自体の強度も低すぎるため判定が難しいことが判明した。
【００３５】
一方、単色性と位相のあったレーザ光は、波長程度のごく薄い樹脂であってもレーザ光を吸収して蛍光が発生するため検査が可能となる。よって、穴底部にある０．６μｍ程度の樹脂残りはデスミア処理後に除去できるため不良ではないが、それ以上樹脂残りが厚い場合はデスミア処理で取り除けないので、炭酸ガスレーザでの加工後、デスミア処理前に加工不良の検出するために、上記レーザ光を用いることが有効であることが判明した。尚、我々の実験では波長４７３ｎｍのレーザ光を使用したため、実質０．５μｍ以上の樹脂残りが十分検出できることになる。
【００３６】
本発明の構成では、ガルバノミラーを２枚使用して、走査光学系を構成したため、最初から止まり穴に移動し、止まり穴周辺だけを検査できるので、検査が高速である。これに対し、例えば特開平７−８３８４１記載の従来の観察装置では、回転多面鏡による走査方法が開示されているが、プリント基板上を細かい走査線間隔で全面走査しなければならないので、非常に時間がかかる。
尚、本実施の形態において、止まり穴のプリント基板２１上の位置は、中央処理室３２にあらかじめ登録してある。
【００３７】
止まり穴の加工時の位置ずれや走査装置の精度を考慮すると、登録された止まり穴位置に移動させても、レーザ照射位置と止まり穴中心位置との間にはずれが生じる場合がある。図３は、このずれを検出し、止まり穴に対して正確にレーザ光を照射させるための走査方式を説明する図である。登録された止まり穴位置に移動させ（▲１▼）た後、まず、その位置を中心に長さが穴径の２倍のＹ方向走査線分３９上をレーザ走査させ（▲２▼）、蛍光検出器２で検出された信号から仮の穴中心位置を検出する（▲３▼）。真の穴中心位置は、仮の穴中心位置を通りＹ走査線分３９と直交するＸ方向の線上にあるので、Ｘ走査線分４０上をレーザ走査させれば、止まり穴中心線上の蛍光信号が検出でき（▲４▼）、さらにその検出信号から穴中心位置が検出できる（▲５▼）。
【００３８】
以上の２回の走査で、穴中心線上の蛍光強度と穴中心位置が検出されているので、それらの検出値から中心線上の特定領域の残留樹脂レベルを検査する（▲６▼）ことができる。本実施の形態では、穴中心線上の蛍光信号を穴中心位置を中心に評価領域分積分して、残留樹脂レベルを検出している。残留樹脂が中心と周辺で差がある止まり穴を検査する場合でも、レーザ照射位置と止まり穴位置のずれを検出し、止まり穴底の特定位置を検査するため、ばらつきが少ない信頼性の高い検査ができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態において、評価領域を穴径程度に大きくすれば、穴壁面付近を検査できるため、ショット数５パルスの穴のように、穴中心付近は良品レベルだが周辺に樹脂があり不良になる可能性がある穴でも、確実に検査ができる。
【００４０】
また、上記検査は２回の走査で実現できるため、非常に高速である。我々の実験装置では１秒間に９０個の穴を検査できることを確認した。
【００４１】
もし、さらに高精度な残留樹脂レベルの検査が要求される場合は、図３の▲４▼〜▲６▼のレーザ走査と残留樹脂検出を複数回行っても良く、その出力を平均するようにしてもよい。一般にランダム性のノイズについてはｎ回の繰り返しにより、ｎの平方根に比例してＳ／Ｎ比が向上することが知られている。
【００４２】
図４は上記▲３▼及び▲５▼において蛍光信号から穴中心位置を検出する例を説明する図である。ダイレクトイメージ基板の表面は厚い樹脂に覆われており、止まり穴底だけ樹脂が少ないため、レーザ光を走査させた時の蛍光信号は、穴底でレベルが低い信号となる。この信号を２値化し、レベルの低い方の重心位置を計算すれば穴中心位置を検出できる。
【００４３】
また、本実施例ではガルバノミラーを例に挙げて説明したが、ＡＯ（音響光学素子）やＥＯ（電磁気光学素子）等を使用して走査しても同様の効果がある。
【００４４】
実施の形態２．
コンフォーマル基板では、表面が銅箔のため蛍光が発生しないので、止まり穴の検出ができなかった。図５は、第２の実施の形態を示す構成図で、コンフォーマル基板において、表面の銅箔と止まり穴底の銅箔とを区別するための光学系を説明する図である。構成は図１のレーザ検査装置に光検出器３を取り付けたものである。光検出器３は止まり穴に対して斜め方向に設置されている。銅箔には細かい凹凸があり、レーザ光７が照射されると散乱した反射光が発生する。４１は、レーザ光がプリント基板２１の表面にある銅箔に照射され散乱した反射光で、４２はレーザ光が止まり穴底に照射され散乱した反射光である。基板表面の銅箔での反射光４１は検出器３で検出されるが、穴底での反射光４２は穴壁面で遮られ検出器３で検出されない。従って、検出器３の検出信号レベルでレーザ照射位置が基板表面の銅箔か穴底の銅箔か区別できる。何らかの理由でレーザ照射位置と止まり穴位置が大きくずれても、反射光レベルがしきい値より大きい場合、穴底でないと判断できるので、良品と誤判定することをなくすことができる。また、止まり穴上をレーザ走査させ、反射光用光検出器３の検出信号を２値化すれば、止まり穴の検出が可能である。また、蛍光強度と反射光強度を同時に検出できるので、高速に検査できる。
【００４５】
さらに、コンフォーマル基板において、レーザ照射位置と止まり穴位置とのずれを検出し、止まり穴に対して正確にレーザ光を照射させるには、図３、図４で説明した走査方式を行えばよい。ただし、図４の穴中心位置検出の際には、蛍光信号の代わりに反射光信号を用いる。コンフォーマル穴走査時の反射光信号はダイレクト穴走査時の蛍光信号と同様に穴底でレベルが低くなるため、同じ方式で穴位置検出できるのである。
【００４６】
さらに、反射光用光検出器３の取付け角度４９をａｔａｎ（止まり穴のアスペクト比）以下にすれば、穴底からの反射光４２は完全に穴壁面で遮られるため、より確実に、穴底の銅箔と基板表面の銅箔を区別できる。
【００４７】
さらに、反射光用光検出器３を止まり穴の周囲を取り囲むように複数個配置すれば、検出信号の走査方向性がなくなる。つまり、どの方向に走査しても、確実に穴底の銅箔と基板表面の銅箔を区別できる。
また、光ファイバを周囲に配置し集光された反射光を検出器３で検出する構成にすれば、検出系がシンプルで安価になる。
【００４８】
実施の形態３．
図６の第３の実施例では、反射光の集光用にリングライトガイド２３を用いている。その他の構成は図５の第２の実施例と同じである。リングライトガイド２３は、本来照明用に開発されたものだが、ファイバがリング状に配列されており、容易に取り付け角度４９を小さくできるので、今回の用途に適しており、確実に穴底の銅箔と基板表面の銅箔を区別できる。
【００４９】
止まり穴には、ダイレクト穴やコンフォーマル穴の他に、基板表面の銅箔にエッチング加工された径よりも小さいビーム径で加工した特殊な止まり穴がある。そして、これらの穴が１枚のプリント基板に混在している場合がある。図７は、このような基板に対して、蛍光信号と反射光信号から止まり穴を検出する手順を説明する図である。穴底では、どのタイプの止まり穴でも、蛍光信号と反射光信号のレベルは低くなる。基板表面では、樹脂の場合蛍光信号のレベルが高く、銅箔の場合反射光信号のレベルが高くなる。よって、２つの検出信号を合成（和）した信号はどのタイプの穴でも、穴底だけ基板表面よりもレベルが低くなる。したがって、合成信号をあるしきい値で２値化すれば、穴底の検出ができるのである。
【００５０】
この結果、ダイレクト穴やコンフォーマル穴が混在したプリント基板でも、何らかの理由でレーザ照射位置と止まり穴位置が大きくずれても、穴底でないと判断できるので、良品と誤判定することをなくすことができる。また、止まり穴上をレーザ走査させ、合成信号を２値化し、レベルの低い方の重心位置を計算すれば穴中心位置を検出できる。
【００５１】
さらに、本実施の形態において、図３、図４で説明した走査をおこなえば、ダイレクト穴やコンフォーマル穴が混在したプリント基板でも、止まり穴の穴中心を検出し止まり穴に対して正確にレーザ光を照射させた検査が可能になる。図４の穴中心位置検出の際には、蛍光信号の代わりに合成信号を用いればよい。
【００５２】
図８、図９は本実施の形態において別の穴中心位置検出方法を説明する図である。図８は離散化・ソート処理による穴中心位置検出手順を説明する図で、図９は離散化回路の一例を示す図である。図９において、５０はクロック発生器、５１はラッチ回路である。
【００５３】
レーザ光が基板表面に照射されている場合、強い蛍光あるいは反射光が検出されるが、同時にレーザ発振器の出力変動や樹脂に含まれる含有物の影響で大きなノイズ成分も検出される。これに比べて、穴底の銅箔からは蛍光も反射光もほとんど検出されないので、ノイズ成分も小さい。したがって、穴底の検出信号を用いれば、確実に穴中心位置を検出できるのである。具体的には、図８に示すように、まずレーザ光を等速で走査させながら検出された合成信号と走査位置信号を同一クロックでラッチすることで離散化する。次に、その離散化データを合成信号のレベルが小さい方から順に並べ替える。そして、先頭から穴底径に相当する個数の走査位置データを平均し穴中心位置を検出する。我々の実験では、検出信号にノイズが多い場合、２値化する方式よりも、より確実に止まり穴中心位置を検出できることが確認できた。もちろん、ダイレクト穴のみの基板を検査する場合は、合成信号の代わりに蛍光信号を穴位置検出用信号として用いてもよい。
【００５４】
実施の形態４．
図１０は第４の実施の形態を示す構成図である。これは、実施の形態３において、ガルバノミラーの位置検出器２８で検出した走査位置信号を直接中央司令室３１に入力するようにしたものであり、実施の形態１及び２に対しても応用できることは言うまでもない。ガルバノミラーを駆動するガルバノメータ２６は、走査位置を制御するためにサーボ系が構成されている。一般的に位置サーボ系では走査速度に比例した追従遅れが生じるため、特に走査速度が速い場合、走査指令位置と実際の走査位置がずれ、穴位置検出精度が悪化する。本実施の形態では位置検出器２８で実際の走査位置を検出するようにしたため、高速走査させてもずれのない高精度な穴位置検出が可能となり、高速で信頼性の高い残留樹脂検査ができる。
【００５５】
【発明の効果】
この発明に係るレーザ検査装置は、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を被検出体の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された被検出体から発生する蛍光を検出する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された被検出体の表面において散乱された反射光を検出する第２の検出手段とを備えたので、蛍光強度と反射光強度の両方を用いて被検出体の表面を検査できるので、被検出体の表面の形状を正確に検出できる。又、蛍光強度と反射光強度は１回のレーザ走査で両方同時に検出できるので、高速に検査できる。
【００５８】
又、レーザ光を出力する光源と、この光源から出力されるレーザ光を、凹部の形成された基板上の所望の位置に照射する照射手段と、上記レーザ光が照射された基板から発生する蛍光を検出し、第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、上記レーザ光が照射された基板の表面において散乱された反射光を検出し、第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出信号に基づいて、上記照射手段を制御する制御手段とを備え、上記照射手段は上記凹部の近傍において所定の方向にレーザ光を走査し、上記第１の検出手段はこのレーザ光の走査により上記基板から発生する蛍光の強度変化を検出して第１の検出信号を出力し、上記第２の検出手段は上記レーザ光の走査により上記基板において散乱された反射光の強度変化を検出して第２の検出信号を出力し、上記制御手段は上記第１及び第２の検出信号に基づいて走査線上における上記凹部の仮の中心位置を算出し、次いで、上記照射手段は上記制御手段により制御され、算出された仮の中心位置を通り上記走査線と直交する方向にレーザ光を走査するので、基板最表面と凹部の底とを構成する材質が同じであっても、これらを区別できる信号が得られ、上記凹部の検出が可能となる。そのため、何らかの理由でレーザ照射位置と凹部の位置が大きくずれても、凹部でないと判断できるので、良品と誤判定することをなくすことができる。また、蛍光強度と反射光強度は１回のレーザ走査で両方同時に検出できるので、高速に検査できる。
【００５９】
又、制御手段は、第１の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第１の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するので、基板表面の信号のノイズが大きい場合でも、確実に凹部の中心位置を検出し、該凹部の中心線上を検査するため、信頼性の高い検査が実現できる。
【００６０】
又、制御手段は、第２の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第２の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するので、基板表面の信号のノイズが大きい場合でも、確実に凹部の中心位置を検出し、該凹部の中心線上を検査するため、信頼性の高い検査が実現できる。
【００６１】
又、第２の検出器は、基板面からの角度が凹部のアスペクト比以下となるように配置されているので、より確実に、凹部の検出が可能となり、レーザ照射位置と凹部の位置ずれによる誤判定を抑制できる。
【００６２】
又、第２の検出器は、リング状に配置されているので、どの方向に走査しても確実に、凹部の検出が可能となり、レーザ照射位置と凹部の位置ずれによる誤判定を抑制できる。
【００６３】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成するので、基板最表面と凹部の底とを構成する材質が同じであっても、異なっていても、又それらが混在していても、基板最表面と凹部の底とを区別できる合成信号が得られ、上記凹部の検出が可能となり、レーザ照射位置と止まり穴位置のずれによる誤判定を抑制できる。
【００６４】
又、制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成することで得られる合成信号を離散化し、この離散化されたデータを上記合成信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出するので、基板表面の信号のノイズが大きい場合でも、確実に凹部の中心位置を検出し、該凹部の中心線上を検査するため、信頼性の高い検査が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１の構造を示す構成図である。
【図２】 蛍光強度の比較を示す図である。
【図３】 残留樹脂の検査手順を説明する図である。
【図４】 蛍光信号から穴位置を検出する方法を説明する図である。
【図５】 実施の形態２の構造を示す構成図である。
【図６】 実施の形態３の構造を示す構成図である。
【図７】 蛍光信号と反射光信号から穴位置を検出する方法を説明する図である。
【図８】 離散化・ソート処理による穴位置の検出手順を説明する図
【図９】 離散化回路を説明する図である。
【図１０】 実施の形態４の構造を示す構成図である。
【図１１】 プリント基板のレーザ加工について示す模式図
【図１２】 プリント基板のレーザ加工について示す模式図
【図１３】 残留樹脂の分布を示す模式図である。
【図１４】 従来の検査装置を示す模式図である。
【図１５】 従来の検査装置を示す模式図である。
【図１６】 白色光の樹脂部への照射状況を示す概略図である。
【図１７】 従来の検査装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 光源、 ２ 蛍光用検出器、 ３ 反射光用検出器、
４ ダイクロックミラー、 ５ 対物レンズ、 ６ 穴加工部、
７ 励起光、 ８ 反射光、 ９ 結像レンズ、 １０ フィルター、
１１ ＣＣＤカメラ、 １２ 画像処理装置、 １３ レーザ発振器、
１４ 転写マスク、 １５ 位置決めミラー、 １６ 転写レンズ、
１７ 加工テーブル、 １８ エポキシ樹脂、 １９ ガラスエポキシ、
２０ レーザビーム、 ２１ プリント基板、 ２２ 残留樹脂、
２３ リングライトガイド、 ２４ 銅箔、 ２５ ビームスプリッタ、
２６ ガルバノメータ、 ２７ 倒立実像、 ２８ ガルバノ位置検出器、
２９ 樹脂表面反射光、 ３０ 銅箔表面反射光、 ３１ 中央処理室、
３２ 止まり穴底部からの反射光、 ３３ 第１のガルバノミラー、
３４ 第２のガルバノミラー、 ３５ 光ファイバー束、
３６ 銅箔除去部、 ３７ 加工穴、 ３８ 白色光、
３９ 第１の走査線、 ４０ 第２の走査線、
４１ 基板表面の銅箔からの散乱光、
４２ 止まり穴底部の銅箔からの散乱光、 ４３ 紫外レーザ光源、
４４ ミラー、 ４５ コリメートレンズ、 ４６ 回転多面鏡、
４７ フォトマル、 ４８ ピンホール、
４９ 反射光用光検出器取付け角度、 ５０ クロック発生器、
５１ ラッチ回路。
Claims (7)
- レーザ光を出力する光源と、
この光源から出力されるレーザ光を、ＸＹ方向に走査させて凹部の形成された基板上の所望の位置に照射する照射手段と、
上記レーザ光が照射された基板から発生する蛍光を検出し、第１の検出信号を出力する第１の検出手段と、
上記レーザ光が照射された基板の表面から発生し、上記レーザ光が照射された方向と異なる方向に向かう散乱された反射光を検出し、第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、
登録された基板上の検査位置を始点として、上記基板に対して所定の間隔を直線的に上記照射手段を走査させた時の上記第１及び第２の検出信号とに基づき仮の中心点を算出し、上記仮の中心点を通り上記走査方向に対し垂直方向に上記照射手段を走査させたときの上記第１及び第２の検出信号に基づき上記検査対象を検査する制御手段とを備えることを特徴とするレーザ検査装置。 - 制御手段は、第１の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第１の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出することを特徴とする請求項１記載のレーザ検査装置。
- 制御手段は、第２の検出信号を離散化し、この離散化されたデータを上記第２の検出信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出することを特徴とする請求項１記載のレーザ検査装置。
- 第２の検出器は、基板面からの角度が凹部のアスペクト比以下となるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ検査装置。
- 第２の検出器は、リング状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ検査装置。
- 制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザ検査装置。
- 制御手段は、第１及び第２の検出信号を合成することで得られる合成信号を離散化し、この離散化されたデータを上記合成信号のレベルの順に並び替え、さらに、予め記憶されている凹部の径と比較することで、上記凹部の仮の中心位置を算出することを特徴とする請求項６記載のレーザ検査装置。
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