JP7257906B2

JP7257906B2 - 多層プリント基板

Info

Publication number: JP7257906B2
Application number: JP2019132949A
Authority: JP
Inventors: 崇弘加藤; 康一林
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2023-04-14
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: JP2021019050A

Description

本明細書では、２以上のパターン形成層が積層された多層プリント基板を開示する。

多層プリント基板の検査として通常、導通検査が行われている。一方で、導通検査だけでは不十分な場合が存在する。例えば、特許文献１で開示されているような、特殊なコイルパターンをもつ多層プリント基板の場合、その性能を十分発揮するためには、多層プリント基板を構成する複数の層それぞれの間で、縦方向や横方向のずれを確認する層間ずれ検査が必要となる。

層間ずれ検査の方法として、Ｘ線検査装置を用いて得られるずれチェックパターン透視図を、検査員が目視チェックする方法が知られている。図６に、合格品のずれチェックパターン透視図の一例を示す。図６の例では、透視方向上側から順に、導体パターン２１が形成された層、導体パターン２２が形成された層、導体パターン２３が形成された層、導体パターン２４が形成された層、が積層されている。導体パターン２１～２４の間には、それぞれ隙間２５～２７が存在する。隙間２５～２７は、それぞれ上下左右に隙間が存在するとき、合格品と判定される。

図７に、不合格品のずれチェックパターン透視図の一例を示す。図７の例では、透視方向上側から順に、導体パターン２８が形成された層、導体パターン２９が形成された層、導体パターン３０が形成された層、導体パターン３１が形成された層、が積層されている。導体パターン２８～３１の間には、それぞれ隙間３２～３４が存在する。しかし、図６の合格品と比較すると、図７の不良品では、隙間３４は、導体パターン３１の上側および右側には存在するものの、導体パターン３１の下側および左側には存在していないことが分かる。これは、導体パターン３１が形成された層と、他の導体パターン２８～３０が形成された層と、の間に層間ずれが生じているためである。このような層間ずれのある多層プリント基板を機器に取り付けた場合、不具合発生の要因となる。

特開２００６－１７５３３号公報

従来の多層プリント基板の層間ずれ検査の方法としての、Ｘ線検査装置を用いた検査員によるずれチェックパターン透視図の目視チェックでは、Ｘ線検査装置へ多層プリント基板を設置後、ピントを合わせる作業が必要となる。さらに、ヒトの目視による検査となるため、ずれチェックパターン透視図を見た際に、検査員によって合格品と不合格品との境目に曖昧さが生じるとともに人為的な判定ミスが発生しうる。これによって、不合格品の多層プリント基板が後工程に流出し、不良の製品を生み出す可能性がある。

そこで、本明細書では、検査前の準備が容易かつ確実に合格品と不合格品を判定可能な多層プリント基板を開示する。

本明細書で開示する多層プリント基板は、２以上のパターン形成層が積層された多層プリント基板であって、各パターン形成層は、ターゲット領域と、前記ターゲット領域の外側に位置する捨て基板領域と、を含み、前記２以上のパターン形成層は、１以上の第一パターン形成層と、１以上の第二パターン形成層と、を含み、前記第一パターン形成層の前記捨て基板領域には、交流磁束を発生させる励磁コイルパターンが形成され、前記第二パターン形成層の前記捨て基板領域には、前記多層プリント基板の透視方向から見た場合に前記励磁コイルパターンと少なくとも一部が重複し、前記交流磁束に応じた電磁誘導電圧を出力する検出コイルパターンが形成され、前記２以上のパターン形成層のうちいずれかのパターン形成層の前記捨て基板領域には、前記励磁コイルパターンおよび前記検出コイルパターンを、外部と接続するためのランドが形成されている、ことを特徴とする。

この場合、前記第二パターン形成層には、複数の前記検出コイルパターンが形成されており、前記複数の検出コイルパターンは、前記励磁コイルパターンのコイルパターン中心に対し、多層プリント基板の透視方向から見て、それぞれ回転方向に等配分ずつずれて配置されていてもよい。

本明細書で開示する多層プリント基板によれば、検査前の準備が容易となるため、手間を少なくすることができる。また、目視による検査の必要がなくなるため、グレーゾーンを排除できるとともに人為的ミスを防ぐことができる。よって、従来と比べてより正確に層間ずれ検査が可能となる

多層プリント基板の概略的な分解斜視図である。層間ずれの有無を検出する仕組みを説明する図である。縦方向、横方向の層間ずれの有無を検出する仕組みを説明する図である。層間ずれの有無を検出するフローチャートである。多層プリント基板における本実施形態の配置図の一例を示す図である。合格品の多層プリント基板の一例の図である。不合格品の多層プリント基板の一例の図である。

はじめに、層間ずれを検査する原理について説明する。図１は、検査対象である多層プリント基板の概略的な分解斜視図である。この多層プリント基板には、第一パターン形成層Ｌ１と、第二パターン形成層Ｌ２と、が積層されている。各パターン形成層Ｌ１，Ｌ２には、製品として使用される領域であるターゲット領域４０，４２と、ターゲット領域４０，４２の外側（図示例ではターゲット領域の上側および下側）に位置する捨て基板領域４１，４３と、を有している。捨て基板領域４１，４３は、最終的には、多層プリント基板から切り離され、廃棄される領域である。

ターゲット領域４０，４２には、製品としての機能を発揮するために必要な導体パターン４４，４５が形成されている。また、捨て基板領域４１，４３には、層間ずれ検査に用いるための励磁コイルパターン１および検出コイルパターン２が形成されている。ここで、同じ層内に形成されたパターンの相対的な位置精度は、比較的高い。例えば、第一パターン形成層Ｌ１に形成された導体パターン４４と励磁コイルパターン１との相対位置関係は、大きくずれることは少ない。そのため、第一パターン形成層Ｌ１に形成された励磁コイルパターン１と、第二パターン形成層Ｌ２に形成された検出コイルパターン２と、の位置ずれを検出できれば、第一パターン形成層Ｌ１に形成された導体パターン４４と、第二パターン形成層Ｌ２に形成された導体パターン４５と、の位置ずれ、すなわち、層間ずれを検査できる。

こうした層間ずれ検査を行うためのコイルパターンの一例と、層間ずれ検査装置６の概略構成を図２に示す。図２において、要素１は、第一パターン形成層Ｌ１の捨て基板領域４１に形成された励磁コイルパターン１であり、要素２は、第二パターン形成層Ｌ２の捨て基板領域４３に形成された検出コイルパターン２である。捨て基板領域４１または捨て基板領域４３には、さらに、励磁コイルパターン１および検出コイルパターン２を、外部と接続するためのランド３～５が形成されている。ランド３～５は、第一、第二パターン形成層Ｌ１，Ｌ２のいずれに形成されてもよい。なお、励磁コイルパターン１と検出コイルパターン２のパターン形状が同様の方が層間ずれの有無をより正確に判定できる。また、励磁コイルパターン１と検出コイルパターン２は、どちらが上の層となっても構わないが、これらは透視方向から見て互いに一部重なり合うように配置されている。

層間ずれ検査を行う場合には、まず、励磁コイルパターン１と接続されたランド３，５を層間ずれ検査装置６の端子と接続し、励磁コイルパターン１に交流電圧を供給する。また、検出コイルパターン２と接続されたランド４を層間ずれ検査装置６の端子と接続する。励磁コイルパターン１に交流電圧を印加することで、励磁コイルパターン１において交流磁束が発生し、この交流磁束に応じた電磁誘導電圧が検出コイルパターン２に誘導される。この電磁誘導電圧は、励磁コイルパターン１および検出コイルパターン２の相対的位置関係によって変動する。したがって、検出コイルパターン２から出力される電磁誘導電圧の値を確認することで、両コイルパターン１，２の位置ずれ、ひいては、層間ずれの有無を判断できる。層間ずれ検査装置６の比較演算器６ａは、この電磁誘導電圧と、予め設定された許容範囲と、を比較し、その比較結果を層間ずれ判定器６ｂに出力する。層間ずれ判定器６ｂは、電磁誘導電圧が許容範囲内に収まっている場合は、層間ずれが無いと判定し、電磁誘導電圧が許容範囲内に収まっていない場合は、層間ずれが生じていると判定する。なお、許容範囲は、予め、実験により取得してもよいし、シミュレーションで算出してもよい。

これを応用した縦方向、横方向の層間ずれの検知を可能とするコイルパターンおよび層間ずれ検査装置１８の一例を図３に示す。この場合の多層プリント基板も、第一パターン形成層と第二パターン形成層とを有しており、第一パターン形成層の捨て基板領域には、励磁コイルパターン７が形成され、第二パターン形成層の捨て基板領域には、検出コイルパターン８～１１およびランド１２～１７が形成されている。

検出コイルパターン８～１１は、励磁コイルパターン７の中心に対して多層プリント基板の透視方向から見て、それぞれ回転方向に９０度ずれて配置されている。なお、検出コイルパターン８～１１の図形は、互いに合同である方が好ましい。励磁コイルパターン７と検出コイルパターン８～１１は、どちらが上の層となっても構わないが、透視方向から見て互いに一部は重なるように配置される。

なお、本例は、励磁コイルパターンを含む層を２層以上、検出コイルパターンを含む層を２層以上となった場合でも適用可能である。例えば、三つのパターン形成層が積層された多層プリント基板の場合、第一層目に励磁コイルパターンＡが形成され、第二層目に、励磁コイルパターンＡと部分的に重複する検出コイルパターンａと、励磁コイルパターンＡと重複しない励磁コイルパターンＢと、が形成され、第３層目に、励磁コイルパターンＢと部分的に重複する検出コイルパターンｂと、が形成されてもよい。この場合、第一層目は、励磁コイルパターンが形成された第一パターン形成層として機能し、第三層目は、検出コイルパターンが形成された第二パターン形成層として機能する。また、第二層目は、検出コイルパターンが形成された第二パターン形成層として機能するとともに、励磁コイルパターンが形成された第一パターン形成層としても機能する。

再び図３を参照して説明する。上下に並んで配置された検出コイルパターン８と検出コイルパターン１０は、縦方向の層間ずれ、左右に並んで配置された検出コイルパターン９と検出コイルパターン１１は、横方向の層間ずれを検知する。層間ずれ検査を行う場合には、まず、層間ずれ検査装置１８の端子をランド１２～１７に接続する。これによって、励磁コイルパターン７に交流電圧が供給され、励磁コイルパターン７において交流磁束が発生する。また、励磁コイルパターン７で発生した交流磁束に応じた電磁誘導電圧が検出コイルパターン８～１１に誘導される。層間ずれ検査装置１８の比較演算器１８ａは、検出コイルパターン８～１１で発生した電磁誘導電圧を比較・演算し、層間ずれ判定器１８ｂは、比較演算器１８ａの比較演算結果をもとに層間ずれの有無を判定する。

図４に、層間ずれの有無を判定するフローチャートの一例を示す。Ｓ１にて、適切に層間ずれ検査が可能な状態であるかの動作確認をする。具体的には、励磁コイルパターン７や検出コイルパターン８～１１に断線がないか、励磁コイルパターン７を励磁した際に検出コイルパターン８～１１からある一定レベル以上の電磁誘導電圧が出力されているか、等を確認する。

コイルパターンの断線や、検出コイルパターン８～１１から一定レベル以上の電磁誘導電圧が出力されていない、等の問題があれば、Ｓ６に進み、不合格品と判定する。一方、問題が無い場合には、Ｓ２にて、１８０度対称配置された二つの検出コイルパターンそれぞれで検出された電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｖ，Ｖｈを算出する。具体的には、検出コイルパターン８で検出された電磁誘導電圧Ｖ_８と、検出コイルパターン１０で検出された電磁誘導電圧Ｖ_１０と、の差の絶対値Ｖｖ、すなわちＶｖ＝｜Ｖ_８－Ｖ_１０｜を算出する。同様に、検出コイルパターン９で検出された電磁誘導電圧Ｖ_９と、検出コイルパターン１１で検出された電磁誘導電圧Ｖ_１１と、の差の絶対値Ｖｈ、すなわちＶｈ＝｜Ｖ_９－Ｖ_１１｜を算出する。

Ｖｖ，Ｖｈが算出できれば、Ｓ３に進み、縦方向の電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｖが、規定の第一閾値Ｖｄｅｆ１以下であるかを判定する。すなわち、二つの検出コイルパターン８，１０が励磁コイルパターン７を基準として鏡像配置となっている場合には、両者の電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｖは、ほぼ０となるはずである。換言すれば、Ｖｖが一定以上であれば、励磁コイルパターン７と、検出コイルパターン８，１０との間に位置ずれが生じていると判断できる。したがって、縦方向の電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｖが第一閾値Ｖｄｅｆ１超過の場合には、Ｓ６に進み、不合格品と判定する。縦方向の電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｖが第一閾値Ｖｄｅｆ１以下の場合には、Ｓ４に進み、横方向の電磁誘導電圧値の差の絶対値Ｖｈが規定の第二閾値Ｖｄｅｆ２以下であるかを判定する。このとき、横方向の電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｈが第二閾値Ｖｄｅｆ２超過の場合には、Ｓ６に進み、不合格品と判定する。横方向の電磁誘導電圧の差の絶対値Ｖｈが第二閾値Ｖｄｅｆ２以下の場合には、Ｓ５に進み、合格品と判定する。なお、本フローチャートによる層間ずれの有無の判定は一例であり、縦横方向の順序の入れ替えなど、層間ずれの有無を判定する条件であればあらゆるフローが考えられる。また、第一閾値Ｖｄｅｆ１と第二閾値Ｖｄｅｆ２は、予め実験により求められてもよいし、シミュレーションにより求められてもよい。また、第一閾値Ｖｄｅｆ１と第二閾値Ｖｄｅｆ２は、互いに同じでもよいし、異なっていてもよい。

また、同じ層内の離れた二ヶ所以上に、コイルパターンを形成してもよい。例えば、図５の例では、ターゲット領域を挟んで両側に捨て基板領域（図５におけるクロスハッチング領域）が存在する。この二つの捨て基板領域のうち一方には、エリア１９が、他方にはエリア２０が、設定されている。この場合、第一層目のパターン形成層のエリア１９に励磁コイルパターンＡを、エリア２０に励磁コイルパターンＢを形成する。また、第二層目のパターン形成層のエリア１９に励磁コイルパターンＡと部分的に重複する検出コイルパターンａを、エリア２０に励磁コイルパターンＢと部分的に重複する検出コイルパターンｂを形成する。このように、コイルパターンを２カ所以上に配置することによって、層間の回転方向のずれを検知することが可能となる。

１，７励磁コイルパターン、２，８～１１検出コイルパターン、３～５，１２～１７ランド、６，１８層間ずれ検査装置、１９，２０エリア、２１～２４，２８～３１，４４，４５導体パターン、２５～２７，３２～３４隙間、４０，４２ターゲット領域、４１，４３捨て基板領域、Ｌ１第一パターン形成層、Ｌ２第二パターン形成層。

Claims

２以上のパターン形成層が積層された多層プリント基板であって、
各パターン形成層は、ターゲット領域と、前記ターゲット領域の外側に位置する捨て基板領域と、を含み、
前記２以上のパターン形成層は、１以上の第一パターン形成層と、１以上の第二パターン形成層と、を含み、
前記第一パターン形成層の前記捨て基板領域には、交流磁束を発生させる励磁コイルパターンが形成され、
前記第二パターン形成層の前記捨て基板領域には、前記多層プリント基板の透視方向から見た場合に前記励磁コイルパターンと少なくとも一部が重複し、前記交流磁束に応じた電磁誘導電圧を出力する検出コイルパターンが形成され、
前記２以上のパターン形成層のうちいずれかのパターン形成層の前記捨て基板領域には、前記励磁コイルパターンおよび前記検出コイルパターンを、外部と接続するためのランドが形成されている、
ことを特徴とする多層プリント基板。
前記第二パターン形成層には、複数の前記検出コイルパターンが形成されており、
前記複数の検出コイルパターンは、前記励磁コイルパターンのコイルパターン中心に対し、多層プリント基板の透視方向から見て、それぞれ回転方向に等配分ずつずれて配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の多層プリント基板。