JPH0390855A - 多層プリント配線基盤の密着判断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複合材料を接着させて製造される多層プリント
配線基板の密着判断において、接着層の未硬化部や剥離
部の検出を超音波インパルスを用いて非破壊で行う密着
判断方法に関する。

〔従来技術〕

ＩＣチップや電子部品を装着し三次元的に電気的配線を
行うことの出来る多層プリント配線基板は、電子回路を
高い信頼性をもって小さなスペースに納めることが出来
ることから、その需要は増大している。

この多層プリント配線基板の断面図は第５図に示すよう
に、エポキシ樹脂１２内にガラス繊維ｌｌを内部に含ん
だ複合材料で構成される基板に、銅の導電性配線１４を
形威し、エポキシ系の接着剤工３を用いて張り合わせて
作成される。

多層プリント配線基板の製造工程で起こり得る問題の１
つに、各基板を接着する接着層の未硬化部の発生や異物
の混入に起因する層間剥離等の密着不良がある。密着不
良の発生は、各層表面に形成された配線の断線、装着さ
れる電子部品との接合部等の破壊を引き起こすことから
、製造されるプリント配線基板の信頼性の低下をもたら
す、このため、接着層の未硬化部、剥離部等の密着不良
部を検出する必要がある。

これらを検出する手段として、従来からパルスモード超
音波探傷法が用いられる。その−例を第６図（ａ）を用
いて説明する。広帯域パルスジェネレーター１で得られ
る電気信号を圧電トランスジューサー２に印加し、時間
軸上で幅の狭いＩＯＭＨｚ程度の超音波パルス４を発信
、被検体７に超音波伝播用液体（図示せず）を介して発
信する０発信された超音波パルスは被検体表面、被検体
底面、また被検体内部に剥離部８が有る場合はそれによ
って反射される。この反射波を圧電トランジェーサーで
受信し、電気信号に変換し、この電気信号をオシロスコ
ープ５により電圧−時間で観察すると（第６図（ｂ）参
照）、被検体表面からの反射信号ａと多層プリント配線
基板底面からの反射信号Ｃが観測される。接着剤の剥離
部８等、密着不良部が存在すると反射信号すがその間に
観測される。

また、被検体表面からの反射信号ａと剥離部８からの反
射信号すとの時間差ｔによって剥離部の深度（第６図（
ａ）中ｄ参照）が求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし前記のパルスモード超音波探傷法を多層プリント
配置！基板の密着判断に用いることは、次に示す理由に
より甚だ困難なものである。

第一にパルスモード超音波探傷法で用いられる１０ＭＨ
２程度の高い周波数の超音波パルスは、エポキシ樹脂に
よる超音波吸収や内部のガラス繊維による散乱を生じて
、剥離部や接着剤未硬化部等の密着不良部からの反射波
が検出不可能なほど弱くなったり、銅箔である導電性配
線で超音波パルスが反射されることにより、それより深
部の情報が得られなくなる。また、低周波数の超音波パ
ルスを用いることにより導電性配線を透過するとか可能
となっても、反射した超音波パルスが時間軸上で広がる
ために密着不良部の深度は測定は困難である。

第二にパルスモード超音波探傷法では、密着不良部が多
層プリント配線基板表面付近に存在した場合、多層プリ
ント配線基板表面からの反射波と！着不良部からの反射
波が重るため、密着不良部の検出が不能であったり、深
度の測定が困難である場合が生じる。

このように従来法は、超音波吸収や内部のガラス繊維に
よる散乱の強い材料を用いた多層プリント配線基板の密
着判断に適した方法ではなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、複合材料を接着して製造される多層プリント
配ＮｉＡ基板の密着判断方法において、圧電トランスジ
ューサーより５ＭＨＺ以下の周波数からなる超音波イン
パルスを発信させ、超音波伝播用液体を介して多層プリ
ント配線基板に入射する工程、多層プリント配線基板か
ら反射した超音波インパルスを圧電トランスジューサー
で受信し、電気信号に変換する工程、電気信号から反射
波強度の周波数分布を得る工程、周波数分布上で出力が
極小となる周波数群を求める工程、求められた周波数群
と良好な接着層での周波数群を比較し、両者が大きく異
なっていた場合、多層プリント配線基板内部に未硬化部
または剥離部があると判断する工程、を含むことを特徴
とする多層プリント配線基板の密着判断方法である。

〔発明の詳細な 説明では、第１図に示すように広帯域パルスジェネレー
ター１で発生した電気信号を圧電トランスジューサー２
に入力することにより、５ＭＨＺ以下の超音波インパル
ス４を発信させ、超音波伝播用液体（図示せず）を介し
て多層プリント配線基板３表面に垂直に入射させる０反
射した超音煎インパルス４を発信と同一の圧電トランス
ジューサー２で受信し、さらに、圧電トランスジューサ
ー２で電気信号に変換しスペクトラムアナライザー６で
周波数分析を行い、多層プリント配線基板３からの反射
した超音波インパルスの強度の周波数分布を得る。また
、スペクトラムアナライザー６の代わりデジタルオシロ
スコープとコントローラーを用いても良い。

第２図（ａ）を用いて多層プリント配線基板３内部を説
明すると、密着良好部分（第２図（ａｌ中イ、ハ参照）
から得られる反射波のスペクトラム強度−周波数分布（
第２図（ａ）中イに関して第２図０））、第２図（ａ）
中ハに関して第２図（ｄ）参照）は次式で表される周波
数間隔ΔＦで反射波出力の極小ａを持つ。

■ ΔＦ＝　　　　　　　　　・・・・・・・・・（１）Ｄ ■は音波の伝播速度、Ｄは多層プリント配線基板の厚さ
である。

これは多層プリント配線基板表置からの超音波インパル
ス４の反射成分Ａと多層プリント配線基板底部からの反
射成分Ｂが干渉を起こすためである。

測定時に用いる超音波の周波数は、波長が基板厚りに対
して２分の１以下になる周波数の反射波成分が出力され
る５ＭＨＺ以下の超音波インパルスで十分である。これ
はパルスモード超音波探傷法が基板内部での波長が基板
厚の数十分の１以下とな：る周波数が求められるのに対
して、本方法は這かに低周波数の超音波である。

また、多層プリント配線基板内部の銅箔などによる導電
性配線、あるいはガラス繊維等の微小な構造体の存在に
対して、用いられる周波数が５ＭＨｚ以下と比較的低い
ものであるために、超音波インパルスは散乱や反射の影
響を受けにくい。

さらに、多層プリント配線基板の接着剤も十分硬化して
いれば、接着層は一般に極薄いものであり、その音響イ
ンピーダンスがエポキシなどの基体のインピーダンスに
近いことから、接着層では超音波インパルスはほとんど
反射されないことが確認されいてる。

しかし、多層プリント配線基板内部に剥離部（第２図（
ａ）中口参照）が存在する場合は反射波の強度の周波数
分布は異なる。第２図（ｃ）は第２図（ａ）。

口で示す位置で測定したスペクトラム強度−周波数分布
であり、剥離部においては超音波インパルスはほとんど
完全反射されるために、剥離部の深度と同じ周波数群に
おいて反射波強度極小すを示す。

また、接着剤の未硬化部が存在する場合は、さらに複雑
な反射が多層プリント配線基板内部で起こる。接着剤の
未硬化部は液体に近く、多層プリント配線基板の基材と
は大変異なったインピーダンスの値を持つため、この未
硬化部で強い反射を起こすとともに、接着剤の未硬化部
を透過した超音波インパルスの成分が多層プリント配ｆ
ｓ基板底部で反射し、さらに再び接着剤の未硬化部で反
射され干渉されることにより、硬化した接着層と異なっ
た周波数群が得られる。

また、接着層でのみ剥離部や接着剤の未硬化部が生じる
ために密着不良部の深度は多層プリント配線基板最上層
の板厚ｄ（第２図（ａ）参照）より小さくはならない、
このことから、用いられる圧電トランジューサーは、最
上層の板厚ｄに対応する反射波出力の極小周波数間隔Δ
Ｆまでの周波数分布が得られるもので十分である。

さらに、第３図に示すように圧電トランスジューサー２
ａから発信された超音波インパルス４が超音波伝播用液
体（図示せず）を介して多層プリント配線基板表面３に
斜めに入射し、広帯域の超音波インパルス４を多層プリ
ント配ｖＡ基板３に入射、その反射波を他の圧電トラン
スジューサー２ｂで受信し、多層プリント配線基板３か
らの反射波強度の周波数分布を得ることも可能である。

多層プリント配線基板内部の接着層が完全に硬化してい
る部分（第４図（ａ）中イ、ハ参照）で、超音波インパ
ルス４を多層プリント配線基板表面に斜め入射すると、
板波とよばれる弾性波が特定の周波数成分に対して多層
プリント配線基板内に励起され、弾性波はそのエネルギ
ーを超音波伝播用液体中に再放出しながら多層プリント
配線基板中を伝播する。

多層プリント配線基板のように超音波の吸収の激しい物
質の場合は、基板内を伝播する間にそのエネルギーを消
耗することから超音波伝播媒体中に再放出されるエネル
ギーの量は小さくなる。このため、反射波強度の周波数
分布は弾性波を励起した周波数群で極小ａを持つことと
なる。第４図（ｂ）は第４図（ａ）中イで測定したスペ
クトラム強度−周波数分布であり、第４図（ｄ）は第４
図（ａ）中ハで測定したスペクトラム強度−周波数分布
である。

この現象は、弾性波が受信用の圧電トランスジューサー
で受信不可能の領域まで伝播することによって一層強い
現象として観測される。

弾性波を励起する周波数ｒは次式によって決定される。

ｆＸＤ寓Ｃ・・・・・・・・・（２） Ｄは多層プリント配線基板の板厚であり、Ｃは超音波イ
ンパルスの多層プリント配線基板への入射角で決定され
る定数であって、超音波伝播媒体と多層プリント配線基
板の物性定数から弾性理論や実測実験によって求めるこ
とが出来る。

次に、接着層に剥離部、接着剤の未硬化部がある場合の
反射波強度の周波数分布の変化について述べる。

剥離部がある場合も、超音波インパルスを創めに入射す
ることで、前記したように弾性波が励起される。しかし
この場合、弾性波を励起する周波数は、多層プリント配
線基板の厚さが多層プリント配線基板表面と剥離部の間
の距離を第２式に代入して得られる。よって剥離が起き
ている領域では反射率強度が極小をとる周波数群の値が
大きくなる。

次に接着剤の未硬化部の生じている場合も、密着の良好
の場合とは異なる反射率極小周波数群が得られることが
弾性理論に基づく数値計算によって確かめられている。

第４図（ａ）中口に示すように一般に多層プリント配線
基板中に未硬化部、つまり液体が存在すると、固体との
インピーダンスの違いが大きいことから剥離の場合と同
じように基板と未硬化部の境界で超音波インパルス４が
強く反射され、さらに縦波音波のみが液体中を伝播する
ことに起因して、多層プリント配線基板中に弾性波が励
起されることから、接着剤が良く硬化している場合とは
異なる反射波強度のスペクトラム強度−周波数分布（第
４図（ｃ）参照）が得られる。

しかるに、接着剤の未硬化部の検出においては、超音波
インパルスが多層プリント配線基板表面に斜めに入射さ
れる測定の方が、垂直入射による測定に比較して、反射
波の周波数分布上の出力極小周波数群が大きく移動する
ため検出に適する。

このように、多層プリント配線基板内部に銅箔による導
電性配線、あるいはガラス繊維等の微小な構造体の影響
に対しては、これら弾性波を励起する周波数群がパルス
モード超音波探傷法の場合に比較して低いために、超音
波インパルスが散乱や反射の影響を受けに＜＜、本方法
は有効なものである。さらに、多層プリント配線基板の
接着剤を用いた張り合わせ時に形成される接着層も十分
接着剤が硬化していれば、接着層が一般に極薄いもので
あり、その音響インピーダンスがエポキシなどの基体の
インピーダンスに近いことから、周波数分布には大きく
影響されないことが確認されている。

以上述べたように、反射波強度の周波数分布上の出力極
小周波数群の変化から、多層プリント配ｖＡ基板の内部
の剥離部、接着剤の未硬化部等の密着不良部の検出が可
能である。

〔実施例１〕 板厚２ｍｍ、１０枚のプリント配線板を接着して製造し
た多層プリント配線基板の密着性の判断を行った。プリ
ント配線板はエポキシ樹脂内にガラス繊維を含んだ複合
材であり、接着剤は２液温合エポキシ系のものが用いら
れて作成されたものである。

第１図（ａ）に示すように広帯域パルスジェネレーター
１で広帯域の電気信号を発生し、圧電トランスジューサ
ー２に印加して超音波インパルス４を多層プリント配線
基ｖｉ３に垂直に入射した。超音波伝播用液体（図示せ
ず）には銅製の電気配線を侵さぬよう不活性液体である
液体フロンを用いた。

多層プリント配線基板３からの反射超音波インパルスを
同一の圧電トランスジューサー２で受信し出力信号をス
ペクトラムアナライザー６に通して反射波出力の周波数
分布を得た。第２図（ａ）に示すように、イからハまで
いくつかの点で周波数分布を観測したところ口に示すよ
うに出力極小を起こしている周波数群が極端に小さい領
域（第２図（ｃ）中す参照）がこの多層プリント配線基
板にあることが判明した。この多層プリント配線基板内
での縦波超音波の速度が約３３００ｍ／ｓであることか
ら接着が完全に行われた場合、第１式を用いて、観測可
能な周波数領域では０．８２ＭＨ２に反射波の極小周波
数群が現れることが判った０口以外での出力極小周波数
は０．８０ＭＨ２であり１０μｍの接着層の存在やガラ
ス繊維に基づく反射波出力の極小は観測されることがな
かった。しかし口では３．３ＭＨ２で反射波出力の極小
周波数群が観測された。これは多層プリント配線基板の
厚さの変化では説明が出来ないことから、口下部に剥離
部が存在してその深さは第１式をもちいて０゜５ｍｍで
あると推察された。後に断面観察を行゛ったとこる０、
５ｍｍの深さの接着層に剥離部が存在することが判明し
た。

〔実施例２） 板厚１ｍｍ、２枚のプリント配線板を接着して製造した
多層プリント配線基板の密着性の判断を行った。プリン
ト配線板はエポキシ樹脂内にガラス繊維を含んだ複合材
でその縦波音速は３３００ｍ　／　ｓ　、横波音速は１
６００ｍ／ｓ、比重は平均して約２．Ｏｇ／Ｃｍ’であ
り、接着剤には２液温合エポキシ系のものが用いられて
作成されたものである。

第３図（ａ）に示すように超音波の発信用の圧電トラン
スジューサー２ａと受信用の圧電トランスジューサー２
ｂを多層プリント配置ｉＡ基板表面の法線から３０度傾
けて対向させた。受信用の圧電トランスジューサー２ｂ
からの反射波形をスペクトラムアナライザー６で周波数
分布を求めるよう装置を設定した。第４図（ａ）に示す
ように多層プリント配線基板表面イから八まで反射波出
力の周波数分布を測定したところ、口を除いて多層プリ
ント配線基板の厚さが１ｍｍとしたときに弾性波が励起
される周波数群１．９ＭＨ２に大変近い１．８５ＭＨｚ
であった。しかし、口では異なった周波数群で極小を起
こしている反射波出力の周波数分布が得られた。このた
め断面観察を破壊検査によって行った結果、接着剤が配
合操作の誤りによって未硬化であることが判明した。

〔発明の効果〕

本発明は以上のような構成であるために、複合材料を接
着させて製造される多層プリント配線基板の製造工程、
あるいはその検査工程において、非破壊に配線の断線、
製品の信頼性の低下の原因となる、接着の未硬化部、剥
離部等の密着不良部の検出が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は多層プリント配線基板表面に超音波インパルス
を垂直に入射させた場合の実施例の説明図、第２図（ａ
）は剥離部のある多層プリント配線基板（２Ｎ）の断面
図、第２図中）は第２図（ａ）中イにおけるスペクトラ
ム強度−周波数分布を示すグラフ図、第２図（ｃ）は第
２図（ａ）中口におけるスペクトラム強度−周波数分布
を示すグラフ図、第２図（ｄ）は第２図（ａ）中門にお
けるスペクトラム強度−周波数分布を示すグラフ図、第
３図は多層プリント配線基板表面に超音波インパルスを
斜めに入射させた場合の実施例の説明図、第４図（ａ）
は接着層に未硬化部のある多層プリント配線基ｖｉ、（
２層）の断面図、第４図中）は第４図（ａ）中イにおけ
るスペクトラム強度−周波数分布を示すグラフ図、第４
図（ｃ）は第４図（ａ）中口におけるスペクトラム強度
−周波数分布を示すグラフ図、第４図（ｄ）は第４図（
ａ）中ハにおけるスペクトラム強度−周波数分布を示す
グラフ図、第５図は多層プリント基板の断面図。第６図
は従来法であるパルスモード超音波探傷法の脱ｗＡ図で
ある。 ｌ・・・広帯域パルスジェネレーター ２．２ａ、２ｂ・・・圧電トランスジューサー３・・・
多層プリント配線基板 ４・・・超音波インパルス ５・・・オシロスコープ ６・・・スペクトルアナライザー ７・・・被検体 ・・・剥離部 ・・・未硬化部 ０・・・硬化部 １・・・ガラス繊維 ２・・・エポキシ樹脂 ３・・・接着層 ４・・・導電性配線 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 代表者　鉛末　和犬 第１図 業２図 第３４ 届、３数 １ｍＳ＆ 第４図 ＠５０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複合材料を接着して製造される多層プリント配線
   基板の密着判断方法において、 （ａ）圧電トランスジューサーより５ＭＨＺ以下の周波
   数からなる超音波インパルスを発信させ、超音波伝播用
   液体を介して多層プリント配線基板に入射する工程、 （ｂ）多層プリント配線基板から反射した超音波インパ
   ルスを圧電トランスジューサーで受信し、電気信号に変
   換する工程、 （ｃ）前記電気信号から反射波強度の周波数分布を得る
   工程、 （ｄ）前記周波数分布上で出力が極小となる周波数群を
   求める工程、 （ｅ）前記周波数群と良好な接着層での周波数群を比較
   し、両者が大きく異なっていた場合、多層プリント配線
   基板内部に未硬化部または剥離部があると判断する工程
   、 を含むことを特徴とする多層プリント配線基板の密着判
   断方法。