JPH04315909A - Layer thickness measuring method - Google Patents

Layer thickness measuring method

Info

Publication number
JPH04315909A
JPH04315909A JP10821091A JP10821091A JPH04315909A JP H04315909 A JPH04315909 A JP H04315909A JP 10821091 A JP10821091 A JP 10821091A JP 10821091 A JP10821091 A JP 10821091A JP H04315909 A JPH04315909 A JP H04315909A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
layer thickness
copper wiring
frequency
wiring layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10821091A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2701581B2 (en
Inventor
Yusuke Tsukahara
祐輔 塚原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP3108210A priority Critical patent/JP2701581B2/en
Publication of JPH04315909A publication Critical patent/JPH04315909A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2701581B2 publication Critical patent/JP2701581B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To measure each thickness of a copper wiring layer and a solder plating layer laminated on an insulating layer in order, by using ultrasonic waves. CONSTITUTION:Supersonic waves are injected to a printed wiring plate 2 from a transmitter side piezoelectric element 12 at the incident angle theta1 set in the scope 55 deg.<=theta1<90 deg., and the reflected wave to the incident waves is received by a receiver side piezoelectric element 14. A reflected wave spectrum is form from the reflected wave in an FFT analyzer 24. In this case, when the incident angle theta1 is set within the above scope, two dip frequencises appeared on the reflected wave spectrum have the characteristics relating to the thicknesses of a copper wiring layer 6 and a solder plating layer 8 of a printed wiring plate 2 respectively. As a result, by finding this relation experimentally or theoretically beforehand, the layer thicknesses of the copper wiring layer 6 and the soler plating layer 8 can be found respectively by detecting the two dip frequencies when the layer thickness is measured.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a layer thickness measuring method for measuring the thickness of a solder plating layer and a copper wiring layer in a printed wiring board, for example.

【0002】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。
[Prior Art] In the manufacturing process of printed wiring boards,
First, a copper wiring layer is formed on the surface of a substrate whose top layer is an insulating layer such as a polymer, and then solder plating is applied to the surface of this copper wiring layer to form a solder plating layer. Before solder plating is applied here, the thickness of the copper wiring layer (
As a conventional method for non-destructively measuring layer thickness, there is known a measuring method using ultrasonic waves proposed by the inventors of the present application in Japanese Patent Laid-Open No. 63-285406. below,
The principle of this method will be briefly explained.

【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。
[0003] When broadband impulse ultrasound is applied to the surface of an object having a copper wiring layer formed on the surface of an insulating layer from above the object through an ultrasonic propagation medium such as water at an incident angle θ, the copper wiring layer is formed on the surface of an insulating layer. A surface wave closely resembling a Lamb wave (hereinafter referred to as a pseudo-Lamb wave) is excited along the surface of the object at a specific frequency component that is inversely proportional to the layer thickness of the layer. Then, in the reflected wave spectrum reflected from the surface of the object, only the intensity of the frequency component that excited the pseudo Lamb wave decreases, so that a minimum intensity portion appears in the reflected wave spectrum. The frequency of this minimum intensity part (dip frequency) depends on the layer thickness, so by determining the relationship between the dip frequency and layer thickness experimentally or theoretically in advance, the The layer thickness of the copper wiring layer can be determined from the dip frequency on the reflected wave spectrum.

【0004】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。
Since the above method is carried out before the solder plating layer is formed, it is necessary to measure the thickness of the solder plating layer separately from the thickness of each copper wiring layer. However, from the viewpoint of quality control of printed wiring boards and rationalization of measurement work, it is desirable to simultaneously measure the solder plating layer thickness and the copper wiring layer thickness by a rapid non-destructive method after the solder plating is formed. Therefore, if an attempt is made to simultaneously measure the solder plating layer thickness and the copper wiring layer thickness using the above-mentioned ultrasonic measuring method, the following problems will occur.

【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。
When a solder plating layer is formed on the surface of the copper wiring layer, the layer to be measured on the insulating layer of the board has a multilayer structure, so the surface waves excited on the surface of the solder plating layer are This is significantly different from the pseudo-Lamb waves excited on the surface of the wiring layer. Further, the dip frequency appearing in the reflected wave spectrum is not simply inversely proportional to the thickness of the solder plating layer or the copper wiring layer, but is generally a complex function. Therefore, it is impossible to uniquely measure the solder plating layer thickness and the copper wiring layer thickness from the reflected wave spectrum.

【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。
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a layer thickness measuring method that can simultaneously measure the solder plating layer thickness and the copper wiring layer thickness using ultrasonic waves. It is in.

【0007】[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
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in the layer thickness measurement method of the present invention, when the ultrasonic wave is incident on the specimen and the reflected wave is received, the transmission means transmits a signal to the upper surface of the specimen. A stroke in which at least one of the incident angle and the receiving angle from the subject by the receiving means is set to an angle of 55 degrees or more and less than 90 degrees, and the intensity of the received reflected wave is determined as a function of the frequency of the ultrasonic wave. a step of forming a reflected wave spectrum shown as , and a step of detecting frequencies f1 and f2, which are the frequencies of two different minimum intensity parts on the reflected wave spectrum and whose magnitudes are f1 < f2, Based on the relationship between the copper wiring layer thickness given in advance and the strength minimum part frequency, the copper wiring layer thickness of the test object is determined from the detected frequency f1, and the thickness of the copper wiring layer given in advance is determined from the solder plating layer thickness and the strength minimum part frequency. The present invention is characterized by comprising the step of determining the solder plating layer thickness of the object from the detected frequency f2 based on the relationship with the frequency.

【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。
In this case, the ultrasonic waves transmitted from the transmitting means may be broadband impulse waves, burst waves transmitted while sweeping the frequency, or plane waves or focused waves.

【0009】[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。
[Operation] In the process of making the present invention, the inventors of the present application have proposed that ultrasonic waves be incident on the surface of a test object, on which a copper wiring layer and a solder plating layer are sequentially formed on an insulating layer, through an ultrasonic propagation medium. The frequency f of a surface wave excited by an ultrasonic wave incident at an angle θ was theoretically determined by numerical calculation using the method shown in the following document (1). In this case, many different modes of surface waves are excited. Furthermore, similar calculations were performed while successively changing the layer thicknesses of the copper wiring layer and solder plating layer of the test object, and the results of the calculations were examined, and the following new findings were obtained. That is, it has been found that surface waves excited at an incident angle in the range of 55 degrees to 90 degrees are classified into two completely different modes. More specifically, in one mode, the frequency strongly depends only on the layer thickness of the solder plating layer,
It is hardly affected by the layer thickness of the copper wiring layer. On the other hand, in the other mode, the frequency strongly depends only on the layer thickness of the copper wiring layer, and almost does not depend on the layer thickness of the solder plating layer.

【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。
Therefore, when an ultrasonic wave is incident on the surface of an object through an ultrasound propagation medium at an incident angle in the range of 55 degrees to 90 degrees, the spectrum of the reflected wave from the object with respect to the incident wave is as follows. Among the layer thicknesses of each layer of the test object, the frequency of the minimum intensity part (dip frequency) that depends only on the copper wiring layer thickness
f1 and a dip frequency f2 that depends only on the thickness of the solder plating layer appear independently.

【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。
[0011] Therefore, these two dip frequencies f1
, f2 (f1 < f2 ),
Based on the relationship between the copper wiring layer thickness and the dip frequency and the relationship between the solder plating layer thickness and the dip frequency given in advance, the solder plating layer thickness and the copper wiring layer thickness of the test object can be determined.

【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
[0012] Although it is possible in calculation to excite a surface wave with an incident wave having an incident angle of 90 degrees, that is, horizontal to the surface of the object to be examined, it is impossible in reality. Therefore, the physically possible range of the above incident angle is 55 degrees or more and less than 90 degrees.

【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。
Furthermore, two types of modes similar to those described above can be obtained by setting the receiving angle (detection angle) for receiving the reflected wave from the object within the above range instead of the incident angle.

【0014】文献(1):L.M.Brekhovsk
ikh, ”Waves in Layered Me
dia” pp41−61,AcademicPres
s ,New York,1980.
Literature (1): L. M. Brekhovsk
ikh, ”Waves in Layered Me
dia” pp41-61, Academic Pres.
s, New York, 1980.

【0015】[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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a schematic configuration of a layer thickness measuring apparatus for carrying out the layer thickness measuring method of the present invention.

【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。
In the figure, a printed wiring board 2 as an object to be tested has a copper wiring layer 6 and a solder plating layer on the upper surface of an insulating substrate (substrate) 4 having a single layer structure made of an insulating material such as a polymer. 8 are sequentially stacked.

【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。
The ultrasonic sensor 10 placed above the subject 2 is a transmitting/receiving independent sensor comprising a transmitting piezoelectric element (transmitting means) 12 and a receiving piezoelectric element (receiving means) 14. This ultrasonic sensor 10
It is supported by an attitude control device 16 so that the inclination relative to the main body can be adjusted. The ultrasonic wave transmitting surface 12a of the piezoelectric element 12 and the ultrasonic wave receiving surface 14a of the piezoelectric element 14 are both flat. Water 18 as an ultrasound propagation medium is interposed between the transmitting surface 12a, the receiving surface 14a, and the subject 2. The transmitting side piezoelectric element 12 has a transmitting surface (plane) 12a.
Incident angle θ as the angle between the normal line of the object 2 and the normal line of the object 2
1 is set within a range of 55 degrees or more and less than 90 degrees. Further, the receiving side piezoelectric element 14 has a receiving surface (plane) 14a.
The reception angle (
The detection angle θ2 is set to be an acute angle. These incident angle θ1 and detection angle θ2 can be set to arbitrary angles by the attitude control device 16.

【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。
For example, an impulse signal source (not shown) is connected to the transmitting side piezoelectric element 12 as its drive signal source, and a pulsed broadband impulse signal P is applied from this signal source. As a result, high-frequency ultrasound as a broadband impulse wave is transmitted from the transmission surface 12a, and is incident on the surface of the subject 2 through the water 18 at an incident angle θ (55°≦θ<90°). A broadband reflected wave from the subject 2 in response to the incident wave is received by the receiving surface 14a of the receiving side piezoelectric element 14 via the water 18, and is converted into an electrical signal.

【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。
Note that a burst signal source may be used instead of the impulse signal source as the drive signal source to cause the transmitting piezoelectric element 12 to emit a burst wave of a specific frequency. In this case, by sweeping the frequency, the receiving piezoelectric element 14 can receive reflected waves in various bands.

【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,FFT)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。
[0020] The receiving side piezoelectric element 14 includes an amplifier 20, A
/D converter 22 and FFT analyzer 24 are connected in this order. The electrical signal converted from the reflected wave by the receiving piezoelectric element 14 is amplified by an amplifier 20, and then converted from an analog signal to a digital signal by an A/D converter 22. This digital signal is given to an FFT analyzer 24. The FFT analyzer 24 performs fast Fourier transform on the given digital signal.
A spectrum of the reflected wave is formed by performing frequency analysis using (transform, FFT). Further, the FFT analyzer 24 searches the formed reflected wave spectrum, detects the frequency of the minimum intensity portion (dip frequency), and outputs the detected value to an appropriate display device, recording device, or the like.

【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。
Next, the layer thickness measuring method of the present invention will be explained using the above-mentioned measuring device.

【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。
First, prior to measuring the subject 2, two or more reference subjects (not shown) are prepared. It is assumed that these reference objects have the same structure as the object 2 and that the thicknesses of the copper wiring layer and the solder plating layer are known. With respect to this reference object, the measuring device of FIG. 1 measures 55°≦θ
From the reflected wave spectrum when the ultrasonic wave is incident at an incident angle θ1 set in the range of <90°, two different dip frequencies f1' and f2'(f1'<f2
′) is detected. Among these dip frequencies, frequency f1' depends on the layer thickness of the copper wiring layer, and frequency f2' depends on the layer thickness of the solder plating layer. As a result, the relationship between the copper wiring layer thickness and the dip frequency and the relationship between the solder plating layer thickness and the dip frequency can be experimentally determined.

【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。
Next, measurements are performed on the subject 2. The measuring device of FIG. 1 is applied to the surface of the object 2 through the water 18 at an incident angle θ1 set to be the same as that of the reference object.
Dip frequencies f1 and f2 (f1 < f2) are detected from the reflected wave spectrum when an ultrasonic wave is incident at. Among these dip frequencies f1 and f2, for the dip frequency f1, the layer thickness d1 of the copper wiring layer 6 of the test object 2 is determined according to the relationship between the dip frequency f1' and the copper wiring layer thickness determined experimentally above. You can ask for it. Similarly, regarding the dip frequency f2, the layer thickness d2 of the solder plating layer 8 of the subject 2 can be determined according to the relationship between the dip frequency f2' and the solder plating layer thickness.

【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。
By the way, the above relationship is not determined by experiment, but by theoretically calculating the reflected wave spectrum when an ultrasonic wave is incident on the object 2 at an incident angle θ1, for example, using the method of the above-mentioned document (1). It may also be determined by

【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。
For example, in FIG. 2A, the layer thickness d1 of the copper wiring layer 6 of the test object 2 is 50 μm (constant), and the layer thickness d2 of the solder plating layer 8 is 10 μm (solid line), 20 μm (broken line), The frequency of the surface wave, calculated as 30 μm (dot-dash line), is shown as a function of the angle of incidence. In FIG. 2A, it can be seen that mode A has hardly changed, but higher-order modes B and B' have changed significantly. Table 1 shows the relationship between the thickness of the solder plating layer and the frequency of mode B for the case of an incident angle of 65 degrees.

【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。
Table 1 Layer thickness of solder plating layer (μm) 10
20
Dip frequency (Mhz)
44.7 24.2
From these Figure 2(A) and Table 1, mode B
It can be seen that the frequency decreases as the thickness of the solder plating layer 8 increases.

【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65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。
FIG. 2(B) shows the solder plating layer 8 of the test object.
The layer thickness of the copper wiring layer 6 is set to 40 μm, 5
The surface wave frequencies calculated as 0 μm and 60 μm are shown as a function of the angle of incidence. This figure 2 (B
), mode B remains almost unchanged, but mode A
It can be seen that there has been a big change. Here, Table 2 shows the relationship between the layer thickness of the copper wiring layer 6 and the frequency of mode A in the case of an incident angle of 65 degrees.

【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。
[0028]
Table 2 Copper wiring layer thickness (μm) 40
50 60
Dip frequency (MHz)
10 7.5
6 From these Figure 2(B) and Table 2,
It can be seen that the frequency of mode A decreases as the layer thickness of the copper wiring layer 6 becomes thicker. Therefore, two modes A
, B are obviously related to the layer thickness of the solder plating layer and the layer thickness of the copper wiring layer, respectively.

【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10〜20
μm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18μ
m(1/2オンスの場合)の銅箔6a、層厚10〜15
μm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。
Next, two types of printed wiring boards 2 (hereinafter referred to as test objects 2a and 2b) were measured by the layer thickness measuring method described above.
, the dip frequency f1 of the two modes A and B
, f2, the layer thickness d1 of the solder plating layer 8 and the layer thickness d2 of the copper wiring layer 6 are measured. Here, the incident angle θ1 is 65°, the frequency band of the piezoelectric elements 12 and 14 is 5 MHz to 40 MHz, and the broadband impulse signal applied to the piezoelectric element 12 has a voltage of 125 V and a pulse width of 15 ns. Furthermore, as shown in FIG.
~53 μm copper wiring layer 6, layer thickness 5 μm or 10-20 μm
A solder plating layer 8 in the form of a tin-lead alloy having a thickness of μm was sequentially laminated. In this case, the copper wiring layer 6 has a layer thickness of 18 μm.
m (for 1/2 ounce) copper foil 6a, layer thickness 10-15
A first copper plating 6b having a thickness of 15 to 20 μm and a second copper plating 6c having a layer thickness of 15 to 20 μm are sequentially laminated. In addition, the subject 2a
, 2b and the sound speeds of longitudinal waves and transverse waves in the ultrasonic propagation medium (water) are shown in Table 3.

【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。
Specific gravity ρ Sound speed of longitudinal wave Cl (m/s) Sound speed of transverse wave Ct
(m/s) Water 1
1492
- solder
9.35 2745
1185
copper 9.11
4616
2307 Glasse 2
3000
1500 Poxy The results of this measurement example are shown in Table 4.

【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2a,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。
Table 4 Object Layer thickness d1 Layer thickness d2 Dip frequency f1 Dip frequency f2

Mode A (MHZ) Mode B
(MHZ) 2a 18
43 9
26
2b 15 43
9 30
As is clear from Table 4,
The dip frequency f1 of mode A does not change if the layer thickness d1 of the copper wiring layer 6 is the same, and the dip frequency f2 of mode B becomes lower as the layer thickness d2 of the solder plating layer 8 increases. Therefore, according to the layer thickness measurement method of the present invention,
The layer thickness d1 of the copper wiring layer 6 and the layer thickness d2 of the solder plating layer 8
can be measured independently. The fact that the layer thickness d1 of the copper wiring layer 6 and the layer thickness d2 of the solder plating layer 8 in Table 1 are accurate values can be confirmed by fracturing the specimens 2a and 2b after the measurement and observing the fractured surface with an optical microscope. Confirmed by observation.

【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θ
1 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。
[0032] In the above embodiment, the minimum intensity on the reflected wave spectrum is at an incident angle θ of 55°≦θ1 <90°.
A similar intensity minimum occurs when the reception angle θ2 is 55°≦θ2<90°.
You can also get it as Therefore, instead of setting the incident angle θ1, the reception angle θ2 may be set within the above range, and the same effects as in the above embodiment can be obtained.

【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。
Furthermore, except for the setting of the incident angle θ1 or the reception angle θ2, the layer thickness measuring method of the present invention does not depend on the details of the method of transmitting and receiving ultrasonic waves or the method of determining the reflected wave spectrum. That is, the measuring device for implementing the present invention is not limited to that used in the above embodiments, and various modifications are possible.

【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。
For example, in the above embodiment, the ultrasonic sensor 1
0, both the transmitting side and the receiving side are piezoelectric elements 1 for plane waves.
2 and 14, but as in the sensors disclosed in JP-A-2-251751 and JP-A-2-251752, one of them is used as a focused wave piezoelectric element and the other as a plane wave piezoelectric element. You may also use the Or,
The ultrasonic wave transmitted from the transmitting piezoelectric element 12 may be a broadband impulse wave or a burst wave. Further, the means for forming the reflected wave spectrum is not limited to the FFT analyzer 24, and various electronic devices commonly used for frequency analysis can be used.

【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。
Furthermore, the object 2 to be tested is not limited to a printed wiring board, and the present invention is applicable to any object in which a copper wiring layer and a solder plating layer are sequentially laminated on an insulating layer. . Furthermore, the structure of the substrate (substrate) 4 of the test object 2 is not limited to a single layer structure consisting of an insulating layer, but may be a multilayer structure in which an insulating layer and a wiring layer are laminated such that the uppermost layer is an insulating layer. The same effects as in the above embodiment can also be achieved.

【0036】[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。
As explained above, according to the layer thickness measuring method of the present invention, even though the layer to be measured has a multilayer structure of copper wiring layers and solder plating layers, these copper wiring layers The layer thicknesses of the solder plated layer and the solder plated layer can be measured simultaneously using ultrasonic waves without affecting each other.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【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。
FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an apparatus for implementing the layer thickness measuring method of the present invention.

【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。
[Figure 2] Includes (A) and (B), where (A) shows the calculated value of the surface wave frequency as a function of the incident angle for changes in the solder plating layer thickness when the copper wiring layer thickness of the test object is constant. (B) is a diagram showing the calculated value of the frequency of the surface wave as a function of the incident angle with respect to the change in the thickness of the copper wiring layer when the thickness of the solder plating layer of the test object is constant.

【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。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the layer structure of a printed wiring board as an example of a test object.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
10... Ultrasonic sensor, 12... Sending side piezoelectric element, 14...
Receiving side piezoelectric element, 24...FFT analyzer.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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
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層厚測定方法。
Claim 1: A copper wiring layer and a solder plating layer are provided on the upper surface of a base having a single layer structure consisting of an insulating layer or a multilayer structure in which an insulating layer and a wiring layer are laminated such that the uppermost layer is an insulating layer. This is a method for measuring the layer thickness of the solder plating layer and the layer thickness of the copper wiring layer on a test object consisting of sequentially laminated layers. The incident wave is made incident on the upper surface of the object through a propagation medium, and the reflected wave from the object in response to the incident wave is received by the receiving means through the medium. and the reception angle from the subject by the receiving means are set to an angle of 55 degrees or more and less than 90 degrees, and the intensity of the received reflected wave is shown as a function of the frequency of the ultrasonic wave. a step of forming a reflected wave spectrum, a step of detecting frequencies f1 and f2, which are the frequencies of two different intensity minimum parts on the reflected wave spectrum and whose magnitudes are f1 < f2, and Based on the relationship between the copper wiring layer thickness and the intensity minimum frequency, the thickness of the copper wiring layer of the test object is determined from the detected frequency f1, and the thickness of the copper wiring layer and the intensity minimum frequency given in advance are determined. A layer thickness measuring method comprising the step of determining the solder plating layer thickness of the object from the detected frequency f2 based on the relationship.
【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。
2. Claim 1, wherein the ultrasonic waves transmitted from the transmitting means are broadband impulse waves.
Layer thickness measurement method described in .
【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。
3. The layer thickness measuring method according to claim 1, wherein the ultrasonic waves transmitted from the transmitting means are burst waves transmitted while sweeping the frequency.
【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。
4. The layer thickness measuring method according to claim 1, wherein the ultrasonic waves transmitted from the transmitting means are plane waves.
【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。
5. The layer thickness measuring method according to claim 1, wherein the ultrasonic waves transmitted from the transmitting means are focused waves.
JP3108210A 1991-04-15 1991-04-15 Layer thickness measurement method Expired - Fee Related JP2701581B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3108210A JP2701581B2 (en) 1991-04-15 1991-04-15 Layer thickness measurement method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3108210A JP2701581B2 (en) 1991-04-15 1991-04-15 Layer thickness measurement method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04315909A true JPH04315909A (en) 1992-11-06
JP2701581B2 JP2701581B2 (en) 1998-01-21

Family

ID=14478816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3108210A Expired - Fee Related JP2701581B2 (en) 1991-04-15 1991-04-15 Layer thickness measurement method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2701581B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013065164A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-10 国立大学法人東北大学 Film thickness measurement method and film thickness measurement device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0187205U (en) * 1987-12-02 1989-06-08
JPH0365608A (en) * 1989-08-02 1991-03-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Method and apparatus for measuring thickness of scale in piping

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0187205U (en) * 1987-12-02 1989-06-08
JPH0365608A (en) * 1989-08-02 1991-03-20 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Method and apparatus for measuring thickness of scale in piping

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013065164A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-10 国立大学法人東北大学 Film thickness measurement method and film thickness measurement device
JPWO2013065164A1 (en) * 2011-11-04 2015-04-02 国立大学法人東北大学 Film thickness measuring method and film thickness measuring apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2701581B2 (en) 1998-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005221496A (en) Method of measuring adhesive strength of coating to substrate
JPH0612272B2 (en) Hybrid analytical test equipment
WO2006110089A1 (en) Method and apparatus for assessing quality of rivets using ultrasound
RU2259557C2 (en) Method for measuring hardness of engagement of covering with substrate
US4574637A (en) Method for measuring surface and near surface properties of materials
McIntyre et al. The use of air-coupled ultrasound to test paper
JP3864940B2 (en) Method for measuring film strength, method for determining pass / fail of measured object having film
JP4673686B2 (en) Surface inspection method and surface inspection apparatus
JP3793873B2 (en) Apparatus for measuring elastic parameters of material surfaces and coating layers
Zhang et al. Parameter measurement of thin elastic layers using low-frequency multi-mode ultrasonic lamb waves
JP2000241397A (en) Method and apparatus for detecting surface defect
JPH04323553A (en) Method and device for ultrasonic resonance flaw detection
JPH04315909A (en) Layer thickness measuring method
JP2659236B2 (en) Ultrasonic probe
JP2626361B2 (en) Ultrasonic phase velocity curve determination method and apparatus
JP5257991B2 (en) Film thickness measuring method and measuring apparatus
JP2007309850A5 (en)
JPH07248317A (en) Ultrasonic flaw detecting method
JP3104283B2 (en) Ultrasonic transducer, ultrasonic sensor, and method and apparatus for measuring thickness of hole wall
RU2034236C1 (en) Ultrasound echo thickness gage
JPH0212609Y2 (en)
JPH06242086A (en) Ultrasonic inspection system
Santos et al. Detection and classification of defects in thin structures using Lamb waves
JP3407343B2 (en) Method and apparatus for measuring film thickness
JPH0390855A (en) Method for judging adhesion of multilayer printed wiring board

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees