JPH04361140A - スルーホール検査装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多層プリント基板に設
けられているスルーホールのスルーホールボイド欠陥、
及び、穴づまり欠陥を自動的、且つ、同時に検査するこ
とのできるスルーホール検査装置に係り、特に、多層プ
リント基板等に設けられるアスペクト比（スルーホール
深さとその穴径の比）の大きなスルーホールの欠陥を高
い信頼性を持って検査するために用いて好適なスルーホ
ール検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、多層プリント基板は、層間の電
気的な接続を行うためにスルーホールが設けられており
、その、スルーホールの内壁は、無電解メッキ法等によ
り銅等の導電物の層が形成されている。

【０００３】しかし、近年、膨大な情報量を高速に処理
するコンピュータ等に使用する多層プリント基板のスル
ーホールは、増々微細化されると共に、その深さが深く
なっており、スルーホールの内壁に確実にメッキを形成
することが困難となり、導通不良を発生させる原因の１
つとなっている。

【０００４】このような導通不良の中でも、メッキ形成
率の低い、大きなボイド欠陥については、電気的な導通
試験等によって容易に摘出することができるが、微小な
ボイド欠陥を摘出することは困難であった。

【０００５】アスペクト比の大きいスルーホール内の微
小なボイド欠陥を検出することができるスルーホール検
査装置に関する従来技術として、例えば、特開昭６４−
１９４０号公報等に記載された技術が知られている。

【０００６】この従来技術は、スルーホール内に特定の
波長の光を照射し、この光によりボイド欠陥部の多層プ
リント基板の基材を照明し、該基材より放出される照射
光の波長とは異なる波長の光を検出することにより、微
小なボイド欠陥を検出できるようにしたものであり、ア
スペクト比が１１程度までのスルーホール内の微小なボ
イド欠陥を検出可能としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、照明
用の光をある角度を持って、１光路のみ、スルーホール
内に入射させているため、例えば、アスペクト比が３５
程度の高アスペクト比のスルーホール内のボイド欠陥を
検出しようとすると、その照明光の反射回数が増加し、
深さ方向に対する照明光の到達率が低下していくため、
深い所に発生しているボイド欠陥から発生する螢光量も
極微量となるため、その検出が非常に困難であるという
問題点を有している。

【０００８】また、前記従来技術は、スルーホールの穴
づまりの検出について配慮されていないため、検査しよ
うとするスルーホールに何からの要因により穴づまり欠
陥を生じていた場合、その下部に発生しているボイド欠
陥を検出することができず、穴づまり欠陥とボイド欠陥
なしとの区別を行うことが困難であるという問題点を有
している。

【０００９】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、高アスペクト比を有するスルーホール内壁
に発生するボイド欠陥を確実に検出可能とし、かつ、同
時に穴づまり欠陥を検出可能とするスルーホール検査装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、スルーホールボイド欠陥の発生する深さに対応する
光検出光学系により、複数の周航焦点を有する照明光を
生成し、これにより、高アスペクト比を有するスルーホ
ール内壁に発生するボイド欠陥に対する照明を可能とし
、前記光検出光学系に使用される照明光をその入射口と
は反対側の口で検出し、穴づまり欠陥により照明光が遮
断されることを検出するようにすることにより達成され
る。

【００１１】すなわち、前記目的は、スルーホールボイ
ド欠陥を通ってプリント基板の基材部に当ったとき、異
なる波長帯域の光に変化する特定波長帯域の光を照明光
として用い、この照明光によりスルーホール内壁を照明
したとき、スルーホールの深さの任意の位置に発生する
スルーホールボイド欠陥から、常に一定レベル以上の上
記特定波長帯域と異なる波長帯域の光を発生させるため
に、上記スルーホール内に発生するボイド欠陥の深度に
対応した照明を行うための多重光学系を持った照明用光
学系と、特定波長帯域の光が対象物に照射されたとき、
その対象物から発せられる前記照射光とは異なる波長帯
域の光を検出する光検出光学系とを備えることにより達
成される。

【００１２】そして、前記多重光学系の各光路に挿入さ
れる光として、そのパワーをコントロールしたレーザー
光が使用され、かつ、プリント基板の基材部から発せら
れる異なる波長帯域の光である微弱螢光を検出するため
に、Ｉ．Ｉ（イメージインテンシファイア）と１ドット
の大きさが大きい高感度のリニアイメージセンサーが使
用される。

【００１３】また、前記本発明の目的は、前述した照明
光が多重光学系を通って、スルーホールの片側より照明
されるとき、その光がスルーホールを通過してスルーホ
ール内の穴づまり欠陥により遮断されることを利用し、
スルーホールの反対側に、その検出器として高速で判断
が可能なフォトダイオードを備えることにより達成され
る。

【００１４】

【作用】本発明に使用される光検出光学系は、例えば、
プリント基板の基材から螢光を発生させることのできる
特定波長帯域の光のみを発するレーザー光源から放出さ
れるレーザー光を、ハーフミラーによりそのパワーをコ
ントロールしつつ複数に分割し、光径を広げるビームイ
クスパインダーと、分割された光の各光路において異な
る焦点距離をくり出すコレクタレンズとにより、各光路
毎に異なる焦点距離を持ったレーザー光を生成する。

【００１５】前記分割されたレーザー光は、反射ミラー
、ハーフミラーを使用して同一の光路に戻され、さらに
、スルーホール径に応じた開口数を有する対物レンズを
通して、スルーホール内壁を入口から照明する。このと
き、レーザー光の分割時のパワーコントロールにより、
スルーホールの深部を照明する焦点距離を持ったレーザ
ー光ほど、その強度が大きくなるようにして、スルーホ
ールの内壁をその入口から奥にかけてだんだんを強くな
るように照明する。

【００１６】このような照明が行われると、スルーホー
ル内壁にスルーホールボイド欠陥がある場合には、プリ
ント基盤の基材部に照明光が入射して基材から螢光がス
ルーホール内面に放出される。この螢光は、一般に照明
光よりも波長帯域が長いが、指向性がないので、周囲に
一様な光量をもって放出され、そのうちの光検出光学系
側に向ってスルーホール内面を反射する螢光は、スルー
ホールの入口側に達して顕微鏡用対物レンズにて検出器
上に結像される。このとき顕微鏡用対物レンズと検出器
との間に設置されたダイクロイックミラーは、照明光を
反射し、螢光のみを通過させて検出器に導く。このため
、検出器は、スルーホールボイド欠陥がある場合には、
スルーホールの入口が明るくなっていることを検出して
、スルーホールボイド欠陥があることを検出する。 また、スルーホールボイド欠陥がない場合には、スルー
ホールの入口が真暗になっており、検出器は、光を検出
することができないので、スルーホールが正常であると
検出することができる。

【００１７】前述により、本発明は、スルーホール内に
スルーホールボイド欠陥があるか否かを容易に検査する
ことができる。

【００１８】また、スルーホールボイド欠陥が小さく、
深い所に発生している場合、スルーホールボイド欠陥か
らの螢光量が微弱となり、ボイド検出器の面上で１／１
０３〜１／１０４ルックス程度になることがある。この
ため検出器としては、Ｉ．Ｉ（イメージインテンシファ
イア）と１ドットの大きさが大きい高感度のリニアイメ
ージセンサーを使用することにより、微弱光を感知可能
とし、Ｓ／Ｎ比を向上させて、確実にスルーホールボイ
ド欠陥を検出できるようにしている。

【００１９】本発明においては、スルーホール内に発生
するボイド欠陥のみならず、スルーホール内に発生する
穴づまり欠陥も同時に検出するため、照明光の入射口と
反対側の口に、フォトダイオードセンサーを置き、螢光
検出では検出できない穴づまり欠陥をも検出することが
できるようにされている。

【００２０】これにより、本発明は、スルーホールに発
生するスルーホールボイド欠陥、穴づまり欠陥を高精度
に検出でき、コンピュータ等に使用される多層プリント
基盤の故障を未然に防止することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明によるスルーホール検査装置の
実施例を図面により詳細に説明する。

【００２２】図１は本発明の第１の実施例の構成を説明
する図、図２はスルーホールの深さに対する浅部照明と
深部照明とによるボイド欠陥検出能力を説明する図、図
３は穴づまり欠陥の検出を説明する図、図４は穴づまり
欠陥検出時の出力について説明する図である。図１にお
いて、１は多層プリント基板、２はスルーホール、４は
ボイド欠陥、５は光検出光学系、６はレーザー光源、１
４はボイド検出器、１５は穴づまり検出器である。

【００２３】スルーホール２が検査される多層プリント
基板１は、図１に示すように、その内部が多層に形成さ
れており、スルーホール２、外層メッキ３ａ、内層パタ
ーン３ｂ、基材３ｃにより形成されている。スルーホー
ル２の内壁は、通常銅等の導電体による外層メッキ３ａ
が施されているが、外層メッキ３ａの一部が欠落した部
分であるスルーホールボイド欠陥４が存在する。

【００２４】光検出光学系５は、前述のスルーホールボ
イド欠陥４及びスルーホール２の穴づまり欠陥を検出す
るための光学系であり、レーザー光源６と、ハーフミラ
ー７ａ、７ｂと、ビームイクスパンダー８と、反射ミラ
ー９と、焦点距離の異なる近焦点レンズ１０ａ及び遠焦
点レンズ１０ｂと、ダイクロイックミラー１１と、顕微
鏡用対物レンズ１２と、螢光検出器１４と、穴づまり検
出器１５とを備えて構成されている。レーザー光源６は
、多層プリント基板１の基材３ｃを照明すると、そのレ
ーザー光の波長とは異なる波長の光である螢光を発する
ような特定波長帯域の光のみを発生するレーザー光源で
ある。

【００２５】図１に示した本発明の第１の実施例におい
て、レーザー光源６から発っせられた光は、ハーフミラ
ー７ａにより、そのエネルギーが、例えば、２対８の割
合となるように分光され、浅部照明レーザー光６ａと深
部照明レーザー光６ｂとにされる。これにより、深部照
明レーザー光６ｂは、浅部照明レーザー光６ａよりエネ
ルギーの強度が大きいものとなり、ボイド欠陥の大きさ
が一定であれば、その深さ位置にかかわらず、一定の大
きさの螢光をボイド検出器の位置で得ることができる。

【００２６】これらのレーザー光６ａ、６ｂは、ハーフ
ミラー７ａを通過して、あるいは、ハーフミラー７ａ及
び反射ミラー９を介してビームイクスパインダー８に導
かれる。このビームイクスパンダー８は、顕微鏡用対物
レンズ１２を通った光が、スルーホール２の内壁を照明
するために充分な開口数になるように、レーザー光の径
を広げる作用を行う。

【００２７】２つのビームイクスパンダー８を通過した
各照明レーザー光６ａ、６ｂのそれぞれは、近焦点レン
ズ１０ａ及び遠焦点レンズ１０ｂを通過した後、反射ミ
ラー９とハーフミラー７ｂにより、同一の光軸を持つよ
うに再度合成される。合成されたレーザー光６ａ、６ｂ
は、ダイクロイックミラー１１により反射され、顕微鏡
用対物レンズ１２を介してスルーホール２に入射し、ス
ルーホール２の内壁を照明する。

【００２８】近焦点レンズ１０ａは、スルーホール２の
照明レーザー光入射口から浅い位置の照明を行うために
好適な焦点位置を持っており、また、遠焦点レンズ１０
ｂは、スルーホール２の照明レーザー光入射口から深い
位置の照明を行うために好適な焦点位置を持っている。 この結果、浅部照明レーザー光６ａは、スルーホール２
の浅い位置の内壁を照明し、深さに対するボイドの検出
出力特性が図２に示すＡラインのようになり、また、遠
部照明レーザー光６ｂは、スルーホール２の深い位置の
内壁を照明し、深さに対するボイド検出出力特性が図２
に示すＢラインのようになる。

【００２９】また、ダイクロイックミラー１１は、レー
ザー光６ａ、６ｂを反射し、スルーホールボイド欠陥４
からの螢光１３（照明レーザー光波長より長い波長の光
）を通過させるように形成されており、顕微鏡用対物レ
ンズ１２は、入光するレーザー光６ａ、６ｂのそれぞれ
に、スルーホール２を照明するに適した開口数を与える
ように形成されている。

【００３０】ボイド検出器１４は、照明レーザー光６ａ
、６ｂがスルーホール２内壁を照明したとき、スルーホ
ールボイド欠陥４から発せられる螢光１３を、その大き
さが１×１／１０４ルックス以下の微弱光までを検出で
きるように形成されている。また、穴づまり検出器１５
は、図３に示すような穴づまり欠陥イが発生している場
合、照明レーザー光６ａ、６ｂがアのように反射されて
しまうので通過光１６が減少することを検出してスルー
ホールの穴づまりを検出するものであり、図４に示すよ
うに、その検出レベルがＣレベルからＤレベルに低下す
ることを検出して、穴づまりの検出を行うものである。

【００３１】次に、前述のように構成される本発明の一
実施例によるスルーホール検査装置を使用してスルーホ
ールボイド欠陥及び穴づまり欠陥の検出を行う方法につ
いて説明する。

【００３２】レーザー光源６からのレーザー光は、ハー
フミラー７ａによってパワーコントロールが行われて分
割され、スルーホール２の内壁の浅部と深部とのそれぞ
れを照明するために好適なパワーの浅部照明用レーザ光
６ａと深部照明用レーザー光６ｂとに分けられ、ビーム
イクスパンダ８によりその光径が次のレンズに対して好
適なビーム径に広げられる。広げられたレーザー光は、
スルーホール２の内壁の浅部と深部とのそれぞれを照明
するために、近焦点レンズ１０ａ、遠焦点レンズ１０ｂ
を通して、好適な焦点距離で集光されられる。これらの
２つのレーザー光６ａ、６ｂは、ハーフミラー７ｂで合
成され、ダイクロイックミラー１１で反射されて、顕微
鏡用対物レンズ１２に到達する。顕微鏡用対物レンズ１
２は、浅部照明用レーザー光６ａ、深部照明用レーザー
光６ｂのそれぞれに対して、スルーホール２の内壁を照
明するのに好適な開口数０．２５〜０．５を与える。

【００３３】そして、スルーホール２の内壁の浅部にス
ルーホールボイド欠陥がある場合には、浅部照明用レー
ザー光６ａによって、スルーホールボイド欠陥４内に露
出する基材部３ｃが照明されるので、この基材部３ｃか
ら螢光１３が発生する。また、スルーホール２の内壁の
深部にスルーホールボイド欠陥４がある場合にも、深部
照明用レーザー光６ｂによってスルーホールボイド欠陥
４内に露出する基材部３ｃが照明されるので、この基材
部３ｃから螢光１３が発生する。

【００３４】このように発生された螢光１３は、顕微鏡
用対物レンズ１２で結像され、ダイクロイックミラー１
１を通過して、１／１０４　ルックス以下の微弱な光を
も検出することのできるボイド検出器１４により検出さ
れる。このとき、スルーホールボイド欠陥４がスルーホ
ール２の深さのどの位置に発生していても、ボイド欠陥
４の大きさが変化しないかぎり、基材部３ｃからの螢光
は、図２に示すように、ほぼ一定となり、スルーホール
ボイド４の深さ位置にかかわらず、確実にスルーホール
ボイド欠陥４の検出を行うことができる。

【００３５】また、本発明の第１の実施例は、螢光検出
で検出が困難である図３に示すような穴づまり欠陥イを
、照明レーザー光の入射口と反対口に穴づまり検出器１
５を置いて、照明レーザー光が穴づまり欠陥によって反
射され、減光することを検出することにより穴づまり欠
陥の検出を行うことができる。すなわち、図４に示すよ
うに、スルーホール２に穴づまりがある場合、穴づまり
検出器１５からの検出出力は、穴づまりがない場合に比
較して小さなものとなり、これにより、スルーホールの
穴づまりを容易に検出することができる。

【００３６】前述した本発明の第１の実施例によれば、
浅部照明用レーザー光６ａ、深部照明用レーザー光６ｂ
を使用し、これらのエネルギーレベルを制御してスルー
ホールの照明を行うことができるので、スルーホールの
深部をも充分に照明することができ、アスペクト比の非
常に大きいスルーホールの深部に生じているスルーホー
ルボイド欠陥をも確実に検出することができ、また、ス
ルーホールの通過光を検出することにより、穴づまり欠
陥をも検出することができる。

【００３７】図５は本発明の第２の実施例の構成を説明
する図である。図５において、６’はパワーコントロー
ラーであり、他の符号は図１の場合と同一である。

【００３８】図５に示す本発明の第２の実施例は、浅部
照明レーザー光６ａと深部照明レーザー光６ｂとを得る
ために、それぞれ個別のレーザー光源６とパワーコント
ローラー６’とを備えるようにしたものである。

【００３９】このような本発明の第２の実施例によれば
、レーザ光源６からのそれぞれの出力を個別に調整する
ことが可能となり、スルーホールの深さに対してより良
好な照明を行うことができる。

【００４０】図６は本発明の第３の実施例の構成を説明
する図である。図６において、１７は光ファイバーであ
り、他の符号は図５の場合と同一である。

【００４１】図６に示す本発明の第３の実施例は、図５
に示した第２の実施例において、光検出光学系５を構成
するレーザー光源６とビームイクスパンダ８との間を光
ファイバー１７で結合し、浅部照明レーザー光６ａと深
部照明レーザー光６ｂとを、それぞれ光ファイバー１７
を介してビームイクスパンダ８に入力するようにしたも
のである。

【００４２】このような本発明の第３の実施例によれば
、重量物であるレーザー光源６とパワーコントローラー
６’とを、光検出光学系５から分離して任意の場所に設
置することができ、しかも、光検出光学系の軽量化を図
ることができる。

【００４３】前述した本発明の実施例は、いずれも、浅
部照明レーザー光６ａ及び深部照明レーザー光６ｂの２
種類の照明光を使用してスルーホールを照明するとした
が、本発明は、前述の照明レーザー光を、スルーホール
の深さに対応させてさらに多種類とすることができる。

【００４４】前述した本発明の実施例によるスルーホー
ル検査装置を使用して、多数のスルーホール２を有する
多層基板１のスルーホールのボイド欠陥及び穴づまり欠
陥を検査する場合、多層基板１あるいはスルーホール検
査装置を移動制御することにより、順次、スルーホール
位置と、照明光の光軸とを一致させながら検査を行う必
要があるが、この方法については、この発明の範囲外で
あるので、ここでは説明を行わない。

【００４５】但し、本発明によるスルーホール検査装置
が前述のように使用される場合、レーザー光源６を、検
査すべきスルーホール位置と、照明光の光軸が一致した
ときにのみ発光させるようにすることが望ましく、これ
により、基板上の異物による悪影響を避けることができ
、また、レーザー光源の寿命を延ばすことができる。

【００４６】前述した本発明の実施例において、プリン
ト基板の基材が、ポリイミドと低誘電材とにより形成さ
れている場合、レーザー光の波長を５１４．５ｎｍとし
たとき、基材からの螢光は６００〜７００ｎｍであった
。また、前述の実施例により、アスペクト比が３５以上
のスルーホールの検査を行い、確実にボイド欠陥を検出
することができた。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
アスペクト比を有する多層プリント基板のスルーホール
内に発生するスルーホールボイド欠陥及び穴づまり欠陥
を容易にかつ確実に検出することができるので、欠陥を
有するプリント基板の生産を未然に防止することができ
、かつ、コンピュータ等の故障の発生を防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を説明する図であ
る。

【図２】スルーホールの深さに対する浅部照明と深部照
明とによるボイド欠陥検出能力を説明する図である。

【図３】穴づまり欠陥の検出を説明する図である。

【図４】穴づまり欠陥検出時の出力について説明する図
である。

【図５】本発明の第２の実施例の構成を説明する図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施例の構成を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１　　多層プリント基板 ２　　スルーホール ４　　ボイド欠陥 ５　　光検出光学系 ６　　レーザー光源 １４　　ボイド検出器 １５　　穴づまり検出器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　スルーホールのボイド欠陥を通って基
   材部に当ったとき異なる波長帯域の光に変化する特定波
   長帯域の光を照明光として使用し、基材部により変化し
   た前記特定波長帯域の光とは異なる波長帯域の光を検出
   することにより、スルーホールのボイド欠陥を検出する
   スルーホール検査装置において、前記照明光として、ス
   ルーホールの異なる深さ部分を照明する異なる集光焦点
   を有する複数の照明光を使用することを特徴とするスル
   ーホール検査装置。
2. 【請求項２】　　前記複数の照明光は、照明すべきスル
   ーホールの深さに応じて、その強度が制御されているこ
   とを特徴とする請求項１記載のスルーホール検査装置。
3. 【請求項３】　　前記複数の照明光は、特定波長帯域の
   光である１つのレーザー光をハーフミラーにより分割し
   、各光路に異なる焦点距離を有する光学系を備えること
   により、異なる集光焦点を有する複数の照明光とされた
   ものであり、再度合成されて多重のレーザー光集光焦点
   をつくることを特長とする請求項１または２記載のスル
   ーホール検査装置。
4. 【請求項４】　　前記複数の照明光は、複数のレーザー
   光源からの特定波長帯域のレーザー光であり、これらの
   レーザー光の各光路に異なる焦点距離を有する光学系を
   備えることにより、異なる集光焦点を有する複数の照明
   光とされたものであり、合成されて多重のレーザー光集
   光焦点をつくることを特長とする請求項１または２記載
   のスルーホール検査装置。
5. 【請求項５】　　前記特定波長帯域の光とは異なる波長
   帯域の光を検出する検出器として、Ｉ．Ｉ（イメージイ
   ンテンシファイア）と１ドットの大きさが大きいリニア
   イメージセンサーを使用することを特徴とする請求項１
   ないし４のうち１記載のスルーホール検査装置。
6. 【請求項６】　　前記複数の照明光が、スルーホールを
   通過するか否かを検出することにより、スルーホールボ
   イド欠陥と同時に穴づまり欠陥を検出することを特徴と
   する請求項１ないし５のうち１記載のスルーホール検査
   装置。
7. 【請求項７】　　スルーホールを通過する光の検出器と
   して、フォトダイオードを使用することを特徴とする請
   求項６記載のスルーホール検査装置。
8. 【請求項８】　　前記特定波長帯域の光は、検査すべき
   スルーホールの位置に照明光の光軸が一致したときとき
   だけ、発光するように制御されることを特徴とする請求
   項１ないし７のうち１記載のスルーホール検査装置。