JPH065244B2 - 導通形成検査装置 - Google Patents

導通形成検査装置

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JPH065244B2
JPH065244B2 JP62258197A JP25819787A JPH065244B2 JP H065244 B2 JPH065244 B2 JP H065244B2 JP 62258197 A JP62258197 A JP 62258197A JP 25819787 A JP25819787 A JP 25819787A JP H065244 B2 JPH065244 B2 JP H065244B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体のプリント配線基板回路の実装状態の
導通形成検査装置に関する。
本発明は特に回路部品の端子と基板導体のハンダ等によ
る導通形成の不良の検出技術に関する。
特にチップ部品フラットパッケージＩＣ部品等を用いた
目視触診が困難であるか又は画像情報処理技術の兼用が
困難な高密度実装回路等の検査技術に関する。
本発明はレーザー応用計測、特に光熱弾性波発生の応用
及び光振動プローブの応用技術に関する。
（従来の技術） 従来は半導体のプリント配線基板回路はハンダ付不良に
関する良い検査方法はなく目視に代わるものとして画像
情報処理による方法、滑らかなハンダ濡面による特有の
レーザー反射を用いる方法が行われている。
（発明が解決しようとする課題） ハンダ付不良に正確に対応する導通形成検査の判定基準
がない。触診に代わるハンダ付の強度の判定、例えば一
時的電気導通はあるが故障の可能性を含む種類の不良の
検出を目的とするハンダ付の強度の判定に関しては全く
自動化の試みがない。
一方に於て、レーザー応用計測の一分野として光熱歪及
びそれにもとづく弾性波の発生に関しては、熱拡散率の
測定(G.Rousset,et.al.,JournalofAppl.Phys.54,2383(1
983))，層状材料の非破壊検査(G.Rousset,et.al.,Journ
al of Apol.Phys.57,4396(1985)),P.Cielo,et.al.,App
l.Opt.25,1327(1986)，薄板試料の欠陥検出(K.Hane,T.K
anie,S.Hattori.Appl.Opt.submitted)に関する研究報告
がなされているが、ハンダ不良の検出への応用を目的と
したもの、またはその可能性について言及したものは現
在まで全く報告されていない。
（課題を解決するための手段） 本発明は半導体のプリント配線基板回路の実装状態の導
通形成検査の判定基準を確立するための手段を提供する
ものである。
本発明は第１のレーザーの光束を検査さるべき基板又は
部品の第１の点に集光する手段と、前記第１のレーザー
の光束を変調する手段と、第２のレーザーの光束を、前
記第１の点に近接する検査されるべき基板又は部品の第
２の点に集光する手段と、前記第２の点からの前記第２
のレーザー光束の散乱光束中の前記変調手段の変調周波
に関わる成分を光検出する手段と、上記変調周波成分か
ら、前記第１の点で発生する光熱弾性波の強度を検出す
る手段と、第１の点から第２の点へ向かっての前記光熱
弾性波の伝播状況とから部品の基板に対する導通形成の
良否を判定する手段とよりなり、前記導通形成の良否を
判定する手段は前記第２の点からのレーザー光束の散乱
光束中の変調成分を光検出した成分を、発振器よりの参
照信号と比較するロックインアップを具備して成ること
を特徴とする導通形成検査装置にある。
本発明の更に他の手段は、第１のレーザーの光束を検査
さるべき基板又は部品の第１の点に集光する手段と、前
記第１のレーザーの光束を変調する手段と、第２のレー
ザーの光束を、前記第１の点に近接する検査されるべき
基板又は部品の第２の点に集光する手段と、前記第２の
点からの前記第２のレーザー光束の散乱光束中の前記変
調手段の変調周波に関わる成分を光検出する手段と、上
記変調周波成分から、前記第１の点で発生する光熱弾性
波の強度を検出する手段と、第１の点から第２の点へ向
かっての前記光熱弾性波の伝播状況とから部品の基板に
対する導通形成の良否を判定する手段と、前記第２のレ
ーザー光束の一部分を回折格子により分割し基板又は部
品の第２及び第３の点に集光する手段とよりなり、前記
変調周波に関わる成分を検出する手段が前記第２の点か
らの散乱光束と前記第３の点からの散乱光束の干渉強度
の時間変化成分と前記変調周波による成分とを同期検出
する手段を具備し、前記導通形成の良否を判定する手段
は前記第２の点からのレーザー光束の散乱光束中の変調
成分を光検出した成分を、発振器よりの参照信号と比較
するロックインアップを具備して成ることを特徴とする
導通形成検査装置にある。
本発明の第１の目的は、集光された変調レーザービーム
によって微小点に光熱弾性波を発生する手段とレーザー
ビームによって他の微小点の弾性波を検出する手段とに
よって導通形成の欠陥を弾性波の発生・伝播特性の差に
よって検出する方法を提供することにある。
この方法は導通形成の良否をその機械的強度によって判
定する自動実装検査技術としては最初のものである。
回路基板はきわめて複雑な弾性波の発生・伝播特性を有
しているが、弾性波の発生点・検出点を検査すべき導通
形成の近くに適切に選定することによって導通形成の良
否をきわめて明確に判定出来ることを明らかにしそれの
実現方法を提供した点に本発明の特徴があり、従来の光
学的自動検査法に比べて顕著な効果がある。特に実装密
度の高い回路基板に於て、或は導通形成点が部品と基板
との間の外部から直視しえない点に於て有効な検査をな
しうる点に於ても画期的なものである。
本発明の第２の目的は、第１の目的に沿って、もう少し
限定した場合について機械的強度と弾性波の発生・伝播
特性の関係を明確にし、適切な弾性波の発生・検出点の
選定法を提供することにある。
(1)導体片の一端が部品に支持されている場合又は微小
部品の一端がハンダ付によって基板に支持されている場
合その導体片又は微小部品の共振周波数は他端のハンダ
付の強度の変化にもとずく支持剛性の変化によって大き
く変化する。例えば他端が自由端である場合には異常に
強く振動が励起される。此等の場合、弾性波の発生点と
検出点を共に導体片又は微小部品上に選定することによ
って有効に導通形成の良否を判定することができる。
(2)弾性波発生用レーザーの変調周波数を高くとると
き、弾性波の減衰率は大きくなり、弾性波の伝播は最短
経路を通るものが最優勢となる。弾性波の発生点と検出
点を導通形成点を挟んでその近くに選定するとき、導通
形成の機械強度が弱い場合にはそこを通る弾性波は大き
な減衰を受けるので検出強度の変化から容易に導通形成
の良否を判定することができる。
上述のように本発明の適用に於て弾性波の発生・検出点
の選定は本質的に重要なことであり、上述の特定の場合
には不良箇所の同定が極めて確実となる利点がある。
本発明の第３の目的は、弾性波の検出感度の向上に関す
るものである。弱いレーザーによって発生する光熱弾性
波振幅は１〜1000pm（３×10-7光波長〜３×10-3光波
長）程度の微弱なものである此等の微小弾性波振幅のレ
ーザープローブによる検出については各種の提案がなさ
れているが、本発明では高密度実装回路のごとき複雑な
検体に適用しうるような方法として次のものを提案す
る。
(1)レーザービームの散乱光の作るスペクトルパターン
は散乱体の運動を拡大して変動する振幅をＸとすれば、
その光量の変化率はπＸ／λである。受光面積をスペク
トルパターンの面積と一致させうる場合にはスペクトル
像の時間変化を用いて弾性波振幅を検出する方法は検体
の状態に依らず適用でき、しかも検出感度の高い方法で
ある。
(2)検体のエッヂ又はみぞ状の刻印部に検出光を幅δで
集光しうるときレーザービームの散乱光はエッヂ又はみ
ぞに垂直な面内に集中し、その光量変化はＸ×δであ
る。エッヂ又はみぞの方向が予知されている場合には散
乱光量の多くの部分を集めることができるから、このよ
うな場合エッヂ性散乱光の時間変化を用いる弾性波振幅
の検出方法は感度が良く、微小部品の集合である検体に
ついてエッヂ性散乱を用いる方法の適用状態である場合
が多い。
(3)波面分割されて後、散乱物体の異なる２点に集光さ
れたレーザー光からの散乱光束の干渉は、２点内の距離
を弾性波の波長に近く選定し、且つ波面分割から波面合
成に到るまでの２光束の光路差を1/4光波長に選定する
ことができるときは極めて高感度の弾性波振幅の検出法
を与える。弾性波の波長が長い場合であっても実装密度
の高い基板回路に於て、弾性波を局所的に発生しうる場
合には不動点を容易に選定でき、不動点に対する振動振
幅を測定することができ、弾性波の検出としては極めて
適切である。
上述のように本発明の１つの特徴は検体の状態に応じて
検出感度の高い方法を選択する方法を提案することにあ
る。
本発明の付帯的目的の第１は、弾性波の発生用と検出用
とに用いられるレーザー光の波長を異なった波長に選択
することによって弾性波発生用レーザー光の変調部分の
一部が検体以外の物体によって散乱されて受光器によっ
て検出されることを防止することにある。上述のように
検出用レーザー光の弾性波存在によって変化する部分は
極めて小さい。弾性波発生用レーザーの一部が受光器に
よって検出されることは大きな妨げとなる。このような
事情のもとに、両レーザーの波長を異なるものに選定
し、狭帯域フィルターを用いて両波長を分離して検出す
ることは極めて有用な手段である。
本発明の付帯的目的の第２は、本発明による導通形成の
良否の判定に於て、検出される弾性波の強度の基準を作
る方法に関する。高密度実装基板回路に於て本発明の方
法によって発生される弾性波振幅のレベルは極めて広い
範囲にわたり基準レベルの設定ないし導通形成の良否を
判定することは困難である。
弾性波発生点と検出点との導通形成の良否を判定すべき
点に対する相互関係が、弾性波の発生又は伝播状況が導
通形成の良否によって影響される強度の異なる二組にわ
たって選定され、その二組の間で弾性波振幅が比較され
る必要がある。二組の測定が同時測定でない限り、二組
の測定の間で起こりうべき偶然の状況変化によって二組
の測定の関係が影響されていないことを知る方法も含め
て、弾性波発生点と検出点との相互関係を掃引するとい
う本発明の提案は極めて有効である。
本発明はハンダ付による導通形成に於けるハンダ付濡れ
の検出に極めて有効であるが、ハンダ付によらない、例
えば超音波接着による導通形成の場合に於ても有効であ
る。
（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
第１図は導通形成検査装置の基本的構成を示す。第１の
レーザー１から出たレーザー光をチョッパー２により変
調し、部品３の上の一点に照射する。吸収された光の大
部分は熱となり、チョッパー２の変調周波数に同期した
熱弾性歪が発生する。熱弾性歪は弾性波として部品３あ
るいは基板４を伝播していく。伝播してきた弾性波を第
２のレーザー５の反射光の変化により検出する。反射光
は光検出器６に入射する。受光された光量のうちチョッ
パー２の変調周波数に同期した成分をロックインアンプ
７により高感度に同期検出する。また変調信号は発信器
８から参照信号としてロックインアンプ７に供給され、
同時にチョッパー２へも送られている。
次に第１及び第２のレーザーの照射点の位置関係につい
て述べる。レーザー照射点の位置関係は、(1)両方が部
品上にある場合、(2)部品と基板上にある場合、(3)両方
が基板上にある場合の３つに分けられる。第２図は両方
の照射点が部品３の上にある場合を示している。この場
合ハンダ付が不良な点においては支持剛性の低下によ
り、熱弾性波のために大きな振動が生じる。そのためハ
ンダ付の不良な点で大きな信号が得られる。第３図のよ
うに部品３と基板４上に第１のレーザー１と第２のレー
サ５が別々に照射されている場合は、ハンダ付の不良に
より光熱弾性波の伝播が妨げられるので、第２図の場合
とは逆にハンダ付の不良な点ではハンダ付の良好な点に
比較し小さな信号が得られる。両方のレーザー光の照射
点が基板上にある場合については図に示していないが同
様にしてハンダ付の不良な点が検出できる。
次に光熱弾性波を検出するための光学系について以下に
述べる。第２レーザーの照射点が鏡面に近いような滑ら
かな面である場合には、第１図のように第２のレーザー
５の反射光はビーム状になる。光熱弾性波の伝播に伴う
微小変位によりビームの偏向が生じる。このため光検出
器６上のビームスポットが移動し、受光される光量の変
化として光熱弾性波が検出される。しかしながら一般の
部品や基板の表面は粗面である場合が多い。粗面へレー
ザービームを照射すると第４図に示すように、粗面９で
散乱された光によりスペクトルパターンが観測面10の上
に生じ、光熱弾性波により生じた変位により観測面10上
でスペクトルパターンの微少な移動が生じる。この時、
スペクトルの大きさ程度の面積の光検出器を用いると光
熱弾性波の検出が効率良く行える。また第５図に示すよ
うな部品３のエッヂを有効に利用し、そのエッヂ回折散
乱光11を検出する場合、比較的高い検出感度が得られ
る。
さらに光熱弾性波を検出する方法として、干渉計を利用
した測定法の概略図を第６図に示す。第１のレーザー光
源１を部品３の一点に照射し弾性波を発生させる。発生
した弾性波を二光束干渉計を用いて検出する。この干渉
計では、第２のレーザー光源５から出た光を回折格子12
により二光束に分離し、レンズ13を通して部品３及び基
板４の上に集光させる。反射された光は入射の場合と逆
の光路を通りビームスプリッタ14により光検出器６に導
かれ、干渉強度が測定される。ただし第６図では簡単の
ために変調器、発信器、ロックインアンプは描かれてい
ない。この干渉計は、分離した二光束の光路が近接して
いるために外部散乱の影響を受けにくく、高感度に光熱
弾性波が検出できる。また、二光束をレンズを用いて点
状に集光させているので反射面が粗面であっても、レー
ザー光の波面の乱れが少なく十分な干渉強度が得られ
る。微小変位測定においては検出強度が最大になるよう
に波面の位相を調節する必要がある。ここでは二光束の
うちの一方の光路にガラス板を用いた位相補償器15を挿
入し、その傾きフィードバック制御することで光路差を
最適に保っているので安定に変位が検出できる。この干
渉計を用いて、第１図と同様な方法により光弾性波の高
感度な検出ができる。
次に測定結果の一例を第７図に示す。第１図に示したよ
うな測定系において第４図に示したスペクトルパターン
を検出する方法で測定した場合に得られた結果である。
第１のレーザー光源１としては、波長830nmの半導体レ
ーザーを用い、第２のレーザー光源５としては波長633n
mのHe-Neレーザーを用いた。またレーザー光の照射位置
は第２図で述べたように両方のレーザー光が部品３の上
にある場合である。第１のレーザー光源１は部品３の足
の根元に照射し、第２のレーザー光源は足の先に照射し
ている。二つのレーザー光を基板に対して相対的に走査
することにより、部品の４本の足のハンダ付を検査し
た。第１及び第２のレーザーの出力はそれぞれ約20mwと
1mwである。図の縦軸は信号の振幅強度を示している。
横軸は走査した距離を示している。四つの曲線16、17、1
8、19はそれそれ測定した４本の部品の足に対応してい
る。ここで曲線17はハンダ付の不良な足の測定結果を示
している。ハンダ付の良好な場合の他の三つの曲線と比
較してその強度がかなり大きくなっている。これはハン
ダ付の不良のために、光熱弾性波により大きな振動が生
じていることを示している。これらの信号強度の差はハ
ンダ付不良の検出に十分な大きさである。
（発明の効果） 本発明の方法は導通形式の良否をその機械的強度によっ
て判定する自動実装検査技術としては最初のものであっ
て、回路基板はきわめて複雑な弾性波の発生・伝播特性
を有しているが、弾性波の発生点・検出点を検査すべき
導通形式の近くに適切に選定することによって導通形成
の良否をきわめて明確に判定出来ることを明らかにしそ
れの実現方法を提供した点に本発明の特徴があり、従来
の光学的自動検査法に比べて顕著な効果がある。特に実
装密度の高い回路基板に於て、或は導通形成点が部品と
基板との間の外部から直視しえない点に於て有効な検査
をなしうる点に於ても画期的なものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は導通形成検査装置の基本構成図、 第２図は第１及び第２のレーザー光の照射点が部品上に
ある場合の照射位置の説明図、 第３図は第１及び第２のレーザー光の照射点がそれぞれ
別々に部品あるいは基板上にある場合の照射位置の説明
図、 第４図はスペクトルパターン発生状態の説明図、 第５図はエッヂ回折性散乱の説明図、 第６図は干渉計を用いた導通形成検査の回路構成図、 第７図はハンダ付不良の測定例を示す信号強度位置との
関係を示す波形図である。 １…第１のレーザー、２…チョッパー ３…部品、４…基板 ５…第２のレーザー、６…光検出器 ７…ロックインアンプ、８…発信器 ９…粗面、10…観測面 11…エッヂ回折散乱光、12…回折格子 13…レンズ 14…ビームスプリッター 15…位相補償器 16,18,19…ハンダ付が良好な場合の測定値 17…ハンダ付が不良な場合の測定値

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１のレーザーの光束を検査さるべき基板
    又は部品の第１の点に集光する手段と、前記第１のレー
    ザーの光束を変調する手段と、第２のレーザーの光束
    を、前記第１の点に近接する検査されるべき基板又は部
    品の第２の点に集光する手段と、前記第２の点からの前
    記第２のレーザー光束の散乱光束中の前記変調手段の変
    調周波に関わる成分を光検出する手段と、上記変調周波
    成分から、前記第１の点で発生する光熱弾性波の強度を
    検出する手段と、第１の点から第２の点へ向かっての前
    記光熱弾性波の伝播状況とから部品の基板に対する導通
    形成の良否を判定する手段とよりなり、前記導通形成の
    良否を判定する手段は前記第２の点からのレーザー光束
    の散乱光束中の変調成分を光検出した成分を、発振器よ
    りの参照信号と比較するロックインアップを具備して成
    ることを特徴とする導通形成検査装置。
  2. 【請求項２】前記第１及び第２の点が共に同一の部品上
    にあり、前記部品の検査さるべき導通形成点の強度の低
    下による前記部品の支持剛性の低下にもとづく前記第１
    の点で発生する光熱弾性波の強度の大小を検出する手段
    とによって前記部品の導通形成の強度の低下を判定する
    手段を具備するよう構成した特許請求の範囲第１項記載
    の導通形成検査装置。
  3. 【請求項３】前記第１の点が部品上に、第２の点が基板
    上にあるか又は前記第１の点が基板上に、第２の点が部
    品上にあり、前記第１の点で発生する光熱弾性波が強度
    の低下した前記部品の検査さるべき導通形成点を通過す
    ることによる減衰の有無を検出する手段と、導通形成の
    強度の低下を判定する手段とよりなり、前記導通形成の
    良否を判定する手段は前記第２の点からのレーザー光束
    の散乱光束中の変調成分を光検出した成分を、発振器よ
    りの参照信号と比較するロックインアップを具備して成
    る特許請求の範囲第１項記載の導通形成検査装置。
  4. 【請求項４】前記変調周波に関する成分を検出する手段
    が前記第２のレーザー光束の散乱光束のスペクトル像の
    時間変化の前記変調周波による同期検出によるものであ
    る特許請求の範囲第１項記載の導通形成検査装置。
  5. 【請求項５】前記変調波に関する成分を検出する手段が
    前記第２のレーザー光束のエッヂ回折性散乱光束の時間
    変化の上記変調周波による同期検出によるものである特
    許請求の範囲第１項記載の導通形成検査装置。
  6. 【請求項６】第１のレーザーの光束を検査さるべき基板
    又は部品の第１の点に集光する手段と、前記第１のレー
    ザーの光束を変調する手段と、第２のレーザーの光束
    を、前記第１の点に近接する検査されるべき基板又は部
    品の第２の点に集光する手段と、前記第２の点からの前
    記第２のレーザー光束の散乱光束中の前記変調手段の変
    調周波に関わる成分を光検出する手段と、上記変調周波
    成分から、前記第１の点で発生する光熱弾性波の強度を
    検出する手段と、第１の点から第２の点へ向かっての前
    記光熱弾性波の伝播状況とから部品の基板に対する導通
    形成の良否を判定する手段と、前記第２のレーザー光束
    の一部分を回折格子により分割し基板又は部品の第２及
    び第３の点に集光する手段とよりなり、前記変調周波に
    関わる成分を検出する手段が前記第２の点からの散乱光
    束と前記第３の点からの散乱光束の干渉強度の時間変化
    成分と前記変調周波による成分とを同期検出する手段を
    具備し、前記導通形成の良否を判定する手段は前記第２
    の点からのレーザー光束の散乱光束中の変調成分を光検
    出した成分を、発振器よりの参照信号と比較するロック
    インアップを具備して成ることを特徴とする導通形成検
    査装置。
  7. 【請求項７】前記第１のレーザー光束と前記第２のレー
    ザー光束との波長の相異成分の検出手段を具備すること
    によって前記第２のレーザー光束の散乱光束を検出する
    手段が第１のレーザー光束の変調周波成分の影響を受け
    ることを防ぐ手段を具備することを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の導通形成検査装置。
  8. 【請求項８】前記第１の点、あるいは第２の点、あるい
    は両者の、検査さるべき導通形成点に対する相対位置を
    走査する手段を具備してなり、前記変調成分の変化が検
    査さるべき導通形成点の強度と正しく比例関係にあるよ
    うにする補正手段を具備することを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の導通形成検査装置。
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