PCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 1

測定

PCB

測定・解析

Sensofar 3D計測ソリューションによる
PCB品質管理の向上

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プリント基板 (PCB) の製造には、最終的なパフォーマンスに大きな影響を与える可能性のある多くの重要な工程が含まれます。PCB において表面仕上げや重要な寸法は、その機能を決定する重要な要素です。そのため、PCBの製造環境では、クリーンルームや正確なデポシションおよび組み立て方法など、厳しい製造条件が必要となります。

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製造プロセス全体を通じて、X線特性評価、欠陥の2D検査、SEMイメージング、3D光学計測などのさまざまな技術を使用してPCBの特性が評価されます。3D光学計測における20年以上の経験を持つSensofarは、PCBの品質管理に最適なソリューションを提供することに注力してきました。
Sensofarの光学面計測顕微鏡は、自動化された測定および解析プロセスを提供し、サンプル介入の必要性を排除します。
Sensofarでは、標準的か特異的かに関わらず様々なパッド形状を測定できるSensoPROソフトウェアのように、標準的なソリューションだけでなく特殊なソリューションも提供します。
こ の 資 料 で は 、こ れら の プ ロ セ ス の 詳 細 な 概 要 を 説 明し、Sensofarが測定から解析に至る表面特性評価の専門知識をどのように活用して優れたPCB品質管理を提供しているかを紹介します。

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銅の前処理
銅の密着性: PCBパネルの表面仕上げの向上

56

ラベルプリント
レーザーマーキングラベル評価

1920

フォトリソグラフィ (イメージングプロセス)
レジスト透過イメージング: エッチングとめっきプロセスのモニタリング
レジスト除去後の最終検査

7

電気的試験
プローブマークを通して内部問題の検出

2122810

ビアドリリング
レーザードリリング: レーザーの最適化
ビアの品質管理: 信頼性の高い効率的な接続

111213コンポーネントアセンブリ
チップとPCB間の接着剤評価
ワイヤボンディングⅠ: ケーシング互換性
ワイヤボンディング II：金属間化合物（IMC）
カバー率24252627

パッケージ準備
ボードの平面度
接着剤塗布の最適化

282930

ビアフィリング
充填ビアの検査: ディンプル欠陥

1415

ソルダーマスクプリント
ソルダーマスク工程後のチェックポイント: PCB素子の検査

1616

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銅の前処理
PCBは一般的に、銅、グラスファイバー、複合エポキシまたはその他のラミネート材の薄いボードで構成されます。銅層とグラスファイバー層を貼り付けた後、パネルは銅の表面仕上げを変化させ接着特性を高めることを目的とした化学処理を施します。 このステップは、高品質のPCBを製造するための製造プロセスの次のステップであるフォトリソグラフィーでフォトレジストが基板に均一に成膜されることを保証するため、非常に重要です。

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銅の前処理

銅の密着性: PCBパネルの表面仕上げの向上
白色干渉計は、ナノメートルスケールで平面を測定するための最も正確な技術です。独自の低コヒーレンス走査干渉計（CSI）
アルゴリズムと 50 倍ミロー
レンズを組み合わせることで、高精度で信頼性の高い結果が得られます。
自動化モジュールの機能により、プレート上のさまざまな位置で粗さを測定するレシピを定義できます。これにより、表面仕上げを総合的に理解し、さらに注意が必要な領域を特定することができます。
ISO25178規格に従って計算された粗さパラメータは、密着力を評価するために不可欠です。実際に、パネルの表面仕上げに関する情報が得られ、ユーザーはフォトリソグラフィープロセスを最適化し、最高品質のプリント基板の製造が可能になります。SensoPRO、SensoVIEW、SensoMAPなどの様々な解析ツールが使用可能で、粗さパラメータを計算するための自動ソリューションを提供しています。ソフトウェアの選択は、必要となる出力方式と解析機能によって異なります。

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フォトリソグラフィ（イメージングプロセス）
PCB メーカーは、通常フォトリソグラフィやめっきプロセスを使用してIC基板の内部回路を形成します。 フォトリソグラフィープロセスでは、フォトレジスト層が銅箔の上に選択的に成膜された後、マスクを使用してUV光に露光されます。UV光に露光されなかったフォトレジストの領域は現像プロセス中に除去され、その後、特定の方法に応じて、露出した銅が除去（エッチングプロセス）または、析出（めっきプロセス）されます。

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フォトリソグラフィレジスト透過イメージング:
エッチングとめっきプロセスのモニタリング
めっき工程で銅を析出させた直後、またはエッチング後に銅を除去した直後、製造業者にとって、形成された銅トレースの高さと幅を評価することは不可欠です。これはPCBとIC基板に適用されますが、Sensofarは後者の測定に重点を置いています。
この段階で測定することで、製造業者は、めっきかエッチングかに応じて、銅の析出や除去をいつでも柔軟にモニターできるようになります。この時点では、開発されたレジストはまだ除去されていないため、望ましい結果が得られるまでエッチングまたはめっきを継続することができるため、この柔軟性は非常に有益です。
従来は、製造された回路トラックを評価するために、各パネルから集積回路（IC）基板を1枚ずつ切り取る必要がありました。非接触プロフィロメーターを使用すれば、ダメージを与えることなく、レジストを通して銅をイメージングできるため、このような無駄を省くことができます。

共焦点白色干渉計

S neox システムに搭載された白色干渉計や共焦点技術は、フォトレジスト樹脂のような光学的に透明なフィルムを通して測定することができます。
白色干渉計技術は、PPフォトレジスト材料に最適な一方、共焦点技術はドライフィルムに適しています。その理由は、それぞれのフォトレジストが一般的に成膜される厚さにあります。
ドライフィルムの層は数ミクロンから数十ミクロンです。対照的に、PPフォトレジストの厚さはコンマ数ミクロンから数mmに及びます。

レジスト膜厚PCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 9

白色干渉計

しかし、それだけではなく、この工程では、樹脂は部分的に現像され、ある部分の銅は覆われ、残りの部分では露出します。露出した部分は、銅が析出／除去される部分となります。
標準的な厚みアルゴリズムは、トポグラフィのレジストに覆われた部分のみを画像化し、銅が露出した部分のデータを除外するため、混乱を引き起こす可能性があります。Sensofarの白色干渉計と共焦点は、露出している部分と露出していない部分の両方を画像化するユニークなオプションがあり、銅トレースの高さを評価し、製造工程においてより良い歩留まりを達成することができます。
注目すべき興味深い点は、樹脂サプライヤーもまた、最初の現像後の樹脂を定量評価するために、樹脂の厚さを測定・解析するこの光学的形状測定技術を利用していることです。
解析については、SensoPROが、高い柔軟性と特殊性を提供するプラグインベースのデータ解
析アルゴリズムを備えた高速な品質管理ソフトウェアであり、非常に強力なツールです。
SensoPROトレースプラグインは、トレースを自動的に検出し、内部回路トラックの高さ、幅、距離などのパラメータを計算するように設計されています。

共焦点測定
解析

トレース

PCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 10測定

フォトリソグラフィレジスト除去後の最終検査
PCB製造工程でのレジストの除去は、銅に対して潜在的なリスクや影響を与える可能性があります。一方で、レジストの剥離は、銅トレースの信頼性と品質に影響を与える可能性があるため、注意深く管理される必要があります。もう一方では、フォトレジスト材料の残留物や汚染物が銅表面に残らないよう、効果的に行わなければなりません。これらの残留物は、後の工程で層の接着に影響を与えたり、電気的な問題を引き起こしたり、完成したPCBの信頼性問題につながる可能性があります。
再度、回路を光学的に撮像し、すべてが正常であることを確認します。
トレースの幅、パッドの半径、深さはすべて、SensoVIEWで測定されます。SensoVIEWはSensofarのすべてのプロファイラに付属しているソフトウェアで、粗さと寸法評価のための一連のツールを提供します。寸法の評価用のアシストツールにより、輪郭（2D画像）とプロファイル（1D）を迅速かつ多目的にチェックすることができます。

解析

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ビアドリリング

ブラインドホール

パネルには、アライメントに不可欠なレジストレーションホールと、レイヤーやコンポーネント間の接続であるビアを形成するために穴が開けられています。

スルーホールビアについては、スルーホール技術（THT）と表面実装技術（SMT）が、基板に部品を取り付ける最も一般的な2つの方法です。具体的には、スルーホール
ビアはTHTに使用され、PCBボードの全幅を貫通する。一方、ブラインドビアはSMTに使用され、異なる層の内部回路を接続するためにパネルに一定の深さまでの穴をあけます。
Sensofarの光学式プロフィロメータは、ホールの加工方法と基板に形成されたホールの特性評価に繰り返しも利用され、正確で精度の高い結果を保証しています。

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測定
ビアドリリング

レーザードリリング:
レーザーの最適化

解析

ビアもレジストレーションホールも、ドリルかレーザーにより形成します。
レーザー穴あけの場合、PCBで動作させる前に、レーザーが正しく機能することを確認するた
め、エラーが目立ちやすいプラスチックのような柔らかい素材にテスト穴をあけます。
テストプロセスでは、穴の上部と底部の中心間の距離や偏心などのパラメータが計算され、適切なアライメントが確認されます。さらに、レーザー出力の均一性を校正するために、穴の底のくぼみ（または谷）の高さが評価されます。
このプロセスを支援するために、SensoPROレーザー
ホールプラグインと呼ばれる特別なプラグインがあり、先に述べたパラメータやその他のパラメータも計算することができます。

レーザーホール

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アスペクト比最大 1:20
白色干渉計

測定

解析

ビアドリリング

ビアの品質管理:信頼性の高い効率的な接続
スルーホールを測定する技術はサンプルの粗さに基づいて選択されますが、ブラインドホールの場合は常に白色干渉計で測定されます。この光学技術は、アスペクト比が非常に高い場合に発生する低反射率条件で優れた性能を発揮します。実際、
S neoxはアスペクト比1:20までのホールを測定することができました。解析においては、SensoPROホールプラグインを使用して、19のパラメータでビアを特性評価することができ、公差を設定すれば合否レポートを得ることができます。

ホール

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ビアフィリング
多くの場合、ホールは様々な目的のために導電性または非導電性の材料で覆われたり、マスクされたり、充填されたりします。例えば、過熱が懸念されるPCBでは、ホールを熱伝導材料で埋めて放熱器として機能させ、基板から熱を放散させます。

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測定
解析
ビアフィリング

充填ビアの検査:
ディンプル欠陥
ビアを充填する際、充填材に過不足があると「ディンプル」が生じることがあります。ディンプルの高さは、接続点となる充填穴にとって非常に重要です。PCB業界ではこのような問題が多く発生しているため、Sensofar
ではディンプルを自動的に検出して高さデータを提供するSensoPROディンプルプラグインを提供しています。また、SensoPROディンプルTプラグインは、
トポ
グラフィ上の接続点に対応する円内のディンプルを正確に識別し、解析することができます。

ディンプルTPCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 16

ソルダーマスクプリント
PCB上のすべての層を積層した後、一般にソルダーマスクとして知られる絶縁樹脂を塗布し、酸化やほこりから基板を保護します。一般的に緑色のソルダーマスクは、パッドなどの特定の領域を除いて、硬化させるために紫外線にさらされます。

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ソルダーマスク工程後のチェックポイント:
PCB素子の検査
Sensofarは、ソルダーマスク塗布後の様々な測定値を自動的に取得・解析するための包括的なソリューションを提供しています。

ビア

ビアの重要な寸法は、製造工程のこの段階で再チェックするのが一般的です。SensoPROホールまたはRホールプラグインは、それぞれ長方形または円形のホールの測定によく使用されます。

層の厚み

マルチ段差プラグインのような当社のソリューションにより、PCBのカバーされていない部分の高さを計算することで、積層された層が適切な厚さであることを保証し、高いレベルの品質管理を提供します。

無はんだ接続同心度Aプラグインを使用すると、無はんだコネクタのような特別なコネクタの特性評価が簡単に行えます。コネクタを構成する円の寸法と同心度が計算され、信頼性の高い接続が保証されます。

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金端子

金端子は、PCBの端とマザーボードの間のコネクタとして機能します。金端子の表面粗さの値は、その電気的性能の指標となります。マルチレシピ測定（MMR）機能により、各金端子ごとに1つの視野で測定し、表面粗さ計算のためにデータをSensoPRO表面粗さプラグインにエクスポートすることができます。

ソルダーマスクペースト

2 つ の パッド 間 のソ ル ダ ー マ スクペ ー スト
は 、は ん だブリッジの 形 成を防ぐ構 造 です。
SensoPROレジストブリッジプラグインは、これらの構造を自動的に認識し、解析します。

パッド

SensoPROで使用可能な一連のパッドプラグインは、一般的なもの、特殊なものを含む、様々なパッド形状の重要な寸法を解析することができます：パッド、Lパッド、Rパッド、Xパッド、サークルパッド、スクエアパッドプラグインがあります。

ソルダーマスクレジスト

P C B の 内 部 回 路 は 、製 造 工 程 で 徹 底 的 にチェックされます。一つの標準的なチェックポイ
ントは、ソルダーマスクレジストの塗布後であり、SensoPROのソルダーマスクプラグインを使用することで、簡単に評価することができます。PCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 19

ラベルプリント
レーザーマーキングは、その高い精度と耐久性により、PCBにラベルを施すための一般的な技術です。従来の印刷方法とは異なり、レーザーマーキングでは集光ビームを使用してPCB表面上に高コントラストのマークを形成します。このマークは、局所的な加熱、アブレーション、溶融によって表面材料の色や質感を変化させることで実現します。

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ラベルプリント

レーザーマーキングラベル評価
レーザーマーキングの潜在的な問題の一つは、マーキングプロセス中に発生する熱であり、近接する部品へのダメージやセンシティブな材料の性能に影響を及ぼす可能性があります。この場合、非接触光学式プロファイラから得られるトポグラ
フィデータは、ラベル内の最高と最低の高さを抽出するために重要で、レーザーマーキングによるラベルの品質を保証する情報を提供します。

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電気的試験
P C Bは電 子デバイスやシステムの 基 盤として機能するため、その電気的機能性と信頼性を検証することが不可欠です。電気的試験では、PCBをさまざまな電気刺激にさらし、その性能を評価します。この試験を実施するために、プローブまたはテストピンはPCB表面の試験ポイントまたはパッドと物理的に接触します。このとき、パッドにプローブマークが残りますが、その深さや大きさは、加えられた力やPCB表面の硬さなど、さまざまな要因に左右されます。

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白色干渉計

測定
解析
電気的試験

プローブマークを通して内部問題の検出
電気的試験の工程により接続部にプローブマークがつくことがあります。検査用プローブの圧力が高すぎると、接続部が損傷することがあります。損傷レベルを評価するために、プローブマークの深さが指標となります。この場合、Z分解能が重要であるため、白色干渉計はデータ取得に最適な技術です。
条件に応じて、さまざまな解析ソリューションがあります。1つ目は、SensoPROプローブマーク深さプラグ
インで、長方形やL字型のパッド内のプローブマークを識別し、最も深いピットの深さを出力します。

プローブマーク深さPCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 23

2つ目の条件は、BGA（Ball Grid Array）コネクタの特性評価です。このタイプのコネクタでは、一部のバンプは電気的に試験されますが、他のバンプはテストされません。プローブ試験をされると、バンプはプローブピンの圧力によって高さが減少します。
接続を確立するには、すべてのピンの高さが同じでなければなりません。SensoPROバンププラグインのコプラナリティパラメータは、すべてのバンプの平均高さと個々のバンプの高さの差を検出して計算し、グリッドの均一性を測定できるように設計されています。

バンプ

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コンポーネント
アセンブリ
PCBのアセンブリプロセスには、PCBアセンブリの構造的信頼性と電気的接続を保証するいくつかの段階が含まれます。
チップの取り付け:回路設計に従ってチップを配置すると、接着剤を塗布して機械的サポートし、後のプロセス中およびPCBの寿命全体にわたってコンポーネントの安定性を確保します。
ワイヤボンディング:このステップでは、チップの電気回路がPCBの導電性トレースに接続されます。これには、細いワイヤを使用して、チップの接続パッドとPCB上の対応する接点との間に電気的な接続を確立することが含まれます。
パッケージング:ワイヤボンディングが完了すると、アセンブリ全体がカプセル化またはパッケージ化されます。このプロセスには、湿気や埃などの外部要因からコンポーネントを保護するためにコンポーネントとワイヤボンディングを覆うことが含まれます。

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リングライト使用

Ai焦点移動測定
コンポーネントアセンブリ

チップとPCB間の接着剤評価
接着剤のフィレットの高さと幅は、デバイスの最適な機能を決定する上で重要な役割を果たします。フィレットが高すぎると、ダイの電気的性能に影響を及ぼす可能性があります。
しかし、接着剤のような半透明のサンプルをイメージングすることは、その高い勾配（75度以上）とともに、計測にとって大きな課題となります。この課題に対処するため、傾斜した部分を画像化する最高の能力を持つ技術であるアクティブ照明焦点移動技術が、傾斜部分で信号を増加させるリングライトと組み合わされます。
解析に関しては、SensoPROウェハ接着剤プラ
グインがダイとPCB基板間の接着剤を検出し、フィレットの幅と高さを計算します。

解析

ウェハ接着剤PCB CHARACTERIZATION BY SENSOFAR | 26

コンポーネントアセンブリ

ワイヤボンディングⅠ:
ケーシング互換性
ワイヤボンディングは、コンポーネント間の良好な接続を確立するための重要なプロセスです。チップやボードが小型化するにつれて、このプロセスの研究はますます重要になってきています。サイズが小さくなったため、イメージングはより難しくなり、高倍率でなければワイヤボンディングを解像することができません。例えば、最先端技術では、金ワイヤの直径を30μmまで小さくすることに成功し、微細化が著しく進んでいます。
チップのケーシング前とワイヤボンディング後に考慮すべき重要な要素があります。それは、チップとワイヤ間の最大高さで、ケーブルがチップのケースに接触する可能性を知ることができます。SensoVIEWは、容易に複数のプロファイルの作成と重要な寸法の正確な測定が可能で、最適なパフォーマンスを提供し、潜在的な問題を防止します。

解析

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コンポーネントアセンブリ

ワイヤボンディング II：
金属間化合物（IMC）
カバー率
4 LEDsボンディング・プロセスでは、ケーブルとチップまたはボードの接続部分が圧力と熱の下で組み立てられます。その結果、2つの素子が確実に密着する金属間化合物相が形成されます。金属間化合物層の厚さは、接続部の機械的、電気的、熱的特性に影響します。SensoVIEWは、接続領域内の金属間化合物層の高さを解析するための最良の選択肢です。

Full color images

測定

解析

さらに、接合プロセスの密着性を調べるために広く使用されているパラメータ:IMCカバー率があります。IMCカバー率は、接合の総面積と金属間化合物層で覆われた面積の比率です。IMCカバー率の値が小さいと、結合が弱いために機械的および電気的な不具合が生じる可能性があります。
金 属 間 化 合 物 層とコネクタ部 分を区 別するには、色が効果的です。異なるLEDを複数搭載した
S neox 3Dプロフィロメーターは、色情報を得ることができます。顕微鏡は3つの光源（青、赤、緑）を使ってサンプルをスキャンし、サンプルの各部分の各色の強度を重み付けするアルゴリズムにより、高さと色の情報を持つトポグラフィーが得られます。
SensoPRO IMCC プラグインは、色情報を使用して金属間化合物層を自動的に検出し、IMCパラメータを計算します。

IMCC

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パッケージ準備
PCBのパッケージング準備は、PCBの広範な製造プロセスにおける最後のステップの1つです。これは、すべてのコンポーネントがすでに取り付けられている段階を指し、PCBを保護し、最適なパフォーマンスと耐久性を確保するために、PCBをカバーまたはカプセル化する最終ステップが必要です。

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パッケージ準備

ボードの平面度

高精度
S neox | 白色干渉計

PCBをハウジングする工程では、事前にその平面度を評価することが不可欠となります。PCBの平面度を測定することで、メーカーは予定のパッケージとの互換性を確認することができ、電子機器内の安全で信頼性の高い統合を保証することができます。さらに、平面度の測定は、基板上の損傷を明らかにすることもできます。
Sensofarは、PCBの平面度をチェックするために、メーカー個々のニーズに対応する異なる分解能とスピードをもつ、フリンジプロジェクションと白色干渉計の両方の技術を提供しています。

高速
S wide | フリンジプロジェクション

測定
解析
このプラグインは、ISO 12781に従って平面度を解析するために使用されます。

フリンジプロジェクションは、PCBの素早いスキャンを可能にします。例えば、S wide 大面積3Dプロファイラでは、わずか10秒でPCBをスキャンできます。
拡張位相シフト干渉法（ePSI）
は、高精度の測定を必要とする場合に推奨されます。S neox 3D光学式プロファイラでは、この技術により0.1nmという低い測定ノイズを達成することができます。
平面度の値は、SensoPROフラットネスプラグインを使用して取得されます。このプラグインは、面積における平面度計算のためのISO12781に準拠しています。

平面度

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Ai焦点移動測定
パッケージ準備

接着剤塗布の最適化

プリント基板の製造と、それに続く電子機器への組み立てを手がけ、顧客に包括的なソリューションを提供する企業もあります。その場合、特殊な接着剤を塗布してPCBをケーシング内に封止することもあります。3D光学式プロファイラーを使用して接着剤のビード量を測定し、適切な量の接着剤が塗布されるようにします。この情報は、接着剤ブランドの新しい選定や、接着剤の塗布量を最適化する塗布速度といった、コスト削減に役立ちます。
SensoPRO 接着剤プラグインは解析プロセスを簡素化します。ビードの体積、高さ、幅をビードに沿った断面で測定します。このアプローチでは、測定された長さに沿ってこれらのパラメーターの傾向を観察することができるため、塗布プロセスにおけるギャップを特定することが可能です。

解析

接着剤

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Sensofarは、PCBプロセスを自動的に取得し解析するための包括的なソリューションを持ち、無限の可能性を提供します。

正確で信頼性の高い測定
Sensofarの自動化ソリューションは、最高レベルの精度で測定を行い、エラーを減らし、製品の全体的な品質を向上させます。

効率性向上

歩留まりの最大化

測定プロセスを自動化することで、手作業による測定に必要な時間と労力が削減され、効率性が向上
し、メーカーは他 の 生 産工程に集中することができます。

Sensofarの光学式プロフィロメータは、プロセス最 適 化 のための 貴 重なデータと洞察を提供し、メーカーはパラメータを微調整し、プロセスの歩留まりと効率を向上させることができます。

カスタマイズ可能なソリューション
Sensofarのソリューショ
ンは、メーカーの特定のニーズに合わせてカスタマイズすることができ、より高い柔軟性とパフォーマンスの向上を可能にします。

品質向上

正確な測定は、製品が最高の品質基準を満たすことを保証し、不良品の可能性を減らし、全体的な顧客満足度を向上させるのに役立ちます。

SENSOFARは、表面測定の分野で最高の品質基準を持つ最先端技術企業です。
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Sensofarは、共焦点、白色干渉計、焦点移動方式に基づく高精度光学式プロファイラーを、研究開発および品質検査室用の標準セットアップから、インライン生産工程用の完全な非接触計測ソリューションまで提供しています。Sensofarグルー
プは、ヨーロッパの技術革新の中心地であるバルセロナに本社を構えています。また、パートナーとのグローバルネットワー
クを通じて30カ国以上で事業を展開しており、アジア、ドイツ、米国にもオフィスを構えています。

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