JP2001042011A - 電気光学プローブ及びそれを用いた検査方法 - Google Patents

電気光学プローブ及びそれを用いた検査方法

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JP2001042011A
JP2001042011A JP11214389A JP21438999A JP2001042011A JP 2001042011 A JP2001042011 A JP 2001042011A JP 11214389 A JP11214389 A JP 11214389A JP 21438999 A JP21438999 A JP 21438999A JP 2001042011 A JP2001042011 A JP 2001042011A
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probe
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optic probe
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Masayuki Yoshima
政幸 與島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装部品のはんだ接続検査、プリント基板の
断線検査等に幅広く適用することができ、しかも未接合
や断線の高精度検出が可能な電気光学プローブ及びそれ
を用いた検査方法を提供する。 【解決手段】 光源2と、光源2からの光を集光させる
光学系3〜5と、光学系3〜5の光路上に配置されて入
射面側に透明電極14が出射面側に反射膜15がそれぞ
れ形成され電界により複屈折率が変化する電気光学結晶
6と、光源2からの直線偏光を電気光学結晶6に入射し
反射膜15で電気光学結晶6中を往復する間に当該光が
受ける偏光変化を検出する検出手段10とを備えた電気
光学プローブにおいて、電気光学結晶6に、外部電界が
電気光学結晶6内部へ侵入するのを遮断する電界遮断手
段12、13を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の接続検
査、プリント基板等の実装基板における接続検査、断線
不良の探索等に用いて好適な電気光学プローブ及びそれ
を用いた検査方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電界中で複屈折率が変化する電気
光学結晶を用いた電気光学プローブ(以下、EOプロー
ブとも称する)がある。図8は、従来のEOプローブの
一例を示す側面図であり、図において、符号50はEO
プローブ、51はレーザ、52はレーザ51の戻り光を
除去するアイソレータ、53はアイソレータ52を通過
したレーザ光のS偏光成分の全て及びP偏光成分の一部
を反射する偏光ビームスプリッタ、54は偏光ビームス
プリッタ53を透過したレーザ光を集光する第1の集光
レンズである。
【0003】55は第1の集光レンズ54の焦点位置に
置かれてそのレーザ入射面側にITO(Indium Tin Oxi
de)透明電極61が裏面側に金属反射膜62がそれぞれ
形成されかつITO透明電極61に接地(GND)が接
続された電気光学結晶(EO結晶)、56は金属反射膜
62にて反射され第1の集光レンズ54を再び通過した
後に偏光ビームスプリッタ53にて入射とは90度異な
る方向に反射されたレーザ光の光軸上に置かれた1/4
波長板である。
【0004】57は偏光変化を受けたレーザ光を直交す
る2つの成分に分光するウオラストンプリズム、58は
ウオラストンプリズム57にて分光された2つのレーザ
光を集光する第2の集光レンズ、59は第2の集光レン
ズ58の焦点位置に置かれて分光された2つのレーザ光
を個別に受光する2チャネルフォトダイオード、60は
2チャネルフォトダイオード59の光強度に比例した2
つの電流出力の差分を取り電圧信号として増幅する増幅
器である。
【0005】次に、このEOプローブ50の動作につい
て説明する。EO結晶55が電界中に置かれた場合、金
属反射膜62にて反射された反射光はEO結晶55中を
往復する間に偏光変化を受けて楕円偏光となる。この楕
円偏光は第1の集光レンズ54を再び通過した後に偏光
ビームスプリッタ53にて入射とは90度異なる方向に
反射され1/4波長板56に入射する。
【0006】この入射した楕円偏光は1/4波長板56
で楕円の程度に比例した傾きの直線偏光に変換され、ウ
オラストンプリズム57にて直交する2成分に分光さ
れ、2チャネルフォトダイオード59にて受光された
後、増幅器60にてその傾きが光強度に比例した2つの
電流出力の差分として検出され、その後電圧信号として
増幅される。
【0007】図9は、上述したEOプローブ50の検出
信号の特性を示す特性図であり、同図(a)は電界未検
出時の信号波形の一例を、同図(b)は電界検出時の信
号波形の一例をそれぞれ示したものである。電界未検出
時においては、一般に光回路オフセット出力が存在する
ことが知られている。この理由は、電界未検出状態にお
いては2つの分光強度を完全に等しくするような光軸調
整が難しい上に、電界変化による微少な偏光変化量を検
出するために増幅器のゲインを高くする必要があり、電
界未検出時の出力をゼロにすることは現実的に困難であ
るからである。
【0008】また、電界検出時においては、電界検出信
号のレベルは光回路オフセット出力に対して遙かに小さ
い。従って、一般的には、EOプローブ50の用途は、
微少電界を検出する必要性から電気回路で直流成分を除
去することができる交流電界に限られている。
【0009】図10は、上述したEOプローブ50を用
いた従来のプリント基板の断線検査方法の一例を示す図
であり、配線65の両端に検査パッド69、70が設け
られたプリント基板68を用い、検査パッド69、70
の一方のパッド69に触針プローブ67を当てて交流信
号源66より交流信号を印加し、他方の検査パッド70
に誘起される電界を近接配置したEOプローブ50で検
出することにより、断線検出を行っている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のEOプローブ50では、交流電界しか検出できない
ために、実装部品のはんだ接続検査やプリント基板の断
線検査に適用した場合においては、交流結合により未接
合箇所、断線箇所、および内層配線間で交流結合により
容易に信号伝達が起こり、未接合や断線を高精度で検出
することができないという問題点があった。また、未接
合や断線の高精度検出ができないことから、適用範囲が
限定されてしまうという問題点があった。
【0011】例えば、EOプローブ50を用いた従来の
プリント基板の断線検査方法においては、断線箇所は回
路的にはコンデンサと等価であるから、図10に示すよ
うに断線71の幅が小さい場合には、交流結合により信
号が伝達されるため、断線幅の小さい箇所の検出が困難
である。また、図11に示すように、断線71の幅が大
きい場合、プリント基板68内に内層配線72が形成さ
れている場合には、内層配線72との間で交流結合が起
こり、同様に断線検出が困難になる。
【0012】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、実装部品のはんだ接続検査、プリント基板
の断線検査等に幅広く適用することができ、しかも未接
合や断線の高精度検出が可能な電気光学プローブ及びそ
れを用いた検査方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のような電気光学プローブ及びそれを用
いた検査方法を採用した。すなわち、請求項1記載の電
気光学プローブは、光源と、該光源からの光を集光させ
る光学系と、該光学系の光路上に配置されて入射面側に
透明電極が出射面側に反射膜がそれぞれ形成され電界に
より複屈折率が変化する電気光学結晶と、前記光源から
の直線偏光を前記電気光学結晶に入射し前記反射膜で該
電気光学結晶中を往復する間に当該光が受ける偏光変化
を検出する検出手段とを備えた電気光学プローブにおい
て、前記電気光学結晶に、外部電界が該電気光学結晶内
部へ侵入するのを遮断する電界遮断手段を設けたことを
特徴としている。
【0014】請求項2記載の電気光学プローブは、請求
項1記載の電気光学プローブにおいて、前記電界遮断手
段は、接地された前記透明電極と前記反射膜の間に接続
されたリレーと、該リレーをオン・オフするリレー制御
手段とを備えたことを特徴としている。
【0015】請求項3記載の電気光学プローブは、請求
項2記載の電気光学プローブにおいて、前記リレーは、
測定時に前記リレー制御手段により一定周波数でオン・
オフ動作させることを特徴としている。
【0016】請求項4記載の電気光学プローブは、請求
項2または3記載の電気光学プローブにおいて、前記電
気光学プローブの出力信号は、前記リレー制御手段のオ
ン・オフ周期と同期してロックイン検出されることを特
徴としている。
【0017】請求項5記載の電子部品のはんだ接続検査
方法は、請求項1ないし4のいずれか1項記載の電気光
学プローブを用いて電子部品のはんだ接続検査を行うこ
とを特徴としている。
【0018】請求項6記載の半導体装置のはんだ接続検
査方法は、請求項1ないし4のいずれか1項記載の電気
光学プローブを用いてリードフレーム型半導体装置のは
んだ接続検査を行うことを特徴としている。
【0019】請求項7記載の半導体装置のはんだ接続検
査方法は、請求項6載の半導体装置のはんだ接続検査方
法において、前記電気光学プローブを前記半導体装置の
リード端子上に近接配置し、該リード端子が接続される
パッドに触針プローブを用いて直流信号を印加し、前記
電気光学プローブの検出強度からはんだ接続状態を判定
することを特徴としている。
【0020】請求項8記載の半導体装置のはんだ接続検
査方法は、請求項7記載の半導体装置のはんだ接続検査
方法において、前記電気光学プローブのリレー制御手段
による電界遮断周波数は、前記触針プローブのメカニカ
ル走査に伴うプロービング周期に対して1桁以上高いこ
とを特徴としている。
【0021】請求項9記載の配線の検査方法は、請求項
1ないし4のいずれか1項記載の電気光学プローブを用
いて配線の断線の有無を判定することを特徴としてい
る。
【0022】請求項10載の配線の検査方法は、請求項
9記載の配線の検査方法において、検査対象の前記配線
の一方の端部に触針プローブで直流信号を印加し、他方
の端部に前記電気光学プローブを近接配置し、該電気光
学プローブの検出強度から該配線の断線の有無を判定す
ることを特徴としている。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の電気光学プローブ及びそ
れを用いた検査方法の一実施形態について図面に基づき
説明する。図1は、本実施形態の電界遮断機能付き電気
光学プローブを示す側面図であり、符号1は電界遮断機
能付きEOプローブ(以下、単にEOプローブと称す
る)、2はレーザ(光源)、3はレーザ2の戻り光を除
去するアイソレータ、4はアイソレータ3を通過したレ
ーザ光のS偏光成分の全て及びP偏光成分の一部を反射
する偏光ビームスプリッタ、5は偏光ビームスプリッタ
4を透過したレーザ光を集光する第1の集光レンズであ
る。
【0024】6は第1の集光レンズ5の焦点位置に置か
れてそのレーザ入射面側にITO(Indium Tin Oxide)
透明電極14が裏面側に金属反射膜15がそれぞれ形成
されかつITO透明電極14にグランド(GND)が接
続された電気光学結晶(EO結晶)、7は金属反射膜1
5にて反射され第1の集光レンズ5を再び通過した後に
偏光ビームスプリッタ4にて入射とは90度異なる方向
に反射されたレーザ光の光軸上に置かれた1/4波長板
である。
【0025】8は偏光変化を受けたレーザ光を直交する
2つの成分に分光するウオラストンプリズム、9はウオ
ラストンプリズム8にて分光された2つのレーザ光を集
光する第2の集光レンズ、10は第2の集光レンズ9の
焦点位置に置かれて分光された2つのレーザ光を個別に
受光する2チャネルフォトダイオード(検出手段)、1
1は2チャネルフォトダイオード10の光強度に比例し
た2つの電流出力の差分を取り電圧信号として増幅する
増幅器、12はEO結晶6の金属反射膜15と接地(G
ND)とを接続するリレー、13はリレー12の動作を
制御するリレー制御機構(リレー制御手段)である。な
お、アイソレータ3〜第2の集光レンズ9により光学系
が構成されている。
【0026】図2は、図1に示すEOプローブ1のリレ
ー制御機構13と信号検出の構成を示すブロック図であ
る。増幅器11の出力は、リレー制御機構13のオンオ
フ制御信号Sの周期と同期した信号のみを検出するため
に、オンオフ制御信号Sを基準信号としてロックインア
ンプ17で積分増幅される。
【0027】図3は、図1に示すEOプローブ1の検出
原理を説明するための説明図である。電圧Viが印加さ
れた測定パッド20にEO結晶6を近接配置した状態に
おいて、リレーオフの場合は、同図(a)に示すよう
に、EO結晶6の裏面に設けられた金属反射膜15にも
0〜Viの範囲で物理的に定まる中間電位が発生するた
め、外部電界22に加えEO結晶6内にも内部電界21
が生じる。従って、このリレーオフの状態では、印加電
位Viに比例した電界を検出することになる。一方、リ
レーオンの場合は、同図(b)に示すように、金属反射
膜15がEO結晶6の表面のITO透明電極14と同様
GNDに短絡されているため、EO結晶6内には電界が
生じない。従って、このリレーオンの状態では、印加電
位Viに関係なく検出電界強度はゼロとなる。
【0028】図4は、図3に示すEOプローブ1の検出
原理をもとに、リレーをある一定周波数でオンオフ動作
させながら測定した場合の検出信号の特性を示す特性図
である。電界未検出時の場合は、もともと外部電界が存
在しないため、同図(a)に示すように、検出信号は光
回路オフセット出力のみで変化がない。
【0029】一方、電界検出時の場合は、同図(b)に
示すように、リレーのオンオフ周期で電界強度に比例し
た電界検出信号が光オフセット出力に加算された形で検
出される。この場合、電界検出信号の部分は交流信号と
なるため電気回路で直流成分である光オフセット出力と
容易に分離することができ、電界検出信号を精度良く測
定することができる。
【0030】図5は、図1に示すEOプローブ1を電子
部品のはんだ接続検査に用いた一例を示す側面図であ
る。この検査方法では、プリント基板25に実装された
LSIパッケージ28のリード端子29bのリード肩部
30にEOプローブ1を近接配置し、該リード端子29
bに対応する基板パッド26bに触針プローブ35を用
いて直流電源32から信号33を印加する。
【0031】これにより、リード端子29bに誘起され
る電界を検出し、ロックイン増幅機能を有する信号処理
部36で増幅後、図示しないパソコン等を用いて各リー
ド端子29a,29bに対する検出強度の大小を基準値
と比較し、はんだ接続部31のオープン不良またはショ
ート不良を検出する。なお、直流電源32のGND34
は基板GND27に接続されているので、基板内部のグ
ランド層への電圧印加を防止することができる。また、
直流信号を印加するので、他の配線経路との交流結合に
よる信号の回り込みも解消することができ、検出精度の
高い検査を実現することができる。
【0032】図6は、図5に示す検査方法におけるメカ
ニカル走査方法を示す模式図である。EOプローブ1
は、検査の対象となるLSIパッケージ28のリード端
子29との空間ギャップを一定に保持した状態で、ま
た、触針プローブ35は基板パッド26に合わせて触針
プローブ駆動機構39で上下にプロービング動作させな
がら、プローブ移動機構38でLSIパッケージ28の
辺上を同時にメカニカル走査される。
【0033】この際、メカニカル走査中にEOプローブ
1のリレーはある一定周波数で繰り返しオン・オフされ
るが、その周波数は、メカニカル走査に伴う触針プロー
ブ35の上下駆動周期に対して、1桁以上高く設定する
ことにより、各リード端子上の電界を正確に測定するこ
とができる。
【0034】図7は、図1に示すEOプローブ1をプリ
ント基板の配線検査に応用した一例を示す斜視図であ
る。一般に、微細化・高密度化が進展するプリント基板
においては、ピッチが100μm程度のベアチップ実装
用の微細パッドが存在するが、これらの微細パッドに触
針プローブでコンタクトすることは、コンタクトの信頼
性や損傷の問題があり、現実的に難しい。
【0035】この応用例では、検査用パッド41に触針
プローブ35を接触させて直流電源32から電圧信号を
印加し、対応する微細パッド40に誘起される電界を近
接配置したEOプローブ1で測定することにより、配線
の導通検査を行う。なお、直流電源32のGND34
は、上述した電子部品のはんだ接続検査と同様、基板G
ND27に接続されている。この応用例では、従来の交
流信号の印加では問題となる交流結合による影響を解消
することができ、検出精度の高い導通検査を実現するこ
とができる。
【0036】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、EO結晶6の先端の金属反射膜15を周期的にシー
ルドすることでEOプローブに電界遮断機能を付加する
ので、直流電界を測定することができ、直流電界を測定
する各種用途に適用することができる。したがって、交
流信号の印加では交流結合のために検出精度が低下する
電子部品のはんだ接続検査やプリント基板の導通検査
を、直流信号を印加することで高精度で行うことがで
き、検査精度の向上と適用範囲の拡大をもたらすことが
できる。
【0037】以上、本発明の電気光学プローブ及びそれ
を用いた検査方法の一実施形態について図面に基づき説
明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計の
変更等が可能である。
【0038】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、電
気光学プローブに電界遮断機能を付加したので、従来の
電気光学プローブが交流信号の測定にのみ対応していた
のに対し、直流電界を測定することができる。したがっ
て、交流信号の印加では交流結合のために検出精度が低
下する電子部品のはんだ接続検査やプリント基板の導通
検査を、直流信号を印加することにより高精度で検査す
ることができ、検査精度の向上と適用範囲の拡大をもた
らすことができる。以上により、実装部品のはんだ接続
検査、プリント基板の断線検査等に幅広く適用すること
ができる電気光学プローブ及びそれを用いた検査方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の電界遮断機能付きEO
プローブを示す側面図である。
【図2】 本発明の一実施形態のEOプローブのリレー
制御機構と信号検出の構成を示すブロック図である。
【図3】 本発明の一実施形態のEOプローブの検出原
理を説明する説明図である。
【図4】 本発明の一実施形態のEOプローブの検出信
号の特性を示す特性図である。
【図5】 本発明の一実施形態のEOプローブを電子部
品のはんだ接続検査に用いた一例を示す側面図である。
【図6】 電子部品のはんだ接続検査方法におけるメカ
ニカル走査方法を示す模式図である。
【図7】 本発明の一実施形態のEOプローブをプリン
ト基板の配線検査に応用した一例を示す斜視図である。
【図8】 従来のEOプローブの一例を示す側面図であ
る。
【図9】 従来のEOプローブの検出信号の特性を示す
特性図である。
【図10】 従来のEOプローブを用いたプリント基板
の断線検査方法の一例を示す側面図である。
【図11】 従来のEOプローブを用いたプリント基板
の断線検査方法の他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
1 電界遮断機能付きEOプローブ 2 レーザ 3 アイソレータ 4 偏光ビームスプリッタ 5 第1の集光レンズ 6 電気光学結晶 7 1/4波長板 8 ウオラストンプリズム 9 第2の集光レンズ 10 2チャネルフォトダイオード 11 増幅器 12 リレー 13 リレー制御機構 14 ITO透明電極 15 金属反射膜 17 ロックインアンプ 20 測定パッド 21 内部電界 22 外部電界 25 プリント基板 26a、26b 基板パッド 27 基板GND 28 LSIパッケージ 29、29a、29b リード端子 30 リード肩部 31 はんだ接続部 32 直流電源 33 信号 34 GND 35 触針プローブ 36 信号処理部 38 プローブ移動機構 39 触針プローブ駆動機構 40 微細パッド 41 検査用パッド 50 EOプローブ 51 レーザ 52 アイソレータ 53 偏光ビームスプリッタ 54 第1の集光レンズ 55 EO結晶 56 1/4波長板 57 ウオラストンプリズム 58 第2の集光レンズ 59 2チャネルフォトダイオード 60 増幅器 61 ITO透明電極 62 金属反射膜 65 配線 66 交流信号源 67 触針プローブ 68 プリント基板 69、70 検査パッド 71 断線 72 内層配線
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05K 3/34 512 H05K 3/34 512B 9A001 Fターム(参考) 2G011 AA02 AB00 AC33 AE01 AE02 2G014 AA02 AA13 AA14 AB51 AB59 AC11 2G032 AA00 AD08 AF09 4M106 AA02 AA20 BA01 BA05 BA14 CA16 DH07 DH11 DH12 DH32 DH60 5E319 AA03 AB01 CD53 CD55 9A001 BB05 KK16 LL05

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、該光源からの光を集光させる光
    学系と、該光学系の光路上に配置されて入射面側に透明
    電極が出射面側に反射膜がそれぞれ形成され電界により
    複屈折率が変化する電気光学結晶と、前記光源からの直
    線偏光を前記電気光学結晶に入射し前記反射膜で該電気
    光学結晶中を往復する間に当該光が受ける偏光変化を検
    出する検出手段とを備えた電気光学プローブにおいて、 前記電気光学結晶に、外部電界が該電気光学結晶内部へ
    侵入するのを遮断する電界遮断手段を設けたことを特徴
    とする電気光学プローブ。
  2. 【請求項2】 前記電界遮断手段は、接地された前記透
    明電極と前記反射膜の間に接続されたリレーと、該リレ
    ーをオン・オフするリレー制御手段とを備えたことを特
    徴とする請求項1記載の電気光学プローブ。
  3. 【請求項3】 前記リレーは、測定時に前記リレー制御
    手段により一定周波数でオン・オフ動作させることを特
    徴とする請求項2記載の電気光学プローブ。
  4. 【請求項4】 前記電気光学プローブの出力信号は、前
    記リレー制御手段のオン・オフ周期と同期してロックイ
    ン検出されることを特徴とする請求項2または3記載の
    電気光学プローブ。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項記載の
    電気光学プローブを用いて電子部品のはんだ接続検査を
    行うことを特徴とする電子部品のはんだ接続検査方法。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし4のいずれか1項記載の
    電気光学プローブを用いてリードフレーム型半導体装置
    のはんだ接続検査を行うことを特徴とする半導体装置の
    はんだ接続検査方法。
  7. 【請求項7】 前記電気光学プローブを前記半導体装置
    のリード端子上に近接配置し、該リード端子が接続され
    るパッドに触針プローブを用いて直流信号を印加し、前
    記電気光学プローブの検出強度からはんだ接続状態を判
    定することを特徴とする請求項6記載の半導体装置のは
    んだ接続検査方法。
  8. 【請求項8】 前記電気光学プローブのリレー制御手段
    による電界遮断周波数は、前記触針プローブのメカニカ
    ル走査に伴うプロービング周期に対して1桁以上高いこ
    とを特徴とする請求項7記載の半導体装置のはんだ接続
    検査方法。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし4のいずれか1項記載の
    電気光学プローブを用いて配線の断線の有無を判定する
    ことを特徴とする配線の検査方法。
  10. 【請求項10】 検査対象の前記配線の一方の端部に触
    針プローブで直流信号を印加し、他方の端部に前記電気
    光学プローブを近接配置し、該電気光学プローブの検出
    強度から該配線の断線の有無を判定することを特徴とす
    る請求項9記載の配線の検査方法。
JP11214389A 1999-07-28 1999-07-28 電気光学プローブ及びそれを用いた検査方法 Pending JP2001042011A (ja)

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