JP2001281280A - 四端子法によるインピーダンス測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流プローブに発生する磁界により、電圧プ
ローブ側に測定誤差原因となる誘導電圧が発生しないよ
うにする。 【解決手段】 第１，第２電圧プローブ１１，１２と、
第１，第２電流プローブ２１，２２を用いての四端子法
によるインピーダンス測定方法において、回路基板（被
測定物）３の下面に導電性基板３を配置するとともに、
第１，第２電流プローブ２１，２２に沿って第３，第４
電流プローブ２３，２４を配置し、この第３，第４電流
プローブ２３，２４を導電性基板３にプロービングさせ
て、測定電流Ｉにより第１，第２電流プローブ２１，２
２に発生する磁界を打ち消す方向のキャンセル電流ＣＩ
を流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は四端子法によるイン
ピーダンス測定方法に関し、さらに詳しく言えば、電圧
プローブに測定誤差原因となる誘導電圧が発生しないよ
うにした四端子法によるインピーダンス測定方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】抵抗測定法には、二端子法と四端子法と
があるが、四端子法は被測定物の両端に発生する電位差
のみを測定可能で、プローブが有する抵抗による誤差を
排除することができるため、特に低抵抗の測定に好適で
あり、インサーキットテスタやベアボードテスタなどの
電気測定機器に採用されている。

【０００３】その構成を図６により簡単に説明すると、
電圧測定部１と電流発生部２とを備え、電圧測定部１か
らは第１および第２電圧プローブ１１，１２が引き出さ
れている。同様に、電流発生部２からも第１および第２
電流プローブ２１，２２が引き出されている。なお、各
プローブは同じ構造であってよく、説明の便宜上、電圧
測定用を電圧プローブ、電流測定用を電流プローブと称
している。

【０００４】測定にあたっては、第１および第２電圧プ
ローブ１１，１２を被測定物Ｘの両端に接触させるとと
もに、第１および第２電流プローブ２１，２２を電圧プ
ローブ１１，１２の外側において被測定物Ｘの両端に接
触させ、電流発生部２より測定電流（定電流）Ｉを被測
定物Ｘに流し、このとき被測定物Ｘに発生する電圧Ｖを
電圧測定部１で測定し、Ｖ／Ｉにより被測定物Ｘのイン
ピーダンスＺが求められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】四端子法によれば、低
インピーダンスを高精度に測定することができるが、例
えばＸ−Ｙ型テスタに搭載した場合、次のような課題が
生ずる。

【０００６】すなわち、Ｘ−Ｙ型テスタは、Ｘ−Ｙ平面
内で自在に動く２つの可動ヘッドを有しており、その各
可動ヘッドに電圧プローブと電流プローブとが設けられ
る。図６の例で言えば、一方の可動ヘッドに電圧プロー
ブ１１と電流プローブ２１とが設けられ、他方の可動ヘ
ッドに電圧プローブ１２と電流プローブ２２とが設けら
れることになる。

【０００７】被測定物Ｘが例えばベアボード基板である
とすると、近年ますます、その配線パターンは高精細化
されてきているため、それに伴なって、電圧プローブと
電流プローブとを近接させて配置する必要がある。そう
すると、電流プローブに流れる測定電流Ｉにより、電圧
プローブ側に誘導電圧が発生し、これが測定誤差原因と
なってしまう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するためになされたもので、その目的は、電流
プローブに流される測定電流により、電圧プローブに測
定誤差原因となる誘導電圧が発生しないようにした四端
子法によるインピーダンス測定方法を提供することにあ
る。

【０００９】上記目的を達成するため、本発明は、電圧
測定部と所定の測定電流Ｉを発生する電流発生部とを含
み、上記電流発生部より第１，第２電流プローブを介し
て被測定回路基板の所定の配線部に上記測定電流Ｉを供
給し、上記配線部に発生する電圧Ｖを一対の電圧プロー
ブを介して上記電圧測定部にて測定して、Ｖ／Ｉにより
上記配線部のインピーダンスを測定する四端子法による
インピーダンス測定方法において、上記被測定回路基板
の下面側に配置される導電性基板と、上記第１，第２電
流プローブに沿うように引き回された第３，第４電流プ
ローブとを備え、上記第１，第２電流プローブと上記一
対の電圧プローブとを上記配線部に接触させるととも
に、上記第３，第４電流プローブ間を上記導電性基板を
介して導通させ、上記第３，第４電流プローブに、上記
測定電流Ｉにより上記第１，第２電流プローブに発生す
る磁界を打ち消す方向のキャンセル電流ＣＩを流すこと
を特徴としている。

【００１０】測定電流Ｉに直流電流を用いる場合には、
第３，第４電流プローブを導電性基板に直に接触させ、
キャンセル電流ＣＩを測定電流Ｉとは電流の向きが逆で
同一電流値の直流電流とすればよい。なお、本明細書に
おいて、プローブなる語には、先端に設けられている接
触子のみならず、その引き回し配線部分も含まれてい
る。すなわち、電流プローブは測定電流供給ラインであ
り、電圧プローブは電圧測定ラインを意味している。

【００１１】本発明の好ましい態様によれば、測定電流
Ｉ用の電流発生部とは別にキャンセル電流ＣＩ用の電流
発生部が設けられるが、測定電流Ｉが直流である場合に
は、その測定電流Ｉ用の電流発生部が一つであっても、
上記目的が達成される。

【００１２】すなわち、上記第１電流プローブと上記第
３電流プローブとが互いに沿うように引き回され、上記
第２電流プローブと上記第４電流プローブとが互いに沿
うように引き回されているとすると、その内の一方の上
記第１電流プローブと上記第３電流プローブとを上記電
流発生部に接続し、他方の上記第２電流プローブと上記
第４電流プローブについては同一の引き回し配線により
接続して、上記電流発生部からの測定電流Ｉを上記回路
基板の配線部および上記導電性基板を介して上記４つの
電流プローブに流して上記電流発生部に戻すようにすれ
ばよい。

【００１３】また、測定電流Ｉに交流電流を用いる場合
には、第３，第４電流プローブを被測定回路基板の非配
線部に接触させるとともに、キャンセル電流ＣＩを測定
電流Ｉとは逆位相で同一電流値の交流電流とする。

【００１４】これによれば、導電性基板と第３，第４電
流プローブとが静電容量結合により電気的に接続され
る。この場合、第３，第４電流プローブの先端を、導電
性基板との間で良好な静電容量結合が成立するような平
板状に形成することが好ましい。

【００１５】なお、測定対象が、被測定回路基板のスル
ーホール配線部である場合には、導電性基板は不要であ
る。すなわち、この場合には一方の電圧プローブと第１
電流プローブとをスルーホール配線部の一方の基板面側
に接触させるとともに、他方の電圧プローブと第２電流
プローブとをスルーホール配線部の他方の基板面側に接
触させ、第３，第４電流プローブについては、被測定回
路基板の表裏両面に対向的に接触させ、これら第３，第
４電流プローブに、交流測定電流Ｉにより第１，第２電
流プローブに発生する磁界を打ち消す方向の交流キャン
セル電流ＣＩを流すようにすればよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましいいくつか
の実施例を説明する。まず、図１により本発明の第１実
施例について説明する。この実施例においても、第１，
第２電圧プローブ１１，１２を有する電圧測定部１と、
第１，第２電流プローブ２１，２２を有する電流発生部
２とを備えている。なお、この実施例において、被測定
物は、回路基板４上に形成されている配線部４ａであ
る。

【００１７】配線部４ａのインピーダンスを測定するに
あたって、回路基板４は導電性基板３上に載置される。
この導電性基板３の材質に特に制限はないが、この第１
実施例では、回路基板４よりも面積的に大きいことが必
要とされる。また、電流発生部２には、第１および第２
電流プローブ２１，２２とは別に、第３および第４電流
プローブ２３，２４が接続される。

【００１８】この第１実施例において、電流発生部２は
直流電流源であり、所定の測定電流Ｉを出力する第１電
流出力端子Ｈｃ，Ｌｃと、その測定電流Ｉと電流値は同
じであるが、電流の向きが逆のキャンセル電流ＣＩを出
力する第２電流出力端子−Ｈｃ，−Ｌｃとを有し、第１
および第２電流プローブ２１，２２は第１電流出力端子
Ｈｃ，Ｌｃに接続され、これに対して、第３および第４
電流プローブ２３，２４は第２電流出力端子−Ｈｃ，−
Ｌｃに接続される。

【００１９】Ｘ−Ｙ型テスタに適用される場合、その一
方の可動ヘッドＬに、第１電圧プローブ１１，第１電流
プローブ２１および第３電流プローブ２３の３本のプロ
ーブが設けられ、他方の可動ヘッドＲに、第２電圧プロ
ーブ１２，第２電流プローブ２２および第４電流プロー
ブ２４の３本のプローブが設けられる。

【００２０】可動ヘッドＬ，Ｒにより、第１，第２電圧
プローブ１１，１２および第１，第２電流プローブ２
１，２２は、被測定物である配線部４ａ上にプロービン
グされる。これに対して、第３，第４電流プローブ２
３，２４は導電性基板３上にプロービングされ、導電性
基板３を介して導通状態となる。

【００２１】そして、第１，第２電流プローブ２１，２
２により、配線部４ａに測定電流Ｉが流され、これによ
り配線部４ａに発生する電圧Ｖが第１，第２電圧プロー
ブ１１，１２を介して電圧測定部１にて測定される。す
なわち、四端子法により配線部４ａのインピターンス測
定が行なわれる。

【００２２】このインピターンス測定時、第３，第４電
流プローブ２３，２４には、電流発生部２の第２電流出
力端子−Ｈｃ，−Ｌｃよりキャンセル電流ＣＩが流され
る。このキャンセル電流ＣＩは、測定電流Ｉと電流値は
同じであるが、電流の向きが逆であるため、測定電流Ｉ
に起因する磁界が互いに打ち消されるため、電圧プロー
ブ１１，１２側に誘導電圧が発生するおそれはない。し
たがって、配線部４ａのインピーダンスをより高精度に
測定することができる。

【００２３】この第１実施例によると、電流発生部２に
は、測定電流Ｉ用の電流発生部とキャンセル電流ＣＩ用
の電流発生部とが含まれているが、測定電流Ｉ用の電流
発生部のみでも、電圧プローブ１１，１２側に誘導電圧
が発生しないようにすることができる。この変形例を図
２により説明する。

【００２４】この変形例においては、一方の可動ヘッド
Ｌに設けられる第１電流プローブ２１と第３電流プロー
ブ２３とが電流発生部２に接続される。他方の可動ヘッ
ドＲに設けられる第２電流プローブ２２と第４電流プロ
ーブ２４については、その引き回し配線を共用させる。
すなわち、第２電流プローブ２２からの引き回し配線を
適当なところで折り返し、その往路と復路とが隣接する
ようにして第４電流プローブ２４に接続する。

【００２５】これによると、電流発生部２からの測定電
流Ｉは、第１電流プローブ２１→配線部４ａ→第２電流
プローブ２２→第４電流プローブ２４→導電性基板３→
第３電流プローブ２３を経て電流発生部２に戻される。
この電流経路において、第２電流プローブ２２から第４
電流プローブ２４に至る引き回し配線の復路で測定電流
Ｉがキャンセル電流ＣＩとなるため、上記第１実施例と
同様に電圧プローブ１１，１２側に誘導電圧が発生する
おそれはない。

【００２６】また、上記第１実施例では、第３，第４電
流プローブ２３，２４を導電性基板３に接触させている
ため、図３に示されているように、例えば第１電流プロ
ーブ２１と第３電流プローブ２３とをスイッチにより静
電容量測定部（ともに図示しない）に接続することによ
り、配線部４ａのパターンが有する静電容量測定をも行
なうことができる。

【００２７】次に、図４により本発明の第２実施例につ
いて説明する。この第２実施例は、第３，第４電流プロ
ーブ２３，２４を導電性基板３に直接プロービングでき
ない場合のときのものである。なお、図４には第１，第
２電圧プローブ１１，１２が示されていないが、これは
上記第１実施例と変更を要しないためである。

【００２８】第２実施例においては、上記電流発生部２
として交流電流源が用いられ、第１，第２電流プローブ
２１，２２が接続される第１電流出力端子Ｈｃ，Ｌｃか
らは所定の交流測定信号Ｉが出力される。

【００２９】これに対して、第３，第４電流プローブ２
３，２４が接続される第２電流出力端子−Ｈｃ，−Ｌｃ
からは、その交流測定信号Ｉと電流値は同じであるが、
位相が１８０゜ずらされた逆位相のキャンセル電流ＣＩ
が出力される。

【００３０】この場合、第３，第４電流プローブ２３，
２４は、回路基板４の非配線部（配線パターンがない部
分）上にプロービングされることになるが、キャンセル
電流ＣＩが交流であるため、静電容量結合（Ｃ結合）に
より、導電性基板３と導通する。

【００３１】なお、この静電容量結合をより有効とする
には、第３，第４電流プローブ２３，２４と回路基板４
との間に静電容量が大きくとれる面積を有する誘電体を
介在させるか、あるいは第３，第４電流プローブ２３，
２４の先端の接触子を平板状に形成して、導電性基板３
との間にカップリングコンデンサを形成すればよい。

【００３２】この第２実施例においても、配線部４ａの
インピーダンス測定時には、第３，第４電流プローブ２
３，２４に導電性基板３を介して交流測定信号Ｉと電流
値は同じであるが、位相が１８０゜ずらされた逆位相の
キャンセル電流ＣＩが流されるため、上記第１実施例と
同様に、第１，第２電流プローブ２１，２２に流される
交流測定電流Ｉに起因する磁界が互いに打ち消されるた
め、電圧プローブ１１，１２側に誘導電圧が発生するお
それはない。

【００３３】次に、図５により本発明の第３実施例につ
いて説明する。この第３実施例は、被測定物が回路基板
４に形成されているスルーホール配線部４ｂであり、こ
の場合には、導電性基板３は用いない。電流発生部２
は、上記第２実施例と同じく、交流電流源で、第３，第
４電流プローブ２３，２４には、測定電流Ｉとは逆位相
のキャンセル電流ＣＩが流される。

【００３４】この第３実施例においては、スルーホール
配線部４ｂの一方の基板面側に例えば第１電圧プローブ
１１および第１電流プローブ２１がプロービングされ、
スルーホール配線部４ｂの一方の基板面側に第２電圧プ
ローブ１２および第２電流プローブ２２がプロービング
され、これにより、上記第２実施例と同じく交流四端子
法によるインピーダンス測定が行なわれる。

【００３５】また、第３，第４電流プローブ２３，２４
は、回路基板４の表裏両面の非配線部にそれぞれ対向的
にプロービングされる。キャンセル電流ＣＩが交流であ
るため、第３，第４電流プローブ２３，２４は、回路基
板４をカップリングコンデンサとして導通する。したが
って、上記第２実施例と同様に、第１，第２電流プロー
ブ２１，２２に流される交流測定電流Ｉに起因する磁界
が互いに打ち消されるため、電圧プローブ１１，１２側
に誘導電圧が発生するおそれはない。

【００３６】以上、本発明を上記各実施例により説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではない。上記第
１実施例では、測定電流Ｉおよびキャンセル電流ＣＩを
直流としているが交流でもよい。また、Ｘ−Ｙ型テスタ
に搭載した例としているが、ピンボード形式のテスタな
どであってもよい。被測定物は、ベアボード基板、部品
が実装された基板それに部品単体であってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１，第２電圧プローブと第１，第２電流プローブを用
いての四端子法によるインピーダンス測定方法におい
て、第１，第２電流プローブに沿って第３，第４電流プ
ローブを配置し、この第３，第４電流プローブに、測定
電流により第１，第２電流プローブに発生する磁界を打
ち消す方向のキャンセル電流を流すようにしたことによ
り、電圧プローブに測定誤差原因となる誘導電圧が発生
するおそれがなく、被測定物のインピーダンスを高精度
に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の測定状態を示した模式
図。

【図２】上記第１実施例の変形例を示した模式図。

【図３】上記第１実施例で静電容量測定が可能であるこ
とを説明するための模式図。

【図４】本発明の第２実施例の測定状態を示した要部模
式図。

【図５】本発明の第３実施例の測定状態を示した模式
図。

【図６】従来例を示した模式図。

【符号の説明】

１ 電圧測定部 ２ 電流発生部 ３ 導電性基板 ４ 回路基板 ４ａ 配線部（被測定物） ４ｂ スルーホール配線部（被測定物） １１，１２ 第１，第２電圧プローブ ２１，２２ 第１，第２電流プローブ ２３，２４ 第３，第４電流プローブ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧測定部と所定の測定電流Ｉを発生す
   る電流発生部とを含み、上記電流発生部より第１，第２
   電流プローブを介して被測定回路基板の所定の配線部に
   上記測定電流Ｉを供給し、上記配線部に発生する電圧Ｖ
   を一対の電圧プローブを介して上記電圧測定部にて測定
   して、Ｖ／Ｉにより上記配線部のインピーダンスを測定
   する四端子法によるインピーダンス測定方法において、 上記被測定回路基板の下面側に配置される導電性基板
   と、上記第１，第２電流プローブに沿うように引き回さ
   れた第３，第４電流プローブとを備え、上記第１，第２
   電流プローブと上記一対の電圧プローブとを上記配線部
   に接触させるとともに、上記第３，第４電流プローブ間
   を上記導電性基板を介して導通させ、上記第３，第４電
   流プローブに、上記測定電流Ｉにより上記第１，第２電
   流プローブに発生する磁界を打ち消す方向のキャンセル
   電流ＣＩを流すことを特徴とする四端子法によるインピ
   ーダンス測定方法。
2. 【請求項２】 上記測定電流Ｉが直流電流である場合、
   上記第３，第４電流プローブを上記導電性基板に直に接
   触させるとともに、上記キャンセル電流ＣＩを上記測定
   電流Ｉとは電流の向きが逆で同一電流値の直流電流とす
   る請求項１に記載の四端子法によるインピーダンス測定
   方法。
3. 【請求項３】 互いに沿うように引き回された上記第１
   電流プローブと上記第３電流プローブとが上記電流発生
   部に接続され、互いに沿うように引き回された上記第２
   電流プローブと上記第４電流プローブは同一の引き回し
   配線により接続されており、上記電流発生部からの測定
   電流Ｉが上記４つの電流プローブを流れて上記電流発生
   部に戻される請求項１に記載の四端子法によるインピー
   ダンス測定方法。
4. 【請求項４】 上記測定電流Ｉが交流電流である場合、
   上記第３，第４電流プローブを上記被測定回路基板の非
   配線部に接触させるとともに、上記キャンセル電流ＣＩ
   を上記測定電流Ｉとは逆位相で同一電流値の交流電流と
   する請求項１に記載の四端子法によるインピーダンス測
   定方法。
5. 【請求項５】 上記第３，第４電流プローブの先端が、
   上記導電性基板との間で静電容量結合が成立するような
   平板状に形成されている請求項４に記載の四端子法によ
   るインピーダンス測定方法。
6. 【請求項６】 第１，第２電圧プローブを有する電圧測
   定部と、第１，第２電流プローブを備え、所定の交流測
   定電流Ｉを発生する電流発生部とを含み、被測定回路基
   板のスルーホール配線部のインピーダンスを測定するに
   あたって、上記第１電圧プローブと上記第１電流プロー
   ブとを上記スルーホール配線部の一方の基板面側に接触
   させるとともに、上記第２電圧プローブと上記第２電流
   プローブとを上記スルーホール配線部の他方の基板面側
   に接触させて、上記各電流プローブより上記スルーホー
   ル配線部に上記交流測定電流Ｉを流し、上記スルーホー
   ル配線部に発生する電圧Ｖを上記各電圧プローブを介し
   て上記電圧測定部にて測定して、Ｖ／Ｉにより上記スル
   ーホール配線部のインピーダンスを測定する四端子法に
   よるインピーダンス測定方法において、 上記第１，第２電流プローブに沿うように引き回された
   第３，第４電流プローブを備え、これら第３，第４電流
   プローブを上記被測定回路基板の表裏両面に対向的に接
   触させるとともに、これら第３，第４電流プローブに、
   上記交流測定電流Ｉにより上記第１，第２電流プローブ
   に発生する磁界を打ち消す方向の交流キャンセル電流Ｃ
   Ｉを流すことを特徴とする四端子法によるインピーダン
   ス測定方法。