JP2004245584A

JP2004245584A - ２端子回路素子測定装置およびコンタクトチェック方法

Info

Publication number: JP2004245584A
Application number: JP2003032377A
Authority: JP
Inventors: Masaru Inoue; 賢井上
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP4193112B2

Abstract

【課題】ＤＵＴの容量が小さくなってもオフセット容量などの影響を受けることなく精度良くコンタクトチェックを行うことのできる２端子回路素子測定装置を提供する。
【解決手段】中心導体である第１導体と、この第１導体の外周に設けられた第２導体とからなる同軸ケーブルの一端が接続され、このケーブルの他端の第１導体にはＤＵＴが接続され、ＤＵＴとのコンタクトチェックができるように構成された測定装置であって、前記同軸ケーブルを介してＤＵＴと直列接続され、コモンラインがこの同軸ケーブルの第２導体に接続された電流計と、この電流計とは独立した回路であって、前記ＤＵＴに印加用の、交流電圧の重畳された直流電圧を発生する直流電圧発生回路と、前記電流計の出力から直流成分と交流成分を抽出して前記ＤＵＴの絶縁抵抗と交流インピーダンスを求め、これを基にコンタクトチェックを行う信号処理手段を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路素子測定装置に関するものであり、詳しくは、被測定対象の試料（ＤＵＴ）と回路素子測定装置間の接続をチェックするコンタクトチェック方法および２端子回路素子測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チップ形状の受動部品の小型化に伴い部品メ−カの自動検査工程においてもプロ−ビングの信頼性が問題になっている。そのため、チップ部品の自動検査工程で使用されるような回路素子測定装置には被測定対象との接続をチェックするためのコンタクトチェック機能が用意されている。
【０００３】
通常の抵抗測定においては、リ−ド線の抵抗（リード抵抗）の影響を受けない４端子測定が用いられるが、リ−ド抵抗が無視できるような高抵抗の測定では２端子測定が用いられている。
高抵抗測定の代表的な試料にコンデンサがある。コンデンサは絶縁抵抗が高いほど良品とされる。ところが、測定装置とコンデンサが接触不良を起こしていても測定装置が接触不良と判別できなければ、コンデンサは高絶縁で良品であると判断されてしまう。
【０００４】
この点を解決するために、従来より、絶縁抵抗測定と共にＤＵＴの交流インピ−ダンスを測定することによりコンタクトチェックを行い接触不良による誤測定を防止する方式がある（特許文献１参照）。
【０００５】
図４にそのようなコンタクトチェック機能付き２端子回路素子測定装置の一例を示す。図４において、４は回路素子測定装置、５は３軸同軸ケーブル、６はＤＵＴ、７はインダクタ、８はコンデンサ、１２は直流電流計、１３は直流電圧発生回路、２２は交流電流計、２３は交流電圧源、２４は交流電圧計、４１はフェライトコアトランスである。
【０００６】
直列接続されたインダクタ７と、直流電流計１２およびコンデンサ８と交流電流計２２とが互いに並列接続され、さらにＤＵＴ６に直列接続されている。それらには、直流電圧発生回路１３とフェライトコアトランス４１を介して交流電圧源２３により、交流電圧重畳の直流電圧が印加されている。
【０００７】
ＤＵＴ６の絶縁抵抗は、既知の直流電圧発生回路１３の値と流れる電流の直流成分を直流電流計１２で測定することにより求められる。一方、ＤＵＴ６の容量は、フェライトコアトランス４１に印加した電圧を交流電圧計２４で、また、流れる電流の交流成分を交流電流計２２で測定することにより求められる。
【０００８】
ここで、インダクタ７のインダクタンスは測定周波数におけるＤＵＴのインピーダンスよりも十分大きく、コンデンサ８の容量は測定周波数におけるＤＵＴのインピーダンスよりも十分小さくなるようにそれぞれ設定されている。
【０００９】
コンタクトチェックの結果は、直流電流計１２と交流電流計２２の測定値が共に０である場合に接触不良と判断され、交流電流計２２の測定値が０でない場合にはＤＵＴ６と測定装置４の接続が正常と判断される。
【００１０】
図４において、５０は交流電圧源２３の出力抵抗、５１と５５はオペアンプ、５２と５６は電流／電圧変換（Ｉ／Ｖ変換）用のインピーダンス、５３と５７はＡ／Ｄコンバータである。
【００１１】
フェライトコアトランス４１の１次側（交流電圧源２３が印加される側）に印加される交流電圧は、フェライトコアトランス４１の励磁インピーダンス、ＤＵＴ６のインピーダンス、交流電圧源２３の出力インピーダンス５０に依存するため、交流電圧計２４で直接測定する必要がある。
【００１２】
直流電流計１２は、演算増幅器（以下オペアンプという）５１とインピーダンス５２を用いたＩ／Ｖ変換器と、Ａ／Ｄコンバータ５３から構成される。これらの回路の基準電位はコモンライン５４の電位である。
オペアンプ５１は、バイアス電流やオフセット電圧の変動が小さい高精度のものが用いられる。インピーダンス５２は、直流の微小電流を電圧に変換するため、直流に対しては高インピーダンスとなっている。
【００１３】
一般的に、高精度のオペアンプは広帯域ではない。したがって、ＤＵＴの入力容量に対して安定に動作するように、インピーダンス５２で帯域制限をする必要がある。特許文献１の特許第３１５５３１０号に記載の装置では、数百ｋＨｚの帯域において直流電流計１２は十分なフィードバック効果が得られず、電流計としては動作できない。
【００１４】
一方、交流電流計２２は、直流電流計１２と同様に、オペアンプ５５、インピーダンス５６から成るＩ／Ｖ変換器と、Ａ／Ｄコンバータ５７から構成されている。オペアンプ５５は、高周波に対応するために高速で広帯域のオペアンプが用いられる。
【００１５】
しかしながら、このような従来の装置では、フェライトコアトランスで交流電圧を印加しているため、次のような問題点がある。
（１）フェライトコアトランスの励磁インピーダンスは、交流電圧源の負荷となるため、ある程度上げる必要がある。そのためには一次側の巻数を多くしてインダクタンスを上げるか、周波数を高くしてインピーダンスを上げることになる。しかし、前者は構造が大きくなり、後者は周辺回路を高い周波数に対応させなければならない。
【００１６】
特許文献１に記載の装置では後者を選択しており、数百ｋＨｚの周波数で数十Ωの励磁インピーダンスを得ている。しかし、電流計を構成するオペアンプにおいて、高精度と高帯域とはトレードオフの関係にあるので、精度が要求される直流電流計と高帯域が要求される交流電流計とは、当該特許の図１に示すように、別々の回路で実現しなければならない。したがって、回路規模が大きくなり、コストアップを招く。
【００１７】
（２）交流電圧源の出力抵抗とフェライトコアトランス１次側の励磁インピーダンスと２次側の負荷（ＤＵＴ）により、１次側に印加される交流電圧は変動する。そのため、特許第３１５５３１０号に記載の装置では交流電圧計を用意して１次側の電圧を測定している。したがって、回路規模が大きくなり、コストアップを招く。
【００１８】
（３）安定した励磁電圧を得るためには、３軸同軸ケーブルの第１、第２導体がフェライトコアトランスの中心に位置するように固定しなければならない。したがって、コンタクトチェックの精度に対して構造的な不安定要素が存在する。
【００１９】
本願出願人によって提案された特願２００２−１７２２５７号には、このような問題点を解決した２端子回路素子測定装置が記載されている。図５はその一実施例を示す構成図である。
【００２０】
図５において、４は２端子回路素子測定装置の本体部分である。５は３軸同軸ケーブル、６はＤＵＴ、１３は直流電圧発生回路、２３は交流電圧源、６０は電流計、６１は高精度のオペアンプ、６２は交流電流測定用コンデンサ、６３は直流電流測定用抵抗、６４はＡ／Ｄコンバータ、６５はＣＰＵ、６６はＣＰＵのプログラムが格納されているメモリである。
【００２１】
電流計６０とＤＵＴ６は直列接続されており、それらには、交流電圧源２３と直流電圧発生回路１３により交流電圧が重畳した直流電圧が印加されている。
ＤＵＴ６の絶縁抵抗は、既知の直流電圧発生回路１３の値と、流れる電流の直流成分を電流計６０とＣＰＵ６５で測定することにより求められる。一方、ＤＵＴ６の交流インピ−ダンスは同様に既知の交流電圧源２３の値と流れる電流の交流成分を電流計６０とＣＰＵ６５で測定することにより求められる。
【００２２】
そしてこれらの回路の基準は５４の電位である。直流成分の抽出はＡ／Ｄコンバ−タ６４の出力デ−タをＣＰＵ６５がデジタル信号処理、具体的にはロ−パスフィルタを通すことにより求められる。交流成分の抽出はハイパスフィルタを通した後で、ＤＵＴが接続されていない場合（オ−プン状態）との差を取ることにより求められる。
【００２３】
プログラムはメモリ６６に格納されている。コンタクトチェックの結果は、電流の直流成分と交流成分の測定値が共に０である場合に接触不良と判断され、交流成分の測定値が０でない場合にはＤＵＴ６と測定装置４の接続状態が正常と判断される。
【００２４】
交流電圧源２３は、高精度オペアンプ６１でもＩ／Ｖ変換機として十分動作できる周波数、例えば１０ｋＨｚに設定される。この程度の周波数においてコンデンサ６２のインピ−ダンスは抵抗６３より十分小さく、直流においてコンダンサ６２のインピ−ダンスは抵抗６３より十分大きくなるように設定されている。したがって、直流／交流を一つの高精度オペアンプで測定可能になる。
【００２５】
この測定では、ＤＵＴとの接続に３軸同軸ケ−ブルを用いて、第２導体でガ−ディングすることによりケーブル容量を受けずにコンタクトチェックを行うことが可能である。
【００２６】
【特許文献１】
特許第３１５５３１０号公報［図２（Ａ）］
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この２端子回路素子測定装置では次のような課題がある。
（１）図６（図５のＡ部分の詳細図）に示すようにＤＵＴ６を固定する治具周りに介在するオフセット容量１がＤＵＴ６と並列に接続される。オフセット容量が交流インピーダンス測定に影響しないようにするためには、ＤＵＴと測定装置間の接続がオープン状態のときとの差を取って補正する必要があり、ＤＵＴの容量が小さくなると問題が生じる可能性がある。
（２）３軸同軸ケーブルとコネクタが必要になり、コストアップの要因となる。
【００２８】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、ＤＵＴの容量が小さくなってもオフセット容量などの影響を受けることなく精度良くコンタクトチェックを行うことのできる２端子回路素子測定装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、３軸同軸ケーブルとコネクタは使用せずに２軸同軸ケーブルとコネクタを使用してコストダウンを図った２端子回路素子測定装置を実現するものである。
本発明の更に他の目的は、測定系がフローティングされた２端子回路素子測定装置を実現することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は
中心導体である第１導体と、この第１導体の外周に設けられた第２導体とからなる２軸同軸ケーブルの一端が接続され、このケーブルの他端の第１導体にはＤＵＴが接続され、ＤＵＴとのコンタクトチェックができるように構成された測定装置であって、
前記２軸同軸ケーブルを介してＤＵＴと直列接続され、コモンラインがこの２軸同軸ケーブルの第２導体に接続された電流計と、
この電流計とは独立した回路であって、前記ＤＵＴに印加用の、交流電圧の重畳された直流電圧を発生する直流電圧発生回路と、
前記電流計の出力から直流成分と交流成分を抽出して前記ＤＵＴの絶縁抵抗と交流インピーダンスを求め、これを基にコンタクトチェックを行う信号処理手段
を備えたことを特徴とする。
【００３０】
このような構成によれば、交流電圧の周波数を下げることができるため、直流電流計、交流電流計を同じ回路で実現することができる。また、３軸同軸ケ−ブルとそれ用のコネクタは使わず２軸同軸ケ−ブルとそれ用のコネクタで測定系を構築できるため、安価に構成できる。また、接地に対してフロ−ティングの測定系を構築でき、ガーディングした第２導体を接地することが可能なため、同軸ケーブルでの使用が可能である。
【００３１】
この場合、前記電流計は、請求項２のように、反転入力端子が前記同軸ケーブルの第１導体に接続され、非反転入力端子が前記同軸ケーブルの第２導体に接続され、帰還路には並列接続されたコンデンサと抵抗が接続された演算増幅器と、この演算増幅器の出力をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器から構成される。
【００３２】
請求項３の発明は、中心導体である第１導体と、この第１導体の外周に設けられた第２導体とからなる同軸ケーブルの一端が接続され、このケーブルの他端の第１導体にはＤＵＴが接続され、ＤＵＴとのコンタクトチェックができるように構成された測定装置であって、
前記同軸ケーブルを介してＤＵＴと直列接続され、コモンラインがこの同軸ケーブルの第２導体に接続された電流計と、
この電流計とは独立した回路であって、前記ＤＵＴに印加用の、直流電圧のみまたは交流電圧の重畳された直流電圧を選択的に発生することのできる直流電圧発生回路と、
前記電流計の出力から直流成分と交流成分を抽出して前記ＤＵＴの絶縁抵抗と交流インピーダンスを求め、これを基にコンタクトチェックを行う信号処理手段
を備え、
前記直流電圧発生回路から直流のみを発生させて行う前記ＤＵＴの絶縁抵抗測定と、交流電圧の重畳された直流電圧を発生させて行うＤＵＴの交流インピーダンス測定を異なるタイミングで行うようにしたことを特徴とする。
【００３３】
このような構成によれば、直流電圧発生回路からは直流電圧のみまたは交流電圧が重畳された直流電圧をタイミングをずらせて選択的にＤＵＴに印加することにより、極めて高い交流インピーダンスの絶縁抵抗を高精度に測定することができる。
【００３４】
また、請求項４のように、測定時にコモンラインを接地すれば、ＤＵＴの治具周りのオフセット容量の影響が電流計に及ばなくなり、容量の小さいＤＵＴでも精度よくコンタクトチェックを行うことができる。
【００３５】
請求項５のコンタクトチェック方法の発明は、
請求項１または４のいずれかに記載の２端子回路素子測定装置を用いてＤＵＴとこの測定装置の接続状態を検出するコンタクトチェック方法であって、
前記電流計と信号処理手段により求めた電流の直流成分と交流成分の測定値が共に０である場合は接触不良、前記交流成分の測定値が０でない場合には接続が正常であると判断することを特徴とする。
このような方法によれば、容易に精度の良いコンタクトチェックを行うことができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る２端子回路素子測定装置の一実施例を示す構成図である。図１において図５と基本的に同じ構成要素には同じ番号を付けてある。図において、４は２端子回路素子測定装置、５は２軸同軸ケ−ブル（以下単に同軸ケーブルとも言う）、６はＤＵＴである。６０は電流計であり、高精度オペアンプ６１、交流電流測定用コンデンサ６２、直流電流測定用抵抗６３、Ａ／Ｄコンバ−タ６４より構成されている。
【００３７】
６５はＣＰＵ、６６はＣＰＵのプログラムが格納されているメモリである。７０は直流電圧発生回路であり、交流電圧源７１、直流電圧源７２、オペアンプ７３、抵抗７４〜７６から構成されている。
【００３８】
同軸ケーブル５は、中心導体である第１導体と、この第１導体の外周に設けられた第２導体とから形成されており、その一端の第１導体はＤＵＴに接続され、他端の第１導体は電流計のオペアンプ６１の反転入力端子に接続されると共に第２導体はオペアンプ６１の非反転入力端子に接続されている。
なお、同軸ケーブル５の第２導体はＤＵＴ側では接地電位に接続される。
【００３９】
ＤＵＴ６は直列接続されており、ＤＵＴ６には直流電圧発生回路７０の直流電圧が印加されている。この直流電圧発生回路７０から出力される直流電圧は、交流電圧源７１による交流電圧の重畳した直流電圧である。
【００４０】
ＤＵＴ６の絶縁抵抗は、既知の直流電圧発生回路７０の値と、流れる電流の直流成分を電流計６０とＣＰＵ６５で測定することにより求められる。一方ＤＵＴ６の交流インピ−ダンスは同様に、既知の交流電圧源７１の値と流れる電流の交流成分を電流計６０とＣＰＵ６５で測定することにより求められる。
そしてこれらの回路の基準はコモンライン５４の電位である。この電位は、直流電圧発生回路７０のコモンラインと共通であり、接地に対してはフローティングされている。
【００４１】
コンタクトチェックの結果は、電流の直流成分と交流成分の測定値が共に０である場合に接触不良と判断され、交流成分の測定値が０でない場合にはＤＵＴ６、測定装置４、直流電圧発生回路７０の接続状態が正常と判断される。
【００４２】
この測定系では、図２（図１のＢ部分の詳細図）に示すように測定装置４のコモンライン５４を接地電位に接続すると、ＤＵＴ６を固定する治具周りのオフセット容量１の両端はオペアンプ６１の入力端の電圧であり、電位差は生じない。そのためオフセット容量１は測定系に影響しなくなる。したがって、オ−プン補正をしなくても、低容量のＤＵＴ６に対しても精度よくコンタクトチェックを行うことができる。
【００４３】
また、ガ−ディングが接地されているため、３軸同軸ケ−ブルやコネクタは必要とせず、同軸ケーブルとコネクタで使用可能になる。
なお、コモンライン５４は、一箇所で接地されるため、グランドル−プによる測定系への影響は無い。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、図３に示す構成としてもよい。図３において図１と異なるところはスイッチ７１である。オペアンプ６１の出力の交流成分はＤＵＴ６とコンデンサ６２の容量比で決る。したがって接続するＤＵＴ６の容量値によってはオペアンプ６１の出力が飽和するけれども、ＤＵＴ６との接続が正常でない場合には、オペアンプ６１の出力が０になる方向であるためコンタクトチェックの判断には影響を与えない。
【００４５】
ただし、オペアンプ６１の出力が飽和してしまうと絶縁抵抗測定において支障をきたすため、ＣＰＵ６５により、スイッチ８１を開閉し、交流インピーダンス測定と絶縁抵抗測定をタイミングをずらして行う。すなわち、交流インピーダンス測定時にはスイッチ７１を開き、絶縁抵抗測定時にはスイッチ７１を閉じて測定する。なお、コンタクトチェックは、前述と同様にそれぞれの測定結果を基にして行う。
このような測定方式によれば、非常に高いインピーダンスの測定である絶縁抵抗測定も精度良く行うことが可能となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）電流計のコモンラインを接地電位とすることにより、治具周りのオフセット容量による影響を無くすことができ、ＤＵＴの容量が低い場合でも精度の良いコンタクトチェックが可能となる。
（２）交流電圧の周波数を下げることができるため、直流電流計、交流電流計を同じ回路で実現することができる。
【００４７】
（３）従来の装置のような３軸同軸ケ−ブルとそれ用のコネクタは使わずに２軸同軸ケ−ブルとそれ用のコネクタで測定系を構築できるため、コストダウンに繋がる。
（４）接地に対してフロ−ティングの測定系を構築でき、ガーディングした第２導体を接地することが可能なため、２軸同軸ケーブルでの使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２端子回路素子測定装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】オフセット容量の測定系への影響を説明するための図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】従来の２端子回路素子測定装置の一例を示す構成図である。
【図５】従来の他の２端子回路素子測定装置の一例を示す構成図である。
【図６】図５におけるオフセット容量の測定系への影響を説明するための図である。
【符号の説明】
１オフセット容量
４２端子回路素子測定装置
５２軸同軸ケーブル
６ＤＵＴ
５４コモンライン
６０電流計
６１オペアンプ
６２コンデンサ
６３抵抗
６４Ａ／Ｄ変換器
６５ＣＰＵ
６６メモリ
７０直流電圧発生回路
７１交流電圧源
７２直流電圧源
７３オペアンプ
７４〜７６抵抗
８１スイッチ

Claims

中心導体である第１導体と、この第１導体の外周に設けられた第２導体とからなる２軸同軸ケーブルの一端が接続され、このケーブルの他端の第１導体にはＤＵＴが接続され、ＤＵＴとのコンタクトチェックができるように構成された測定装置であって、
前記２軸同軸ケーブルを介してＤＵＴと直列接続され、コモンラインがこの２軸同軸ケーブルの第２導体に接続された電流計と、
この電流計とは独立した回路であって、前記ＤＵＴに印加用の、交流電圧の重畳された直流電圧を発生する直流電圧発生回路と、
前記電流計の出力から直流成分と交流成分を抽出して前記ＤＵＴの絶縁抵抗と交流インピーダンスを求め、これを基にコンタクトチェックを行う信号処理手段
を備えたことを特徴とする２端子回路素子測定装置。
前記電流計は、反転入力端子が前記２軸同軸ケーブルの第１導体に接続され、非反転入力端子が前記２軸同軸ケーブルの第２導体に接続され、帰還路には並列接続されたコンデンサと抵抗が接続された演算増幅器と、この演算増幅器の出力をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器から構成されたことを特徴とする請求項１記載の２端子回路素子測定装置。
中心導体である第１導体と、この第１導体の外周に設けられた第２導体とからなる２軸同軸ケーブルの一端が接続され、このケーブルの他端の第１導体にはＤＵＴが接続され、ＤＵＴとのコンタクトチェックができるように構成された測定装置であって、
前記２軸同軸ケーブルを介してＤＵＴと直列接続され、コモンラインがこの２軸同軸ケーブルの第２導体に接続された電流計と、
この電流計とは独立した回路であって、前記ＤＵＴに印加用の、直流電圧のみまたは交流電圧の重畳された直流電圧を選択的に発生することのできる直流電圧発生回路と、
前記電流計の出力から直流成分と交流成分を抽出して前記ＤＵＴの絶縁抵抗と交流インピーダンスを求め、これを基にコンタクトチェックを行う信号処理手段
を備え、
前記直流電圧発生回路から直流のみを発生させて行う前記ＤＵＴの絶縁抵抗測定と、交流電圧の重畳された直流電圧を発生させて行うＤＵＴの交流インピーダンス測定を異なるタイミングで行うようにしたことを特徴とする２端子回路素子測定装置。
前記電流計のコモンラインを接地したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の２端子回路素子測定装置。
請求項１または４のいずれかに記載の２端子回路素子測定装置を用いてＤＵＴとこの測定装置の接続状態を検出するコンタクトチェック方法であって、
前記電流計と信号処理手段により求めた電流の直流成分と交流成分の測定値が共に０である場合は接触不良、前記交流成分の測定値が０でない場合には接続が正常であると判断することを特徴とするコンタクトチェック方法。