JP2005003507A

JP2005003507A - 回路基板検査装置

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Publication number: JP2005003507A
Application number: JP2003167218A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sato; 義典佐藤; Kazutoshi Hosoya; 和俊細谷
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4225843B2

Abstract

【課題】検査対象の回路基板について高精度で検査する。
【解決手段】移動機構５ａと、プローブ３および電極２ｂの間に検査用信号を出力して電気的パラメータを測定する測定部６と、電気的パラメータに基づいて回路基板Ｐを検査する制御部６と、ＲＡＭ８とを備え、制御部６は、導体パターンに対して非接触状態のプローブ３を移動機構５ａを制御して接触状態に移行させつつ測定部６にプローブ３と電極２ｂとの間の静電容量を連続して複数回測定させると共にその測定値をＲＡＭ８に保存し、ＲＡＭ８に保存されている静電容量のうち、その差分値が所定の変化量以上の連続して測定された２つの測定値を特定すると共に各測定値の測定時点において測定部６によって測定された２つの電気的パラメータの差分値を算出してその差分値に基づいて正規な電気的パラメータを算出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象の回路基板における複数の導体パターンと基準電極との間の電気的パラメータを測定して回路基板を検査可能に構成された回路基板検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回路基板検査装置として、出願人は、導体パターン（ＣＰ）と電極（２ｂ）との間の対電極間静電容量（ＣＣＰ）を測定して回路基板（Ｐ）を検査する回路基板検査装置（１）を特開２００３−１４８０７号公報に開示している。この回路基板検査装置（１）による回路基板（Ｐ）の検査時には、まず、一例として、移動機構（５ａ）が導体パターン（ＣＰ１）の測定ポイント（ＴＰ１）に検査用プローブ（３）を接触させる。次に、制御部（６）が検査用プローブ（３）と電極（２ｂ）との間に検査用信号としての交流電圧を出力して導体パターン（ＣＰ１）と電極（２ｂ）との間の対電極間静電容量（ＣＴＣ１）を仮測定し、その測定結果に基づいて測定レンジを決定して設定する。次いで、制御部（６）は、移動機構（５ａ）を制御して検査用プローブ（３）を測定ポイント（ＴＰ１）から若干離間（上動）させ、その状態で測定ポイント（ＴＰ１）での浮遊容量（ＣＳ１）を測定してＲＡＭ（７）に記憶させる。
【０００３】
次に、制御部（６）は、移動機構（５ａ）を制御して検査用プローブ（３）を測定ポイント（ＴＰ１）に再度接触させた状態で導体パターン（ＣＰ１）と電極（２ｂ）との間の対電極間静電容量（ＣＰＲ１）を測定する。次いで、制御部（６）は、対電極間静電容量（ＣＰＲ１）から浮遊容量（ＣＳ１）を差し引くことにより、差分（ＣＰＲ１ −ＣＳ１）を浮遊容量の影響を排除した導体パターン（ＣＰ１）についての正規な対電極間静電容量（ＣＣＰ１）としてＲＡＭ（７）に記憶させる。この後、制御部（６）は、すべての導体パターン（ＣＰ）について上記の処理を実行して各導体パターン（ＣＰ）についての正規な対電極間静電容量（ＣＣＰ）をＲＡＭ（７）に順次記憶させる。次に、制御部（６）は、ＲＡＭ（７）に記憶させた各対電極間静電容量（ＣＣＰ）が対応する基準データに対して所定範囲内（例えば、±１０％以内）のときに、その導体パターン（ＣＰ）に断線および短絡が存在しないと判別する判別処理を実行する。この判別処理をすべての導体パターン（ＣＰ）に対して順次実行することにより、回路基板（Ｐ）が検査される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−１４８０７号公報（第５−７頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、出願人が開示している従来の回路基板検査装置（１）には、以下の改善すべき課題がある。すなわち、従来の回路基板検査装置（１）では、検査用プローブ（３）を測定ポイント（ＴＰ）から若干離間させた状態で測定ポイント（ＴＰ）での浮遊容量（ＣＳ）を測定している。この際に、従来の回路基板検査装置（１）では、移動機構（５ａ）が、予め規定された距離だけ（一例として、回路基板（Ｐ）の厚み＋０．５ｍｍ程度の距離だけ）電極部（２）の上面から離間するように検査用プローブ（３）を移動させている。この場合、例えば回路基板（Ｐ）に反りが生じている状態では、回路基板（Ｐ）の裏面と電極部（２）の表面との間に隙間が生じる。この際には、電極部（２）の上面から予め規定された距離だけ検査用プローブ（３）を離間させたとしても、回路基板（Ｐ）の裏面に生じた隙間の分だけ回路基板（Ｐ）の表面（すなわち、測定ポイント（ＴＰ））が検査用プローブ（３）に接近した状態となり、最悪の場合、検査用プローブ（３）が測定ポイント（ＴＰ）に接触した状態となる。また、回路基板（Ｐ）に反り等が生じていない場合であっても、検査用プローブ（３）の摩耗や曲がり等に起因して、検査用プローブ（３）の先端と測定ポイント（ＴＰ）とが、規定された距離（この場合、０．５ｍｍ）よりも大きく離間することもある。このように、従来の回路基板検査装置（１）には、回路基板（Ｐ）の反りや検査用プローブ（３）の摩耗等に起因して、測定される浮遊容量（ＣＳ）が変動するおそれがあり、回路基板（Ｐ）を高精度で検査するのが困難になることがあるという課題が存在する。
【０００６】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、検査対象の回路基板について高精度で検査し得る回路基板検査装置を提供することを主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の回路基板検査装置は、接触型の検査用プローブと、当該検査用プローブを移動させて測定対象の回路基板における導体パターンに接触させるプローブ移動機構と、前記検査用プローブおよび基準電極の間に検査用信号を出力して所定の電気的パラメータを測定する測定部と、前記プローブ移動機構を制御すると共に前記測定された電気的パラメータに基づいて前記回路基板を検査する制御部と、測定値を保存可能な記憶部とを備え、前記制御部は、前記導体パターンに対して非接触状態および接触状態のいずれか一方の状態の前記検査用プローブを前記移動機構を制御して当該両状態のいずれか他方の状態に移行させつつ前記測定部を制御して当該検査用プローブと前記基準電極との間の静電容量および当該検査用プローブと当該基準電極との間を流れる電流の少なくとも１種の測定値を連続して複数回測定させると共にその測定値を前記記憶部に順次保存する測定値保存処理と、前記記憶部に保存されている前記少なくとも１種の各測定値のうち、その差分値が所定の変化量以上の連続して測定された２つの測定値を特定すると共に当該各測定値の測定時点において前記測定部によって測定された２つの前記電気的パラメータの差分値を算出して当該差分値に基づいて正規な前記電気的パラメータを算出する算出処理とを実行可能に構成されている。
【０００８】
請求項２記載の回路基板検査装置は、請求項１記載の回路基板検査装置において、前記測定部は、前記静電容量および前記電流の少なくとも１種を前記電気的パラメータとして測定する。
【０００９】
請求項３記載の回路基板検査装置は、請求項１または２記載の回路基板検査装置において、前記基準電極としての平板状の電極と、当該電極上に配設された絶縁層とを有する電極部を備えて構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る回路基板検査装置の好適な発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
最初に、本発明を適用した回路基板検査装置１の構成について、図１を参照して説明する。
【００１２】
同図に示すように、回路基板検査装置１は、電極部２、検査用プローブ（以下、「プローブ」ともいう）３，４、プローブ移動機構（以下、「移動機構」ともいう）５ａ，５ｂ、測定部６、制御部７、ＲＡＭ８およびＲＯＭ９を備えて構成されている。電極部２は、その表面に絶縁フィルム２ａ（本発明における絶縁層）が貼付された平板状の電極２ｂを有して検査対象の回路基板Ｐを載置可能に構成されている。この場合、電極２ｂは、本発明における基準電極の一例であって、測定部６に接続されている。プローブ３，４は、接触型プローブであって、プローブ固定具３ａ，４ａを介して移動機構５ａ，５ｂに取り付けられると共に測定部６に接続されている。移動機構５ａ，５ｂは、制御部７の制御下でプローブ３，４を上下左右に移動させることによってその先端部を回路基板Ｐ上の導体パターンに接触させる。
【００１３】
測定部６は、制御部７の制御に従ってプローブ３，４および電極部２（電極２ｂ）を介して測定対象体に検査用信号としての測定用交流信号を出力して、出力した測定用交流信号の電圧の位相とその測定対象体および電極２ｂ間を流れる電流の位相との間の位相差を測定して、測定した位相差に基づいて測定対象体および電極２ｂ間の静電容量（本発明における「電気的パラメータ」および「少なくとも１種」の一例）を測定する。制御部７は、移動機構５ａ，５ｂおよび測定部６の動作を制御すると共に、測定部６によって出力される測定値をＲＡＭ８に保存する測定値保存処理と、ＲＡＭ８に保存した測定値に基づいて回路基板Ｐを検査する検査処理とを実行する。ＲＡＭ８は、本発明における記憶部に相当し、測定部６によって出力される複数の測定値、プローブ３，４を接触させるべき導体パターンの位置（測定ポイントの位置）を特定可能な位置データ、および良品の基板から吸収した検査用基準データなどを記憶する。ＲＯＭ９は、制御部７の動作プログラムを記憶する。
【００１４】
次に、回路基板検査装置１による回路基板Ｐの検査方法について、図面を参照して説明する。なお、この回路基板検査装置１は、出願人が開示している従来の回路基板検査装置（１）と同様にして、プローブ３，４を使用した導体パターンの導通検査等を実行可能に構成されているが、その導通検査等自体の説明については、本発明についての理解を容易とするために省略する。
【００１５】
まず、導体パターンの形成面を上向きにして回路基板Ｐを電極部２（絶縁フィルム２ａ）の上に載置する。次に、制御部７が測定値保存処理を開始する。この処理では、制御部７は、例えば移動機構５ａを制御してプローブ３を回路基板Ｐにおける検査対象の導体パターンの上方に移動させる。この際に、プローブ移動機構５ａは、検査用プローブ３が導体パターンに対して非接触の状態（本発明における「一方の状態」）となるように移動させる。次に、制御部７は、測定部６に対して静電容量の測定を開始させる。この際に、測定部６は、プローブ３および電極部２（電極２ｂ）を介して測定用交流信号を出力して上記した位相差の測定を実行し、測定した位相差に基づいて静電容量を測定して、その測定値を制御部７に出力する。この場合、測定部６は、一例として、２０ｍＳ程度の周期時間ｔｓ（図２参照）で静電容量を複数回に亘って連続して測定する。また、制御部７は、測定部６によって出力された測定値をＲＡＭ８に順次保存する。次に、制御部７は、測定部６に対して静電容量の測定を継続して実行させつつ、移動機構５ａに対してプローブ３を導体パターンに向けて移動させる。この際に、制御部７は、プローブ３が上記の非接触の状態から導体パターンに接触する接触状態（本発明における「他方の状態」）に至るまで例えば４０回程度の測定が可能となるように、移動機構５ａに対してプローブ３を所定の移動速度で移動させる。また、制御部７は、プローブ３が導体パターンに接触するのに十分な時間だけ測定部６に対して静電容量の測定を継続させ、予め規定された時間が経過した時点（プローブ３が導体パターンに接触したと考えられる時点から所定時間を経過した時点）で、測定部６に対して静電容量の測定を終了させる。これにより、ＲＡＭ８には、プローブ３が導体パターンに向けて徐々に接近している間に測定された複数の測定値と、プローブ３が導体パターンに接触した直後に測定された測定値と、接触後にも測定された複数の測定値とが保存される。以上で測定値保存処理が完了する。
【００１６】
次に、制御部７は、ＲＡＭ８に保存した複数の測定値に基づいて導体パターン（回路基板Ｐ）の良否を検査する検査処理を開始する。この処理では、制御部７は、まず、上記の測定値保存処理によってＲＡＭ８に保存した各測定値に基づいて、検査用プローブ３が導体パターンに接触した後に測定された測定値（静電容量Ｃ）をその導体パターンについての正規な静電容量Ｃに補正して算出する算出処理を開始する。具体的には、制御部７は、まず、各測定値の変化状態（変化量）に基づいて、プローブ３が導体パターンに接触した直後に測定された測定値と、プローブ３が導体パターンに接触する直前に測定された測定値とを特定する。この場合、図２に示すように、プローブ３が導体パターンに向けて移動している間には、プローブ３が電極２ｂに接近するほど静電容量Ｃが増加する。また、プローブ３が導体パターンに接触した際には、導体パターンの面積に応じた静電容量Ｃの値にまで瞬間的に増加し、その後の状態では、検査用プローブ３の移動が終了するために、静電容量Ｃの値が一定となる。したがって、周期時間ｔｓ毎にＲＡＭ８に保存された各測定値のうち、プローブ３が導体パターンに向けて移動している間に測定された各測定値は、直前に測定した測定値との差分値である変化量Ｃｓ１が比較的小さな値であって、プローブ３が導体パターンに接触した直後に測定された測定値（同図の静電容量Ｃ（ｎ＋１））は、接触の直前に測定された測定値（同図の静電容量Ｃｎ）との差分値である変化量Ｃｓ２が比較的大きな値（差分値が所定の変化量以上）となる。このため、連続して測定された測定値の差分値（変化量Ｃｓ１，Ｃｓ２）が所定の変化量以上の変化量となるときに、その測定値（この場合、静電容量Ｃ（ｎ＋１））がプローブ３と導体パターンとが接触した直後に測定されたものであって、その測定値の直前に測定された測定値（この場合、静電容量Ｃｎ）が非接触の状態で最後に測定された測定値であると特定することができる。この場合、所定の変化量としては、任意に規定することができるが、例えば、この例では、変化量Ｃｓ１を超えて変化量Ｃｓ２未満の範囲内の任意の所定変化量であればよく、変化量Ｃｓ１と変化量Ｃｓ２との中間値が好ましい。
【００１７】
次いで、制御部７は、特定した両測定値に基づいて、検査対象の導体パターンについての正規な静電容量Ｃを算出する。具体的には、制御部７は、静電容量Ｃ（ｎ＋１）（一例として、５３０ｆＦ）から、静電容量Ｃｎ（一例として、５００ｆＦ）を差し引いて両測定値の差分値（この場合、３０ｆＦ）を求める。この場合、静電容量Ｃｎは、検査用プローブ３が導体パターンに非接触状態であって導体パターンに対して最も接近した状態で測定された測定値のため、この静電容量Ｃｎをその測定ポイントにおける浮遊容量として静電容量Ｃ（ｎ＋１）から差し引くことにより、その導体パターンについての正規な静電容量（この例では差分値の３０ｆＦ）が高精度で測定（補正して算出）される。次に、制御部７は、算出結果（導体パターンについての正規な静電容量）とＲＡＭ８から読み出した検査用基準データとを比較して、正規な静電容量が検査用基準データとしての上下限値の範囲内（所定範囲内：例えば、±２０％以内）のときに、その導体パターンに断線および短絡が存在しないと判別する。逆に、正規な静電容量が上限値（例えば、＋２０％）を超えるときには、その導体パターンに短絡が存在し、正規な静電容量が下限値（例えば、−２０％）未満のときには、その導体パターンに断線が存在すると判別する。この後、制御部７は、他のすべての導体パターンについても、上記の算出処理（正規な静電容量の算出）、および検査用基準データ（上下限値）との比較処理を順次実行する。これにより、回路基板Ｐの検査処理が完了する。
【００１８】
このように、この回路基板検査装置１によれば、導体パターンに対して非接触状態および接触状態のいずれか一方の状態（この例では非接触状態）の検査用プローブ３をいずれか他方の状態（この例では接触状態）に移行させつつ静電容量（本発明における「少なくとも１種」）の測定値を連続して複数回測定してＲＡＭ８に順次保存する測定値保存処理と、各測定値のうち、その差分値が所定の変化量以上の連続して測定された２つの測定値（この例ではＣｎ，Ｃ（ｎ＋１））を特定すると共にその２つの静電容量の差分値（この例では、Ｃ（ｎ＋１）−Ｃｎ）を算出してその差分値で導体パターンについての正規な静電容量を算出する算出処理とを実行することにより、回路基板Ｐの反りや検査用プローブ３の摩耗等が生じているときであっても、その測定ポイントにおける浮遊容量を正確に測定（算出）することができるため、導体パターンについての正規な静電容量（正規な電気的パラメータ）を正確に測定することができる。したがって、回路基板Ｐを高精度で検査することができる。
【００１９】
また、この回路基板検査装置１によれば、本発明における少なくとも１種の測定値（この例では静電容量Ｃ）を本発明における電気的パラメータ（この例では静電容量Ｃ）として測定可能に構成したことにより、その１種の測定値と電気的パラメータとを異ならせる構成と比較して、測定部６がその少なくとも１種の測定値を測定するだけで、正規な電気的パラメータの算出処理および回路基板Ｐの検査処理を確実かつ迅速に実行することができる。
【００２０】
さらに、この回路基板検査装置１によれば、本発明に基準電極としての平板状の電極２ｂと、電極２ｂに配設された絶縁フィルム２ａとを有する電極部２を備えたことにより、基準電極として使用可能なベタパターン等が形成されていない回路基板についても検査を行うことができる。
【００２１】
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、本発明の実施の形態では、導体パターンに非接触状態のプローブ３を導体パターンに向けて徐々に移動させて接触状態に移行させつつ、その間に測定部６に対して本発明における少なくとも１種の測定値を測定させる構成の回路基板検査装置１を例に挙げて説明したが、プローブ３を導体パターンに接触させた状態から非接触状態に移行させつつ、その間に測定部６に対して上記の少なくとも１種の測定値を測定させる構成の回路基板検査装置を採用することもできる。また、本発明の実施の形態では、測定した正規な静電容量Ｃを本発明における正規な電気的パラメータとする例について説明したが、本発明はこれに限定されず、プローブ３と電極２ｂとの間を流れる電流の値を電気的パラメータとすることもできる。さらに、本発明における少なくとも１種の測定値と、回路基板Ｐを検査する基となる電気的パラメータとが同種の測定値および異種の測定値のいずれでもよいのは勿論である。具体的には、少なくとも１種の測定値が電流値および静電容量のいずれか一方のときに、電気的パラメータが電流値および静電容量のうちの任意の一方であってもよい。したがって、少なくとも１種の測定値としてプローブ３と電極２ｂとの間を流れる電流の値を測定し、その測定値のうちの特定した２つの測定値を測定した時点において測定部６によって測定された２つの電気的パラメータ（例えば、プローブ３と電極２ｂとの間の静電容量）の差分値を算出してその差分値を本発明における正規な電気的パラメータとして算出することができる。ただし、少なくとも１種の測定値と、回路基板Ｐを検査する基となる電気的パラメータとを同種の測定値にした場合、測定値保存処理において１種の測定値のみを保存するだけでよく、しかも、少なくとも１種の測定値（例えば電流値）とは異種の電気的パラメータ（例えば静電容量）を測定する処理を省くことができるため、その分、算出処理を含めて回路基板Ｐの検査処理を確実かつ迅速に実行することができる。
【００２２】
また、本発明の実施の形態では、測定部６によって測定された静電容量Ｃの変化量に基づいて検査用プローブ３が導体パターンに接触した状態の静電容量と、導体パターンに接触する直前の状態の静電容量とを特定してその導体パターンについての正規な静電容量Ｃを算出する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、前述した位相差や、電流値等の各種の電気的パラメータに基づいて、上記の正規な静電容量Ｃの算出（測定値の算出処理）を実行可能に構成することができる。
【００２３】
さらに、本発明の実施の形態では、電極２ｂを有する電極部２を備えた回路基板検査装置１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、検査対象の回路基板におけるパターン（例えばグランドパターンや電源パターン等のいわゆるベタパターンや通常の信号パターンなど）を本発明における基準電極として使用する構成を採用することができる。具体的には、電極部２に代えて、例えば上記のベタパターンに電気的に接触可能な検査用プローブを配設して、検査用プローブ３と、ベタパターンに接触させた検査用プローブとの間に測定用信号を出力して本発明における少なくとも１種の測定値や電気的パラメータを測定可能に構成する。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の回路基板検査装置によれば、導体パターンに対して非接触状態および接触状態のいずれか一方の状態の検査用プローブをいずれか他方の状態に移行させつつ静電容量および電流の少なくとも１種の測定値を連続して複数回測定して記憶部に順次保存する測定値保存処理と、各測定値のうち、その差分値が所定の変化量以上の連続して測定された２つの測定値を特定すると共に２つの電気的パラメータの差分値に基づいて正規な電気的パラメータを算出する算出処理とを実行することにより、回路基板の反りや検査用プローブの摩耗等が生じているときであっても、その測定ポイントにおける電気的パラメータを正確に測定（算出）することができる結果、回路基板を高精度で検査することができる。
【００２５】
また、請求項２記載の回路基板検査装置によれば、静電容量および電流の少なくとも１種を電気的パラメータとして測定することにより、その１種の測定値と電気的パラメータとを異ならせる構成と比較して、測定部がその少なくとも１種を測定するだけで、正規な電気的パラメータの算出処理および回路基板の検査処理を確実かつ迅速に実行することができる。
【００２６】
さらに、請求項３記載の回路基板検査装置によれば、基準電極としての平板状の電極と、電極上に配設された絶縁層とを有する電極部を備えたことにより、基準電極として使用可能なベタパターン等が形成されていない回路基板についても検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回路基板検査装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】プローブ３および導体パターンの間の距離と、測定部６によって測定された静電容量Ｃとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１回路基板検査装置
２電極部
２ａ絶縁フィルム
２ｂ電極
３，４検査用プローブ
５ａ，５ｂプローブ移動機構
６測定部
７制御部
８ＲＡＭ
Ｃｎ，Ｃ（ｎ−１）静電容量
Ｃｓ１，Ｃｓ２変化量
Ｐ回路基板
ｔｓ周期時間

Claims

接触型の検査用プローブと、当該検査用プローブを移動させて測定対象の回路基板における導体パターンに接触させるプローブ移動機構と、前記検査用プローブおよび基準電極の間に検査用信号を出力して所定の電気的パラメータを測定する測定部と、前記プローブ移動機構を制御すると共に前記測定された電気的パラメータに基づいて前記回路基板を検査する制御部と、測定値を保存可能な記憶部とを備え、
前記制御部は、前記導体パターンに対して非接触状態および接触状態のいずれか一方の状態の前記検査用プローブを前記移動機構を制御して当該両状態のいずれか他方の状態に移行させつつ前記測定部を制御して当該検査用プローブと前記基準電極との間の静電容量および当該検査用プローブと当該基準電極との間を流れる電流の少なくとも１種の測定値を連続して複数回測定させると共にその測定値を前記記憶部に順次保存する測定値保存処理と、
前記記憶部に保存されている前記少なくとも１種の各測定値のうち、その差分値が所定の変化量以上の連続して測定された２つの測定値を特定すると共に当該各測定値の測定時点において前記測定部によって測定された２つの前記電気的パラメータの差分値を算出して当該差分値に基づいて正規な前記電気的パラメータを算出する算出処理とを実行可能に構成されている回路基板検査装置。
前記測定部は、前記静電容量および前記電流の少なくとも１種を前記電気的パラメータとして測定する請求項１記載の回路基板検査装置。
前記基準電極としての平板状の電極と、当該電極上に配設された絶縁層とを有する電極部を備えて構成されている請求項１または２記載の回路基板検査装置。