JP2005172730A

JP2005172730A - 回路基板の断線検査装置

Info

Publication number: JP2005172730A
Application number: JP2003416079A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Yanagisawa; 恭行柳沢
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】電気光学効果を応用した方法で高集積化された回路パターンの電圧分布を検出し、完全な断線に至らない抵抗値を有する断線欠陥を検査する回路基板の断線検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電界が加わると屈折率が変化する電気光学材料層を有する電気光学素子１０と、偏光子２０と、検光子３０と、電気光学素子に光を入射させる検出用光源４０と、電気光学材料層で偏光が変化した光を検出する２次元光検出手段５０と、回路基板に周期的零和電圧を印加する信号源６０と、プローブを備えた電圧印加手段７０と、画像処理手段８０と、制御装置９０とを有し、前記信号源６０から周波数の異なる周期的零和電圧を回路基板の回路パターンへ印加し、２次元光検出手段５０にて検出した各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出することを特徴とする回路基板の断線検査装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は回路基板の電気的不良個所を検査するための検査装置に関し、詳しくは回路パターンパッドにプローブを接触して、電気光学効果を応用して高集積化された回路パターンの電圧分布を検出し、完全な断線には至らない抵抗値をもつ断線欠陥を検査する装置に関する。

回路基板の断線、短絡などを検査する方法としては、従来、スプリングプローブで専用治具を形成し、パッドへ一括接触して電気検査する方法がとられてきた。

しかし、パッド数の増加によって高価なスプリングプローブが多数必要となり、専用治具のコストが高騰している。また、パッド間隔の高密度化によって、物理的に接触性を確保することが難しいことや、尖鋭なスプリングプローブを接触させることによるパッドの損傷も問題となっている。

そこで、高密度なパッド間隔に対応して検査する方法が必要となってきており、電気光学効果を応用して電圧分布を画像検出して断線検査や短絡検査をする方法がある。

電気光学効果を応用して電気検査する方法では、回路パターンに電圧を印加し、回路パターンの電圧から発生する電界を画像検出して、導通すべき個所や絶縁すべき個所に電圧が発生しているか否かで断線検査と短絡検査を行う。

従来、回路パターンの電圧分布を電気光学効果を用いて検査する方法としては、ＥＯセンサを用いて非接触で、特定の位置の電界強度を検出し、回路基板の半田接続状態を検査するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、この方法では、回路基板の多くの箇所で電界を検出するには、電気光学素子をスキャンする必要があり、検査の速度が遅くなり、また、スキャンするための位置決め機構が必要となって装置構造が複雑となることなどの問題があった。そのため、検査対象となる複数の個所の電圧を計測するには時間がかかる等の問題がある。

電圧分布を非接触で計測し、液晶ディスプレイの透明導電膜の欠陥を電気検査する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
平行な光束を回路基板近傍に配置した電気光学素子に照射し、その反射光から回路パターンの電圧分布を二次元で検出する。

ここで、電気光学素子の容量結合のインピーダンスは高いため、その前段に断線欠陥となる抵抗値が直列に加わった場合、断線欠陥の抵抗値が高くないと、容量結合に加わる電圧値の変化が乏しく、断線欠陥の判定が難しい。そこで、上記引例特開平−２６６７９４号公報では、断線欠陥の抵抗値Ｒ、電気光学素子部に発生する容量結合Ｃとで形成されるＲＣ積分回路に対し、ステップ電圧を印加したときの過渡電圧を、印加後の検出タイミングを調整して検出している。

ところが、ステップ電圧を印加した場合、形成されるＲＣ積分回路の時定数によってタイミングを調整する必要がある。また、ステップ電圧印加後の検出タイミングを遅くしていった場合、発明者の実験では、電気光学素子の誘電体反射膜の面方向に電荷が拡散してしまい、電圧分布が著しく劣化してしまう。発明者は交流電圧を印加することで、電荷の
拡散問題については解消し、μｍオーダの電圧分布分解能を得ている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、完全な断線に至らない抵抗値をもつ断線欠陥を検出するまでには至っていない。
特開平９−７２９４７号公報特開平５−２５６７９４号公報特開２００２−２８６８１２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、入力インピーダンスの高い電気光学素子での検出において、電気光学効果を応用した方法で高集積化された回路パターンの電圧分布を検出し、完全な断線に至らない抵抗値を有する断線欠陥を検査する回路基板の断線検査装置を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、少なくとも電界が加わると屈折率が変化する電気光学材料層を有する電気光学素子１０と、偏光子２０と、検光子３０と、電気光学素子に光を入射させる検出用光源４０と、電気光学材料層で偏光が変化した光を検出する２次元光検出手段５０と、回路基板に周期的零和電圧を印加する信号源６０と、プローブを備えた電圧印加手段７０と、画像処理手段８０と、制御装置９０とを有し、前記信号源６０から周波数の異なる周期的零和電圧を回路基板の回路パターンへ印加し、２次元光検出手段５０にて検出した各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出することを特徴とする回路基板の断線検査装置としたものである。

また、請求項２においては、少なくともＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶層からなる電気光学材料層を有する電気光学素子１０と、偏光子２０と、検光子３０と、電気光学素子に光を入射させる検出用光源４０と、電気光学材料層で偏光が変化した光を検出する２次元光検出手段５０と、回路基板に周期的零和電圧を印加する信号源６０と、プローブを備えた電圧印加手段７０と、画像処理手段８０と、制御装置９０とを有し、前記信号源６０から周期的零和電圧を回路基板の回路パターンへ印加した状態で、前記検出用光源４０から波長の異なる２つの光を前記光学素子１０へ入射し、前記２次元光検出手段５０にて検出した各波長での各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出することを特徴とする回路基板の断線検査装置としたものである。

本発明の装置によれば、電気光学効果を応用した方法で、信号源から周波数の異なる周期的零和電圧を回路基板の回路パターンに印加し、電気光学素子で検出されたそれぞれの２次元電圧分布を求め、その差分を求めることにより、回路基板の完全な断線に至らない回路パターンの断線欠陥を検出できる。

また、信号源から特定の周波数の周期的零和電圧を回路基板の回路パターンに印加した状態で、波長の異なる少なくとも２つの光をそれぞれ電気光学素子に照射して、電気光学素子で検出されたそれぞれの２次元電圧分布を求め、その差分を求めることにより、回路基板の完全な断線に至らない回路パターンの断線欠陥を検出できる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。

図１は、本発明の回路基板の断線検査装置の一実施例を模式的に示す構成図である。

本発明の回路基板の断線検査装置１００は、少なくとも電界が加わると屈折率が変化する電気光学材料層を有する電気光学素子１０と、偏光子２０と、検光子３０と、電気光学素子に光を入射させる検出用光源４０と、電気光学材料層で偏光が変化した光を検出する２次元光検出手段５０と、回路基板に周期的零和電圧を印加する信号源６０と、プローブを備えた電圧印加手段７０と、画像処理手段８０と、制御装置９０とで構成されており、請求項１に係わる発明では、前記信号源６０から周波数の異なる周期的零和電圧を回路基板の回路パターンへ印加して、２次元光検出手段５０で検出した各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出しており、請求項２に係わる発明では、前記信号源６０から周期的零和電圧を印加して、前記検出用光源４０から波長の異なる２つの光を入射し、各波長で検出した各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出している。

以下、本発明の回路基板の断線検査装置１００を用いて回路基板の回路パターンの断線検査を行う方法について説明する。

まず、電気光学素子１０を回路基板１の回路パターン１ａに近接させ、回路基板１の回路パターンパッド１ｂに電圧印加手段７０のプローブ７１を接触させて信号源４０より周波数の異なる周期的零和電圧を印加する。電圧印加手段７０は信号源６０からの供給電圧を回路基板１の個々の回路パターンパッド１ｂにＯＮ／ＯＦＦできるスキャン機構を有している。
ここで、周期的零和電圧とは、１周期分の電圧信号の積分値が零になる電圧。例えば、正弦波、矩形波からなる交流電圧である。
また、回路基板１の回路パターン１ａと回路パターンパッド１ｂとは導通パターン１ｃにて電気的に接続されている。

電気光学素子１０は電界が加わると屈折率が変化する電気光学材料層１１の一方の面に透明導電膜１２を、他方の面に誘電体反射膜１３形成したもので、電気光学材料層１１としては、縦電界に感度を示すＫＤＰ、ＣｄＴｅ、ＢＳＯ、ＺｎＴｅなどを用い、膜厚は１０〜５００μｍ程度が望ましい。電気光学素子１０の入射面に透明導電膜１２を設けることで、回路パターン１ａから発生する電界を電気光学材料層１１の厚さ方向内に印加できる。電気光学素子１０の回路基板１側に誘電体反射膜１３を設けることで、検出用光源４０から入射した光の反射率を高めることができる。
また、電気光学素子１０は回路基板１の回路パターン１ａに接触させてもよいし、２０μｍ程度の距離で非接触としてもよい。

次に、検出用光源４０から発せられた光は偏光子２０で偏光され、ビームスプリッタ２１で光路を変えて電気光学素子１０へ照射される。検出用光源４０にはハロゲン光源やＬＥＤ光源などが用いられる。電気光学素子１０へ入射した光は、誘電体反射膜１３で反射されて、ビームスプリッター２１、１／４波長板３１及び検光子３０を経て２次元光検出器５０へ出射される。透明導電膜１２はグランドに接地する。

次に、信号源６０から周波数の異なる周期的零和電圧を印加すると、回路パターン１ａと透明導電膜１２との間に、回路パターン１ａの電圧分布から発生する電界分布が生じ、電気光学素子１０の電気光学材料層１１は電界分布によって屈折率が変化する。周期的零和電圧（交流電圧）を印加することで、電気光学素子１０の面方向に生ずる電荷の拡散を抑圧することができる。電気光学素子１０からの反射光は、回路パターン１ａの電圧分布
に応じて偏光状態が変化する。

次に、誘電体反射膜１３で反射された偏光状態の反射光は、ビームスプリッタ２１、１／４波長板３１、検光子３０を経て、電圧分布に応じた光の強度分布が２次元光検出器５０にて検出される。このとき、１／４波長板３１で位相補償して線形化を図ってもよい。２次元光検出器５０には、エリアＣＣＤなどを用いる。

請求項１に係わる発明では、信号源６０から周波数の異なる少なくとも２つの周期的零和電圧を印加し、各周波数での反射光を２次元光検出器５０で検出し、画像処理手段８０で、それぞれの２次元電圧分布を求めることができ、さらに、画像処理手段８０で、それぞれの２次元電圧分布の差分をとることで、断線欠陥かどうかの判定処理を行う。装置全体の動作は制御装置９０で制御される。

請求項２に係わる発明では、信号源６０から特定の周波数の周期的零和電圧を印加し、波長の異なる少なくとも２つの光を入射し、各波長での反射光を２次元光検出器５０で検出し、画像処理手段８０で、それぞれの２次元電圧分布を求めることができ、さらに、画像処理手段８０で、それぞれの２次元電圧分布の差分をとることで、断線欠陥かどうかの判定処理を行う。装置全体の動作は制御装置９０で制御される。

回路パターンの電気的な欠陥の一つとして、断線欠陥があげられる。図２（ａ）及び図３（ａ）に回路基板の導通パターンが断線状態２にある断線欠陥の一例を示す。
請求項１に係る発明の事例について、図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
断線欠陥は必ずしも完全に断線して無限大の抵抗値とはならず、限られた抵抗値をもつ場合もある。電気光学効果を応用した方法では、回路パターン１ａ₁からの電界は比較的インピーダンスが高い容量結合１４として検出される。そのため、断線欠陥が完全な断線でなく限られた抵抗値をもつとき、図２（ｂ）に示す等価回路において、断線欠陥の抵抗１５の抵抗値が電気光学素子１０の容量結合１４によるインピーダンスより極めて小さい場合には、検出することが難しい。

一般に断線欠陥の抵抗値は１Ω以上が対象であり、電気光学材料層１１として、比誘電率５６のＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀を用いた電気光学素子１０に１ｋＨｚの電圧を印加し、１ｍｍ角の回路パターンを検出した場合、容量結合１４によるインピーダンスは４００ＭΩとなる。そのとき、断線欠陥の抵抗値が１ＭΩの場合では、良品の２次元電圧分布に対して０．２５％の変化しか表れない。

次に、１００ｋＨｚの電圧を印加して検出すれば、２５％の変化が表れる。そこで、周波数の異なる２次元電圧分布を比較すれば、完全な断線に至らない無限大以下の抵抗値について、より低い抵抗値の断線欠陥を検出できる。
このように、回路パターンへ印加する電圧の周波数を変化させることで、電気光学素子１０への容量結合による入力インピーダンスを変化させ、各周波数で求めた電界成分の変化を求めることで、完全な断線に至らない抵抗値をもつ断線欠陥を検出することができる。

請求項２に係る発明の事例については、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。
電気光学材料層１１として、比誘電率５６のＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶層を用いた電気光学素子１０に１ｋＨｚの周期的零和電圧を印加し、１ｍｍ角の回路パターンを検出した場合、まず、電気光学素子１０へ５００ｎｍより短い波長の光を照射する。Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶層からなる電気光学材料層１１は、波長が５００ｎｍより短い光に対して、光導電効果を顕著に示し、暗抵抗１０¹⁴Ω／ｃｍ^-1に対し、光導電効果によって１０⁸Ω／ｃｍ^-1となる。

電気光学素子１０に５００ｎｍより短い波長の光を照射した場合、回路パターン１ａ₂から電気光学素子１０には、図３（ｂ）の等価回路に示すように、容量結合１４と、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶層からなる電気光学材料層１１に発生する光導電効果による抵抗１６が発生する。そのため、検出用光源からの照射波長により電気光学素子１０の入力インピーダンスが変化する。
よって、各波長での回路パターン１ａ₂の電圧分布を求め、その差分をとることにより、抵抗値をもつ断線欠陥の検査が行える。

このように、Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶層からなる電気光学材料層１１に５００ｎｍより短い波長の光及びその他の波長の光をそれぞれ照射することにより、電気光学材料層１１の抵抗値を変えることで回路パターンから電気光学素子への入力インピーダンスを変えることができ、抵抗値をもつ断線欠陥の検査が行える。

本発明の回路基板の断線検査装置の一実施例を模式的に示す構成図である。（ａ）は、本発明の回路基板の断線検査装置を用いて導通パターンが断線状態にある回路基板の断線欠陥を検査する方法の一例を示す説明図である。

（ｂ）は、等価回路を示す。
（ａ）は、本発明の回路基板の断線検査装置を用いて導通パターンが断線状態にある回路基板の断線欠陥を検査する方法の他の例を示す説明図である。

（ｂ）は、等価回路を示す。

符号の説明

１……回路基板
１ａ、１ａ₁、１ａ₂……回路パターン
１ｂ、１ｂ₁、１ｂ₂……回路パターンパッド
１ｃ……導通パターン
２……断線状態
１０……電気光学素子
１１……電気光学材料層
１２……透明導電膜
１３……誘電体反射膜
１４……容量結合
１５……断線欠陥の抵抗
１６……光導電効果による抵抗
２０……偏光子
２１……ビームスプリッタ
３０……検光子
３１……１／４波長板
４０……検出用光源
５０……２次元光検出器
６０……信号源
７０……電圧印加手段
７１……プローブ
８０……画像処理手段
９０……制御装置
１００……回路基板の断線検査装置

Claims

少なくとも電界が加わると屈折率が変化する電気光学材料層を有する電気光学素子（１０）と、偏光子（２０）と、検光子（３０）と、電気光学素子に光を入射させる検出用光源（４０）と、電気光学材料層で偏光が変化した光を検出する２次元光検出手段（５０）と、回路基板に周期的零和電圧を印加する信号源（６０）と、プローブを備えた電圧印加手段（７０）と、画像処理手段（８０）と、制御装置（９０）とを有し、前記信号源（６０）から周波数の異なる周期的零和電圧を回路基板の回路パターンへ印加し、２次元光検出手段（５０）にて検出した各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出することを特徴とする回路基板の断線検査装置。
少なくともＢｉ₁₂ＳｉＯ₂₀結晶層からなる電気光学材料層を有する電気光学素子（１０）と、偏光子（２０）と、検光子（３０）と、電気光学素子に光を入射させる検出用光源（４０）と、電気光学材料層で偏光が変化した光を検出する２次元光検出手段（５０）と、回路基板に周期的零和電圧を印加する信号源（６０）と、プローブを備えた電圧印加手段（７０）と、画像処理手段（８０）と、制御装置（９０）とを有し、前記信号源（６０）から回路基板の回路パターンへ周期的零和電圧を印加した状態で、前記検出用光源（４０）から波長の異なる２つの光を前記光学素子（１０）へ入射し、前記２次元光検出手段（５０）にて検出した各波長での各２次元電圧分布の差分をとることで断線欠陥を検出することを特徴とする回路基板の断線検査装置。