JP2005283470A - 回路基板の電圧分布検出装置と検査装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、電気光学効果を応用して回路基板の電圧分布を高精度に検出する電圧分布検出装置、及び当該検出装置を使用して回路基板の電気的不良を検査するための検査装置を提供することにある。
【解決手段】回路基板２の回路パターンに発生する電圧分布に応じて光の屈折率が変化する電気光学素子１と、電気光学素子からの反射光を検出する光検出手段１０と、前記光検出手段１０からの検出結果に基づいて、前記回路基板２の回路パターンに発生する２次元電圧分布を検出する電圧分布検出手段１１とを有する回路基板の検査装置が開示されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般的には電気光学効果を応用して、回路基板の電圧分布を検出する電圧分布検出装置に関し、特に、当該装置を使用して回路基板の電気的不良を検査するための検査装置に関する。

従来、回路基板の断線や短絡などの回路パターンの欠陥を検査する方法としては、スプリングプローブを使用した専用治具により、電極パッドに一括接触して電気的検査を行なう方法が一般的である。

しかし、回路基板上での回路パターンの複雑化に伴なって電極パッド数が増加すると、高価なスプリングプローブが多数必要となり、専用治具に要するコストの高騰を招くことになる。また、回路パターンの複雑化に伴なう電極パッド間隔の高密度化によって、スプリングプローブの物理的な接触性を確保することが困難になっている。さらに、尖鋭なスプリングプローブを接触させることによる電極パッドの損傷も問題となっている。

そこで、低コストで、高密度な電極パッド間隔にも対応できる非接触式の検査方法が必要となってきている。当該検査方法として、電気光学効果を応用して電圧分布を画像検出することにより、回路パターンの断線や短絡を検査する方法が開発されている。この電気光学効果を応用した電気検査方法は、回路パターンに電圧を印加し、当該回路パターンの電圧から発生する電界を画像検出して、導通すべき箇所や絶縁すべき箇所に電圧が発生しているか否かで断線検査及び短絡検査を行なう方法である。なお、以下、電気光学をＥＯ（electro-optical）と表記する場合がある。

具体的に提案されている検査方法としては、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方法がある（例えば、特許文献１を参照）。しかし、この方法では、ＥＯセンサの先端部分の電界しか検出できないため、回路パターンの電圧分布を求めるには、ＥＯセンサを移動させていく必要がある。このため、検査対象となる回路基板上での複数の箇所の電圧を計測するには、かなりの時間を要する問題がある。

また、回路パターンの電圧分布を片側パッドについて非接触で計測し、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を参照）。この方法は、平行な光束を回路基板近傍に配置したＥＯ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２次元で検出する。

ここで、回路パターンからＥＯ素子への容量結合の入力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、前記特許文献２による方法では、断線欠陥の抵抗値Ｒ、ＥＯ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、ＥＯ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。この問題の解決方法として、交流電圧を印加することで、μｍオーダの電圧分布分解能を得る方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。

しかしながら、いずれの従来の方法においても、回路パターンの片端からは電圧を印加する必要が有るため、多数の回路パターンへ信号を入力する装置やプローブが必要となり、検査装置の構造が複雑となる問題がある。
特願平７−２４８８６１号公報 特開平５−２５６７９４号公報 特開２００２−２８６８１２号公報

本発明の目的は、前述のような課題を解決するために、簡単な構造で、電気光学効果を応用して回路基板の電圧分布を高精度に検出する電圧分布検出装置、及び当該検出装置を使用して回路基板の電気的不良を検査するための検査装置を提供することにある。

請求項１に係る本発明の観点に従った回路基板の電圧分布検出装置は、検出対象の回路基板の片面側に配置されて、前記回路基板の回路パターンに発生する電圧分布に応じて光の屈折率が変化する電気光学素子と、前記回路基板の前記片面側に対する反対面側に、前記回路基板の回路パターンとは非接触状態で配置される電極部材と、前記電気光学素子に光を入射させる検出用光源手段と、前記電極部材に電圧信号を印加する信号発生手段と、前記電圧信号の印加時に、前記電気光学素子からの反射光を検出する２次元光検出手段ととを備えた構成である。

請求項２に係る本発明の観点に従った回路基板の電圧分布検出装置は、請求項１に係る発明において、前記電圧信号として交流電圧波形信号を出力する信号発生手段を備えた構成である。

請求項３に係る本発明の観点に従った回路基板の電圧分布検出装置は、請求項１に係る発明において、前記２次元光検出手段からの検出結果に基づいて回路基板の回路パターンに発生する２次元電圧分布を検出する電圧分布検出手段を有し、当該電圧分布検出手段は、前記２次元光検出手段からの検出結果を画像処理して得られる各画像の差分を求めて、当該各画像の差分に基づいて前記２次元電圧分布を検出する構成である。

請求項４に係る本発明の観点に従った回路基板の検査装置は、請求項１に記載の電圧分布検出装置を含み、前記電圧分布検出手段により検出された前記２次元電圧分布に基づいて、前記回路基板の回路パターンに発生した断線または短絡の欠陥を検査する検査手段を備えた構成である。

請求項５に係る本発明の観点に従った回路基板の検査装置は、請求項５に係る発明において、前記電圧分布検出手段により検出された前記２次元電圧分布と、断線または短絡の欠陥状態が発生していない回路パターンから検出された２次元電圧分布と比較する比較手段を有する検査手段を備えた構成である。

請求項６に係る本発明の観点は、請求項１に記載の電圧分布検出装置に適用する検出方法であって、電気光学素子に光を入射させるステップと、電極部材に電圧信号を印加した状態で、前記電気光学素子からの２次元反射光を検出するステップとを有する構成である。

請求項７に係る本発明の観点は、請求項４に記載の検査装置に適用する検出方法であって、請求項６に記載の検出方法を使用し、前記２次元反射光を検出するステップからの検出結果に基づいて、前記回路基板の回路パターンに発生する２次元電圧分布を検出し、検出された２次元電圧分布に基づいて回路基板の回路パターンに発生した断線または短絡の欠陥を検査する構成である。

本発明によれば、電気光学効果を応用した方法で、回路パターンの電圧分布を、電気光学素子の誘電体反射膜で電荷が拡散する影響を抑圧し、空間分解能を高精度に検出することができる。具体的には、回路パターン上に電気光学素子を配置し、例えばＣＣＤのような２次元光検出器を使用して、回路パターンの反対面から片面へ生ずる電圧分布を２次元の電界強度分布として検出できる。このため、電気光学素子を検査対象となる回路パターン上で、２次元で位置決めしていく必要が無い。従って、簡易な位置決め系や信号入力装置で、多数のプローブで形成された治具を用いること無く、反対面から片面へ導通する回路パターンの電圧を、２次元電界分布として検出できる。

また、本発明によれば、検出された２次元電圧分布を解析することにより、高集積化された回路基板上での回路パターンの断線や短絡の電気検査を実現できる。また、当該検査装置であれば、簡易な位置決め系や信号入力装置で、多数のプローブで形成された治具を用いること無く、回路パターンの電気的検査を実施できる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（検査装置の構成）
図１は、本実施形態に関する回路基板の検査装置の要部を示す図である。

本実施形態の検査装置は、検査対象の回路基板２の一方面側に接触して配置される電極３と、交流電圧信号を当該電極３に印加する信号源４と、回路基板２の一方面とは反対面である他方面側に配置される電気光学素子１とを有する。

回路基板２には、ソルダレジスト下またはソルダレジストの開口下に、パッドを含む回路パターン２Ａ〜２Ｃが形成されている。信号源４は、正弦波や矩形波などの電圧波形であり、周期的に変化して、振幅値の積分値又は平均値が零となる交流電圧信号を発生する。

電気光学素子１は、回路基板２の片面側のパッド近傍に配置されており、電気光学（ＥＯ）素子本体１Ａと、透明導電膜１Ｂと、誘電体反射膜１Ｃとが積層された構造である。

ＥＯ素子本体１Ａは、縦電界に感度を示すＢｉ１２ＳｉＯ２０などの電気光学材料からなり、１０〜５００μｍ程度の膜厚が望ましい。透明導電膜１Ｂは、後述する検出用光源５からの光の入射面を構成し、電気的に接地されている。誘電体反射膜１Ｃは、当該検出用光源５からの光の反射率を高めるための部材である。

また、本検査装置は、検出用光源５からの光を偏光するための偏光子６と、偏光子６で偏光された光の光路を変えて電気光学素子１へ入射させるビームスプリッタ７とを有する。検出用光源５としては、例えばハロゲン光源やＬＥＤ光源が使用される。

さらに、本検査装置は、検光子８と、１／４波長板９と、２次元光検出器１０と、画像処理装置１１と、制御装置１２とを有する。

検光子８は偏光子６と直交するように配置されて（クロスニコル）、電気光学素子１からの２次元反射光を２次元光強度分布として検出する。後述するように、当該２次元反射光は、ＥＯ素子本体１Ａに発生する電圧分布（電界）によって偏光状態が変化した光である。１／４波長板９は、検出された２次元光強度分布を位相補償して線形化を図るための要素である。

２次元光検出器１０は、エリアＣＣＤ（電荷結合素子）などを使用し、信号源４から交流電圧信号の印加時及び非印加時の２次元反射光を検出し、２次元光強度分布に応じた画像信号に変換する。画像処理装置１１は、２次元光検出器１０で検出した画像信号を入力し、各画像の差分に基づいて、２次元電圧分布を求める。制御装置１２は、検査装置全体の制御を実行し、画像処理装置１１により得られる２次元電圧分布に基づいて、回路基板２上での回路パターンの断線や短絡を検査する検査機能を有する。

（本実施形態の作用効果）
以下、本実施形態に関する電圧分布検出の原理を説明する。

まず、信号源４から交流電圧信号が電極３に印加されると、電極３と回路基板２の回路パターン２Ａ〜２Ｃとの間、及び回路パターン２Ａ〜２Ｃと透明導電膜１Ｂとの間には、容量結合が直列に構成される。

ここで、電極３には交流電圧信号が印加されることで、電気光学素子１の面方向に生ずる電荷の拡散を抑圧することができる。

即ち、電極３と透明導電膜１Ｂとの間には、図２に示すような等価回路が構成される。この等価回路では、回路パターン２Ａ〜２Ｃ毎に、電極３との間の容量結合１３と、透明導電膜１Ｂとの間の容量結合１４が直列に接続される。この電極３との容量結合１３により、回路パターン２Ａ〜２Ｃには、電圧が発生する。また、透明導電膜１Ｂとの間の容量結合１４により発生する電圧に応じて、ＥＯ素子本体１Ａには、２次元電圧分布（電界分布）が発生する。

このような状態において、検出用光源５からの２次元光が偏光子を介してＥＯ素子本体１Ａに入射されると、当該光は誘電体反射膜１Ｃで反射される。このとき、ＥＯ素子本体１Ａは２次元電圧分布（電界分布）により複屈折率が変化するため、当該２次元反射光は、偏光状態が変化する。

当該反射光は、２次元光検出器１０により、信号源４から交流電圧信号の印加時及び非印加時に検出されて、２次元光強度分布に応じた画像信号に変換される。そして、画像処理装置１１により、２次元光強度分布に基づいて、ＥＯ素子本体１Ａに発生した２次元電圧分布が検出されることになる。

（回路基板の検査方法）
前記のような電圧分布検出の原理を利用して、回路基板２での回路パターンに発生した断線や短絡を検査する検査方法を、図３から図８を参照して具体的に説明する。

図３に示すように、信号源４から電極３に交流電圧信号が印加されると、回路基板２において、電極３と回路パターン１５〜１７との間にはそれぞれ、容量結合１８、容量結合１９、容量結合２０が発生する。また、回路パターン１５〜１７と透明導電膜１Ｂとの間には、それぞれ容量結合２１、容量結合２２、容量結合２３が発生する。

図４は、図３に対応する等価回路を示す。

即ち、容量結合２１〜２３によって、ＥＯ素子本体１Ａには電界が生じて、回路パターン１５の電圧分布２４、回路パターン１６の電圧分布２５、回路パターン１７の電圧分布２６が検出される。具体的には、図７に示すように、ＥＯ素子本体１Ａには、回路パターン１５の電圧分布２４が発生する。

ここで、図５に示すように、例えば回路パターン１５に断線２８が生じたとき、容量結合２１には電界が生じない。従って、各容量結合２１〜２３に応じた電圧分布３０〜３２を２次元電圧分布として検出したときに、図４に示す良品の等価回路２７の２次元電圧分布と比較することで、電圧分布２４，３０の差異に基づいて、断線２８の電気的欠陥を検出することができる。

また、図６に示すように、回路パターン１５と回路パターン１６との間に短絡２９が生じたときは、容量結合１８と容量結合１９、または容量結合２１と容量結合２２が異なる場合、電圧分布３３，３４は、図４に示す良品の等価回路２７の電圧分布２４，２５とは異なる値となる。従って、この差異に基づいて、短絡２９の電気的欠陥を検出することができる。

次に、図３、図７及び図８のフローチャートを参照して、検査装置の検査手順を説明する。

ここで、図７に示すように、回路基板２において、例えば回路パターン１６に断線２８が生じている状態を想定する。

図３に示すように、信号源４から電極３に交流電圧信号が印加されると、回路基板２において、電極３と回路パターン１５〜１７との間にはそれぞれ、容量結合１８、容量結合１９、容量結合２０が発生する。また、回路パターン１５〜１７と透明導電膜１Ｂとの間には、それぞれ容量結合２１、容量結合２２、容量結合２３が発生する。

このような状態において、検出用光源５から発光されて、偏光子６で偏光されて、ビームスプリッタ７により電気光学素子１に照射される（ステップＳ１）。光は、透明導電膜１Ｂを通過して、ＥＯ素子本体１Ａに入射される。

ここで、容量結合２１〜２３によって、ＥＯ素子本体１Ａには電界が生じている。これにより、図７に示すように、正常な状態での回路パターン１５の電圧分布２４が発生する。一方、断線２８が生じている回路パターン１６では、電界が生じないため、電圧分布２４とは異なる電圧分布３０となる。

検光子８は、電気光学素子１からの反射光を２次元光強度分布として検出する（ステップＳ３）。当該反射光は、ＥＯ素子本体１Ａに発生する電圧分布（電界）によって偏光状態が変化した光である。

２次元光検出器１０は、交流電圧信号の印加時及び非印加時の反射光を検出し、２次元光強度分布に応じた画像信号に変換する。画像処理装置１１は、２次元光検出器１０で検出した画像信号を入力し、各画像の差分に基づいて、２次元電圧分布を求める（ステップＳ４，５）。

制御装置１２は、画像処理装置１１により得られる２次元電圧分布と、予め用意した良品（図４を参照）の２次元電圧分布とを比較し、図７に示すように、回路パターン１６の電圧分布３０と、良品での電圧分布２５との差異を求める。これにより、制御装置１２は、図７に示すように、回路基板２上での回路パターン１６に生じている断線２８の欠陥検出を行なう（ステップＳ６）。なお、制御装置１２は、画像処理装置１１により得られる２次元電圧分布と良品の２次元電圧分布との比較結果に基づいた同様の検査方法により、回路パターンに生じた断線の欠陥検出を行なう。

以上本実施形態によれば、従来の電気光学効果を応用した回路基板の電気検査方法と比較して、電気光学素子１を位置的にスキャンする必要はないため、検査動作を相対的に高速化することができる。また、電気光学素子１を位置的にスキャンするための位置決め機構が不要であるため、検査装置の構造を簡単にすることが可能となる。

検査対象である回路基板の回路パターンに対しては、電極３への交流電圧信号の印加だけで、回路パターンへの多数の入力信号を印加する必要はない。このため、多数の入力信号を制御するための機構も不要となる。

要するに本実施形態の電気光学効果を応用した非接触による電圧分布検出方法を適用した検査方法であれば、簡単な構造で、回路基板上に形成された回路パターンの断線や短絡などの欠陥検出を高速に行なうことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に関する回路基板の検査装置の要部を示す図。 本実施形態に関する電圧分布検出の原理を説明するための等価回路図。 本実施形態に関する電圧分布検出の原理を説明するための部分的要部を示す図。 本実施形態に関する電圧分布検出方法の具体例を説明するための等価回路図。 本実施形態に関する電圧分布検出方法の具体例を説明するための等価回路図。 本実施形態に関する電圧分布検出方法の具体例を説明するための等価回路図。 本実施形態に関する電圧分布検出方法の具体例を説明するための原理図。 本実施形態に関する検査装置の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…電気光学素子、１Ａ…電気光学（ＥＯ）素子本体、１Ｂ…透明導電膜、
１Ｃ…誘電体反射膜、２…回路基板、２Ａ〜２Ｃ，１５〜１７…回路パターン、
３…電極、４…信号源、５…検出用光源、６…偏光子、７…ビームスプリッタ、
８…検光子、９…１／４波長板、１０…２次元光検出器、１１…画像処理装置、
１２…制御装置。

Claims (7)

1. 検出対象の回路基板の片面側に配置されて、前記回路基板の回路パターンに発生する電圧分布に応じて光の複屈折率が変化する電気光学素子と、
   前記回路基板の前記片面側に対する反対面側に、前記回路基板の回路パターンとは非接触状態で配置される電極部材と、
   前記電気光学素子に光を入射させる検出用光源手段と、
   前記電極部材に電圧信号を印加する信号発生手段と、
   前記電圧信号の印加時に、前記電気光学素子からの反射光を検出する２次元光検出手段と
   を具備したことを特徴とする回路基板の電圧分布検出装置。
2. 前記信号発生手段は、前記電圧信号として交流電圧波形信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の電圧分布検出装置。
3. 前記２次元光検出手段からの検出結果に基づいて、前記回路基板の回路パターンに発生する２次元電圧分布を検出する電圧分布検出手段を有し、
   当該電圧分布検出手段は、前記２次元光検出手段からの検出結果を画像処理して得られる各画像の差分を求めて、当該各画像の差分に基づいて前記２次元電圧分布を検出することを特徴とする請求項１に記載の回路基板の電圧分布検出装置。
4. 請求項１に記載の回路基板の電圧分布検出装置を含み、
   前記電圧分布検出手段により検出された前記２次元電圧分布に基づいて、前記回路基板の回路パターンに発生した断線または短絡の欠陥を検査する検査手段を具備したことを特徴とする回路基板の検査装置。
5. 前記検査手段は、前記電圧分布検出手段により検出された前記２次元電圧分布と、断線または短絡の欠陥状態が発生していない回路パターンから検出された２次元電圧分布と比較する比較手段を有することを特徴とする請求項４に記載の回路基板の検査装置。
6. 検出対象の回路基板の片面側に配置されて、前記回路基板の回路パターンに発生する電圧分布に応じて光の屈折率が変化する電気光学素子と、前記回路基板の前記片面側に対する反対面側に、前記回路基板の回路パターンとは非接触状態で配置される電極部材とを有する回路基板の電圧分布検出装置に適用する検出方法であって、
   前記電気光学素子に光を入射させるステップと、
   前記電極部材に電圧信号を印加した状態で、前記電気光学素子からの２次元反射光を検出するステップと
   を有する検出方法。
7. 請求項６に記載の回路基板の電圧分布検出装置に適用する検出方法を使用し、
   前記２次元反射光を検出するステップからの検出結果に基づいて、前記回路基板の回路パターンに発生する２次元電圧分布を検出し、検出された前記２次元電圧分布に基づいて、前記回路基板の回路パターンに発生した断線または短絡の欠陥を検査することを特徴とする回路基板の検査方法。

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