JP2006173613A

JP2006173613A - プローブ位置決めの自動化およびビードプローブ技術を使用する改良されたプリント回路基板の開発方法および装置

Info

Publication number: JP2006173613A
Application number: JP2005358339A
Authority: JP
Inventors: Chris R Jacobsen; クリス・アール・ジェイコブセン; Kenneth P Parker; ケネス・ピー・パーカー; John E Herczeg; ジョン・イー・ハーツェグ
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US20080148208A1; TW200619655A; US20060129955A1

Abstract

【課題】ＰＣＢテストパッド挿入および治具プローブ挿入を自動化する方法を提供する。
【解決手段】ある設計のプリント回路基板において１つまたは複数の回路網の各々に沿って１つまたは複数のテストパッド位置を決定するために、コンピュータ化テストパッド位置決めアルゴリズムを実行するステップと、前記プリント回路基板の設計のどの回路網も経路変更することなく１つまたは複数のテストパッドを、前記１つまたは複数のテストパッド位置において前記プリント回路基板に挿入して、修正されたプリント回路基板の設計を生成するステップとを含む、プリント回路基板にテストパッドを自動的に挿入する方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般にプリント回路基板の設計とテストに関し、より詳細にはビードプローブ技術の使用と、プリント回路基板の設計におけるテストパッド位置決めと、治具のデザインにおける治具プローブ位置決めの自動化とによるプリント回路基板開発サイクルの技術に関する。

電気製品は、一般に、少なくとも１つのプリント回路基板（ＰＣＢ）を含む。ＰＣＢは、一般に、所定の機能を実行する演算回路を構成するために、導電トレースと、ビアと、ワイヤと、はんだとの様々な組み合わせからなる「回路網（ｎｅｔs）」と呼ばれる電気経路によって電気接続された複数の電子構成要素を含む。従来のＰＣＢ開発サイクルは、図１に示したガント（Gantt）チャートによって示される。図示したように、従来のＰＣＢ開発サイクルは、３つの主なステップ、すなわち、プリント回路基板の設計と、テスト開発と、治具開発とを含む。示したように、それぞれのステップは一般に、本質的に連続しており、多くの手順を実行しなければならない。ＰＣＢの製品化に要する時間、すなわち、ＰＣＢを利用する製品の製品化に要する時間は、各ステップのそれぞれの手順を完了するのに費やされる時間の長さによる影響を受ける。図１に各手順の実際の持続時間の値を示すが、これらの値は単に典型的なプリント回路基板の設計の典型的な開発サイクルを示すものであり、プリント回路基板毎に異なり、またプリント回路基板の複雑さ、利用可能なツール、適用される実際のテスト開発技術、設計者、テスト経験などによって異なることを理解されたい。

最新技術の開発ツールが市場で入手可能であるので、可能であれば、プリント回路基板の設計に必要な多くの手順、テスト開発、治具開発が、完全または少なくとも部分的に自動化される。例えば、平面設計（ｆｌｏｏｒｐｌａｎｎｉｎｇ）、回路図編集（ｓｃｈｅｍａｔｉｃｃａｐｔｕｒｅ）、トレース配線（ｔｒａｃｅｒｏｕｔｉｎｇ）、設計検証（ｄｅｓｉｇｎｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、さらにテスト生成を可能にする大型自動産業用ＣＡＤ開発システムが開発されてきた。そのような機能の自動化によって、集積回路アセンブリの製品化に要する時間が大幅に短縮された。しかしながら、ＰＣＢ開発サイクルのいくつかの手順は、主に手動操作と反復作業によって行われている。例えば、図１に示したように、プリント回路基板の設計ステップでの回路へのテストパッドの追加と、治具開発段階でのプッシュダウン式の上部ゲート治具のための基板プシャーの追加は、これまで自動化が難しかった。その理由は、いくつかあり、ＰＣＢ開発プロセスのより詳細な説明によって明らかになる。

そのため、プリント回路基板の設計ステップにおいて、開発中のＰＣＢの大きな構成の捕捉と、部品およびトレースのレイアウトとを含むＰＣＢの設計およびレイアウトのためにＣＡＤシステムが使用される。回路の設計とレイアウトが完了した後は、従来、回路設計者が、基板試験（回路内試験（ＩＣＴ）など）用のテストパッドを手作業で追加し、その目的は、ＰＣＢ上のすべての回路網、あるいは少なくとも対象とするすべての回路網をプローブで探測できるようにすることである。従来のテストパッドは、露出トレース層の１つの層と同じ平面にあり、同じトレース材料を使用して露出トレース層上にトレースと一体形成されているので、露出トレース層上のトレースの拡張部分として実現されている。テストパッドは、一般に、丸形、正方形、または他の平面幾何学形状であり、ＰＣＢをテストパッドで探測するときにプローブがＰＣＢ上の他のトレースや部品と接触しないように、プローブヘッドに対応するのに十分に大きい表面積を有する。さらに、テストパッドのサイズは横方向のずれを引き起こすプローブ配置の誤差によって決定される。したがって、テストパッドは、テストパッドに命中する確率を高めるために、プローブヘッド自体よりも多少大きくなければならない。従来からあるテストパッドは、トレース層上の面積を占有するため、プリント回路基板の設計にテストパッドを追加するには、プリント回路基板の設計の回路網の経路変更が必要なことがある。また、従来からある技術を使用してテストパッドを追加すると、周辺回路に悪影響を及ぼしたり、高速信号が伝達されるトレースの伝送線特性が変化したりする危険がある。したがって、従来技術を使用してプリント回路基板にテストパッドを追加するときは、テストパッドの位置とそれに関連する設計の変更が回路の動作に悪影響を及ぼさないように、設計変更の影響を計算またはシミュレートしなければならない。テストパッド挿入工程は主に手作業を必要とし、また本質的に反復的なので、図１に示したように、この工程によってプリント回路基板の設計工程が数日増える可能性がある上に（例えば、示した例では５日）、プローブがコンタクトに１００％成功しない可能性も残る。テストパッドの追加はまだほとんど自動化されていない。

図１のＰＣＢ開発サイクルを再び参照すると、設計を編集し配線してテストパッドを追加した後で、テストパッドが挿入された状態のプリント回路基板の設計を表すＣＡＤデータファイルが、テスト開発のために公開される。回路内試験（ＩＣＴ）は、テスタリレーと、テスタインタフェースピンと、特注治具との組み合わせによってＰＣＢの回路網を探測できるテストハードウェアを含む周知のテスト方法である。より詳細には、図２は、ＩＣＴテスタ環境２００の一部分を示す。テスタ環境２００は、測定回路、リレー、制御電子回路などを含むテスト電子回路２１２を実装する自動化テスタ２１０を含む。テスタ２１０は、一定構成で配列され、電子制御式リレー（図示せず）によってテスト電子回路２１２内の様々な測定回路に接続されることがあるテスタインタフェースピン２１４の領域を提供する。テスタインタフェースピン領域は一定構成なので、被試験ＰＣＢ２０２上のテストパッド２０４にプローブを当てるために、ＰＣＢ２０２は、一般に一定構成のテスタインタフェースピン２１４とＰＣＢ２０２上の様々なテストパッド２０４との間のアダプタとして働く特注治具２２０に取り付けられる。

テスト治具２２０は、プローブ保護板２４０と、被試験ＰＣＢ２０２の下面のテストパッド２０４に正確に対応する先端を有する標準スプリングプローブ２３２と、ヒンジ２５２によって開閉する上部押し下げゲート２５０と、押し下げゲート２５０の下面に取り付けられ、真空荷重の下でのＰＣＢ２０２の撓みを制限するスペーサと呼ばれる基板プッシャー２５８と、スプリングプローブ２３２が取り付けられたプローブ取り付け板２３０と、スプリングプローブ２３２に配線されたパーソナリティピン（ｐｅｒｓｏｎａｌｉｔｙｐｉｎ）２２６と、テスタ２１０に取り付けられたテスタインタフェースピン２１４とパーソナリティピン２２６が一直線になるようにパーソナリティピン２２６のワイヤラップテール部を規則的な離間パターンに位置合わせするアライメント板２２２とを含む。当技術分野で知られているように、スプリングプローブは、一般にテストの分野で使用されている標準装置であり、電気信号を導き、圧縮ばねと操作されたときにバレルおよび／またはソケットに対して動くプランジャを含む。また、ソリッドプローブは、電気信号を通すが、動作中に互いに対して動く部分が他にない。

テスト中、被試験ＰＣＢ２０２が、真空や他の既知の機械的手段によって引き下げられ、その結果、被試験ＰＣＢ２０２の下面のテストパッド２０４が、スプリングプローブ２３２の先端と接触する。標準のスプリングプローブ２３２のソケットは、パーソナリティピン２２６に配線されており、アライメント板２２２は、長い可撓性のパーソナリティピンの先端を規則的な離間パターンで通す。パーソナリティピン２２６の先端は、テスタ２１０に取り付けられたテスタインタフェースピン２１４と接触する。被試験ＰＣＢ２０２とテスタ２１０の間の電気接触が確立された後、回路内試験または機能試験を始めることができる。

図１を再び参照すると、テスト開発ステップにおいて、ＣＡＤデータが、必要に応じてテストプラットフォームに固有の形式に変換され（すなわち、ＩＣＴテスタによって期待される形式にフォーマットされ）、そこからテストが開発される。今日のＰＣＢテスタのほとんどは、フルアクセスが可能なときにテストを自動的に生成できるソフトウェアパッケージが付属している。いくつかのテスタ、例えば、カルフォルニア州パロアルトに本社のあるＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社よって製造されたＡｇｉｌｅｎｔ３０７０回路内試験（ＩＣＴ）基板テストシステムも、ＩＣＴ治具を製作するのに必要な治具設計ファイルを自動的に生成する治具生成ソフトウェアを含む。この治具生成ソフトウェアは、治具内の基板の撓みを最小にするために回路網ごとにプローブ位置を選択するものである。しかしながら、従来のテストパッド作成技術を使用すると、前述のように回路網にテストパッドを１つでも追加することは、基板上のスペース、回路性能への悪影響の可能性、時間、およびコストの点できわめて困難であるので、回路網に沿って複数の代替的な探測位置を実現することはほとんどない。

図１を再び参照すると、テストパッド位置を決定しプリント回路基板の設計に追加した後、治具製作情報を含むＩＣＴテスタの治具設計ファイルが作成される。治具設計ファイルは、一般に、基板外形座標と、ツーリングピンの穴と位置と、ドリルと、プローブおよびソケット挿入の仕様と、配線情報とを含むが、基板プッシャーやファスナー（例えば、リテーナねじ）などの他の治具構成要素の決定は治具製作者の自由裁量に任される。治具製作者は、一般に、単位面積当たりの最大力や基板の撓みの最大しきい値などのある一定の基準を満たさなければならない。治具製作者は、そのような基準を満たすようにプローブ２３２のレイアウトを考慮しなければならない。平均的な治具は、３０００〜４０００本のプローブ２３２を有することがあり、これらのプローブがそれぞれ、例えば、テストの際にＰＣＢ２０２の下面に８オンスの力を加える。これにより、ＰＣＢ２０２を上方に押す力は約１トンになる。プローブと基板プッシャの相殺する力が、基板全体に均一に分散されないと、ＰＣＢが撓み、テスト結果が不完全になったり、さらには壊滅的なものになったりすることもある。したがって、ほとんどのＩＣＴ用治具は、図２に示したような治具プローブ力を打ち消すために、本明細書において基板プッシャ２５８と呼ぶ押下げスペーサを備えたプッシュダウン式上部ゲート２５０を有する。しかしながら、この上部ゲート２５０を使用しても、プローブと基板プッシャの相殺する力が、基板全体に均一に分散されないと、ＰＣＢが撓み、はんだ接続を破損させたり、さらには構成要素自体を破損させたりすることもある応力が生じることがある。したがって、治具設計者は、基板の撓みをなくすかまたは大幅に小さくするために、治具プローブの力を相殺するように基板プッシャを治具内に戦略的に位置決めすることによって基板の平衡をとらなければならない。しかしながら、治具内の基板プッシャの位置を決定する既存の自動化された技術はない。その代わりに、ゲートと基板プッシャのレイアウトは、通常、プリント回路基板の設計によって作成された治具ファイルをＣＡＤツール（一般に、ＡｕｔｏＣＡＤ）にインポートした後で手作業で設計される。基板プッシャのレイアウトは時間がかかり、手作業で行われるので、基板の撓みを最小にできないことがある。

ＰＣＢ開発プロセスの以上の説明から、ＰＣＢ開発サイクルの時間がかかる手作業の反復的なステップ、すなわちＰＣＢのプリント回路基板の設計ステップでのテストパッド挿入と、これに対応するテスト治具設計／製作ステップでの治具プローブ挿入とを自動化することが望ましいことが明らかである。さらに、多数の回路網上に複数のテストパッドを実装してそのような回路網上の代替探測位置を可能にするプリント回路基板の設計のための「最良」組の治具プローブ位置（または、「好適位置」）の決定を自動化することが望ましい。さらに、基板の応力を小さくするようにプローブ位置を最適化する１組の代替探測位置を提供し同時に基板プッシャなどの治具構成要素に対応するように探測位置のある程度のフレキシビリティを可能にするために、ビードプローブ技術を利用して、追加のビードプローブに物理的に対応できる回路網に沿って複数のテストパッドを実装することが望ましい。また、代替探測位置に対応している回路網の好適探測位置と代替探測位置の指定を自動化することが望ましい。

本発明は、ＰＣＢテストパッド挿入と治具プローブ挿入の自動化によってＰＣＢアセンブリの製品化に要する時間を短縮する技術である。プリント回路基板の設計工程において、本発明は、ビードプローブ技術とテストパッド位置決めアルゴリズムを利用してテストパッドを自動的に位置決めしプリント回路基板の設計に挿入する。治具設計工程において、本発明は、治具プローブ位置決めアルゴリズムを利用して、治具プローブを対応するテスト治具設計に自動的に位置決めし、挿入する。テストパッド位置決めアルゴリズムと治具プローブ位置決めアルゴリズムがそれぞれ、治具プローブ位置が被試験ＰＣＢ上のテストパッド位置に確実に対応するようにする共通のプローブ位置決めアルゴリズムを利用する。

本発明の好ましい実施形態によれば、プローブ位置決めアルゴリズムが、プリント回路基板の設計の回路網に沿ったビードプローブの好適位置と代替位置を自動的に決定する。ビードプローブは、すべての好適ビードプローブ位置と代替ビードプローブ位置でプリント回路基板に自動的に挿入される。次に、プリント回路基板のある設計から好適な探測位置を自動的に決定するために、治具設計／製作の際に同じプローブ位置決めアルゴリズムが使用される。

本発明のより完全な理解とその付随する利点の多くは、同じ参照記号が同じかまたは類似の構成要素を示す添付図面と関連して検討するときに以下の詳細な説明を参照することによってさらに理解されるであろう。

明確にするために以下のように用語を定義する。

「回路網」
導電経路を介して複数の端点間で信号を通す信号伝送線であり、複数の端点間で電気接続され信号が通る、トレース、ビア、ワイヤ、部品リード線、はんだボール、ワイヤボンド、または他の導電要素のいずれかの１つまたは複数あるいはこれらの組み合わせを含むように実施されることがある。

「テストパッド」
探測のためにアクセス可能な回路網上のポイントであり、一般に、プローブヘッドに対応するのに十分な大きさの表面積を特徴とする。

「治具プローブ（fixture probe）」
導電要素の少なくとも第１の端と第２の端の間の受動的伝送線として働くテスタ治具の導電要素であり、第１の端は回路のテストパッドと電気的に接触するように構成され、第２の端はテスタインタフェースピン、無線治具ＰＣＢのテストパッド、テスタ測定回路のノードなどの対象となる別の電気構成要素と電気的に接触するように構成されている。

次に本発明に移ると、ＰＣＢ開発サイクルのプリント回路基板の設計ステップと治具製作ステップの両方においてこれまで手作業工程であったものを自動化することによって、ＰＣＢを利用した製品の製品化に要する時間が短縮される。詳細には、図３に示したように、回路図編集（ステップ３０２）と回路網レイアウト（ステップ３０４）によってテストパッドのないプリント回路基板の設計が生成される。自動テストパッド挿入（ステップ３０６）が、ＰＣＢの回路網の好適探測位置と、実行可能な場合には代替探測位置を自動的に決定し、設計のすべての好適探測位置と代替探測位置にビードプローブが追加される。好ましい実施形態において、プローブ位置決めアルゴリズムが、いくつかの潜在的ビードプローブ位置から好ましいビートプローブ位置を選択し、また回路網が十分に長い場合は１つまたは複数の代替ビードプローブ位置を選択する。所定の回路網の露出部分に沿った任意のポイントが、その回路網の潜在的ビードプローブ位置と見なされる。しかしながら、個々のビードプローブの処理時間と好ましさの面での実際の目的のために、潜在的ビードプローブ位置の数と位置は、ビードプローブ間の最小距離や回路網の長さなどのパラメータによって制限されることがある。プリント回路基板の設計ステップの終わりに、テストパッドが追加されたプリント回路基板の設計が、ＰＣＢ製造（ステップ３０９）のために公開される（ステップ３０８）。

同時に、テスト開発ステップおよび治具開発ステップでは、様々な回路網の探測に適切なテスタ資源を割り当てるために、治具内のプローブの位置を決定しなければならない。したがって、テスト開発ステップにおいて、新しい自動化した治具プローブ選択ステップ（ステップ３１０）を実行して、好適治具プローブ位置、また実行可能な場合は代替治具プローブ位置を見つける。好ましい実施形態において、ＰＣＢ開発ステップで好適ビードプローブ位置と代替ビードプローブ位置を決定するために使用されるプローブ位置決めアルゴリズムは、テストパッドを備えた公開されたプリント回路基板の設計に基づいて治具の好適治具プローブ位置と代替治具プローブ位置を識別するために使用される。好適治具プローブ位置と代替治具プローブ位置が分かった後で、テストの際の基板の撓みを最小にする治具の上部ゲート内の基板プッシャの位置を決定するために、自動化した基板プッシャレイアウトアルゴリズムを実行することが好ましい（ステップ３１２）。好ましい実施形態において、治具プローブレイアウトに基づくＰＣＢの最大撓み箇所が自動的に決定され、そのような箇所において治具設計に基板プッシャが追加される。好適治具プローブ位置が分かった後で、テスタ資源を割り当てることができ（ステップ３１４）、製作のために、ドリルデータを含む治具製作ファイル（穿孔する場所、穴のサイズ、穴の深さ、どの治具層かなど）、挿入データ（例えばプローブ、リテーナ、ねじ、基板プッシャなどをどこの何に挿入するか）、およびワイヤデータ（配線する治具プローブに対するパーソナリティピンのマッピング）が生成される（ステップ３１６）。次に、製作のために治具製作設計ファイルを公開することができ（ステップ３１８）、治具を製作することができる（ステップ３１９）。

好ましい実施形態によれば、本発明は、許可された治具製作者だけに好適探測位置が開示されるように保護するために、プリント回路基板の設計の際にプリント回路基板の設計自体における好適探測位置を暗黙のうちに符号化し、治具設計の際に好適探測位置を暗黙のうちに復号する技術を含む。好ましい方法４００によれば、図４に示したように、プローブ位置決めアルゴリズムは、プリント回路基板の設計の回路網に沿ったビードプローブの好適位置と代替位置を決定する（ステップ４０１）。ビードプローブの形が好ましいテストパッドは、好適ビードプローブ位置と代替ビードプローブ位置のすべてにおいてプリント回路基板の設計に挿入される（ステップ４０２）。次に、治具設計／製作において同じプローブ位置決めアルゴリズムを使用して好適探測位置を決定する（ステップ４０３）。プローブ位置決めアルゴリズムが、好適ビードプローブ位置と代替ビードプローブ位置を含む探測位置の配置を決定するためにプリント回路基板の設計で使用されるものと同じなので、好適ビードプローブ位置は、プリント回路基板の設計自体において暗黙のうちに符号化され、プローブ位置決めアルゴリズムは、好適ビードプローブ位置に対応する好適治具プローブ位置を識別するデコーダとして働く。

図５は、本発明の好ましい実施形態を実現するシステムを示すブロック図である。図示したように、システムは、２つのキーソフトウェアモジュールを含む。第１のモジュールは、本明細書では自動ビードプローブ挿入ソフトウェア５００と呼ばれ、テスト開発または治具製作にＰＣＢＣＡＤデータを送る前に、プリント回路基板の設計レイアウトが完了したときに実行するプログラム（あるいは１組のプログラム）である。第２のモジュールは、本明細書において自動治具プローブ挿入ソフトウェア５５０と呼ばれ、製作用に治具を設計するときに実行するプログラムである。

好ましい実施形態において、自動ビードプローブ挿入ソフトウェア５００は、ＰＣＢ上の探測される各回路網５２２を処理し、合格ビードプローブ基準５２４を満たす回路網上のいくつかの可能な位置を含む潜在的ビードプローブ位置５２６のリストを生成する潜在的ビードプローブ位置プロセッサ５２０を含む。ビードプローブは、回路網に沿ってどこにでも追加することができるので、合格ビードプローブ基準５２４を満たすすべてのトレースに沿った多くの場所があり、したがって、実際にアルゴリズム処理時間を制限するために、潜在的ビードプローブ位置５２６のリスト内の位置の数が人為的に制限される場合がある（すなわち、リスト５２６には、合格ビードプローブ基準５２４を実際に満たす数よりも少ない数の可能な位置が含まれることがある）。

自動ビードプローブ挿入ソフトウェア５００は、プリント回路基板の設計のレイアウトを変更せずにテストパッドの位置決めとプリント回路基板の設計への追加を自動化する、レイアウトに依存しないテストパッド位置決めアルゴリズム５１０を利用する。同様に、自動治具プローブ挿入ソフトウェア５５０は、ＰＣＢをテストするために製作された対応する治具内の治具プローブの位置決めを自動化する治具プローブ位置決めアルゴリズム５６０を利用する。好ましい実施形態において、レイアウトに依存しないテストパッド位置決めアルゴリズム５１０と治具プローブ位置決めアルゴリズム５６０はそれぞれ、１組の代替テストパッド位置または治具プローブ位置がそれぞれ与えられた場合に好適探測位置と代替探測位置を決定する共通プローブ位置決めアルゴリズム５７０を利用する。

好ましい実施形態において、テストパッド位置決めアルゴリズム５１０は、本明細書で「ビードプローブ」と呼ばれる新規のテストアクセス構造をプローブ選択アルゴリズム５７０と一緒に利用して、ＰＣＢ上のテストパッドの位置を決定する。ビードプローブは、２００３年９月２４日に出願され、本明細書の譲受人に譲渡された「ＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄＴｅｓｔＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＭａｋｉｎｇｔｈｅＳａｍｅ」と題するＰａｒｋｅｒらによる米国特許出願番号１０／６７０，６４９号に記載されており、この出願の開示全体は、その教示のすべてが本明細書に組み込まれる。「ＡＮｅｗＰｒｏｂｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＨｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ／ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｏａｒｄｓ」ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｓｔＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、２００４年１０月に報告されているように、研究から、ＰＣＢレイアウトまたは回路網の高速電気特性に影響を及ぼすことなくプリント回路基板の設計の既存の回路網に沿ってビードプローブを作成できることが分かった。この報告の文書全体は、その教示のすべてが引用することにより本明細書の一部をなすものとする。前に説明したように、基本的には回路網の経路変更をすることなくビードプローブをプリント回路基板の設計に追加できるので、回路網の少なくとも一部分がＰＣＢの露出層に実装された（すなわち、探測に利用可能な外側ＰＣＢ層上に実装された）回路網は、ビードプローブを探測する治具プローブが基板上の近くの構成要素にぶつかったり近くの治具プローブを妨害したりすることがない場合に、回路網の露出部分に沿った任意の場所に配置されたビードプローブを有することができる。したがって、所定の回路網上の潜在的探測位置の数をかなり多くすることができ、探測位置の選択の融通性が高まる。この場合、潜在的ビードプローブ位置プロセッサ５２０が、基板全体にわたってあるいは基板の少なくとも一部分に最適な探測条件を達成するという観点で、探測する各回路網に最適な位置をどのように選択するかが問題になる。

その１つの答えは、基板の撓みを最小にすることである。理想的には、ＰＣＢの基板の撓みを最小にするために、テストパッド（探測力が加わる位置）がＰＣＢ全体にわたって均一に分散されることになる。しかしながら、所定の典型的な部品パッケージのフォームファクタとそれにより得られる周囲のトレースパターンによっては、テストパッドを基板全体にわたって均一に分散させることができない場合がある。例えば、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）部品では、一般に、ＢＧＡ部品の平面設計座標の範囲内とその近くに回路網が集中することになる。したがって、そのような回路網の集中によって、基板自体の全体だけでなくＢＧＡ部品の局所的近傍内にも探測力を均一に分散できないことがある。

前述のように、テストパッド位置決めアルゴリズム５１０は、潜在的ビードプローブ位置のリストが与えられた場合に、プローブ位置決めアルゴリズム５７０を利用してＰＣＢの回路網の露出部分に沿ったビードプローブの位置を選択する。プローブ位置決めアルゴリズムは、潜在的ビードプローブ位置のリスト５２６の中から最適位置を選択することを試み、この最適位置が、「好適（preferred）」ビードプローブ位置として指定される。前述のように、回路網の電気特性に影響を及ぼすことなくビードプローブを回路網の露出部分に沿った実質的に任意の位置に製造できるので、各回路網に沿ったテストパッドの実際の位置の選択の融通性が高い。しかしながら、やはり前に述べたように、潜在的ビードプローブ位置の数がかなり多い場合があるので、実際の目的（例えば、処理時間の短縮）のためには、ビードプローブ間の最小距離や所定の回路網長さ当たりのビードプローブの数などのパラメータに基づいて、潜在的ビードプローブ位置のリストを人為的に制限することができる。プローブ位置決めアルゴリズム５７０は、潜在的ビードプローブ位置のリストから少なくとも１つの「好適」ビードプローブ位置を選択することが好ましく、また１つまたは複数の「代替（alternate）」ビードプローブ位置を選択することが好ましい。

ビードプローブがＰＣＢのサイズと電気特性に及ぼす影響はわずかなので、製造後の設計変更（一般に、技術変更指示（Engineering Change Orders）と呼ばれる）を可能にし、あるいは他の治具部品との干渉を回避するために、回路網に沿った好適探測位置だけでなく多数の回路網上の１つまたは複数の代替探測位置にもビードプローブを実装することが望ましい。好ましい実施形態において、好適探測位置として指定されたビードプローブと代替探測位置として指定されたビードプローブを含むすべてのビードプローブが、テストパッド５３０のないプリント回路基板（すなわち、ＰＣＢＣＡＤファイル）に自動的に追加されてテストパッド５４０を備えたプリント回路基板の設計が生成され、テストの際に結局どの探測位置（好しい探測位置か代替探測位置）が実際に探測されるかに関係なくＰＣＢ製造の際に実装される。

テストの際、１つの回路網当たり１つのビードプローブ（好適ビードプローブと代替ビードプローブのうちの１つのいずれか）だけが探測される。したがって、回路網上で代替探測位置が実施される場合、治具設計者は、好適探測位置と代替探測位置から１つの探測位置だけを選択し、選択した探測位置にある対応するビードプローブを探測する１つの治具プローブだけを実施しなければならない。好適位置が、被試験ＰＣＢの基板の撓みに関して「最良」探測位置として計算されるので、理想的には、治具設計は、すべて（または、できるだけ多く）の好適探測位置に対応する治具位置に治具プローブを実装することになる。しかしながら、好適探測位置が、スペーサ、リテーナや他の治具プローブなどの特定の治具構成要素の妨げとなる場合、治具設計は、代替探測位置のいくつかに対応する治具位置に治具プローブを実装することができる。

当然ながら、原理的には基板の撓みを最小にする位置は好適探測位置なので、治具設計者は、すべての回路網に好適探測位置を選択することが望ましい。これは、（１）プリント回路基板の設計者が、ビードプローブのどれが好適探測位置かを治具製作者に直接伝える方法と、（２）治具製作者が、プリント回路基板の設計者が基板上の好適探測位置を決定して好適治具プローブ位置を決定する際に使用するのと同じプローブ位置決めアルゴリズムを利用する方法の２つの方法のうちの１つで対処することができる。

この２番目の方法において、治具設計者／製作者には、テストパッドが挿入されたプリント回路基板の設計とプローブ位置決めアルゴリズム５７０が提供される。この場合、プリント回路基板の設計者がＰＣＢ上のビードプローブの好適探測位置と代替探測位置を決定する際に使用したものと同じプローブ位置決めアルゴリズム５７０を実行することによって、治具製作者は、各回路網上の好適探測位置を識別することができる。治具製作の際、治具プローブは、テストするＰＣＢ上の好適探測位置に対応する位置で治具に挿入されることが好ましい。治具の代替探測位置にあらかじめ穴が開けられることが好ましいが、そのあらかじめ開けられた穴には実際のプローブが挿入されない。治具製作後に、ＰＣＢが、好適探測位置ではなく代替探測位置の１つに探測を必要とするＥＣＯを受ける場合、または治具内の他の構成要素が治具内の好適探測位置を妨害する場合は、その好適探測位置を探測する治具プローブを治具から除去することができ、影響を受ける回路網の特定の代替探測位置に対応する治具のあらかじめ開けられた穴に治具プローブを差し込むことができる。

テストパッド位置決めおよび実装プロセスの自動化は、プリント回路基板の設計ステップでのものであり、これに対応する治具設計と製作ステップでの治具プローブ位置決めプロセスの自動化は、ＰＣＢを利用する製品の製品化に要する時間を大幅に短縮する合理化されたＰＣＢ開発プロセスを可能にする。

図６は、ビードプローブ挿入ソフトウェアの基本的な手順を示す操作フローチャートである。具体的には、ビードプローブ挿入ソフトウェアは、ＰＣＢ上の探測する各回路網ごとに潜在的ビードプローブ位置のプールを作成する（ステップ６０１）。潜在的ビードプローブ位置として適格にするには、その位置は、回路網に沿ったどこかに位置決めされてなければならず、テストの際にその位置が治具プローブによって探測された場合に、治具プローブが基板上の近くの構成要素あるいは治具内の他のプローブおよび／または構成要素と実際に接触しないような場所でなければならない。換言すると、潜在的ビード位置は、１組の適格基準によって制限された回路網上のポイントである。例えば、ビードプローブが異なる高さ（すなわち、ＰＣＢ上の対応するトレース層のｘｙ平面に対するｚ寸法が異なる高さ）で製造され、したがって理論的には隣り合ったトレース間の距離に無関係な探測が可能な場合でも、ビードプローブ位置基準の適格化は、さらに、テストの際に治具プローブがＰＣＢ上のビードプローブと完全に位置が合っていない場合でも厳正な探測を保証するように探測位置と周辺構成要素間の最小距離要件を含むことがある。したがって、例えば、治具プローブヘッドが、ＰＣＢのｘｙ平面に対して平行に水平方向に厳密に位置合わせされない場合は、プローブヘッドの一方の縁が、実際に近くの電気トレースと接触することがある。したがって、ビードプローブ基準の適格化は、潜在的プローブ位置と基板上の他の構成要素（トレースを含む）間の最小距離の指定を含むことがある。

各回路網５２２の潜在的ビードプローブ位置５２６のプールを作成した後で、ビードプローブ挿入ソフトウェア６００は、好ましくは最初に最も少数の潜在的ビードプローブ位置を有する回路網から、探測する各回路網を選択し（ステップ６０２）、処理している回路網と関連した潜在的ビードプローブ位置のプールの中から好適ビードプローブ位置を選択するプローブ位置決めアルゴリズム（例えば、プローブ位置決めアルゴリズム５７０）を適用する（ステップ６０３）。好ましい実施形態において、プローブ位置決めアルゴリズムは、ＰＣＢの上面と下面両方のビードプローブのバランスをとって、基板の撓みを最小にし、また基板の撓みを最適に最小するために治具に追加されることが好ましい補助基板プッシャを最小にすることを試みる。

次に、ビードプローブ挿入ソフトウェアは、できれば将来のＥＣＯを可能にするために、各回路網上の１つまたは複数の代替ビードプローブ位置を選択することが好ましい（ステップ６０４）。この選択は、プローブ位置決めアルゴリズムによる検討から好適ビードプローブ位置を除外し、プローブ位置決めアルゴリズムを再び実行することによって行われることが好ましい。

ビードプローブ挿入ソフトウェア５００は、次に、回路網と関連した選択された好適ビードプローブ位置と（ある場合は）代替ビードプローブ位置５２８でプリント回路基板の設計ＣＡＤファイルにビードプローブを挿入する（ステップ６０５）。プリント回路基板の設計に処理すべき回路網がまだ残っている場合（ステップ６０６で判断されたように）、アルゴリズムは、すべての回路網が処理されるまでステップ６０２〜６０６を繰り返す。

ビードプローブをＰＣＢＣＡＤファイルに追加した後、ＣＡＤデータをテスト開発者に公開することができる。ＰＣＢＣＡＤデータは、基板上の構成要素の外形または境界を画定する、各トレースの端点のｘ座標およびｙ座標と、各トレースの厚さと、各トレースの層と、トレース上に実装された各ビートプローブの位置およびｚ次元の厚さと、近くの構成要素のｘ次元、ｙ次元、ｚ次元の頂点および回転情報とを含むが、これらに限定されないＰＣＢ上の各構成要素の情報を含む。しかしながら、従来技術のＰＣＢ開発サイクルと違い、このＰＣＢＣＡＤデータは現在、（１）基板の電気性能に影響を及ぼさず、（２）ＰＣＢのトレースレイアウトを変更せず、（３）１００％の探測アクセスと融通性のための代替を提供する見込みが高く、（４）プリント回路基板の設計者による手作業をほとんど受けず、（５）適切に選択された場合に基板の撓みを最適化する各回路網に少なくとも１つの位置を含み、（６）迅速、正確かつ自動的に決定されて製品化に要する時間が短縮されるＩＣＴ探測位置を含む。

次に、テスト開発者は、テスト開発ソフトウェアを使用してＰＣＢＣＡＤデータをテストデータに変換する。テスト開発の際に、治具ファイルがＣＡＤデータから開発され、治具の設計／製作のために治具設計者に送られる。治具ファイルには、好適位置と任意の既存の代替位置の両方のビードプローブ位置が含まれている。好適治具プローブ位置は、前述のように治具ファイル内で指定されもよいが、好ましい実施形態において、治具設計者／製作者が、本発明の第２のソフトウェアモジュール、すなわち治具プローブ挿入ソフトウェア５５０（図５）を実行する。

図７は、治具プローブ挿入ソフトウェア５５０の好ましい実施形態７００の主要ステップを示す操作フローチャートである。図に示したように、治具プローブ挿入ソフトウェア７００は、探測する各回路網ごとに可能性のある治具プローブ位置のリストを得る（ステップ７０１）。この場合も、好ましくは最少数の潜在的治具プローブ位置を有する回路網から始めて、治具プローブ挿入ソフトウェアは、探測する各回路網を繰り返し選択し（ステップ７０２）、処理している回路網に関連した潜在的治具プローブ位置のプールの中から好適治具プローブ位置を選択するプローブ位置決めアルゴリズムを適用する（ステップ７０３）。好ましい実施形態において、プローブ位置決めアルゴリズムは、プリント回路基板の設計でビードプローブの位置を決定するのに使用されるものと同じプローブ位置決めアルゴリズムであり、したがって、治具プローブ挿入ソフトウェアは、ＰＣＢが治具に取り付けられたときに好適ビードプローブ位置と一致する治具プローブ位置を選択する。

次に、治具プローブ挿入ソフトウェアは、また、できれば将来のＥＣＯに対応できるようにするために、各回路網上の１つまたは複数の代替治具プローブ位置を選択することが好ましい（ステップ７０４）。この選択は、プローブ位置決めアルゴリズムによる検討から好適探測位置を除外し、プローブ位置決めアルゴリズムを再実行することによって行われることが好ましい。好ましい実施形態において、プローブ位置決めアルゴリズムが、プリント回路基板の設計でビードプローブの位置を決定するために使用されるものと同じ物なので、治具プローブ挿入ソフトウェアは、ＰＣＢが治具に取り付けられたときに代替ビードプローブ位置と一致する代替治具プローブ位置を選択する。

次に、治具プローブ挿入ソフトウェアは、回路網と関連した選択された好適治具プローブ位置で治具製作ファイルに治具プローブを追加し、回路網の代替治具プローブ位置が存在する場合は、将来のＥＣＯや他の治具設計問題のために物理治具プローブの位置を変更しなければならない場合に、代替治具プローブ位置に将来実際のプローブを挿入できるようにするため、治具製作ファイルの代替治具プローブ位置に穴を追加する（ステップ７０５）。治具プローブ挿入ソフトウェアは、探測するすべての回路網に繰り返される。

探測するすべての回路網を処理した後（ステップ７０６で決定された）、治具プローブ挿入ソフトウェアは、治具設計に基板プッシャを追加する（ステップ７０７）。好ましい実施形態において、基板プッシャを治具設計に追加するステップは、ｓｕｐｒａによる米国特許出願第１０／２１５，１０８号に記載された基板の撓みを最小にする基板プッシャの位置を見つける支持体位置アルゴリズムを使用して実施することができる。次に、基板プッシャは、物理治具を製作する治具製作ファイルに追加される（ステップ７０８）。

治具製作の際に、治具プレートに穴が開けられ、物理治具プローブが、治具製作ファイルに示された選択された好適治具プローブ位置で治具に挿入され、後で必要になった場合に物理治具プローブの挿入を可能にするように、代替治具プローブ位置と関連した穴が治具プレートに完全または部分的（すなわち、最適に打ち抜くことができる）開けられる。また、基板プッシャは、治具製作ファイルに示された治具にも追加される。

要するに、本発明の自動ＰＣＢおよび治具プローブ挿入技術は、ＰＣＢ開発プロセスの手作業工程を予め自動化してＰＣＢ開発サイクルを大幅に改善し、ＰＣＢを利用する製品の製品化に要する時間を短縮する。本発明の自動ＰＣＢと治具プローブ挿入技術を利用するシステムのために調整されたＰＣＢ開発スケジュールを示す図８に示したガントチャートを参照すると、この例において、プリント回路基板の設計者は、ＰＣＢテストパッドを追加するのに必要な時間を、手作業での丸５日間から自動化されたコンピュータでのわずか数時間に短縮することができる。また、この自動化には、既存のプリント回路基板の設計に影響を及ぼさないというさらなる利点が付随する。さらにこの例において、治具開発ステップにおいて、治具製作者は、ビードプローブレイアウトの手作業をなくすことができ、治具プローブと基板プッシャのレイアウトによって基板の撓みが最小になるようにすることができる。ＩＣＴテスト開発者は、全数検査の可能性を高めることによって利益を得る。

本明細書で説明した技術は、ＰＣＢ開発プロセスに多くの利点を提供する。第１に、ビードプローブのレイアウトに依存しない特性が、高速で融通性が高くコスト効率の高い探測の可能性を高める。

測定品質を低下させる潜在的プローブ間の信号結合などの他の問題に対処するために、いくつかのビードプローブを手作業で配置することが望ましい場合がある。そのような測定は、ＩＣＴの機能部分間で（例えば、デュアルステージ治具上）あるいは機能テストの上にＩＣＴで行われることがある。手動プローブ配置ステップは、残りの回路網上の自動プローブ位置選択が行われる前に行われる。

本明細書に説明した技術に含まれるもう１つの利点は、自動選択プロセスが、基板のより容易な技術変更指示（ＥＣＯ）を可能にする代替配置を含むことができることである。（ＥＣＯは、基板設計者が基板の設計を変更する必要があるときに行われる。）例えば、所定の回路網上の潜在的位置のリストから、好適プローブ位置と少数の代替位置を加えたものを選択することができる。ＩＣＴ治具は、好適位置では治具プローブを有するが、治具の真空漏れを少なくするために代替位置では部分的に穴開けされた穴だけを有する。好適位置をなくしたＥＣＯが実施された場合、治具は、部分的に穴開けされた代替位置の１つに治具プローブを備えることになる。これは、治具への単純な修正である。さらに、元の位置が維持された場合、治具をＰＣＢの両方のバージョンに使用することができ、生産における改訂管理問題が最小になる。

最後に、プローブ選択プロセスがＰＣＢレイアウトステップで行われるので、あらかじめ選択したプローブ位置のリストを自動選択プロセスに提供することによって、ＥＣＯをさらに合理化することができる。この「ＥＣＯモード」において、自動選択プロセスは、新しい位置を割り当てる前にまず既存の位置を使用しようとし、したがって既存のテスト治具に対する高価な変更が減少する。

当業者は、本明細書に説明し例示した方法を、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェア、あるいはこれらの任意の適切な組み合わせで実施できることを理解されよう。この方法と装置は、低コストと融通性のためにコンピュータハードウェア上で実行されるソフトウェアで実施されることが好ましい。したがって、当業者は、本発明の方法および装置を、命令を実行するコンピュータまたはマイクロプロセッサプロセスによって実施することができ、その命令は、コンピュータ可読媒体上に実行可能に記憶され、任意の適切な命令プロセッサによって実行されることを理解されよう。しかしながら、代替実施形態は意図されているが本発明の趣旨と範囲内にある。

本発明のこの好ましい実施形態を例示のために開示したが、当業者は、添付の特許請求の範囲に開示したような本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく様々な修正、追加および代用が可能であることを理解されよう。また、現在開示されている発明の他の利益と使用法は、時間の経過と共に明らかになる可能性がある。

従来技術を使用する代表的なプリント回路基板の設計のＰＣＢ開発サイクルを示すガントチャートである、テスト治具とそれに取り付けられた被試験ＰＣＢを有するテスタの一部分の側面破断図である。本発明により合理化された自動ＰＣＢ開発サイクルを示す操作フローチャートである。プリント回路基板の設計おいてプリント回路基板の設計自体における好適探測位置を暗黙的に符号化し、治具設計において好適探測位置を暗黙的に復号する操作の好ましい方法のフローチャートである。本発明の好ましい実施形態を実現するシステムを示すブロック図である。図５のビードプローブ挿入ソフトウェアの動作の好ましい方法のフローチャートである。図５の治具プローブ挿入ソフトウェアの動作の好ましい方法のフローチャートである。本発明の自動化テストパッドおよび治具プローブ位置技術を使用する代表的なプリント回路基板の設計のＰＣＢ開発サイクルを示すガントチャートである。

符号の説明

５００テストパッド挿入機能
５１０コンピュータ化テストパッド位置機能
５３０プリント回路基板の設計
５４０修正プリント回路基板の設計
５５０テストパッド位置抽出機能、治具プローブ挿入機能
５７０テストパッド位置決めアルゴリズム
６００テストパッド位置決めアルゴリズム

Claims

ある設計のプリント回路基板において１つまたは複数の回路網の各々に沿って１つまたは複数のテストパッド位置を決定するために、コンピュータ化テストパッド位置決めアルゴリズムを実行するステップと、
前記プリント回路基板の設計のどの回路網も経路変更することなく１つまたは複数のテストパッドを、前記１つまたは複数のテストパッド位置において前記プリント回路基板に挿入して、修正されたプリント回路基板の設計を生成するステップと
を含む、プリント回路基板にテストパッドを自動的に挿入する方法。
前記１つまたは複数のテストパッドがビードプローブを有する請求項１に記載の方法。
前記コンピュータ化テストパッド位置決めアルゴリズムが、前記プリント回路基板の設計における前記各回路網の前記１つまたは複数のテストパッド位置において、少なくとも１つの好ましいテストパッド位置と、０個以上の代替テストパッド位置とを決定するように動作する請求項１または２に記載の方法。
ある設計のプリント回路基板における１つまたは複数の各回路網に沿った１つまたは複数のテストパッド位置を決定するコンピュータ化テストパッド位置機能と、
前記プリント回路基板の設計のどの回路網も経路変更することなく１つまたは複数のテストバッドを、前記１つまたは複数のテストパッド位置において前記プリント回路基板に挿入して、修正されたプリント回路基板の設計を生成するテストパッド挿入機能と
を備えるプリント回路基板にテストパッドを自動的に挿入する装置。
前記１つまたは複数のテストパッドがビードプローブを有する請求項４に記載の装置。
前記プリント回路基板の設計における前記各回路網の前記１つまたは複数のテストパッド位置において、少なくとも１つの好ましいテストパッド位置と、０個以上の代替テストパッド位置とを決定するテストパッド位置機能をさらに備える請求項４または５に記載の装置。
ある設計のプリント回路基板から１つまたは複数のテストパッド位置を抽出するステップと、
前記抽出された１つまたは複数のテストパッド位置に基づいて、前記プリント回路基板のテスタ治具の設計における１つまたは複数の治具プローブ位置を決定するように動作する治具プローブ位置決めアルゴリズムを実行するステップであって、その結果、前記プリント回路基板の設計に基づいて作成されたプリント回路基板が、前記１つまたは複数の治具プローブ位置に治具プローブが挿入された状態において作成された治具内に取り付けられた場合に、前記挿入された治具プローブの各先端が、前記１つまたは複数のテストパッド位置において前記プリント回路基板の設計に基づいて作成された前記プリント回路基板の１つまたは複数のテストパッドと位置が合い接触するようにする、ステップと
を含む、プリント回路基板のテスタ治具の設計に治具プローブを自動的に挿入する方法。
前記治具の設計における前記１つまたは複数の治具プローブ位置にそれぞれの１つまたは複数の治具プローブを挿入して、修正されたプリント回路基板の設計を生成するステップをさらに含む請求項７に記載の方法。
ある設計のプリント回路基板から１つまたは複数のテストパッド位置を抽出するテストパッド位置抽出機能と、
前記抽出された１つまたは複数のテストパッド位置に基づいて、前記プリント回路基板のテスタ治具の設計における１つまたは複数の治具プローブ位置を決定し、その結果、前記プリント回路基板の設計に基づいて作成されたプリント回路基板が、前記１つまたは複数の治具プローブ位置に治具プローブが挿入された状態において作成された治具内に取り付けられた場合に、前記挿入された治具プローブの各先端が、前記１つまたは複数のテストパッド位置において前記プリント回路基板の設計に基づいて作成された前記プリント回路基板の１つまたは複数のテストパッドと位置が合い接触するようにする治具プローブ位置決め機能と
を備える、プリント回路基板のテスタ治具の設計に治具プローブを自動的に挿入する装置。
前記治具の設計における前記１つまたは複数の治具プローブ位置にそれぞれの１つまたは複数の治具プローブを挿入して、プリント回路基板のテスタ治具の修正された設計を生成する治具プローブ挿入機能をさらに備える請求項９に記載の装置。