JP2007232678A - プリント基板の誘電体の比誘電率測定装置およびその測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
部品を実装する前のプリント基板の状態で、誘電体の比誘電率を簡単な方法で分解能よく測定すること。
【解決手段】
共振パターンを形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する比誘電率測定装置において、前記トラッキングジェネレータから前記プリント基板の共振パターンへ電磁結合して高周波信号を送信する第１のアンテナと、前記プリント基板の共振パターンと電磁結合して高周波信号を受信する第２のアンテナと、を具備して、前記スペクトラムアナライザで共振パターンの共振周波数からプリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロストリップ共振器を共振パターンにより形成したプリント基板の誘電体の比誘電率測定装置およびその測定方法に関するものである。

プリント基板に部品実装後、電子回路の性能を確認しているが、プリント基板の誘電体の比誘電率が所望の規定範囲に入っていなかったために不良となることがある。
このように部品実装後にプリント基板の不良がわかると費用と時間のロスが大きい。
そこで、部品実装前にプリント基板の誘電体の比誘電率を測定する必要がある。
従来の比誘電率測定方法として、ＴＤＲ法とストリップライン共振法との２つがあり、
以下それぞれについて説明する。
第１のＴＤＲ法は、オシロスコープを使用し、プリント基板上の線路パターンに信号を接続して、線路パターンの特性インピーダンスを測定する。
そして、その特性インピーダンスからプリント基板の誘電体の比誘電率を計算により求めることができる。
このＴＤＲ法は、プリント基板上のグランドと、信号線にプローブを接触させればよいので、プリント基板の誘電体の比誘電率を容易に測定できる。
しかし、プローブの接触距離により測定値が変動するし、分解能が低い欠点がある。
第２のストリップライン共振法は、プリント基板の誘電体の比誘電率を高い分解能で測定できる。
しかし、このストリップライン共振法は、2枚の基板を密着させて、信号と2枚のプリント基板のグランドをすべて短距離で確実に接続するのが困難である。
また、ストリップライン共振法は、2枚の基板の密着度合いにより共振周波数が変わるため、一定の圧力をかける必要がある
従って、ストリップライン共振法は、作業の手間がかかり、大掛かりな治具が必要となり、量産品の試験方法としては適していない。

実用新案公開平７−３１４１

発明が解決しようとする課題は、部品を実装する前のプリント基板の状態で、誘電体の比誘電率を簡単な方法で分解能よく測定することである。

本発明の第１は、
共振パターンを形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する比誘電率測定装置において、
前記トラッキングジェネレータから前記プリント基板の共振パターンへ電磁結合して高周波信号を送信する第１のアンテナと、
前記プリント基板の共振パターンと電磁結合して高周波信号を受信する第２のアンテナと、
を具備して、前記スペクトラムアナライザで共振パターンの共振周波数からプリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定装置。

本発明の第２は、
共振パターンとグランドパターンとを部品実装面に形成したプリント基板の誘電体の比誘電率を測定する比誘電率測定装置において、
前記プリント基板を装着する場合、プリント基板のグランドパターン面が本体の段差部に接地するように押圧するフタと、共振パターン側が空洞となる本体とで構成する筐体と、
該筐体に設けて、高周波信号を受ける第１のコネクタと、
該第１のコネクタの中心導体に接続して、前記共振パターンに電磁結合して電磁波を送信する第１のアンテナと、
前記筐体に設けて、高周波信号を出力する第２のコネクタと、
該第２のコネクタの中心導体に接続して、前記共振パターンに電磁結合して電磁波を受信する第２のアンテナと、
を具備して、前記プリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定装置。

本発明の第３は、
共振パターンを形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する測定方法において、
前記トラッキングジェネレータから第１のアンテナにより前記プリント基板の共振パターンへ電磁結合して高周波信号を送信し、
前記プリント基板の共振パターンと第２のアンテナにより電磁結合して前記スペクトラムアナライザで高周波信号を受信し、
前記スペクトラムアナライザで測定した共振パターンの共振周波数からプリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定方法。

本発明の第４は、
共振パターンとグランドパターンとを部品実装面側に形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する比誘電率測定方法において、
空洞と段差を設けた本体とフタとで構成する筐体に前記プリント基板を装着する場合、
共振パターン側が空洞となるように、またグランドパターン面が本体の段差部に接地するようにフタを押圧して装着し、
前記筐体の本体に設けた第１のコネクタの中心導体に接続された第１のアンテナで、前記トラッキングジェネレータからの高周波信号出力を電磁結合して前記共振パターンへ送信し、
前記筐体の本体に設けた第２のコネクタの中心導体に接続された第２のアンテナで、前記共振パターンに電磁結合して高周波信号を受信し、
受信した信号を前記スペクトラムアナライザへ出力し、
前記スペクトラムアナライザで測定した共振パターンの共振周波数から前記プリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定方法。

本発明のプリント基板の誘電体の比誘電率測定方法は、プリント基板の一部を試料として使用し、その試料のプリント基板に共振パターンを形成して共振周波数を測定することで、分解能よく測定できる。
また、信号線は空間結合なので、１枚のプリント基板のグランドだけ接続すればよく測定が容易である。
そして、アンテナと共振器は粗結合なので、プリント基板のたわみがあっても距離の変化による影響は無視できる範囲である。
さらに、本発明の測定装置は、構造が簡単であり容易に製作できる利点がある。

本発明のプリント基板の誘電体の比誘電率測定方法は、被測定プリント基板の一部を使用して、あらかじめマイクロストリップライン共振器のパターンを形成しておき、トラッキングジェネレータの高周波の出力信号をアンテナを介して電磁結合させ、さらにマイクロストリップライン共振器の共振周波数の信号をアンテナを介して電磁結合により受けて、その信号をスペクトラムアナライザにより共振周波数を測定し、その共振周波数から計算により比誘電率を測定することにより実現した。

本発明の測定対象となるプリント基板と、本発明の比誘電率測定装置とその測定方法について、図１を参照して以下説明する。
図１に示すように、本発明の測定対象となるプリント基板４０は、共振パターン４１、誘電体４２、グランド４３とで構成している。
ここで、プリント基板４０は、測定対象となるプリント基板の一部を切取った試料（クーポン）で作成し、比誘電率を簡易に測定できる。
また、プリント基板４０の部品実装面に共振器として形成する共振パターン４１は、例えばマイクロストリップラインとし、パターンの幅と、パターンの長さは、誘電体４２の比誘電率と厚さとにより所望の周波数で共振するように決める。
また、本発明の比誘電率測定装置は、図１に示すように、トラッキングジェネレータ付きスペクトラムアナライザ１００、接続ケーブル２０１、コネクタ１１、アンテナ２１、グランド接続線３１、接続ケーブル２０２、コネクタ１２、アンテナ２２、グランド接続線３２、とで構成している。
一般に、トラッキングジェネレータ付きスペクトラムアナライザ１００は、トラッキングジェネレータにより高周波信号を電磁結合により受動素子へ送信し、その受動素子からの高周波信号を電磁結合によりスペクトラムアナライザで受信して、受動素子の共振周波数を測定することができる。
そこで、トラッキングジェネレータ付きスペクトラムアナライザ１００から、トラッキングジェネレータの出力信号を接続ケーブル２０１により取り出し、コネクタ１１の中心導体に接続されたアンテナ２１から高周波信号をプリント基板４０の共振パターン４１へ電磁結合して送信する。
また、コネクタ２１のグランド側は、グランド接続線３１によりプリント基板４０のグランド４３と接続する。
同様に、プリント基板４０の共振パターン４１からの高周波信号を、コネクタ１２の中心導体に接続されたアンテナ２２に電磁結合させて受ける。
また、コネクタ２２のグランド側は、グランド接続線３２によりプリント基板４０のグランド４３と接続する。
そして、プリント基板４０の共振パターン４１と電磁結合させたアンテナ２1で高周波信号を受けてスペクトラムアナライザへ接続ケーブル２０２で入力し、信号表示させる。
例えば、図２に示すように、周波数軸に対してレベル表示させた信号のピーク値から、測定対象であるプリント基板４０の共振パターン４１の共振周波数を測定できる。
そして、測定した共振パターン４１の共振周波数から計算によりプリント基板４０の誘電体４２の比誘電率を求めることができる。

次に、本発明の比誘電率測定装置と測定対象となるプリント基板４０との構成とについて、図３、図４、図５を参照して説明する。
図３に示すように、本発明の比誘電率測定装置の主要部は、本体５１、フタ５２、コネクタ6１、コネクタ６２、アンテナ２１、アンテナ２２、とで構成している。
また、本体５１とフタ５２とで、プリント基板４０を装着する筐体５０を構成している。
ここで、本体５１は内部を空洞とし、コネクタ６１とコネクタ６２との取付け側に段差部５３をそれぞれ設ける。
そして、図４に示すように、プリント基板４０は、部品実装面側に共振パターン４１とグランドパターン４５とを設ける。
共振パターン４１は、マイクロストリップラインとし、パターンの幅と、パターンの長さは、誘電体４２の比誘電率と厚さとにより所望の周波数で共振するよう形成する。
さらに、グランドパターン４５は、プリント基板４０の部品実装側の４角にプリント基板のグランド４３とスルーホール４５を介して４箇所設ける。
この場合、スルーホール４４は、グランドパターン４５とグランド４３との導電性と高周波に対するインピーダンスを低くするため複数設けることが望ましい。
そして、図３に示すように、プリント基板４０は、本体５１に設けた段差部５３とグランドパターン４５とが接触し、フタ５２をプレス金具等（図示せず）により押圧することで、グランドパターン４５とコネクタ６１のグランド間及びグランドパターン４５とコネクタ６２のグランド間との接続をそれぞれ確実におこなうことができる。
図５に、本発明の具体的な本体５１の加工例の外観をしめす。
なお、図５では、２つのアンテナの先端部は、機械的な変形が生じないようにそれぞれ絶縁体で保持している。
また、測定対象のプリント基板の比誘電率が予めわかっていれば、その既知の誘電率を基準として絶対値としての比誘電率も求めることができる。
しかし、基準のプリント基板の誘電体の比誘電率に対する相対値を測定できれば、許容範囲の値を決めることによりプリント基板の良否判定ができる。

本発明の比誘電率測定装置および測定方法は、測定対象をプリント基板として説明したが、マイクロ波帯で使用されるセラミック基板などの誘電体の比誘電率も同様にして測定対象とすることができる。

本発明の実施例を示した接続図である。 本発明の共振周波数の測定表示図である。 本発明の比誘電率測定装置例の側面図である。 本発明の測定試料のプリント基板の斜視図である。 本発明の加工例を示した外観図である。

符号の説明

１１、１２ コネクタ
２１、２２ アンテナ
３１、３２ グランド接続線
４０ プリント基板
４１ 共振パターン
４２ 誘電体
４３ グランド
４４ スルーホール
４５ グランドパターン
５０ 筐体
５１ 本体
５２ フタ
５３ 段差部
６１、６２ コネクタ
１００ トラッキングジェネレータ付きスペクトラムアナライザ
２０１、２０２ 接続ケーブル

Claims (4)

1. 共振パターンを形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する比誘電率測定装置において、
   前記トラッキングジェネレータから前記プリント基板の共振パターンへ電磁結合して高周波信号を送信する第１のアンテナと、
   前記プリント基板の共振パターンと電磁結合して高周波信号を受信する第２のアンテナと、
   を具備して、前記スペクトラムアナライザで共振パターンの共振周波数からプリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定装置。
2. 共振パターンとグランドパターンとを部品実装面に形成したプリント基板の誘電体の比誘電率を測定する比誘電率測定装置において
   前記プリント基板を装着する場合、プリント基板のグランドパターン面が本体の段差部に接地するように押圧するフタと、共振パターン側が空洞となる本体とで構成する筐体と、
   該筐体に設けて、高周波信号を受ける第１のコネクタと、
   該第１のコネクタの中心導体に接続して、前記共振パターンに電磁結合して電磁波を送信する第１のアンテナと、
   前記筐体に設けて、高周波信号を出力する第２のコネクタと、
   該第２のコネクタの中心導体に接続して、前記共振パターンに電磁結合して電磁波を受信する第２のアンテナと、
   を具備して、前記プリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定装置。
3. 共振パターンを形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する測定方法において、
   前記トラッキングジェネレータから第１のアンテナにより前記プリント基板の共振パターンへ電磁結合して高周波信号を送信し、
   前記プリント基板の共振パターンと第２のアンテナにより電磁結合して前記スペクトラムアナライザで高周波信号を受信し、
   前記スペクトラムアナライザで測定した共振パターンの共振周波数からプリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定方法。
4. 共振パターンとグランドパターンとを部品実装面側に形成したプリント基板の誘電体の比誘電率をトラッキングジェネレータ付きのスペクトラムアナライザで測定する比誘電率測定方法において、
   空洞と段差を設けた本体とフタとで構成する筐体に前記プリント基板を装着する場合、
   共振パターン側が空洞となるように、またグランドパターン面が本体の段差部に接地するようにフタを押圧して装着し、
   前記筐体の本体に設けた第１のコネクタの中心導体に接続された第１のアンテナで、前記トラッキングジェネレータからの高周波信号を出力を電磁結合して前記共振パターンへ送信し、
   前記筐体の本体に設けた第２のコネクタの中心導体に接続された第２のアンテナで、前記共振パターンに電磁結合して高周波信号を受信し、
   受信した信号を前記スペクトラムアナライザへ出力し、
   前記スペクトラムアナライザで測定した共振パターンの共振周波数から前記プリント基板の誘電体の比誘電率を測定することを特徴とした比誘電率測定方法。