JP2009216391A - 障害検出回路、障害検出システムおよび障害検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターンの腐食による切断およびマイグレーションによるショートを適時に検知できるようにする。
【解決手段】基板１の一部に配線され、その基板１の異常を検出するためのサブパターン４を被覆するサブレジスト８を、他の部位を被覆するソルダレジスト７の厚さより薄くなるように形成し、そのサブパターン４を、所定の間隔を保持して並行させるように配置した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高湿環境、腐食性ガス雰囲気等の重度の腐食性環境下で連続使用される通信機器等の電気機器の機能を形成する回路基板の劣化に起因する障害を事前に検知して通知する障害検出回路、障害検出システムおよび障害検出方法に関する。

一般に、ＰＢＸやボタン電話等の通信機器は設置された環境下で５年から２０年程度の長期間にわたり使用されることが多く、このため十分な製品寿命を持つように設計・製造されるが、高湿環境、腐食性ガス雰囲気（特に温泉地などの硫黄系腐食ガス雰囲気）などの重度の腐食性環境下で使用される場合、回路基板上のパターンなど比較的耐食性に劣る部品が短期間において腐食し、機器の故障の原因になる場合がある。

通信機器等の回路基板は銅パターンにソルダレジストや半田等の遮断材料が施され、その銅パターンは硫化水素や二酸化窒素等の腐食性ガスに対して腐食反応を起こし易い。銅パターンは遮断材料により腐食性ガスから遮断されているが、塵埃と水分・塩分・ガスとの化学反応によりその遮断材料が経年劣化し、ある時期より銅パターンの腐食が進行して断線に至ったり、銅のマイグレーションによりショートに至ったりするケースがある。

特に、近年の通信機器等はプロセッサを有しており、このプロセッサを有する基板上のパターンが腐食し断線等した場合、システム全体の停止等の障害に陥る可能性があるという問題があった。
このような問題を解決する手段として従来はプロセッサのバスエラー、プロセッサのホルト、メモリのパリティエラー、機能ＬＳＩのエラー、通信エラー、回線障害などの機能障害を機器に表示し、またログ情報として記録するようにしていた。

しかし、このように機能障害を表示し、またログ情報として記録してもその機器障害を未然に防ぐことができなかった。また、その機器障害の要因が回路基板のパターンの腐食であるかどうかを判別できなかった。
そこで、従来の障害検出回路は、未然に回路基板のパターンの腐食を検知する手段として印刷回路基板上の配線パターンの一部を露出させて導通状態の変化により配線パターンの腐食損傷を検知するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、露出させた配線パターンの上に吸湿性、ガス透過性をもつコーティング材料をコーティングするようにしているものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開平３−１５８７４８号公報（２頁、図１） 特開平１０−３００６９９号公報（段落「００１７」〜段落「００２０」、図１、図２）

しかしながら、上述した従来の技術においては、腐食を検知するための腐食検知用の配線パターンは実際の回路基板上の配線パターンより早く腐食するため、回路基板上の配線パターンが設置環境に対して十分な耐力があるにもかかわらず腐食を検知してしまうという問題がある。
また、腐食による配線パターンの断検知はできるものの配線パターン（例えば銅）のマイグレーションによるショートを検知することができないという問題がある。

本発明は、このような問題を解決することを目的とし、配線パターンの腐食による切断およびマイグレーションによるショートを適時に検知する障害検出回路、障害検出システムおよび障害検出方法を提供することを課題とする。

そのため、本発明による障害検出回路は、電気回路パターンを形成する基板に配線された電導材の抵抗値を測定してその基板の異常を検出する障害検出回路において、基板の一部に配線され、その基板の異常を検出するための障害検知用電導材と、前記障害検知用電導材を被覆する障害検知用電導材レジストとを設け、前記障害検知用電導材レジストを、他の部位を被覆するレジストの厚さより薄くなるように形成したことを特徴とする。

また、その障害検知用電導材を、所定の間隔を保持して並行させるように配置したことを特徴とする。
さらに、本発明による障害検出システムは、上述した障害検出回路に、基板の異常を通知する障害検出信号を出力する手段と、前記障害検出回路が基板の異常を検出したとき、前記障害検出信号に基づいて基板の異常を報知する報知手段とを設けたことを特徴とする。

またさらに、本発明による障害検出方法は、上述した障害検出回路が基板の異常を検出したとき、障害検出信号を出力するステップと、前記障害検出信号に基づいて基板の異常を表示して報知するステップとを設けたことを特徴とする。

このようにした本発明は、障害検知用電導材の腐食等の進行が基板上の配線パターンの腐食等の進行より早くなることを防止することができ、基板上の配線パターンが設置環境に対して十分な耐力があるにもかかわらず腐食を検知してしまうことを防止することができるという効果が得られる。
また、配線パターンのマイグレーションによるショートも検知することができるようになるという効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明による障害検出回路、障害検出システムおよび障害検出方法の実施例を説明する。

図１は第１の実施例における回路基板の構成を示す説明図、図２は第１の実施例における回路基板の構成を示す断面図である。
図において、１は電気回路パターンが形成された基板、２は所定の機能を有する機能回路、３は機能回路２の機能を妨げる障害の発生を検知するための障害検出部である。
４は障害検知用電導材としてのサブパターンであり、抵抗値Ｒで終端されたループパターンとなっている。このサブパターン４は、マイグレーションによるショート（短絡）を検出できるように所定の間隔を保持して並行するように基板１の一部に配置されている。並行にしたサブパターン４の間隔は、例えばその回路基板で許容されている最小パターン間隔とすることが考えられる。最小パターン間隔は、一般的に１００〜２００μｍ（マイクロメートル）程度である。また、サブパターン４は障害検出部３に接続され、サブパターン４の抵抗値を障害検出部３で測定することができるようになっている。

このように障害検出部３およびサブパターン４で障害検出回路５を構成し、また機能回路２および障害検出回路５は基板１に形成されている。
６は障害検出信号であり、障害検出部３がサブパターン４の断線やショートを検出したことを機能回路２に通知する信号である。障害検出部３が障害検出信号６を出力するとその障害検出信号６は機能回路２に入力され、機能回路２の内部に設けられたプロセッサはサブパターン４が断線等したことを認識することができるようになっている。

７は機能回路２および障害検出部３を覆うソルダレジストであり、８はサブパターン４を覆う障害検知用電導材レジストとしてのサブレジストである。
ソルダレジスト７は、例えば５〜１０μｍ（マイクロメートル）程度の標準的なレジスト厚で形成され、サブレジスト８はソルダレジスト７より薄くなるように例えば５μｍ未満となるように薄く塗布して形成する。図２に示すように、例えばソルダレジスト７は５〜１０μｍ（マイクロメートル）程度の標準的な厚さで機能回路２を被覆し、サブレジスト８は５μｍ未満の厚さになるようにサブパターン４を被覆するように薄く塗布して形成する。

また、サブパターン４のパターン厚、パターン太さは機能回路２上の重要なパターン、すなわち切断されるとシステムの停止につながる重大な障害が発生するパターンのパターン厚、パターン太さと同じになるように形成する。例えば、サブパターン４および機能回路２のパターンの厚さは５〜３５μｍである。
さらに、並行するように配置されているサブパターン４の間隔は、基板１に印加される電圧により決定され、その電圧により許容される最小の間隔となっている。

なお、このサブパターン４は、通風孔、ファン、蓋等の外気の雰囲気に触れ易い位置に配置することが望ましい。
このように構成された基板１の障害検出回路５は、サブパターン４の両端の抵抗値を測定し、その抵抗値が所定の範囲を超えた場合、サブパターン４が断線またはショートしたことを検出し、障害検出信号６を機能回路２へ通知する。

上述した構成の作用について説明する。
基板１を有する機器が高湿環境、腐食性ガス雰囲気などの腐食性環境下で使用されると、時間が経過するに連れて機能回路２のパターンおよび障害検出回路５のパターンの腐食が進行する。
サブレジスト８はソルダレジスト７より薄いため、劣化の進行がソルダレジスト７より早く、サブパターン４は機能回路２のパターンより早く腐食する。

障害検出部３は、サブパターン４の両端の抵抗値を測定し、その抵抗値が所定の範囲を超えている場合、サブパターン４が断線またはショートしていると判定し、障害検出信号６を出力してサブパターン４の断線またはショートの検出を機能回路２へ通知する。
ここで、障害検出部３がサブパターン４の断線またはショートを検知する方法を図３の第１の実施例における障害検出回路の動作を示す説明図に基づいて説明する。

図３において、縦軸はサブパターン４の抵抗値、横軸は経過時間を示している。
サブパターン４が腐食する場合、そのサブパターン４は徐々に細くなるため、時間の経過とともにサブパターン４の抵抗値は大きくなり、やがて所定の閾値（上限値）を超える。
一方、サブパターン４がマイグレーションを生じる場合、そのサブパターン４は徐々に広がり所定の間隔を保持して並行するように配置されたサブパターン４がショートするため、時間の経過とともにサブパターン４の抵抗値は小さくなり、やがて所定の閾値（下限値）を超えて抵抗値は０になる。

このように障害検出部３は、サブパターン４の抵抗値が所定の閾値（上限値または下限値）を超えたことを検出したとき、サブパターン４の断線またはショートを検知する。
なお、障害検出部３でサブパターン４の断線のみを検知する場合、サブパターン４を所定の間隔を保持させて並行に配置する必要がなくなり、より簡単に構成することができるようになる。

次に、障害検出信号６をレベル信号で通知する場合とパルス信号で通知する場合の障害検出部３の構成例を以下に説明する。
図４（ａ）に示すように検出信号をレベル信号で通知する場合は、サブパターン４の一端に電源、他端をアースに接続するとともにそれを障害検出信号６とする。
また、図４（ｂ）に示すように検出信号をパルス信号で通知する場合は、サブパターン４の一端に電源、他端をアースに接続するとともにワンショットマルチプレクサ等を介して障害検出信号６とする。

また、図５に示すように障害検出回路５、機能回路２、および警告音の出力部（スピーカ）、警告ランプ、画面表示等の報知手段としてのマンマシンインタフェース１０を備えた障害検出システムとし、障害検出回路５が出力する障害検知信号６に基づいてマンマシンインタフェース１０でサブパターン４の断線またはショートの検出を使用者に報知するようにしてもよく、また通信機能回路１１、ログ情報記録手段としてのログ格納装置１２、およびそれを接続するデジタル回線、ＬＡＮ、無線等の通信回線１３を備えた障害検出システムとし、障害検出回路５が出力する障害検知信号６に基づいてサブパターン４の断線またはショートの発生をログ格納装置１２の磁気ディスクやメモリ等の記憶部にログ情報として記録させるようにしてもよい。

さらに、障害検出方法として障害検出回路５が障害を検知したとき障害検知信号６を出力するステップ、その障害検知信号６に基づいてマンマシンインタフェース１０でサブパターン４の断線またはショートの検出を使用者に報知するステップを備えるようにしてもよく、また障害検出回路５が障害を検知したとき障害検知信号６を出力するステップ、その障害検知信号６に基づいてサブパターン４の断線またはショートの発生をログ格納装置１２の磁気ディスクやメモリ等の記憶部にログ情報として記録させるステップを備えるようにしてもよい。

このように本発明による障害検出回路、障害検出システム、および障害検出方法は、機器を使用する使用者に基板１のサブパターン４の断線またはショートを検出したことを報知し、使用者がその基板１を新たな基板に交換等してシステム全体の重大な障害の発生を未然に防ぐことができるようになる。
以上説明したように、第１の実施例では、ソルダレジスト７よりも薄いサブレジスト８が塗布されたサブパターン４の抵抗値を障害検出部３で測定してサブパターン４に腐食またはマイグレーションが発生していることを検知して使用者に報知するようにしたことにより、使用者は機能回路２に機能障害が発生する前に基板１の劣化状態を把握することができ、その基板１を予防交換することができるようになりシステム全体の重大な障害の発生を未然に防ぐことができるという効果が得られる。

また、サブパターン４にサブレジスト８を塗布するようにしたことにより、サブパターン４の腐食等の進行が機能回路２のパターンの腐食等の進行より極端に早くなることを防止することができるという効果が得られる。
さらに、サブパターン４を所定の間隔を保持して並行するように配置したことにより、サブパターン４のマイグレーションによるショートも検知することができるという効果が得られる。

図６は第２の実施例における回路基板の構成を示す説明図、図７は第２の実施例における回路基板の構成を示す断面図である。
第２の実施例の構成は機能回路にめっき皮膜が形成され、ソルダレジストが機能回路およびサブパターンに塗布されていることが第１の実施例の構成と異なるのでその異なる構成を図６および図７に基づいて以下に説明する。なお、上述した第１の実施例と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

２０は機能回路２、障害検出部３、およびサブパターン４を覆うソルダレジストである。このソルダレジスト２０は、図７に示すように例えば５〜１０μｍ（マイクロメートル）程度の標準的なレジスト厚で機能回路２、障害検出部３、およびサブパターン４を覆うように形成される。
なお、機能回路２のパターンおよびサブパターン４の厚さは第１の実施例の機能回路２のパターンおよびサブパターン４の厚さと同様であり、例えば５〜３５μｍである。

２１はめっき皮膜であり、機能回路２のパターンを覆うように形成されたものである。このめっき皮膜２１は、機能回路２のパターンが銅で形成されている場合、銅に対して卑な金属のめっき皮膜、または銅に対して貴な金属のめっき皮膜で構成されたものである。
銅に対して卑な金属であるクロム、すず、アルミニウム、亜鉛などを使用しためっき皮膜２１は、犠牲溶解型めっき皮膜であり、めっき皮膜の反応が進むことでその下の銅層の腐食の進行を抑制する。

一方、銅に対して貴な金属である金、銀、ニッケルなどを使用しためっき皮膜２１は、バリヤー型めっき皮膜であり、腐食に強い金属をめっき皮膜２１に使用することで防食する。なお、めっき皮膜２１として金を使用する場合、その厚さは、例えば０．１〜１μｍであり、ニッケルを使用する場合、その厚さは、例えば０．５〜５μｍである。
銅に対して貴な金属のめっき皮膜２１は、銅に対して卑な金属のめっき皮膜２１よりも防食性が高いが、高価であるため、機器の設置環境や機器の寿命等を考慮して選択されるものとする。

本実施例では、めっき皮膜２１を単層とするもので説明するが、複数の層で形成するようにしてもよい。また、複数の層でめっき皮膜２１を形成する場合、卑な金属と貴な金属を組み合わせるようにしてもよい。
上述した構成の作用について説明する。
基板１を有する機器が高湿環境、腐食性ガス雰囲気などの腐食性環境下で使用されると、時間が経過するに連れて機能回路２のパターンおよび障害検出回路５のパターンの腐食が進行する。

機能回路２のパターンにめっき皮膜２１を形成することにより、機能回路２のパターンの劣化の進行が遅くなるため、サブパターン４は機能回路２のパターンより早く腐食する。
障害検出部３は、サブパターン４の両端の抵抗値を測定し、その抵抗値が所定の範囲を超えている場合、サブパターン４が断線またはショートしていると判定し、障害検出信号６を出力してサブパターン４の断線またはショートの検出を機能回路２へ通知する。

なお、障害検出部３がサブパターン４の断線またはショートを検知する方法、障害検出部３の構成例、および障害検出システムならびに障害検出方法の構成は第１の実施例と同様なのでその説明を省略する。
以上説明したように、第２の実施例では、機能回路２のパターンにめっき皮膜２１を形成し、めっき皮膜２１が形成されていないサブパターン４の抵抗値を障害検出部３で測定してサブパターン４に腐食またはマイグレーションが発生していることを検知して使用者に報知するようにしたことにより、使用者は機能回路２に機能障害が発生する前に基板１の劣化状態を把握することができ、その基板１を予防交換することができるようになりシステム全体の重大な障害の発生を未然に防ぐことができるという効果が得られる。

また、サブパターン４にソルダレジスト２０を塗布するようにしたことにより、サブパターン４の腐食等の進行が機能回路２のパターンの腐食等の進行より極端に早くなることを防止することができるという効果が得られる。
さらに、サブパターン４を所定の間隔を保持して並行するように配置したことにより、サブパターン４のマイグレーションによるショートも検知することができるという効果が得られる。

またさらに、機能回路２のパターンに耐食性のめっき皮膜２１を形成することにより、機能回路２のパターンの信頼性を向上させることができるという効果が得られる。
なお、第１の実施例および第２の実施例では、パターンの材質を銅（金属）として説明したが、例えば電導性ポリマーなどの他の電導性の材質を用いることもできる。

第１の実施例における回路基板の構成を示す説明図 第１の実施例における回路基板の構成を示す断面図 第１の実施例における障害検出回路の動作を示す説明図 第１の実施例における障害検出回路の説明図 第１の実施例における障害通知の説明図 第２の実施例における回路基板の構成を示す説明図 第２の実施例における回路基板の構成を示す断面図

符号の説明

１ 基板
２ 機能回路
３ 障害検出部
４ サブパターン
５ 障害検出回路
６ 障害検出信号
７、２０ ソルダレジスト
８ サブレジスト
１０ マンマシンインタフェース
１１ 通信機能回路
１２ ログ格納装置
１３ 通信回線
２１ めっき皮膜

Claims (10)

1. 電気回路パターンを形成する基板に配線された電導材の抵抗値を測定してその基板の異常を検出する障害検出回路において、
   基板の一部に配線され、その基板の異常を検出するための障害検知用電導材と、
   前記障害検知用電導材を被覆する障害検知用電導材レジストとを設け、
   前記障害検知用電導材レジストを、他の部位を被覆するレジストの厚さより薄くなるように形成したことを特徴とする障害検出回路。
2. 電気回路パターンを形成する基板に配線された電導材の抵抗値を測定してその基板の異常を検出する障害検出回路において、
   基板の一部に配線され、その基板の異常を検出するための障害検知用電導材と、
   前記障害検知用電導材を被覆する障害検知用電導材レジストと、
   前記障害検知用電導材を除いた電気回路パターンを皮膜するめっき皮膜とを設けたことを特徴とする障害検出回路。
3. 請求項２の障害検出回路において、
   前記めっき皮膜を、複数の層で形成するようにしたことを特徴とする障害検出回路。
4. 請求項３の障害検出回路において、
   前記めっき皮膜を、電気回路パターンよりも貴な金属および卑な金属の層で形成するようにしたことを特徴とする障害検出回路。
5. 請求項１から請求項３または請求項４の障害検出回路において、
   前記障害検知用電導材を、所定の間隔を保持して並行させるように配置したことを特徴とする障害検出回路。
6. 請求項５の障害検出回路において、
   前記障害検知用電導材の抵抗値が、上限閾値を超えたとき該障害検知用電導材の切断を検知し、下限閾値を超えたとき障害検知用電導材の短絡を検知して基板の異常を検出するようにしたことを特徴とする障害検出回路。
7. 請求項１から請求項５または請求項６の障害検出回路と、
   前記障害検出回路に、基板の異常を通知する障害検出信号を出力する手段と、
   前記障害検出回路が基板の異常を検出したとき、前記障害検出信号に基づいて基板の異常を報知する報知手段とを設けたことを特徴とする障害検出システム。
8. 請求項１から請求項５または請求項６の障害検出回路と、
   前記障害検出回路に、基板の異常を通知する障害検出信号を出力する手段と、
   前記障害検出回路が基板の異常を検出したとき、前記障害検出信号に基づいて基板の異常の発生をログ情報として記録するログ情報記録手段とを設けたことを特徴とする障害検出システム。
9. 請求項１から請求項５または請求項６の障害検出回路が、基板の異常を検出したとき、障害検出信号を出力するステップと、
   前記障害検出信号に基づいて基板の異常を表示して報知するステップとを設けたことを特徴とする障害検出方法。
10. 請求項１から請求項５または請求項６の障害検出回路が、基板の異常を検出したとき、障害検出信号を出力するステップと、
    前記障害検出信号に基づいて基板の異常の発生をログ情報として記録するステップとを設けたことを特徴とする障害検出方法。

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