JP2009244111A - 制御基板の検査装置及び検査方法、制御基板 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイス実装後の制御基板について、製造上のばらつきによって生じる特性の変化を、総合的に判定することにある。
【解決手段】検査装置２０は、ＡＳＩＣ７と、ＡＳＩＣ７からの信号を受信するＡＤ変換回路９と、ＡＳＩＣ７とＡＤ変換回路９とを接続するクロックライン１１とを有する制御基板１の特性を検査するための装置であって、基準伝送路２１と、オシロスコープ２３とを備えている。基準伝送路２１は、クロックライン１１上のＡＤ変換回路９側のパッド１１ｂに接続され、特性インピーダンス及び線長が規定されている。オシロスコープ２３は、クロックライン１１上のＡＳＩＣ７側のパッド１１ａに接続され、ＡＳＩＣ７からクロックライン１１上をＡＤ変換回路９側に伝播する信号の波形を観測するための装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御基板の検査装置及び検査方法、その検査装置によって検査される制御基板に関する。

電子機器内に配される制御基板として、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）構造などを有する半導体デバイスが実装された制御基板では、信号伝送路は、一般に、半導体、パッケージ内配線、伝送線路、ワイヤーハーネス等で構成される。このような信号伝送路として、高速にスイッチングするものにおいては、製造上生じるばらつきによって、その特性を示す特性インピーダンスが変化することが知られている。

そこで、従来、伝送路のインピーダンスの調整や、各デバイスのドライブ能力の調整などによる調整が行われている。これに関連する技術として、例えば、特許文献１乃至４に示す技術が既に提案されている。
特開平１０−１２９８０号公報 特開平１０−５６１３５号公報 特開２０００−１５１３９４号公報 特開２００３−５０２５６号公報

しかし、デバイス等が実際に実装された制御基板では、半導体、伝送線路等だけでなく、その基板内で生成する電源の精度のばらつきや、電源ラインのインピーダンスなども複合的に信号波形に影響している。

本発明の目的は、デバイス実装後の制御基板について、製造上のばらつきによって生じる特性の変化を、総合的に判定することにある。

発明１に係る検査装置は、信号源デバイスと、信号源デバイスからの信号を受信する受信端デバイスと、信号源デバイスと受信端デバイスとを接続する伝送線路とを有する制御基板の特性を検査するための装置であって、基準伝送路と、波形観測装置とを備えている。基準伝送路は、伝送線路上の受信端デバイス側の部位に接続され、特性インピーダンス及び線長が規定されている。波形観測装置は、伝送線路上の信号源デバイス側の部位に接続され、信号源デバイスから伝送線路上を受信端デバイス側に伝播する信号の波形を観測するための装置である。

この検査装置によれば、デバイス実装後の制御基板についてインピーダンスの不整合と信号レベルのばらつきを確認でき、伝送線路のみでなく、各デバイスの製造上のばらつきも含めて、制御基板の複合的な特性を判断することができる。そして、このようにして判断した結果に基づいて、制御基板の伝送線路等の特性を事前に調整することができる。

発明２に係る検査方法は、第１乃至第４ステップを含む。第１ステップでは、伝送線路が形成されたプリント基板に、信号源デバイスと、信号源デバイスからの信号を受信する受信端デバイスとを実装する。第２ステップでは、伝送線路上の受信端デバイス側の部位に、特性インピーダンス及び線長が規定された基準伝送路を接続する。第３ステップでは、伝送線路上の信号源デバイス側の部位に波形観測装置を接続する。第４ステップでは、波形観測装置から信号を送り、信号源デバイスから伝送線路上を受信端デバイス側に伝播する信号の波形を観測する。

この検査方法によれば、デバイス実装後の制御基板についてインピーダンスの不整合と信号レベルのばらつきを確認でき、伝送線路のみでなく、各デバイスの製造上のばらつきも含めて、制御基板の複合的な特性を判断することができる。そして、このようにして判断した結果に基づいて、制御基板の伝送線路等の特性を事前に調整することができる。

発明３に係る制御基板は、プリント基板と、信号源デバイスと、受信端デバイスとを備えている。プリント基板は、伝送線路と、伝送線路上に形成され、発明１又は２の検査装置の基準伝送路及び波形観測装置がそれぞれ接続される複数のパッドとが形成されている。信号源デバイスは、プリント基板上に実装されている。受信端デバイスは、プリント基板上に実装され、信号源デバイスからの信号を受信する。

この制御基板は、上述の検査装置又は検査方法によって検査可能であり、上述の検査装置又は検査方法を用いてのインピーダンスの不整合と信号レベルのばらつきの確認を行うことができる。

本発明によれば、デバイス実装後の制御基板についてインピーダンスの不整合と信号レベルのばらつきを確認でき、伝送線路のみでなく、各デバイスの製造上のばらつきも含めて、制御基板の複合的な特性を判断することができる。そして、このようにして判断した結果に基づいて、制御基板の伝送線路等の特性を事前に調整することができる。

図１に、本発明の一実施形態による制御基板１及びこれに接続された検査装置２０を模式的に示す。

＜制御基板＞
この制御基板１は、複合機、複写機等の画像形成装置や、スキャナ装置内に配された基板である。

制御基板１は、プリント基板３に、ＡＳＩＣ７（Application Specific Integrated Circuit）、ＡＤ変換回路９等の各種デバイスが実装されてなる。

プリント基板３は、基材に絶縁性樹脂を含浸してなる基板上に、銅箔などの導電体で回路（パターン）配線が形成されたものであり、多数の伝送線路が形成されている。これら伝送線路には、ＡＳＩＣ７及びＡＤ変換回路９を接続するクロックライン１１や、これに併走して配されたグラウンドライン（図示せず）が含まれる。

クロックライン１１は、高速のクロックを伝送するための配線であり、途中には、後述するオシロスコープ２３及び基準伝送路２１から延びる配線によってそれぞれプローブされるパッド１１ａ，１１ｂが設けられている。また、クロックライン１１には、特性を調整するための抵抗Ｒが設けられている。抵抗Ｒは、反射ノイズのノイズレベルを下げるために、ＡＳＩＣ７の出力直後に直列に挿入され、これにより、デバイス（ＡＳＩＣ７）と伝送線路のインピーダンスが整合されている。

グラウンドラインは、クロックライン１１を伝播する信号の品質を確保するために配された配線であり、オシロスコープ２３及び基準伝送路２１から延びる他の配線によってそれぞれプローブされるパッド１３ａ，１３ｂが設けられている。

なお、伝送線路は、サブトラクティブ法、アディティブ法のいずれの方法により形成されたものであっても良い。

ＡＳＩＣ７（信号源デバイス）は、画像処理用途に設計された集積回路であり、ＡＤ変換回路から送られる高解像度の画像データに対し高速処理を施す機能を有する。ＡＳＩＣ７では、半導体と、これが実装されるパッケージ内の配線によって信号伝送路が形成されている。

ＡＤ変換回路（受信端デバイス）９は、ＣＣＤ画像センサから送られるアナログ信号をデジタル信号に変換するための素子であり、画像形成装置やスキャナ装置内のＣＣＤ（Charge Coupled Device）画像センサに対し、ＣＣＤドライブ等の電子部品を介して接続されている。

基板内電源１５は、ＡＳＩＣ７、ＡＤ変換回路９等の各デバイスを動作させるためのもの電源である。

なお、制御基板１には、ＡＳＩＣ、ＡＤ変換回路以外にも、他の集積回路、抵抗器、コンデンサ等の電子部品が実装されている。

なお、本発明で用いられるプリント基板としては、リジッド基板、フレキシブル基板、リジッドフレキシブル基板のいずれの形態のものが用いられてもよく、また、片面基板、両面基板、多層基板、ビルドアップ基板等いずれの構造のものが用いられても良い。

＜検査装置＞
検査装置２０は、基準伝送路２１と、オシロスコープ２３とを備えている。

基準伝送路２１は、特定インピーダンスと線長が規定された同軸ケーブルで構成され、例えば、特性インピーダンス50Ω、線路長100mmの同軸ケーブルを用いることができる。この同軸ケーブルからは、プリント基板３のクロックライン１１及びグランドラインの各パッド１１ｂ，１３ｂをプローブするための配線が延びている。

オシロスコープ（波形観測装置）２３としては、50ps以下程度の立ち上りの速いステップパルスを送出するジェネレータと、波形を検出するサンプラーと、検出した波形を表示するディスプレイとを有するディタイジングオシロスコープが用いられる。ジェネレータからは、プリント基板１のクロックライン１１及びグランドラインの各パッド１１ａ，１３ａをプローブするための配線が延びている。なお、オシロスコープ２３の入出力インピーダンスは、ここでは50Ωである。

＜検査方法＞
デバイス実装後の制御基板１に対し、検査装置２０を連結する。具体的には、オシロスコープ２３及び基準伝送路２１からの配線を、クロックライン１１及びグラウンドラインの各パッド１１ａ，１１ｂ，１３ａ，１３ｂに繋ぐ。なお、終端はオープン状態である。

この状態で、オシロスコープ２３のジェネレータから、高速スイッチング動作するステップ信号（立ち上がり時間20〜50ps程度）を伝送路に送り込むと、クロックライン１１上を信号が伝播し、全反射でリターンしたパルスが元の入力パルスに重畳された形でサンプラーによって検出され、反射波形がディスプレイに表示される。

このように、検査装置２０に未知のインピーダンスを有する制御基板１を繋ぐことによって、インピーダンスのミスマッチによる反射の度合を、電圧値（パルス高）によって観測することができる。ここでは、図２に示すように、制御基板１の伝送路（各デバイスの半導体及びパッケージ内配線、プリント基板の伝送線路）と基準伝送路２１との差異は、ステップ状の波形として観測される。この観測方法は、ＴＤＲ（Time Domein Reflectmetry）法によって特性インピーダンスの測定するのと同様の原理による。

図２に示す観測結果からは、下記点を確認できる。
（１）基準伝送路２１の電圧値Ｖ１と、制御基板１の伝送路の電圧値Ｖ２との差から、各デバイスのドライブ能力と、線路インピーダンスの不整合によって生じる階段状波形の発生
（２）Ｖ２の信号レベルから、基板内電源１５及び各デバイスの半導体の製造上のばらつきによって発生する出力信号レベル
これらを確認した上で、公知の方法で、伝送路のインピーダンスの調整や各デバイスのドライブ能力の調整を行うことで、伝送線路の特性を事前に調整すれば、デバイス実装後の制御基板１の複合的な特性を考慮した調整を行うことができる。

＜他の実施形態＞
（ａ）信号源デバイス及び受信端デバイスとしては、上述のものに限られず、マイクロコンピュータ及びメモリ等、他のデバイスを用いることもできる。また、制御基板は、画像読取装置に用いられるものに限られない。

（ｂ）ワイヤーハーネスで繋がれた複数の制御基板について、伝送線路の特性を検査する場合は、信号端デバイスが実装された制御基板の信号源デバイスの出力直後の線路上の部位と、受信端デバイスが実装された制御基板の信号源デバイスの入力直前の線路上の部位とに、オシロスコープ及び基準伝送路からの配線をそれぞれプローブさせることで、上記実施形態と同様にして、デバイス実装後の制御基板について複合的な特性を検査することができる。

本発明の一実施形態による制御基板及びその検査装置を模式的に示す機能ブロック図。 検査装置によって観測される波形を示す波形図。

符号の説明

１ 制御基板
３ プリント基板
７ ＡＳＩＣ（信号源デバイス）
９ ＡＤ変換回路（受信端デバイス）
１１ クロックライン
１１ａ，１１ｂ パッド
１３ａ，１３ｂ グラウンドラインのパッド
１５ 基板内電源
２０ 検査装置
２１ 基準伝送路
２３ オシロスコープ（波形観測装置）

Claims (3)

1. 信号源デバイスと、前記信号源デバイスからの信号を受信する受信端デバイスと、前記信号源デバイスと前記受信端デバイスとを接続する伝送線路とを有する制御基板の特性を検査するための検査装置であって、
   前記伝送線路上の前記受信端デバイス側の部位に接続され、特性インピーダンス及び線長が規定された基準伝送路と、
   前記伝送線路上の前記信号源デバイス側の部位に接続され、前記信号源デバイスから前記伝送線路上を前記受信端デバイス側に伝播する信号の波形を観測するための波形観測装置と、
   を備えた制御基板の検査装置。
2. 伝送線路が形成されたプリント基板に、信号源デバイスと、前記信号源デバイスからの信号を受信する受信端デバイスとを実装する第１ステップと、
   前記伝送線路上の前記受信端デバイス側の部位に、特性インピーダンス及び線長が規定された基準伝送路を接続する第２ステップと、
   前記伝送線路上の前記信号源デバイス側の部位に波形観測装置を接続する第３ステップと、
   前記波形観測装置から信号を送り、前記信号源デバイスから前記伝送線路上を前記受信端デバイス側に伝播する信号の波形を観測する第４ステップと、
   を含む制御基板の検査方法。
3. 伝送線路と、前記伝送線路上に形成され、請求項１又は２に記載の検査装置の基準伝送路及び波形観測装置がそれぞれ接続される複数のパッドとが形成されたプリント基板と、
   前記プリント基板上に実装された信号源デバイスと、
   前記プリント基板上に実装され、前記信号源デバイスからの信号を受信する前記受信端デバイスと、
   を備えた制御基板。

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