JP2010204021A - 回路基板検査装置および回路基板検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査時間の短縮および検査コストの低減を実現しつつ、検査精度を向上し得る回路基板検査装置を提供する。
【解決手段】絶縁性基板の一面に導体パターンが形成された回路基板１００における導体パターンに対して検査用信号（電流信号Ｓｉおよび電圧信号Ｓｖ）が供給されたときの物理量を測定する測定部４と、測定部４によって測定された物理量に基づいて回路基板１００の良否を検査する制御部７とを備え、測定部４は、導体パターンの各端部の間に電流信号Ｓｉが供給されたときの物理量としての導体パターンの抵抗値Ｒを測定すると共に、絶縁性基板の他面側に配設された電極および導体パターンの間に電圧信号Ｓｖが供給されたときの物理量としての導体パターンと電極との間の静電容量Ｃを測定し、制御部７は、測定部４によって測定された抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを乗算した乗算値に基づいて回路基板１００の良否を検査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板の良否を検査する回路基板検査装置および回路基板検査方法に関するものである。

回路基板の良否を検査する回路基板検査装置として、特開２００６−３４３２６４号公報に開示された特性インピーダンス検査装置（以下、「検査装置」ともいう）が知られている。この検査装置は、特性インピーダンス波形測定手段、正常値登録手段および比較・判定手段を備えて構成されている。この場合、特性インピーダンス波形測定手段は、回路配線基板における導体パターン（被測定線路）の特性インピーダンス波形をＴＤＲ（Time Domain Reflectometry ）法によって測定する。また、正常値登録手段には、導体パターンについての特性インピーダンス値および発散するまでの時間の正常値（正常データ）が予め登録されている。また、比較・判定手段は、導体パターンについての特性インピーダンス波形から、特性インピーダンス値と発散するまでの時間とを算出し、正常値登録手段に登録されている正常値と算出した値とを比較演算処理して、回路基板の良否判定を行う。

特開２００６−３４３２６４号公報（第４頁、第１図）

ところが、従来の検査装置には、以下の問題点がある。すなわち、この検査装置では、特性インピーダンス波形をＴＤＲ法によって測定する必要がある。この場合、ＴＤＲ法による１つの導体パターンについての特性インピーダンス波形の測定には、一般的に、数秒から十数秒の測定時間が必要となる。このため、数多くの導体パターンが形成されている回路基板を検査する際には、回路基板１枚当りの測定時間が極めて長くなる。したがって、特性インピーダンス波形をＴＤＲ法によって測定する従来の検査装置には検査効率の向上が困難であるという問題点が存在する。また、ＴＤＲ法による測定が可能な検査装置は高価であるため、この検査装置の導入コストに起因して検査コストが高騰するという問題点も存在する。一方、導体パターンの抵抗値を測定してその抵抗値と基準値とを比較して回路基板の良否判定を簡易的に行う検査装置が知られている。この場合、抵抗値の測定は比較的短時間で行うことができるため、この検査装置では、数多くの導体パターンが形成されている回路基板を検査する場合においても、検査時間を短縮することができる。しかしながら、特性インピーダンスが、導体パターンの幅、導体パターンの厚み、回路基板の基板本体（絶縁層）の厚み、および基板本体の誘電率によって決定されるのに対して、導体パターンの抵抗値は、導体パターンの抵抗率、導体パターンの長さ、導体パターンの幅、および導体パターンの厚みの各パラメータによって決定される。つまり、導体パターンの抵抗値は、製造工程で比較的大きく変動する可能性のある基板本体の厚みによっては変動しない値となっている。このため、導体パターンの抵抗値に基づいて回路基板の良否を検査しているこの検査装置では、基板本体の厚みが規定値以下（または規定値以上）となっている不良な回路基板であっても、導体パターンの抵抗値が許容範囲内であるときには良品として判定されて、これによって検査精度が低下するおそれがある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、検査時間の短縮および検査コストの低減を実現しつつ、検査精度を向上し得る回路基板検査装置および回路基板検査方法を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の回路基板検査装置は、絶縁性基板の一面に導体パターンが形成された回路基板における当該導体パターンに対して検査用信号が供給されたときの所定の物理量を測定する測定部と、当該測定部によって測定された前記物理量に基づいて前記回路基板の良否を検査する検査部とを備えた回路基板検査装置であって、前記測定部は、前記導体パターンの各端部の間に前記検査用信号が供給されたときの前記所定の物理量としての当該導体パターンの抵抗値を測定すると共に、前記絶縁性基板の他面側に配設された電極および前記導体パターンの間に前記検査用信号が供給されたときの前記所定の物理量としての当該導体パターンと当該電極との間の静電容量を測定し、前記検査部は、前記測定部によって測定された前記抵抗値および前記静電容量を乗算した乗算値に基づいて前記回路基板の良否を検査する。

また、請求項２記載の回路基板検査装置は、請求項１記載の回路基板検査装置において、前記検査部は、良好とされる前記回路基板についての前記乗算値、および検査対象の前記回路基板についての前記乗算値のいずれか一方を他方で除算した除算値と、所定の基準値とを比較して、前記検査対象の回路基板の良否を検査する。

また、請求項３記載の回路基板検査方法は、絶縁性基板の一面に導体パターンが形成された回路基板における当該導体パターンに検査用信号を供給して所定の物理量を測定し、当該測定した物理量に基づいて前記回路基板の良否を検査する回路基板検査方法であって、前記導体パターンの各端部の間に前記検査用信号を供給して前記所定の物理量としての当該導体パターンの抵抗値を測定すると共に、前記絶縁性基板の他面側に配設された電極および前記導体パターンの間に前記検査用信号を供給して前記所定の物理量としての当該導体パターンと当該電極との間の静電容量を測定し、前記測定した抵抗値および静電容量を乗算した乗算値に基づいて前記回路基板の良否を検査する。

また、請求項４記載の回路基板検査方法は、請求項３記載の回路基板検査方法において、良好とされる前記回路基板についての前記乗算値、および検査対象の前記回路基板についての前記乗算値のいずれか一方を他方で除算した除算値と、所定の基準値とを比較して、前記検査対象の回路基板の良否を検査する。

請求項１記載の回路基板検査装置および請求項３記載の回路基板検査方法では、測定した抵抗値および静電容量を乗算した乗算値に基づいて回路基板の良否を検査する。この場合、乗算値には、回路基板の製造工程で比較的大きく変動する可能性のある絶縁性基板の厚みのパラメータが含まれている。このため、この回路基板検査装置および回路基板検査方法によれば、絶縁性基板の厚みが許容範囲内であるか否かを加味した判定を行うことができる結果、検査精度を十分に向上させることができる。また、この回路基板検査装置および回路基板検査方法によれば、乗算値の算出に用いる抵抗値および静電容量が短時間で測定可能なため、ＴＤＲ法によって測定した特性インピーダンス波形に基づいて回路基板の良否を判定する従来の検査装置と比較して、検査時間を十分に短縮することができる。また、この回路基板検査装置および回路基板検査方法によれば、簡易な構成で抵抗値および静電容量を測定することができるため、ＴＤＲ法によって特性インピーダンス波形を測定する従来の検査装置と比較して、装置価格を低く抑えることができる結果、検査コストを十分に低減することができる。

また、請求項２記載の検査装置および請求項４記載の回路基板検査方法では、良好とされる回路基板についての乗算値、および検査対象の回路基板についての乗算値のいずれか一方を他方で除算した除算値と、所定の基準値とを比較して、検査対象の回路基板の良否を検査する。このため、良品の回路基板についての抵抗値および静電容量を予め記憶しておくことで、回路基板の良否の判定を正確にしかも一層短時間で行うことができる。

回路基板検査装置１の構成を示す構成図である。 回路基板１００の平面図である。 回路基板１００および載置台２の断面図である。 検査処理３０のフローチャートである。 回路基板２００の断面図である。

以下、本発明に係る回路基板検査装置および回路基板検査方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、回路基板検査装置１の構成について、図面を参照して説明する。

図１に示す回路基板検査装置１は、本発明に係る回路基板検査装置の一例であって、回路基板１００における導体パターン１０２（図２参照）の断線や短絡の有無（導体パターン１０２の良否）、および絶縁性基板１０１の厚薄（絶縁性基板１０１の良否）に起因する回路基板１００の良否を検査可能に構成されている。この場合、回路基板１００は、図２，３に示すように、一例として、絶縁性基板１０１と、絶縁性基板１０１の一面１０１ａ（回路基板１００の一面であって図３における上面）に形成さた導体パターン１０２とを備えて構成されている。なお、発明の理解を容易とするため、同図では、１つの導体パターン１０２のみを図示している。

一方、回路基板検査装置１は、図１に示すように、載置台２、移動機構３、測定部４、表示部５、記憶部６および制御部７を備えて構成されている。載置台２は、図３に示すように、非導電性を有する本体部２１と、本体部２１の上面側に配設された電極板２２とを備えて、回路基板１００を載置可能に構成されている。この場合、電極板２２は、図３に示すように、測定部４の電源部４１に接続されている。移動機構３は、制御部７の制御に従い、検査用プローブ１１，１１（同図参照）をＸ−Ｙ方向および上下方向（Ｚ方向）に移動させて、載置台２の上に載置された回路基板１００の導体パターン１０２に検査用プローブ１１の先端部を接触（プロービング）させる。

測定部４は、図１に示すように、電源部４１、電圧検出回路４２、および電流測定回路４３を備えて構成されている。電源部４１は、制御部７の制御に従い、本発明における検査用信号としての電流信号（例えば、電流値が既知の交流定電流信号）Ｓｉおよび電圧信号（例えば、電圧値が既知の直流電圧信号）Ｓｖを出力する。また、測定部４は、制御部７の制御に従って測定処理を実行する。この場合、測定部４は、導体パターン１０２の各端部１１１，１１１の間（つまり両端部の間）に電流信号Ｓｉが供給されたときの各端部１１１，１１１の間に生じる電圧の電圧値を電圧検出回路４２によって検出して、検出した電圧値および電流信号Ｓｉの電流値に基づいて導体パターン１０２の抵抗値Ｒを測定する。また、測定部４は、載置台２（電極板２２）上に回路基板１００が載置された状態において、電極板２２および導体パターン１０２の間に電圧信号Ｓｖが供給されたときに導体パターン１０２と電極板２２との間に流れる電流の電流値を電流測定回路４３によって検出して、検出した電流値、電圧信号Ｓｖの電圧値、並びに電流および電圧の位相差に基づいて導体パターン１０２と電極板２２との間の静電容量Ｃを測定する。

表示部５は、制御部７の制御に従い、測定部４によって測定された抵抗値Ｒや静電容量Ｃ、および制御部７によって実行される良否判定の結果などを表示する。記憶部６は、測定部４によって測定された抵抗値Ｒや静電容量Ｃを一時的に記憶する。また、記憶部６は、制御部７による良否判定の際に用いられる良品の（良好とされる）回路基板１００についての抵抗値Ｒｓおよび静電容量Ｃｓを記憶する。制御部７は、移動機構３、測定部４および表示部５を制御する。また、制御部７は、本発明における検査部として機能して、図４に示す検査処理３０を実行することによって回路基板１００の良否を検査する。

次に、回路基板検査装置１を用いて回路基板１００の良否を検査する方法、その際の各構成要素の動作について、図面を参照して説明する。

まず、図３に示すように、絶縁性基板１０１の他面１０１ｂ（回路基板１００の他面）が下向きとなるようにして、回路基板１００を載置台２における電極板２２の上に載置する。この場合、電極板２２が、本発明における「絶縁性基板の他面側に配設された電極板」に相当する。次いで、図外の操作部を操作して検査の開始を指示する。これに応じて、制御部７が、図４に示す検査処理３０を実行する。

この検査処理３０では、制御部７は、抵抗測定処理を実行する（ステップ３１）。この場合、制御部７は、移動機構３を制御して、回路基板１００における配線パターン１０２の各端部１１１，１１１の間に検査用プローブ１１，１１の先端部をそれぞれ接触させる。続いて、制御部７は、測定部４の電源部４１を制御して、電流信号Ｓｉを出力させる。この際に、検査用プローブ１１，１１を介して電流信号Ｓｉが導体パターン１０２の各端部１１１，１１１の間に供給される。次いで、制御部７は、測定部４を制御して、導体パターン１０２の抵抗値Ｒ（本発明における所定の物理量）を測定させる。この場合、測定部４は、電流信号Ｓｉの供給に伴って各端部１１１，１１１の間に生じる電圧の電圧値を電圧検出回路４２によって検出して、検出した電圧値および電流信号Ｓｉの電流値に基づいて導体パターン１０２の抵抗値Ｒを測定する。続いて、制御部７は、測定部４によって測定された抵抗値Ｒを記憶部６に記憶させる。

次いで、制御部７は、静電容量測定処理を実行する（ステップ３２）。この場合、制御部７は、移動機構３を制御して、いずれか一方の検査用プローブ１１の先端部を回路基板１００の配線パターン１０２に接触させる。続いて、制御部７は、測定部４の電源部４１を制御して、電圧信号Ｓｖを出力させる。この際に、検査用プローブ１１を介して導体パターン１０２と載置台２の電極板２２との間に電圧信号Ｓｖが供給される。次いで、制御部７は、測定部４を制御して、導体パターン１０２と電極板２２との間の静電容量Ｃ（本発明における所定の物理量）を測定させる。この場合、測定部４は、電圧信号Ｓｖの供給に伴って導体パターン１０２と電極板２２との間に流れる電流の電流値を電流測定回路４３によって検出して、検出した電流値、電圧信号Ｓｖの電圧値、並びに電流および電圧の位相差に基づいて導体パターン１０２と電極板２２との間の静電容量Ｃを測定する。続いて、制御部７は、測定部４によって測定された静電容量Ｃを記憶部６に記憶させる。

次いで、制御部７は、良否判定処理を実行する（ステップ３３）。この場合、制御部７は、測定した抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを乗算した乗算値Ｎｍに基づいて回路基板１００の良否を検査する。具体的には、制御部７は、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを記憶部６から読み出し、続いて、抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを乗算して乗算値Ｎｍを算出する。また、制御部７は、記憶部６に予め記憶されている良品の回路基板１００についての抵抗値Ｒｓおよび静電容量Ｃｓを読み出して、抵抗値Ｒｓおよび静電容量Ｃｓを乗算して乗算値Ｎｍｓを算出する。次いで、制御部７は、乗算値Ｎｍと乗算値Ｎｍｓとに基づいて除算値Ｎｄを算出する。より具体的には、制御部７は、乗算値Ｎｍ（本発明におけるいずれか一方の乗算値）を乗算値Ｎｍｓ（本発明における他方の乗算値）で除算して除算値Ｎｄを算出する。続いて、制御部７は、算出した除算値Ｎｄと予め規定されている所定の許容範囲（所定の基準値）とを比較して、除算値Ｎｄが所定の許容範囲内であるか否かを判別し、その判別結果に基づいて回路基板１００の良否を判定する。具体的には、制御部７は、一例として、除算値Ｎｄが所定の許容範囲としての０．９以上１．１以下の範囲内であるか否かを判別し、除算値Ｎｄがこの範囲内のときに回路基板１００が良好と判定し、除算値Ｎｄがこの範囲外のときに回路基板１００が不良と判定する。

ここで、導体パターン１０２の抵抗値Ｒは、導体パターン１０２（導体パターン１０２を構成する導電性材料）の抵抗率をρ、導体パターン１０２の長さをＬ（図２参照）、導体パターン１０２の幅をＷ（同図参照）、導体パターン１０２の厚みをＴ（図３参照）としたときに、次の式によって理論的に求めることができる。
Ｒ＝（ρ×Ｌ）／（Ｗ×Ｔ）・・・（１）式

また、導体パターン１０２と電極板２２との間の静電容量Ｃは、絶縁性基板１０１の誘電率をεγ、絶縁性基板１０１の厚みをＤ（図３参照）、導体パターン１０２の長さをＬ、導体パターン１０２の幅をＷとしたときに、次の式によって理論的に求めることができる。
Ｃ＝εγ×Ｗ×Ｌ／Ｄ・・・（２）式

上記（１）式、（２）式から、乗算値Ｎｍは、次の式によって理論的に求めることができる。
乗算値Ｎｍ＝Ｒ×Ｃ＝（ρ×Ｌ×εγ×Ｗ×Ｌ）／（Ｗ×Ｔ×Ｄ）・・・（３）式

上記（３）式から、乗算値Ｎｍには、回路基板１００の製造工程で比較的大きく変動する可能性のある絶縁性基板１０１の厚みＤのパラメータが含まれており、絶縁性基板１０１の厚薄によって乗算値Ｎｍが変動することが明らかである。このため、この回路基板検査装置１および回路基板検査方法では、乗算値Ｎｍに基づいて回路基板１００の良否を判定することで、絶縁性基板１０１の厚みが許容範囲内であるか否かを加味した判定を行うことが可能となっている。

次いで、制御部７は、表示部５に検査結果（回路基板１００についての良否の判定結果）を表示させてこの検査処理３０を終了する。続いて、他の回路基板１００についての検査を行う際には、上記したように、載置台２に回路基板１００を載置して、制御部７に対して検査処理３０を実行させる。

このように、この回路基板検査装置１および回路基板検査方法では、測定した抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを乗算した乗算値Ｎｍに基づいて回路基板１００の良否を検査する。この場合、乗算値Ｎｍには、回路基板１００の製造工程で比較的大きく変動する可能性のある絶縁性基板１０１の厚みのパラメータが含まれている。このため、この回路基板検査装置１および回路基板検査方法によれば、絶縁性基板１０１の厚みが許容範囲内であるか否かを加味した判定を行うことができる結果、検査精度を十分に向上させることができる。また、この回路基板検査装置１および回路基板検査方法によれば、乗算値Ｎｍの算出に用いる抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃが短時間で測定可能なため、ＴＤＲ法によって測定した特性インピーダンス波形に基づいて回路基板１００の良否を判定する従来の検査装置と比較して、検査時間を十分に短縮することができる。また、この回路基板検査装置１および回路基板検査方法によれば、簡易な構成で抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを測定することができるため、ＴＤＲ法によって特性インピーダンス波形を測定する従来の検査装置と比較して、装置価格を低く抑えることができる結果、検査コストを十分に低減することができる。

また、この回路基板検査装置１および回路基板検査方法では、検査対象の回路基板１００についての乗算値Ｎｍを良品の回路基板１００についての乗算値Ｎｍｓで除算した除算値Ｎｄと、所定の基準値とを比較して、検査対象の回路基板１００の良否を検査する。このため、良品の回路基板１００についての抵抗値Ｒｓおよび静電容量Ｃｓを予め記憶しておくことで、回路基板１００の良否の判定を正確にしかも一層短時間で行うことができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、導体パターン１０２が１つのみで形成されている回路基板１００を検査する例について上記したが、複数の導体パターン１０２が形成されている回路基板１００を検査する場合においても、各導体パターン１０２についての抵抗値Ｒおよび静電容量Ｃを測定して乗算値Ｎｍおよび除算値Ｎｄを算出し、各除算値Ｎｄを、その各除算値Ｎｄに対応して予め規定されている所定の基準値と比較することで、回路基板１００の良否の判定を正確に行うことができる。また、絶縁性基板１０１の一面１０１ａにのみ導体パターン１０２が形成されている回路基板１００を検査する例について上記したが、図５に示すように、絶縁性基板１０１の他面１０１ｂの全域に例えばグランドパターンや電源パターンなどの導体パターン１０３が形成されている回路基板２００を検査する際にも、回路基板１００に対する検査と同様にして、その良否を正確に検査することができる。

また、２つの検査用プローブ１１を用いる構成および方法について上記したが、３つ以上の検査用プローブ１１を用いる構成および方法を採用することもできる。また、複数の検査用プローブ１１が配設されたプローブユニットを用いて複数の導体パターン１０２に検査用プローブ１１を一度に接触させる構成および方法を採用することもできる。また、検査対象の回路基板１００についての乗算値Ｎｍ（本発明におけるいずれか一方の乗算値）を良品の回路基板１００についての乗算値Ｎｍｓ（本発明における他方の乗算値）で除算した除算値Ｎｄと所定の許容範囲（所定の基準値）とを比較して回路基板１００の良否を判定する構成および方法について上記したが、これとは逆に、乗算値Ｎｍｓを本発明におけるいずれか一方として、本発明における他方としての乗算値Ｎｍで除算した除算値Ｎｄと所定の許容範囲とを比較して回路基板１００の良否を判定する構成および方法を採用することもできる。さらに、乗算値Ｎｍと所定の基準値（例えば、乗算値Ｎｍｓに対して上記の許容範囲（上記の例では０．９以上１．１以下）の上下限値を乗算して得られる値または範囲）とを直接比較して回路基板１００の良否を判定する構成および方法を採用することもできる。

１ 回路基板検査装置
２ 載置台
５ 測定部
８ 制御部
２２ 電極板
１００，２００ 回路基板
１０１ 絶縁性基板
１０１ａ 一面
１０１ｂ 他面
１０２ 導体パターン
１０３ 電極
１１１ 端部
Ｃ，Ｃｓ 静電容量
Ｎｄ 除算値
Ｎｍ，Ｎｍｓ 乗算値
Ｒ，Ｒｓ 抵抗値
Ｓｉ 電流信号
Ｓｖ 電圧信号

Claims (4)

1. 絶縁性基板の一面に導体パターンが形成された回路基板における当該導体パターンに対して検査用信号が供給されたときの所定の物理量を測定する測定部と、当該測定部によって測定された前記物理量に基づいて前記回路基板の良否を検査する検査部とを備えた回路基板検査装置であって、
   前記測定部は、前記導体パターンの各端部の間に前記検査用信号が供給されたときの前記所定の物理量としての当該導体パターンの抵抗値を測定すると共に、前記絶縁性基板の他面側に配設された電極および前記導体パターンの間に前記検査用信号が供給されたときの前記所定の物理量としての当該導体パターンと当該電極との間の静電容量を測定し、
   前記検査部は、前記測定部によって測定された前記抵抗値および前記静電容量を乗算した乗算値に基づいて前記回路基板の良否を検査する回路基板検査装置。
2. 前記検査部は、良好とされる前記回路基板についての前記乗算値、および検査対象の前記回路基板についての前記乗算値のいずれか一方を他方で除算した除算値と、所定の基準値とを比較して、前記検査対象の回路基板の良否を検査する請求項１記載の回路基板検査装置。
3. 絶縁性基板の一面に導体パターンが形成された回路基板における当該導体パターンに検査用信号を供給して所定の物理量を測定し、当該測定した物理量に基づいて前記回路基板の良否を検査する回路基板検査方法であって、
   前記導体パターンの各端部の間に前記検査用信号を供給して前記所定の物理量としての当該導体パターンの抵抗値を測定すると共に、前記絶縁性基板の他面側に配設された電極および前記導体パターンの間に前記検査用信号を供給して前記所定の物理量としての当該導体パターンと当該電極との間の静電容量を測定し、
   前記測定した抵抗値および静電容量を乗算した乗算値に基づいて前記回路基板の良否を検査する回路基板検査方法。
4. 良好とされる前記回路基板についての前記乗算値、および検査対象の前記回路基板についての前記乗算値のいずれか一方を他方で除算した除算値と、所定の基準値とを比較して、前記検査対象の回路基板の良否を検査する請求項３記載の回路基板検査方法。

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