JP2012145370A - 基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査すべき基板のたわみを自動的に解消させ、かつ特に熟練者でなくても短時間で簡単に基板とピンボードとの位置調節が可能な基板検査装置を提供する。
【解決手段】ピンボード１１、１２の出し入れを許容する開口を有し、基板２の周縁部を上下から挟圧する上、下枠体１５、１６と、上、下枠体１５、１６を、基板２を挟圧した状態で移動させて、基板２と上、下ピンボード１１、１２とを位置合わせする位置調節機構１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のプローブピンを被検査基板に接触、導通させて該基板の良否を判別する基板検査装置の改良に関する。

近時、電気製品には必ずといってよいほど、電子部品を実装した回路基板が内蔵されているが、そのような回路基板は電子部品を実装する前に、上記のような基板検査装置によって正常、不良の選別がなされている。

図５は、従来技術による上記基板検査装置を横から見た概略側面図である。この基板検査装置１００は、基板２の導通パターンに対応した複数のプローブピン１０が立設された上、下ピンボード１１、１２をプレス装置３によって上下から同時に基板２に押圧させることで、プローブピン１０を基板２の導電パターンに接触、導通させ、電気特性を測定して良否を判別する構成になっている。上、下ピンボード１１、１２はそれぞれ押え、受け治具ベース１３、１４に固定されており、特に受け治具ベース１４には、基板２を位置合わせするための位置合わせピン１６ｂが付勢されて設けられている。位置合わせピン１６ｂは先端にテーパ部が形成されており、そのテーパ部と基板２の位置合わせ孔２ａとによって基板が上、下ピンボード１１、１２に対して位置合わせされる。

しかしながら、検査対象の基板は基本的に未実装状態であっても製造過程のストレスのため必ずたわみがあり、位置合わせピンなどによって位置合わせしても、プローブピンの一部は導電パターンの目的位置に当接しないことが多い。そのため熟練者が、基板と上、下ピンボードとの間にそれぞれカーボン紙を挟み、カーボンによる針後を確認しながら、例えば輪ゴムによって位置合わせピンを引っ張って傾けるなどの試行錯誤を繰り返して位置合わせする必要があった。

なお基板のたわみを改善するための従来技術の例として、次の特許文献１には、基板の４隅をクランプで挟持して張力を作用させる技術が開示されている。

特開平5-107296号公報

基板の位置合わせが正確になされるためには、プローブピンを導電パターンに接触させる前に基板を平坦にして導電パターンの伸縮を解消しておくことが重要である。しかし厚みがある基板などでは、特許文献１のような方法を採用しても、たわみを充分に矯正することは難しかった。

そこで本発明は、検査すべき基板のたわみを自動的に矯正し、かつ特に熟練者でなくても短時間で簡単に基板とピンボードとの位置合わせが可能な基板検査装置を提供することを目的とする。

本発明による基板検査装置は、被検査基板の導電パターンに対応した複数のプローブピンを立設させた上、下ピンボードを、該基板の表裏面に押圧させ、前記複数のプローブピンを前記導電パターンに接触させてから、前記プローブピンを介して前記導電パターンの電気特性を計測して、良否を判別する基板検査装置において、前記上、下ピンボードの出し入れを許容する開口を有し、前記基板の周縁部を上下から挟圧する上、下枠体と、前記上、下枠体を、前記基板を挟圧した状態で移動させて、前記基板と前記上、下ピンボードとを位置合わせする位置調節機構とを備える。

前記上、下ピンボードを固定し、少なくとも一方が他方に向けて移動する押え、受け治具ベースを更に備え、前記上、下枠体は、前記基板を挟持していないときには、上、下ピンボードより離れた待機位置に復帰させる構造にするとよい。

前記位置調節機構は、前記下ピンボードを移動させて、前記基板と前記下ピンボードとを位置調節する下ピンボード移動手段を備えていてもよい。

前記位置調節機構は、前記上、下ピンボードから突出させた基板支持柱を備えていてもよい。

前記位置調節機構は、前記基板の表面に形成された位置マークと、前記位置マークに対応して前記上ピンボードに形成された通孔と、前記押え治具ベースに固定され、前記通孔を介して前記位置マークを撮影するカメラ装置と、前記基板の裏面に形成された第２の位置マークと、前記第２の位置マークに対応して前記下ピンボードに形成された第２の通孔と、前記受け治具ベースに固定され、前記第２の通孔を介して前記第２の位置マークを撮影する第２のカメラ装置とを更に備えてもよい。

前記位置調節機構は、前記上、下枠体間を連結する連結部を更に備え、この連結部を介して、前記上、下枠体を同時に移動させる構造にするとよい。

本発明は、検査すべき基板の周縁部を上、下枠体よって挟圧する構成としているので、硬質な基板や大型の基板であっても、その基板のたわみを充分に矯正できる。これによりたわみに起因した導電パターンの伸縮が解消されるので、基板とピンボードとの位置調節が容易にでき、その調節後には、プローブピンの全てが導電パターンの目的位置に正しく当接するようになる。

また本発明では、基板に形成した位置マークを、ピンボードに形成した通孔を介してカメラ装置によって撮影し、その撮影画像の動画を確認しながらの調節作業となるので、熟練者でなくても、短時間で基板とピンボードとの位置合わせができるようになる。

特に、カメラ装置を、押え、受け治具ベースに設けた構成では、カメラ装置をそこから動かす必要がないので、カメラの移動構造などが不要となりコストも抑えられる。

本発明による基板検査装置の概略側面図である。 本発明による他の基板検査装置の下治具部分の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は基板を下治具に載置した状態から、プローブピンが導電パターンに接触する状態までの各段階にそれぞれ対応した側面図である。 カメラ装置による撮影画像の例である。 従来技術による基板検査装置の概略側面図である。

図１に示した基板検査装置１は、検査対象である回路基板２の導電パターンに対応した複数のプローブピン１０を立設させた上、下ピンボード１１、１２を、基板２の表、裏面に同時に押圧させることにより、プローブピン１０を基板２の導電パターンに接触導通させて電気特性を計測し良否を判別する装置である。

検査対象となる基板２は、例えばエポキシ基板、フレキシブル基板、ＬＳＩパッケージ基板などであるが、特にその種別は限定されない。なお、この実施例は表裏両面に銅などの金属によって導電パターンが形成された基板２を想定しているが、片面のみに導電パターンが形成された基板２を対象とする装置にも本発明は適用できる。

基板検査装置１による試験項目は、導電パターンとして形成された金属配線の抵抗測定つまり通電試験が中心であるが、それ以外にもリーク、インダクタンス、コンデンサ容量などの測定も可能である。また４端子法によって精密な抵抗測定もできる。

基板検査装置１は、少なくとも一方が他方に向けて昇降する押え、受け治具ベース１３、１４を備えており、上、下ピンボード１１、１２は、押え、受け治具ベース１３、１４にそれぞれ固定されている。実施例では、押え治具ベース１３がエアー式のプレス装置３によって受け治具ベース１４に対して昇降するようになっているが、その双方が昇降する構成でも、いずれか一方が昇降する構成であってもよい。またプレス装置３はエアー式ではなく、油圧式あるいは電動式でもよい。なお図中プレス装置３は一部のみを示している。

上、下ピンボード１１、１２は、例えばガラスエポキシからなり、高さが固定された固定支柱ｐを介して押え、受け治具ベース１３、１４に着脱可能に固定されている。プローブピン１０は、例えばΦ０．１〜０．０３ミリのタングステン合金針からなり、基板２の導電パターンの各ランド（測定ポイント）に対応して、基板２に向けて付勢されて配列されている。プローブピン１０の基板側での突出高は、概ね０．５ミリ〜１ミリ程度である。この突出高が高すぎるとピン折れの原因になるが、低すぎるとメンテナンスの際にプローブピン１０の抜取りが困難になる。なお、プローブピン１０はバネによって付勢される構成とすればよいが、プローブピン１０をやや傾けて固定し、ピン自身に弾性力を発揮させて基板２の導電パターンに確実に接触させる構成としてもよい。なおプローブピン１０からはそれぞれリード線が導出されており、電気特性を計測する検査回路を収容した検査機４までそれらのリード線によって接続されている。

更に押え、受け治具ベース１３、１４には、上、下ピンボード１１、１２の広がりに対して余裕を持たせた、すなわち上、下ピンボード１１、１２の出し入れを許容する開口１５ａ、１６ａがそれぞれ形成された上、下枠体１５、１６が設けられている。

上、下枠体１５、１６は、開口１５ａ、１６ａを囲んだ枠部によって基板２の周縁部を上下から挟圧するもので、例えばフェノール樹脂からなる。そして基板２を挟圧していないときには、上、下ピンボード１１、１２のプローブピン１０を立設させた面よりそれぞれ突出するように、ピンボード１１、１２側の側付け根にバネなどが組み込まれた昇降支柱ｓによって、ピンボード１１、１２側から基板２側に向けて付勢されている。更に上、下ピンボード１１、１２の広がりに対する開口１５ａ、１６ａの余裕の範囲で水平に移動、回動可能である。すなわち、上、下ピンボード１１、１２の昇降支柱連結部は可動部を備えており、水平方向に不動な昇降支柱ｓに対して水平に可動である。一方昇降支柱ｓは、上、下枠体１５、１６によって押圧されると、その力に応じてピンボード１１、１２の内部に押し込まれるようになっている。なお上、下枠体１５、１６の水平移動が可能な範囲は数ミリ四方程度でよい。

上、下枠体１５、１６は、基板２のサイズあるいは種別にもよるが、例えば２〜３ｋグラム重ほどの力で基板２を挟圧してもよい。なお当然であるが、基板２のサイズが同一であってもプローブピン１０の本数が異なれば、上、下枠体１５、１６の挟圧に要する力は異なる。

上、下基板矯正枠１５、１６によって基板２を平坦に矯正すれば、基板２と上、下ピンボード１１、１２との位置合わせが容易になる。そして同時に導電パターンの伸縮も緩和されるため、位置調節が適切であればプローブピン１０の全てが導電パターンの目的位置に正しく当接する。

また上、下枠体１５、１６には、これらを相互に連結するための矯正枠連結部１７が設けられている。連結部１７は、上、下枠体１５、１６にそれぞれ形成された連結棒挿通孔１７ａと、その孔に挿通される連結棒１７ｂからなる。上、下枠体１５、１６は相互に連結されているとき、連結棒１７ｂに直交する水平方向には移動できないが、連結棒に平行な鉛直方向には独立して移動できる。

なお上、下ピンボード１１、１２及び上、下枠体１５、１６は、押え、受け治具ベース１３、１４から脱着可能である。したがってこれらを基板２の種別毎に用意しておけば、少量多品種の製造ラインにも柔軟に対応できる。

連結棒１７ｂは、いずれも先端にテーパ部が形成されており、エアシリンダ１７ｃによって昇降するピストンの頭部に固定され、このエアシリンダ１７ｃは基板位置を調節する位置調節機構１８の可動テーブル機構に固定されている。エアシリンダ１７ｃを設けるのは、治具つまり上、下ピンボード１１、１２及び上、下枠体１５、１６の交換を容易にするためであり、その際に連結棒１７ｂを下げておけば、上、下枠体１５、１６が容易に脱着できる。なお基板２のセット時にはテーパ基部が基板２の表面よりも高くなるように、連結棒１７ｂを上昇させておく。可動テーブル機構は、連結棒１７ｂが設けられた移動テーブルを水平移動、水平回動させるＸＹΘテーブルによって構成できる。これによって、位置調節機構１８は、基板２を挟圧した上、下枠体１５、１６を同時同方向に移動させて、上ピンボード１１に対して基板２を位置合わせする。

位置調節機構１８は、受け治具ベース１４を水平に移動、水平に回動させる下ピンボード移動手段１９を、一体あるいは別体として更に備えている。下ピンボード移動手段１９は、可動テーブル機構、すなわち上記のＸＹΘテーブルとは別の第２のＸＹΘテーブルから構成される。この可動テーブル機構を作動させることにより、基板２に対して下ピンボード１２を位置合わせする。なお可動テーブル機構の下部はプレス装置３に固定されているが、その固定部分は図示していない。

また位置調節機構１８は、上記のような基板２及び下ピンボード１２の位置合わせを確実容易に行えるように、次のような光学的な手段を更に備えている。

具体的には、基板２の表面の所定位置、基本的には対角位置の２箇所に位置マークｍが形成されており、上ピンボード１１にはその位置マークｍに対応した通孔ｈが形成され、更に押え治具ベース１３にはその通孔ｈを介して位置マークｍを撮影するカメラ装置２０が下向に固定されている。

同様に、基板２の裏面の所定位置にも位置マークｍが形成されており、下ピンボード１２にはその位置マークｍに対応した通孔ｈが形成され、更に受け治具ベース１４にはその通孔ｈを介して位置マークｍを撮影するカメラ装置２０が上向きに固定されている。

カメラ装置２０による撮影画像は、表示部２１に表示される。カメラ装置２０に特に制限はなく、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ撮像素子を有した一般的なビデオカメラが用いられる。なおカメラ装置２０として市販のＵＳＢカメラを、表示部２１としてパソコンを用いた構成も可能である。

カメラ装置２０による撮影画像は、上ピンボード１１に対する基板２の位置合わせ、その後の基板２に対する下ピンボード１２の位置合わせに利用するとよい。これは、基板２の表、裏面の位置マークｍは、それぞれの面のエッチング工程で導電パターンと同時に形成されているので、それぞれの面に限れば、位置マークｍは導電パターンに対して定位置にあるはずである。一方、上、下ピンボード１１、１２の通孔ｈは、プローブピン１０を立設する孔開けのためのドリル工程で、プローブピン孔と同時に形成されるので、上、下ピンボード１１、１２のそれぞれに限れば、通孔ｈはプローブピン１０に対して定位置にあるはずであるという技術的な予想に基づいている。したがって基板２の表面の導電パターンと、裏面の導電パターンとの間に位置ズレがあっても、撮影画像の全てにおいて、基板２の表、裏面の位置マークｍが、上、下ピンボード１１、１２の通孔ｈの中央部にくるように、位置調節機構１８の可動テーブル、および下ピンボード移動手段１９の可動テーブルを操作すれば、結果的に、上ピンボード１１、基板２、及び下ピンボード１２の３者が相対的に正しく位置合わせされる。なおそれらの操作は、手動で行っても、パソコン処理により自動的に行ってもよい。

図２は本発明による他の基板検査装置１の下治具部分の斜視図で、下ピンボード１２のプローブピン１０を立設させた面の適所より貫通して突出する基板支持柱２２が、受け治具ベース１４側から基板２側に向けて付勢されて設けられている。同様の基盤支持柱２２が、押え治具ベース１１側にも対応して設けられる。押え治具ベース１３側および受け治具ベース１４側の基板支持柱２２は、上、下枠体１５、１６によって挟圧された基板２の湾曲を防止するためのもので、大型基板の場合には非常に効果的であるが、小型基板の場合は省いても特に問題はない。

下枠体１６は図示のように両側にフランジを延設し、その部分に連結棒挿通孔１７ａが形成されている。また、下枠体１６の４隅には、基板２の位置合わせ孔２ａに対応した位置合わせピン１６ｂが付勢されて設けられている。位置合わせピン１６ｂの径は基板２の位置合わせ孔２ａよりも大きいため、位置合わせピン１６ｂの先端に形成されたテーパ部は途中までしか位置合わせ孔２ａに入らない。したがってテーパ部と位置合わせ孔２ａの縁部分との接触により、下枠体１６に対して基板２が自然に位置合わせされる。なお図２の例は、下枠体１６を支持する昇降支柱ｓがピンボード１２ではなく、受け治具ベース１４に設けられている点で、図１の例とは構成が異なる。このように、上、下枠体１５、１６を、押え、受け治具ベース１３、１４側から付勢できるならば、昇降支柱ｓはピンボード１１、１２に設けられても、押え、受け治具ベース１３、１４に設けられてもよい。なお図では、下枠体１６は付勢による力のため下ピンボード１２よりも高い位置まで浮上した初期位置にある。

図３(ａ)〜図３（ｃ）は基板２を下治具に載置した状態から、プローブピン１０が導電パターンに接触する状態までの各段階にそれぞれ対応した側面図である。

図３（ａ）は、基板２が下枠体１６に載置された直後の状態を示しており、基板２は位置合わせピン１６ｂにのみ接触しており、枠部からは浮上している。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態からプレス装置３によって押え治具ベース１３を下降させて、上、下枠体１５、１６によって基板２を挟圧させた状態を示している。この挟圧するまでの過程で、位置合わせピン１６ｂは基板２に押されて下枠体１６の内部に押し込まれる。また同時に上、下枠体１５、１６も、基板２からの反力を受けて押え、受け治具ベース１４に接近していく。そのため、基板２と上、下ピンボード１１、１２との距離も縮まるが、まだそれらが接触した状態にはなっていない。このようにして上、下枠体１５、１６によって基板２の周縁部が充分押圧され平坦になったときにプレス装置３の作動を一時停止して、その状態を保持させる。そしてその一時停止の間に、カメラ装置２０による撮影画像を参照しながら、基板２、下ピンボード１２の順番で位置合わせを行う。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態からプレス装置３によって押え治具ベース１３を更に下降させて、上、下ピンボード１１、１２のプローブピン１０を基板２の導電パターンに接触、導通させた状態を示している。このとき、上、下枠体１５、１６は、その基板側の面が上、下ピンボード１１、１２の基板側の面とほぼ同じ高さになるまで、押え、受け治具ベース１４に接近している。導電パターンの電気特性の測定はこの状態で行うようにする。

図４（ａ）は、カメラ装置２０による撮影画像の例である。図の周囲から中心のまでの影の部分は上、下ピンボード１１、１２であり、丸い縁は上、下ピンボード１１、１２に形成された通孔ｈの輪郭である。また孔の内側の中心には基板２の位置マークｍの影がある。位置マークｍの周囲の明るい部分は基板２の地部分である。この例では位置マークｍは丸印になっているが、その形状に特に制限はない。また位置マークｍを用意せずに、特定のランド等を位置マークｍの替わりに利用してもよい。なお撮影画像のヘアーラインはカメラ装置２０によって自動的に付加されたものであって、上、下ピンボード１１、１２あるいは基板２にヘアーライン状のものがあるわけではない。

図４（ｂ）は、カメラ装置２０による撮影画像の他例である。この例では、位置マークｍは十文字図形になっている。このような形状の位置マークｍを用いれば、位置マークｍを対角位置の２箇所に設けず、１箇所だけにしても、基板２の水平角度ズレが判る。よって、位置調節機構１８の可動テーブル、あるいは下ピンボード移動手段１９の可動テーブルを回動操作して、位置マークｍとヘアーラインとの角度ずれをなくすように調節すれば、基板２の角度ズレが解消できる。

なお基板２および上、下ピンボード１１、１２の位置合わせは、図３（ｂ）で示しているように、上、下枠体１５、１６によって基板２を挟圧した状態としてから、カメラ装置２０を作動させて図４のような撮影画像を連続的に撮影し、その再生動画を見ながら、基板２の位置マークｍが上、下ピンボード１１、１２の通孔ｈの中央にくるように、位置調節機構１８の可動テーブル、下ピンボード移動手段１９の可動テーブルを操作すればよい。

１ 基板検査装置
２ 基板
１０ プローブピン
１１ 上ピンボード
１２ 下ピンボード
１３ 押え治具ベース
１４ 受け治具ベース
１５ 上枠体
１６ 下枠体
１７ 連結部
１８ 位置調節機構
１９ 下ピンボード移動手段
２０ カメラ装置
２２ 基板支持柱
ｈ 通孔
ｍ 位置マーク

Claims (6)

1. 被検査基板の導電パターンに対応した複数のプローブピンを立設させた上、下ピンボードを、該基板の表裏面に押圧させ、前記複数のプローブピンを前記導電パターンに接触させてから、前記プローブピンを介して前記導電パターンの電気特性を計測して、良否を判別する基板検査装置において、
   前記上、下ピンボードの出し入れを許容する開口を有し、前記基板の周縁部を上下から挟圧する上、下枠体と、
   前記上、下枠体を、前記基板を挟圧した状態で移動させて、前記基板と前記上、下ピンボードとを位置合わせする位置調節機構とを備えた基板検査装置。
2. 請求項１に記載の基板検査装置において、
   前記上、下ピンボードを固定し、少なくとも一方が他方に向けて移動する押え、受け治具ベースを更に備え、
   前記上、下枠体は、前記基板を挟持していないときには、上、下ピンボードより離れた待機位置に復帰させる構造にしている基板検査装置。
3. 請求項２において、
   前記位置調節機構は、
   前記下ピンボードを移動させて、前記基板と前記下ピンボードとを位置合わせする下ピンボード移動手段を備えている基板検査装置。
4. 請求項３に記載の基板検査装置において、
   前記位置調節機構は、
   前記上、下ピンボードから突出させた基板支持柱を備えている基板検査装置。
5. 請求項４に記載の基板検査装置において、
   前記位置調節機構は、
   前記基板の表面に形成された位置マークと、
   前記位置マークに対応して前記上ピンボードに形成された通孔と、
   前記押え治具ベースに固定され、前記通孔を介して前記位置マークを撮影するカメラ装置と、
   前記基板の裏面に形成された第２の位置マークと、
   前記第２の位置マークに対応して前記下ピンボードに形成された第２の通孔と、
   前記受け治具ベースに固定され、前記第２の通孔を介して前記第２の位置マークを撮影する第２のカメラ装置とを更に備えている基板検査装置。
6. 請求項５に記載の基板検査装置において、
   前記位置調節機構は、
   前記上、下枠体間を連結する連結部を更に備え、この連結部を介して、前記上、下枠体を同時に移動させる基板検査装置。
   

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