JP2018087754A - プリント配線板の検査装置及び検査方法 - Google Patents

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【課題】矩形状の微小検査点に対して2つのプローブを接触させることが可能な検査装置を提供する。【解決手段】本発明は、4端子法による抵抗測定に用いられるプローブを接触させて電気的検査を行うプリント配線板の検査装置であって、第1の軸と、第1の軸上を移動できるように取り付けられた第1の移動体と、第1の移動体に取り付けられた第2の軸と、第2の軸上を移動できるように取り付けられた第2の移動体と、第2の移動体に取り付けられ、第3の方向に移動できるように取り付けられた第3の移動体と、第3の移動体に取り付けられ、ソース端子及びセンス端子からなる一対のプローブが基板載置面に向けて突出するように取り付けられたプローブユニットと、を備え、一対のプローブは、各辺が第1の軸又は第2の軸に平行となるように配置された矩形状の検査点に接触するときのプローブの配列方向が第1の方向に対して45度傾くように取り付けられる。【選択図】図1

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関し、特にプリント配線板に形成された回路の電気的検査を行う検査装置及び検査方法に関する。
一般的にプリント配線板は、スルーホール等を用いて電気的に接続された回路を複数有する。製造されたプリント配線板の回路は、プリント配線板上に形成された回路が断線していないかどうか、又は他の回路と短絡していないかどうかを電気的に検査する必要がある。前者は導通検査と、後者は絶縁検査と呼ばれる。
図5は、プリント配線板における2つの検査点A1、A2及び1つの回路Aを示す。回路Aは、A1及びA2を接続する。例えば回路Aについての導通検査では、プリント配線板中の回路Aの抵抗を測定し、A1とA2の間の抵抗値Rが予め設定された抵抗値(閾値)より小さな場合には断線無し、閾値より大きな場合には断線有りと判断される。
抵抗測定法において、プリント配線板の回路の抵抗値が小さな場合、2端子法では配線抵抗や接触抵抗が測定誤差として含まれてしまい、正確な測定を得ることができない。したがって、小さな抵抗値を精度よく測定するためには4端子法を用いる必要があり、この場合、ソース端子とセンス端子を具備したプローブ(ケルビンプローブ)を使用する。例えば特許文献1には、4端子法を用いた基板検査装置が開示されている。
特開2015−230179号公報
近年、半導体製造技術の向上に伴い、プリント配線板の回路は微細化されてきており、回路線幅/回路間隔(L/S)が、それぞれ10μm/10μmのプリント配線板も製造されている。4端子法においては、一対のソース端子のうちの一方の端子と一対のセンス端子のうちの一方の端子を1つの検査点に接触させる必要がある。したがってこの場合、ソース端子とセンス端子の2つのプローブを1つの線幅が10μm程度の微小検査点に接触させる必要がある。
ソース端子とセンス端子の2つのプローブをより微小な検査点に接触させるためには、2つのプローブを近づける必要がある。しかしながら、製造コストや端子の特性を考慮すると、ソース端子とセンス端子を近づけるのにも限界がある。そのため、4端子法を用いる場合、ソース端子とセンス端子の2つのプローブを微小検査点に接触させることが難しいという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものである。特に本出願人は、一般的に配線板に形成される検査点の形状の一部又は全部が矩形状であることに着目した。したがって本発明は、矩形状の微小検査点に対して2つのプローブを接触させることが可能な検査装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての検査装置は、基板を載置するための基板載置部を備え、該基板載置部に固定されたプリント配線板上の検査点に4端子法による抵抗測定に用いられるプローブを接触させることにより該プリント配線板に形成された回路の電気的検査を行うプリント配線板の検査装置であって、基板載置面と平行方向である第1の方向に延びる第1の軸と、上記第1の軸上を移動できるように取り付けられた第1の移動体と、基板載置面と平行方向かつ上記第1の方向と直角方向である第2の方向に延びる第2の軸であって、上記第1の移動体に取り付けられた第2の軸と、上記第2の軸上を移動できるように取り付けられた第2の移動体と、上記第2の移動体に取り付けられ、基板載置面に対して直角方向である第3の方向に移動できるように取り付けられた第3の移動体と、上記第3の移動体に取り付けられ、かつプローブ保持部を有するプローブユニットであって、ソース端子及びセンス端子からなる一対のプローブが基板載置面に向けて突出するように該プローブ保持部に取り付けられたプローブユニットと、を備え、上記プリント配線板は、矩形状の検査点を有し、かつ該矩形状の検査点の各辺が上記第1の軸又は上記第2の軸に平行となるように配置されるものであり、上記一対のプローブは、上記矩形状の検査点に接触するときのプローブの配列方向が上記第1の方向に対して45度傾くように上記プローブ保持部に取り付けられることを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、矩形状の検査点を有するプリント配線板が、該矩形状の検査点の各辺が第1の軸又は第2の軸に平行となるように配置され、矩形状の検査点に接触するときのプローブの配列方向が第1の軸に対して45度傾くように、一対のプローブがプローブ保持部に取り付けられる。これにより、プローブ間の距離が当該検査点の各辺の長さよりも大きい場合においても、当該検査点に一対のプローブを接触させることが可能となる。
また、本発明において好ましくは、上記プローブ保持部は樹脂製である。
このように構成された本発明によれば、プローブ保持部は樹脂製である。これにより、プローブの先端が検査点に接触したときに、樹脂が弾性変形することで、対象物への打痕を低減させることができる。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様としての検査方法は、基板を載置するための基板載置部を備え、該基板載置部に固定されたプリント配線板上の検査点に4端子法による抵抗測定に用いられるプローブを接触させることにより該プリント配線板に形成された回路の電気的検査を行うプリント配線板の検査装置において、該プリント配線板が有する矩形状の検査点に対してソース端子及びセンス端子からなる一対のプローブを用いて検査する方法であって、上記一対のプローブは、基板載置面と平行方向である第1の方向及び基板載置面と平行方向かつ上記第1の方向と直角方向である第2の方向に移動可能であり、上記矩形状の検査点の各辺が上記第1の方向又は上記第2の方向に平行となるように上記プリント配線板を配置するステップと、上記一対のプローブを、プローブの配列方向が上記第1の方向に対して45度傾くように上記矩形状の検査点に接触させるステップと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、矩形状の微小検査点に対して2つのプローブを接触させることができる。
本発明の一実施形態によるプリント配線板の検査装置の全体構成の概略図である。 本発明の一実施形態による検査装置の正面図である。 本発明の一実施形態によるプローブユニットの斜視図である。 本発明の一実施形態によるプローブユニットの正面図である。 本発明の一実施形態によるプローブユニットの側面図である。 従来の検査装置におけるソース端子とセンス端子の2つのプローブの先端が矩形状の検査点に接触する様子を示す図である。 従来の検査装置におけるソース端子とセンス端子の2つのプローブの先端が矩形状の検査点に接触する様子を示す図である。 本発明の一実施形態による検査装置におけるソース端子とセンス端子の2つのプローブの先端が矩形状の検査点に接触する様子を示す図である。 本発明の一実施形態による検査装置におけるソース端子とセンス端子の2つのプローブの先端が矩形状の検査点に接触する様子を示す図である。 プリント配線板における2つの検査点及び1つの回路を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお各図において同一の符号は、特に言及が無い限り同一又は相当部分を示すものとし、また便宜上、部材又は部分の縦横の縮尺を実際のものとは異なるように表す場合がある。
本発明の実施形態によるプリント配線板の回路の検査装置は、4端子法による抵抗測定を行うことで検査を行う。抵抗測定を行うにあたっては、測定対象の2点間に定電流を供給する1対のソース端子と、測定対象の2点間の電圧降下を測定する1対のセンス端子とを用いる。本実施形態において、測定対象は、プリント配線基板にある2つの検査点間である。検査装置は、ソース端子とセンス端子がペアになったプローブ、いわゆるケルビンプローブをそれぞれの検査点に接触させることにより検査を行う。
図1は、本発明の実施形態による可動プローブ方式のプリント配線板の検査装置1の全体構成の概略図を示す。検査装置1は、被検査基板であるプリント配線板を載置するための基板載置部2と、プローブ4と、プローブ4を支持するプローブユニット6と、画像を取得する撮像部8と、基板載置部上を移動可能な移動機構10と、電圧等を測定する測定部12と、各部の動作を制御する制御部14と、を備える。
移動機構10は、各種モータ、そのモータを駆動させるモータドライバなどから構成される。移動機構10には、ソース端子の一方の端子とセンス端子の一方の端子の2つのプローブ4からなる一対のプローブ4を支持するプローブユニット6及び撮像部8が取り付けられる。移動機構10は、基板載置面(プリント配線板)と平行方向(XY方向)及び垂直方向(Z方向)に移動可能である。本発明の実施形態においては、1つのプローブユニット6には一対のプローブ4が取り付けられる場合を例に説明するが、更に多くのプローブ4が取り付けられてもよい。なお、図1を含む各図には、説明を簡単にするため、互いに直交するX方向、Y方向及びZ方向の座標軸を示している。
撮像部8は、CCD又はCMOS等の撮像素子により構成され、プリント配線板上に設けられた位置合わせ特徴点(例えばフィディシャルマーク)を含む光学像を生成し、その光学像を電気信号に変換することで画像を取得する。
測定部12は、電圧源、電流源、計測器などから構成され、それぞれのプローブ4に接続される。1つの例では、測定部12は、ソース端子(ソース側プローブ)間に電流を流し、センス端子(センス側プローブ)間の電圧を測定する。
制御部14は、CPU等の処理部と、ROM、RAM、ハードディスクドライブ等の記憶部と、により構成され、一般的なコンピュータにプログラムを読み込ませることにより、各種動作を行う。1つの例では、移動機構10の駆動制御、測定部12によって測定された抵抗値などが不良であるかどうかを判定する処理、及び撮像部8により取得された画像から基板の位置を認識する処理を行う。
図2は、本発明の実施形態による検査装置1の正面図を示す。検査装置1は、基板載置部2の周囲にプリント配線板を把持して固定するためのクランプ16a、16bを備え、プリント配線板は基板載置部2の面上に固定して配置される。
移動機構10は、X軸方向に延びるX軸移動機構10aと、X軸移動機構に支持されてY軸方向に延びる2つのY軸移動機構10bと、それぞれのY軸移動機構に支持されてZ軸方向に延びるZ軸移動機構10cとを備える。
X軸移動機構10aは、基板載置部2を挟んで互いに平行にX軸方向に延びる一対のX軸直動ガイド18a、18bと、一方のX軸直動ガイド18と基板載置部2との間でX軸方向に延びる一対のX軸ボールネジ付シャフト(X軸)20a、20bとを備える。1つの例では、図2に示すように、基板載置部2の下側(−Y方向側)に一対のX軸ボールネジ付シャフト20a、20b及び1つの下側X軸直動ガイド18aが配置され、上側(+Y方向側)に1つの上側X軸直動ガイド18bが配置される。それぞれのX軸直動ガイド18a、18b及びX軸ボールネジ付シャフト20a、20bには、X軸移動ブロックが取り付けられる。
X軸ボールネジ付シャフトの一端部20a、20bには、それぞれX軸モータ22a、22bが設置される。1つの例では、図2に示すように、下側ボールネジ付シャフト20aの左端部(−X方向側)にX軸モータ22aが設置され、上側X軸ボールネジ付シャフト20bの右端部(+X方向側)にX軸モータ22bが設置される。X軸ボールネジ付シャフト20a(20b)とX軸モータ22a(22b)の回転軸は、カップリングを介して接続される。制御部14によりX軸モータ22a(22b)を駆動すると、その回転運動はX軸ボールネジ付シャフト20a(20b)によって直線運動に変換され、ナットを組み込んだX軸移動ブロックをX軸に沿って移動させる。
移動機構10は、2つのY軸移動機構10bそれぞれに対して、下側X軸直動ガイド18a上を移動するX軸移動ブロック及びボールネジ付シャフト20a、20b上を移動するX軸移動ブロックに取り付けられた下側載置プレート24a、24bと、上側X軸直動ガイド18b上を移動するX軸移動ブロックに取り付けられた上側載置プレート24c、24dと、を更に備える。このようにして、2つのY軸移動機構10bは、X軸移動機構10a上をそれぞれX軸方向に平行移動できるように構成される。
X軸モータ22a(22b)が駆動されることによりX軸ボールネジ付シャフト20a(20b)に取り付けられた移動ブロックが移動すると、該移動ブロックに取り付けられた下側載置プレート24a(24b)も移動する。このとき、Y軸移動機構10bは、下側載置プレート24a(24b)を介して接続される下側X軸直動ガイド18a上を移動するX軸移動ブロックとともに、かつ上側載置プレート24c(24d)を介して接続される上側X軸直動ガイド18b上を移動するX軸移動ブロックとともに移動する。
Y軸移動機構10bは、Y軸方向に延びるY軸ボールネジ付シャフト(Y軸)26a、26bを備える。Y軸ボールネジ付シャフト26a、26bには、Y軸移動ブロックがそれぞれ取り付けられる。Y軸ボールネジ付シャフト26a、26bの一端部には、それぞれY軸モータ28a、28bが設置される。1つの例では、図2に示すように、Y軸ボールネジ付シャフト26a、26bの下端部(−Y方向側)にY軸モータ28a、28bがそれぞれ設置される。Y軸ボールネジ付シャフト26a(26b)とY軸モータ28a(28b)の回転軸は、カップリングを介して接続される。制御部14によりY軸モータ28a(28b)を駆動すると、その回転運動はY軸ボールネジ付シャフト26a(26b)によって直線運動に変換され、Y軸移動ブロックを移動させる。Z軸移動機構10cは、Y軸移動ブロック10bにそれぞれ取り付けられ、Y軸移動ブロック10bの移動とともに移動する。
Z軸移動機構10cは、Z軸方向に延びるZ軸ボールネジ付シャフト(図示せず)を備える。Z軸ボールネジ付シャフトには、Z軸移動ブロックが取り付けられる。Z軸ボールネジ付シャフトの一端部には、Z軸モータが設置される。Z軸ボールネジ付シャフトとZ軸モータの回転軸は、カップリングを介して接続される。制御部14によりZ軸モータを駆動すると、その回転運動はZ軸ボールネジ付シャフトによって直線運動に変換され、Z軸移動ブロックを移動させる。
プローブユニット6は、Z軸移動ブロックにそれぞれ取り付けられる。図3は、本発明の実施形態によるプローブユニット6を示す外形図であり、図3aは斜視図であり、図3bは正面図であり、図3cは側面図である。図3に示すとおり、1つのプローブユニット6には一方のソース端子及び一方のセンス端子からなる一対のプローブ4が取り付けられる。他の1つのプローブユニット6には他方のソース端子及び他方のセンス端子からなる一対のプローブ4が取り付けられる。
2つのプローブ4はプローブユニット6が備えるプローブ保持部30a、30bによりそれぞれ保持される。好ましくは、プローブ保持部30a、30bは樹脂製である。これにより、ソース端子やセンス端子のプローブ4の先端が検査点等の対象物に接触したときに、樹脂が弾性変形することで、対象物への打痕を低減させることができる。
1つの微小検査点に2つのプローブ4を接触させるためには、プローブ4の先端の大きさやプローブ4間の距離の大きさは可能な限り小さくする必要がある。しかしながら、4端子法による抵抗測定においては、ソース端子とセンス端子が接触した状態で対象物に接触すると測定値が上昇するため、測定中に接触させないような構成とする必要がある。1つの例では、ソース端子とセンス端子の先端間の距離は20μmであり、ソース端子とセンス端子のそれぞれの先端は半球状であり、半球の直径は10μmである。先端の大きさは、耐久的な問題やコストの問題から10μm以上とすることが好ましい。またプローブ保持部を構成する樹脂は気温や湿度により変形することから、動作環境の変化やマージン等を考慮すると、ソース端子とセンス端子間の距離は10μm以上とすることが好ましい。
1つの例では、プローブ保持部30aに保持されたプローブ4の位置調整については、調整ネジ32a、32bを用いて、顕微鏡を見ながら行う。プローブ保持部30bにおいても同様である。
次に、検査装置1による検査について説明する。最初に制御部14は、記憶部等に記憶されたガーバーデータ等から作成した検査データを読み込む。検査データは、検査点間の接続情報、及び検査点の座標やフィディシャルマーク(基準マーク)の情報を含む。制御部14は、撮像部8により取得された画像データからプリント配線板が配置されている位置を取得する。なお、複数の基準マークを配線板に配置することにより、プリント配線板のXY方向の伸縮を計算し、補正することが可能となる。
続いて制御部14は、検査データの接続情報及び検査点の座標を用いて、X軸モータ及びY軸モータを駆動し、検査点位置に向かってプローブユニット6をXY方向に移動させる。次に、Z軸モータを駆動し、プリント配線板に接触させる位置までZ軸方向にプローブユニット6を移動させ、1つの検査点に一対のプローブ4を接触させる。その後測定部12により測定を行うことで、プリント配線板の導通検査又は絶縁検査を行う。
ここで、検査点の形状は、一般的に矩形状又は丸形状であり、本発明の実施形態によるプリント配線基板は、矩形状の検査点を有するものとする。上述の検査において、プリント配線板は、図4a〜図4dに示すように、矩形状の検査点の各辺がX軸又はY軸に平行となるように配置されている。
前述のとおり、プローブユニット6はX軸及びY軸に移動するものであり、従来の可動プローブ方式の検査装置では、一対のプローブの配列方向もX軸又はY軸に平行となるように配置されていた。これは、一般的な可動プローブ方式の検査装置が製造されたときのプローブの配置状態である。
図4a及び図4bは、従来の検査装置におけるソース端子とセンス端子の2つのプローブ4の先端が矩形状の検査点B1、B2に接触する様子を示す図である。ここで、図4aに示す検査点B1は、X軸方向の辺が短辺である長方形の検査点であり、図4bに示す検査点B2は、Y軸方向の辺が短辺である長方形の検査点であり、図4a及び図4bにおいてプローブ4間の距離は同じである。図4a及び図4bに示すように、従来、一対のプローブ4を1つの矩形状の検査点に接触させるとき、プローブ4の配列方向が例えばY軸と平行となるように、プローブ保持部に取り付けられていた。そのため、図4aに示すような検査点B1には一対のプローブ4を接触させることができるが、図4bに示すようなプローブ4間の距離が検査点B2のY軸方向の短辺の長さよりも長い場合は、検査点B2に一対のプローブ4を接触させることができなかった。なお、図4a〜図4dにおいて、プローブ4を検査点に接触させることが可能な場合とは、プローブ4の中心点を検査点に接触させることが可能な場合を想定しているが、このような場合に限定されないことは理解される。
図4c及び図4dは、本発明の実施形態による検査装置1におけるソース端子とセンス端子の2つのプローブ4の先端が矩形状の検査点B1、B2に接触する様子を示す図である。ここで、図4cに示す検査点B1は、図4aに示す検査点B1と同じであり、図4dに示す検査点B2は、図4bに示す検査点B2と同じであり、図4a〜図4dにおいてプローブ4間の距離は同じである。本発明の実施形態による検査装置1においては、一対のプローブ4を1つの矩形状の検査点に接触させるとき、プローブ4の配列方向がX軸及びY軸と実質的に平行とならないように、プローブ4をプローブ保持部30に取り付ける。好ましくは、図4c及び図4dに示すように、X軸(Y軸)と45度傾くように、プローブ4をプローブ保持部30に取り付ける。1つの例では、調整ネジ32a、32bを用いて、上記のとおりプローブ4を取り付ける。このような構成とすることにより、図4c及び図4dに示す検査点B1、B2のいずれにも一対のプローブ4を接触させることが可能となる。これにより、2つのプローブ4間の距離をより近づけることが難しい場合に、微小な矩形状の検査点に対して2つのプローブ4を接触させることが可能となる。
以上に説明してきた各実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。各実施例は、矛盾が生じない限りにおいて、適宜組み合わせて本発明の任意の実施形態に適用することができる。すなわち本発明は、その要旨を逸脱しない限り、種々の形態で実施することができる。
1 検査装置
2 基板載置部
4 プローブ
6 プローブユニット
8 撮像部
10 移動機構
12 測定部
14 制御部
16 クランプ
18 X軸直動ガイド
20 X軸ボールネジ付シャフト
22 X軸モータ
24 載置プレート
26 Y軸ボールネジ付シャフト
28 Y軸モータ
30 プローブ保持部
32 調整ネジ

Claims (3)

  1. 基板を載置するための基板載置部を備え、該基板載置部に固定されたプリント配線板上の検査点に4端子法による抵抗測定に用いられるプローブを接触させることにより該プリント配線板に形成された回路の電気的検査を行うプリント配線板の検査装置であって、
    基板載置面と平行方向である第1の方向に延びる第1の軸と、
    前記第1の軸上を移動できるように取り付けられた第1の移動体と、
    基板載置面と平行方向かつ前記第1の方向と直角方向である第2の方向に延びる第2の軸であって、前記第1の移動体に取り付けられた第2の軸と、
    前記第2の軸上を移動できるように取り付けられた第2の移動体と、
    前記第2の移動体に取り付けられ、基板載置面に対して直角方向である第3の方向に移動できるように取り付けられた第3の移動体と、
    前記第3の移動体に取り付けられ、かつプローブ保持部を有するプローブユニットであって、ソース端子及びセンス端子からなる一対のプローブが基板載置面に向けて突出するように該プローブ保持部に取り付けられたプローブユニットと、を備え、
    前記プリント配線板は、矩形状の検査点を有し、かつ該矩形状の検査点の各辺が前記第1の軸又は前記第2の軸に平行となるように配置されるものであり、
    前記一対のプローブは、前記矩形状の検査点に接触するときのプローブの配列方向が前記第1の方向に対して45度傾くように前記プローブ保持部に取り付けられることを特徴とする検査装置。
  2. 前記プローブ保持部は樹脂製である、請求項1に記載の検査装置。
  3. 基板を載置するための基板載置部を備え、該基板載置部に固定されたプリント配線板上の検査点に4端子法による抵抗測定に用いられるプローブを接触させることにより該プリント配線板に形成された回路の電気的検査を行うプリント配線板の検査装置において、該プリント配線板が有する矩形状の検査点に対してソース端子及びセンス端子からなる一対のプローブを用いて検査する方法であって、
    前記一対のプローブは、基板載置面と平行方向である第1の方向及び基板載置面と平行方向かつ前記第1の方向と直角方向である第2の方向に移動可能であり、
    前記矩形状の検査点の各辺が前記第1の方向又は前記第2の方向に平行となるように前記プリント配線板を配置するステップと、
    前記一対のプローブを、プローブの配列方向が前記第1の方向に対して45度傾くように前記矩形状の検査点に接触させるステップと、
    を有する方法。
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