JP2023155883A - 検査治具 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波信号を伝送するプリント配線板を高精度に検査できるようにする。【解決手段】プリント配線板２００を検査するための検査治具１であって、 計測器５０から出力された検査信号が伝播するための信号線１１、および信号線１１から絶縁されたグランド層１２を有する検査基板１０と、信号線１１に電気的に接続された信号ピン２１と、グランド層１２に電気的に接続されたグランドピン２２と、信号ピン２１およびグランドピン２２を保持する保持部３０と、検査基板１０に実装され、検査基板１０と計測器５０を接続するためのコネクタ部４０と、を備え、前記検査治具において検査信号が伝播する前記コネクタ部から前記信号ピンまでの伝播領域の全域にわたって特性インピーダンスが所定の範囲内に収められており、前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲である。【選択図】図１

Description

本発明は、検査治具および検査治具の特性インピーダンスの調整方法に関する。

近年、スマートフォン、ノートパソコン、デジタルカメラ、ゲーム機などの電子機器においては、小型化および高速化の進展に伴い、情報処理量が急増している。このため、信号速度はますます高速化する傾向にある。また、スマートフォン等の携帯通信端末は、２０１９年から次世代通信規格５Ｇへの移行が始まっている。５Ｇでは、通信端末が送受信する信号の周波数は数ＧＨｚから２０～３０ＧＨｚになる。さらに２０２３年頃には、信号周波数は５０ＧＨｚ程度にまで高まる見込みである。

このような信号の高速化に応じて、プリント配線板の信号線（高速伝送線路）には、伝送特性に関する様々な仕様を満たすことが求められる。たとえば、信号の反射を抑制するために、特性インピーダンスや、反射の度合いを周波数と併せて規定した電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）が仕様で規定される。また、信号周波数が高くなるにつれて伝送損失が大きくなる傾向にあるため、線路の伝送損失が仕様で規定されることがある。さらに、同一のプリント配線板に複数の信号線が設けられる場合は、隣接する信号線同士の干渉（クロストーク／アイソレーション）について仕様で規定されることがある。

伝送特性に係る仕様を満足していることを確認するため、製造されたプリント配線板に対して検査が行われる。検査には、ベクトルネットワークアナライザ等の計測器と検査対象のプリント配線板を接続する検査治具が使用される。検査治具は、検査信号が伝播する信号線などが設けられた検査基板と、検査基板に実装され、計測器のポートと接続するための同軸コネクタ（ＳＭＡコネクタ等）と、コンタクトプローブ（信号ピンおよびグランドピン）を有するプローブ部と、を備えている。検査基板には、信号線と信号ピンを電気的に接続する層間接続部（スルーホール等）が設けられる。

検査の際、検査治具のコンタクトプローブを検査対象のプリント配線板の信号端子およびグランド端子に接触させる。これら信号端子およびグランド端子の数や位置は、検査対象のプリント配線板（たとえば、ＦＰＣ等の製品）の種類ごとに異なる。このため、検査治具は、検査対象のプリント配線板の種類ごとに専用設計される。

なお、特許文献１には、検査治具のコンタクトプローブに関する発明が記載されている。

特開２０２０－０８５６９５号公報

ところで、数十ＧＨｚもの高周波数の信号に対してプリント配線板の検査精度を確保するには、検査治具について、その特性インピーダンスが所定の範囲内に収まることが求められる。当然ながら、検査治具の特性インピーダンスは、プリント配線板の特性インピーダンスに許容される範囲よりも狭い範囲内になければならない。したがって、検査治具の特性インピーダンスが収められるべき「所定の範囲」は、基準インピーダンスを中心とし、検査対象のプリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲である。

ここで、「許容範囲」とは、伝送特性に係る仕様を満たす条件の下、プリント配線板の特性インピーダンスに許容される範囲のことである。たとえば、基準インピーダンスが５０Ωの場合、プリント配線板の特性インピーダンスが５０±４Ωの範囲内にあればＶＳＷＲが１．１以下という仕様が満たされることが信号の反射率とＶＳＷＲの算出式から分かる。すなわち、５０±４Ωが許容範囲である。よって、この場合における所定の範囲は、５０Ω±４Ωよりも狭い範囲であり、たとえば５０±２Ωである。なお、仕様が緩和されると（ＶＳＷＲが１．３以下など）許容範囲は広がる。

従来の検査治具はオープン／ショートを検査するためのものの延長として構成されているため、検査治具の特性インピーダンスは考慮されていなかった。このため、検査基板の信号線および層間接続部、ならびに信号ピンの特性インピーダンスが所定の範囲から外れることがあった。特に、層間接続部と信号ピンの特性インピーダンスについては従来注意が払われていなかった。

図１９は、従来の検査治具の特性インピーダンスをＴＤＲ（Time Domain Reflectometry：時間領域反射）法により測定した結果を示している。図１９に示すように、スルーホールと信号ピンにおいて特性インピーダンスが所定の範囲（５０±２Ω）を大きく外れている。すなわち、従来の検査治具では伝送特性が十分に確保されておらず、検査精度が低い。したがって、検査スペック（良否判定）にマージンを持たせる必要が生じ、このマージンの分だけプリント配線板に対する良否判定の基準が厳しくなる。その結果、ＦＰＣ等の製品の歩留まりが低下したり、オーバースペックで高コストな製品を製造せざるを得なくなる。

本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、高周波信号を伝送するプリント配線板を高精度に検査可能な検査治具、および検査治具の特性インピーダンスの調整方法を提供することを目的とする。

本発明に係る検査治具は、
プリント配線板を検査するための検査治具であって、
計測器から出力された検査信号が伝播するための信号線、および前記信号線から絶縁されたグランド層を有する検査基板と、
前記信号線に電気的に接続された信号ピンと、
前記グランド層に電気的に接続されたグランドピンと、
前記信号ピンおよび前記グランドピンを保持する保持部と、
前記検査基板に実装され、前記検査基板と前記計測器を接続するためのコネクタ部と、を備え、
前記検査治具において検査信号が伝播する前記コネクタ部から前記信号ピンまでの伝播領域の全域にわたって特性インピーダンスが所定の範囲内に収められており、前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲である。

また、前記検査治具において、
前記許容範囲は、前記プリント配線板の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が１．１以下を満たすための範囲であるようにしてもよい。

また、前記検査治具において、
前記基準インピーダンスは５０Ωであり、前記許容範囲は５０±４Ωであるようにしてもよい。

また、前記検査治具において、
前記グランドピンは、前記信号ピンを囲むように格子点上に８本配置されているようにしてもよい。

また、前記検査治具において、
前記グランドピンは、前記信号ピンを挟むように設けられた２本のみであるようにしてもよい。

また、前記検査治具において、
前記信号線は、前記検査基板の第１の主面に設けられ、
前記グランド層は、前記第１の主面の反対側の第２の主面に設けられ、
前記信号ピンは、前記第２の主面側に配置され、
前記検査基板は、前記信号線と前記信号ピンを電気的に接続する層間接続部をさらに有し、
前記層間接続部の特性インピーダンスが、前記所定の範囲内に収められていてもよい。

また、前記検査治具において、
前記層間接続部は、中実構造を有するスルーホールであり、その端部が蓋めっきで保護され、前記蓋めっきに前記信号ピンが当接しているようにしてもよい。

本発明の第１態様に係る検査治具の特性インピーダンスの調整方法は、
プリント配線板を検査する検査治具の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めるための方法であって、
前記検査治具は、
計測器から出力された検査信号が伝播するための信号線、および前記信号線から絶縁されたグランド層を有する検査基板と、
前記信号線に電気的に接続された信号ピンと、
前記グランド層に電気的に接続されたグランドピンと、
前記信号ピンおよび前記グランドピンを保持する保持部と、
前記検査基板に実装され、前記検査基板と前記計測器を接続するためのコネクタ部と、を備え、
前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲であり、
前記信号ピンの特性インピーダンスを、
前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記信号ピンと前記グランドピンとの間の間隔を狭くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記間隔を広くすることにより、および／または
前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記グランドピンの本数を増やし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記グランドピンの本数を減らすことにより、
前記所定の範囲内に収める。

本発明の第２態様に係る検査治具の特性インピーダンスの調整方法は、
プリント配線板を検査する検査治具の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めるための方法であって、
前記検査治具は、
計測器から出力された検査信号が伝播するための信号線、および前記信号線から絶縁されたグランド層を有する検査基板と、
前記信号線に電気的に接続された信号ピンと、
前記グランド層に電気的に接続されたグランドピンと、
前記信号ピンおよび前記グランドピンを保持する保持部と、
前記検査基板に実装され、前記検査基板と前記計測器を接続するためのコネクタ部と、を備え、
前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲であり、
前記信号ピンおよび前記グランドピンが挿通される貫通孔が設けられた絶縁体を有し、
前記信号ピンの特性インピーダンスを、
前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記信号ピンと前記グランドピンのピン径を太くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記信号ピンと前記グランドピンのピン径を細くすることにより、
前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記保持部の前記貫通孔の径を狭くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記貫通孔の径を広くすることにより、および／または
前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記絶縁体の誘電率を高くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記誘電率を低くすることにより、
前記所定の範囲内に収める。

本発明によれば、高周波信号を伝送するプリント配線板を高精度に検査可能な検査治具、および検査治具の特性インピーダンスの調整方法を提供することができる。

実施形態に係る検査治具を有する検査システムの概略的な構成を示す図である。 実施形態に係る検査治具が有する検査基板の上面図である。 実施形態に係る検査治具が有する検査基板の下面図である。 図２および図３のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。 実施形態に係る検査基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 図５Ａに続く、実施形態に係る検査基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 図５Ｂに続く、実施形態に係る検査基板の製造方法を説明するための工程断面図である。 検査基板の信号線の線幅と信号線の特性インピーダンスとの間の関係を示すグラフである。 検査基板のスルーホールのランドおよびグランド層間の間隙について説明するための平面図である。 スルーホールのランドおよびグランド層間の間隙と、スルーホールの特性インピーダンスとの間の関係を示すグラフである。 信号ピンとグランドピンの配置、およびグランドピンの本数について説明するための図である。 グランドピンの本数と、信号ピンの特性インピーダンスとの間の関係を示すグラフである。 実施形態に係る検査治具の特性インピーダンスの測定結果を示すグラフである。 検査治具の保持部と、保持部に保持された信号ピンおよび２本のグランドピンとを示す一部断面図である。 図１２に示すピン配置の場合における、検査治具の特性インピーダンスの測定結果を示すグラフである。 信号ピンの特性インピーダンスを調整するためのパラメータを説明するための図である。 ２つの実施例を説明するための図である。 ２つの実施例に係る検査治具の特性インピーダンスの測定結果を示すグラフである。 実施形態の変形例１に係る検査システムの概略的な構成を示す図である。 実施形態の変形例２に係る検査システムの概略的な構成を示す図である。 従来の検査治具の特性インピーダンスの測定結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図においては、同等の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。また、各構成要素の縮尺比率は、図面上で認識可能な程度の大きさとするため、適宜に変えている。

＜検査システム１００＞
図１を参照して、実施形態に係る検査システム１００について説明する。

検査システム１００は、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等のプリント配線板２００を検査するための検査システムである。

検査システム１００は、検査治具１と、計測器５０とを備えている。

検査治具１は、検査基板１０と、信号ピン２１と、グランドピン２２と、保持部３０と、コネクタ部４０とを備えている。検査治具１の詳細は後述する。

計測器５０は、プリント配線板２００の伝送特性（特性インピーダンス、ＶＳＷＲ、クロストーク、伝送損失など）を測定する装置であり、たとえば、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）、ＴＤＲオシロスコープ、直流抵抗測定器である。

検査治具１と計測器５０は、ケーブル６０を介して接続されている。詳しくは、計測器５０は、ケーブル６０を介して検査治具１のコネクタ部４０に接続されている。本実施形態では、コネクタ部４０は同軸コネクタであり、ケーブル６０は同軸ケーブルである。

図１に示すように、検査時において、検査治具１のピン（後述の信号ピン２１およびグランドピン２２）は、検査対象のプリント配線板２００に実装されたコネクタ２１０の端子（信号端子およびグランド端子）に接触する。なお、プリント配線板２００にコネクタ２１０が設けられていない場合は、プリント配線板２００の端子にピンが直接接触してもよい。

ここで、検査システム１００によるプリント配線板２００の検査方法の一例について説明する。

まず、検査治具１の信号ピン２１を検査対象のプリント配線板２００の信号線（図示せず）に接触させ、検査治具１のグランドピン２２をプリント配線板２００のグランド層（図示せず）に接触させる。その後、計測器５０から検査治具１に検査信号（パルス信号など）を出力し、計測器５０が当該検査信号の反射波を受信する。そして、計測器５０は、受信した反射波に基づいてプリント配線板２００の良否判定を行う。

なお、良否判定は、計測器５０が行ってもよいし、計測器５０に接続されたパソコン等の情報処理装置が行ってもよい。また、ＴＤＲ変換によるＶＳＷＲを取得し、ＶＳＷＲに基づいてプリント配線板２００の良否判定を行ってもよい。

＜検査治具１＞
次に、図１～図３を参照して、検査治具１の構成について詳しく説明する。図１に示す検査基板１０は、図２および図３のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図２および図３は、検査基板１０の上面図および下面図をそれぞれ示している。なお、図２および図３では、検査基板１０の保護膜１６は図示していない。

検査治具１は、検査基板１０と、信号ピン２１と、グランドピン２２と、保持部３０と、コネクタ部４０と、を備えている。

検査基板１０は、プリプレグ等からなる絶縁基材１５を含み、ソルダーレジスト等からなる保護膜１６で表面保護されたリジッドプリント配線板である。

検査基板１０は、信号線１１と、グランド層１２，１３と、層間接続部１４とを有する。

信号線１１は、計測器５０から出力された検査信号が伝播するための伝送線路である。本実施形態では、図１に示すように、信号線１１は、検査基板１０の上面に設けられ、マイクロストリップ線路として構成されている。

グランド層１２，１３は、信号線１１から絶縁された導電層である。本実施形態では、図１に示すように、グランド層１２は検査基板１０の下面に設けられ、グランド層１３は検査基板の上面に設けられている。

グランド層１２，１３は、図２および図３に示すように、検査基板１０の主面の大部分を覆うように形成されている。プレーン共振を抑制するために、複数のスルーホール１７が検査基板１０に設けられている。各スルーホール１７は、グランド層１２とグランド層１３を電気的に接続する。

貫通孔Ｈｃは、コネクタ部４０を検査基板１０の取付領域Ａにボルト等で固定するために使用される。

グランド層１３は信号線１１を囲むように形成されている。グランド層１２は層間接続部１４のランド（後述の外部ランド１４ａ１）を囲むように形成されている。後述するように、グランド層１２と外部ランド１４ａ１との間の間隙Ｇは、層間接続部１４の特性インピーダンスを所定の範囲に収めるように調整されている。

層間接続部１４は、信号線１１と信号ピン２１を電気的に接続する。層間接続部１４は、外部ランド１４ａ１を有する。外部ランド１４ａ１は、蓋めっき１４ｂ（後述）で覆われている。なお、本実施形態では、層間接続部１４は、スルーホールであるが、フィルドビア等の他の層間接続手段であってもよい。

信号ピン２１は、検査対象のプリント配線板２００に実装されたコネクタ２１０の信号端子（図示せず）に接触するピンである。なお、プリント配線板２００がコネクタ２１０を有しない場合、信号ピン２１はプリント配線板２００上の端子に接触する。

信号ピン２１は、検査基板１０の信号線１１に電気的に接続されている。本実施形態では、図１に示すように、信号ピン２１は、検査基板１０の下面側に配置され、層間接続部１４の外部ランド１４ａ１に接触している。これにより、信号ピン２１は、層間接続部１４を介して信号線１１に電気的に接続されている。

グランドピン２２は、検査基板１０のグランド層１２に接触している。本実施形態では、グランドピン２２は、スルーホール１７を介してグランド層１３とも電気的に接続されている。本実施形態では、グランドピン２２は複数設けられている。

信号ピン２１およびグランドピン２２は、たとえば、市販のスプリングプローブ（いわゆるポゴピン）を用いてもよい。スプリングプローブは、半導体部品やプリント配線板の電気検査で適用されているものであり、十分な耐久性を有している。

保持部３０は、信号ピン２１およびグランドピン２２を保持するように構成されている。信号ピン２１、グランドピン２２および保持部３０はプローブを構成する。

本実施形態では、保持部３０は、樹脂等の絶縁材料からなり、検査基板１０の下面側に固定されている。保持部３０の材料は、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）である。

コネクタ部４０は、検査基板１０に実装されており、検査基板１０と計測器５０を接続するためのコネクタである。コネクタ部４０の信号線（図示せず）は検査基板１０の信号線１１に電気的に接続されている。コネクタ部４０は、たとえば、同軸ケーブルと接続する同軸コネクタである。

なお、上記の検査治具１は、１本の信号線１１と、それに対応する１本の信号ピン２１とを有するものであったが、これに限られない。すなわち、検査治具１は、複数本の信号線１１と、それに対応する複数本の信号ピン２１を有するように構成されてもよい。

ここで、図４を参照して、検査基板１０の一例について説明する。この検査基板１０は４層構造を有し、厚みは、たとえば約１ｍｍである。検査基板１０に十分な厚みを持たせることで、保持部３０やコネクタ部４０を支持する強度を確保している。また、検査基板１０の信号線１１の長さは、数ｃｍ程度（たとえば３～４ｃｍ）である。

図４の検査基板１０では、絶縁基材１５の内部にグランド層１８，１９が設けられている。グランド層１８，１９は、グランド層１２と同様に、層間接続部１４を囲むように設けられている。グランド層１８は、マイクロストリップ線路である信号線１１のグランドとしての機能を有する。また、グランド層１８，１９を設けることにより検査基板１０の剛性を高めることができる。

絶縁基材１５は、３つの絶縁基材１５ａ，１５ｂ，１５ｃからなる。絶縁基材１５ａの上面にグランド層１３が設けられている。絶縁基材１５ａと絶縁基材１５ｂの間にグランド層１８が設けられ、絶縁基材１５ｂと絶縁基材１５ｃの間にグランド層１９が設けられている。絶縁基材１５ｃの下面にグランド層１２が設けられている。

グランド層１２の一部は、グランドピン２２と接触可能なように保護膜１６で被覆されていない。なお、当該部分は、金めっきなどで表面処理されていてもよい。

層間接続部１４は、グランド層１８，１９と同じ面（レベル）に内部ランド１４ａ２，１４ａ２を有する。層間接続部１４は、検査基板１０の内部に設けられた内部ランド１４ａ２を有する。内部ランド１４ａ２，１４ａ２は、グランド層１８，１９と同じ面に設けられている。層間接続部１４の特性インピーダンスは、内部ランド１４ａ２と、グランド層１８（１９）との間の間隙を調整することにより、所定の範囲内に収められている。

なお、本実施形態では、内部ランド１４ａ２とグランド層１８との間の間隙、および内部ランド１４ａ２とグランド層１９との間の間隙は、グランド層１２と外部ランド１４ａ１との間の間隙Ｇと等しい。これにより、層間接続部１４の特性インピーダンスをより精度良く調整することができる。また、内部ランド１４ａ２とグランド層１８との間の間隙のみで層間接続部１４の特性インピーダンスを調整してもよい。また、各ランド（外部ランド１４ａ１、内部ランド１４ａ２）の間隙はそれぞれ独立に任意に変更してもよい。

層間接続部１４の外部ランド１４ａ１は、信号ピン２１との接触性を確保するために、蓋めっき１４ｂで覆われている。信号ピン２１は蓋めっき１４ｂに当接するように配置されている。なお、蓋めっき１４ｂは、金めっきなどで表面処理されていてもよい。

層間接続部１４（スルーホール）の内部には、補強材として樹脂１４ｃが充填されている。樹脂に代えて、導電ペーストが充填されてもよいし、あるいは、フィルドめっき処理によりスルーホールの内部が充填されてもよい。

このように、本実施形態では、層間接続部１４としてのスルーホールを中実構造とし、その端部を蓋めっき１４ｂで保護することで、信号ピン２１が層間接続部１４に接触することを可能としている。これにより、検査信号の伝播経路を短くすることができる。

なお、図４の例では、検査基板１０は４層構造であったが、これに限られない。すなわち、検査基板１０は、図１に示すような２層構造でもよいし、３層もしくは５層以上の構造であってもよい。

また、信号線１１は検査基板１０の上面に設けられる場合に限られず、検査基板１０の下面に設けられてもよい。この場合、たとえば、コネクタ部４０の直下に層間接続部１４が設けられ、信号線１１は層間接続部１４の下端から保持部３０に向かって延在するように設けられる。

また、層間接続部１４は、複数のビアが接続されたものとして構成されてもよい。

また、図４の検査基板１０において、グランド層１９は必須ではなく、所要の特性に応じて省略可能である。

ここで、検査基板１０の製造方法の一例として図５Ａ～図５Ｃを参照して、図４に示す検査基板１０の製造方法を説明する。

図５Ａ（１）に示すように、絶縁基材１１１の上面および下面に金属箔１１２および金属箔１１３がそれぞれ設けられた両面金属箔張積層板を用意する。絶縁基材１１１は、たとえばプリプレグ（３００μｍ厚）であり、金属箔１１２，１１３は、たとえば銅箔（１８μｍ厚）である。

次に、図５Ａ（２）に示すように、公知のフォトファブリケーション手法を用いて、金属箔１１２，１１３をパターニングする。これにより、ランド１１２ａ，１１３ａおよびグランド層１１２ｂ，１１３ｂを形成する。ランド１１２ａ，１１３ａは後述の工程で形成されるスルーホール１１８ａの内部ランドとなる。ランド１１２ａ，１１３ａの径は、たとえば３５０μｍである。

次に、図５Ａ（３）に示すように、絶縁基材１１４の片面に金属箔１１５が設けられた第１の片面金属箔張積層板と、絶縁基材１１６の片面に金属箔１１７が設けられた第２の片面金属箔張積層板とを用意する。その後、前の工程で得られた配線基材の上面および下面に、第１の片面金属箔張積層板および第２の片面金属箔張積層板をそれぞれ積層して、図５Ａ（３）に示す積層体を作製する。なお、絶縁基材１１４，１１６は、たとえばプリプレグ（３００μｍ厚）であり、金属箔１１５，１１７は、たとえば銅箔（１８μｍ厚）である。

次に、図５Ｂ（１）に示すように、ドリル加工により、前の工程で得られた積層体を厚さ方向に貫通する貫通孔Ｈ１を形成する。貫通孔Ｈ１は、ランド１１２ａ，１１３ａを貫通するように形成される。貫通孔Ｈ１の径は、たとえば２００μｍである。

次に、図５Ｂ（２）に示すように、貫通孔Ｈ１が設けられた積層体に対してめっき処理を施し、積層体の上面および下面、ならびに貫通孔Ｈ１の内壁にめっき層１１８を形成する。これにより、積層体上面の金属箔１１５と積層体下面の金属箔１１７を電気的に接続するスルーホール１１８ａが形成される。なお、めっき層１１８の厚みは、たとえば２５μｍである。

次に、図５Ｃ（１）に示すように、スルーホール１１８ａに樹脂１２１を充填し、その後、めっき処理を行ってめっき層１２２，１２３を形成する。

次に、図５Ｃ（２）に示すように、公知のフォトファブリケーション手法により、積層体の外層の導電層をパターニングする。これにより、信号線１２４、グランド層１２５，１２６および蓋めっき１２７が形成される。この後、ソルダーレジスト等で外層の保護膜を形成し、端子部分の表面処理（金めっき等）を行うことで、検査基板１０が得られる。

以上、本実施形態に係る検査治具１について説明した。各特性インピーダンスの調整については後述するが、上記の検査治具１においては、信号線１１の特性インピーダンスが所定の範囲内に収められ、かつ、信号ピン２１の特性インピーダンスが当該所定の範囲内に収められている。所定の範囲は、前述のように、基準インピーダンスを中心とし、検査対象のプリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲であり、たとえば、５０±２Ωである。

本実施形態では、層間接続部１４の特性インピーダンスも当該所定の範囲内に収められている。このように、信号線１１、層間接続部１４および信号ピン２１の各特性インピーダンスが所定の範囲内に収められていることにより、検査信号が伝播するコネクタ部４０から信号ピン２１までの伝播領域（後述の領域Ｒ１）の特性インピーダンス、すなわち、検査治具１全体にわたる特性インピーダンスが所定の範囲内に収められている。これにより、高周波信号を伝送するプリント配線板の検査精度を向上させることができる。

＜特性インピーダンス所定の範囲内に収める方法＞
図６～図１１を参照して、検査治具１の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めるための方法について説明する。

なお、下記説明のシミュレーションおよび実測の条件として、検査基板１０は、図４で説明した４層構造のものを使用した。保持部３０の材料はポリフェニレンサルファイド（誘電率Ｄｋ＝３．６）、信号ピン２１およびグランドピン２２のピン間隔は０．３５ｍｍとした。

まず、信号線１１の特性インピーダンスを所定の範囲内に収める方法について説明する。

信号線１１の特性インピーダンスは、信号線１１の線幅を調整することにより所定の範囲内に収めることができる。具体的には、信号線１１の特性インピーダンスは、線幅を大きくするにつれて低くなる。

図６は、信号線１１の線幅と信号線１１の特性インピーダンスとの間の関係を示すグラフである。グラフ中、白丸の値は、電磁界解析によるシミュレーションから得られた特性インピーダンス値であり、黒丸は、ＴＤＲ法により実測された特性インピーダンス値である（図８、図１０についても同様）。なお、図６では、図１１の９００ｐｓｅｃの値をプロットした。

図６から、信号線１１の線幅が０．５５ｍｍのとき、信号線１１の特性インピーダンスは、ほぼ５０Ωとなることが分かる。信号線１１の特性インピーダンスを５０±２Ωの範囲内に収めるには、線幅を０．５５±０．０４ｍｍにすればよい。

次に、層間接続部１４の特性インピーダンスを所定の範囲内に収める方法について説明する。

層間接続部１４の特性インピーダンスは、外部ランド１４ａ１とグランド層との間の間隙Ｇを調整することにより所定の範囲内に収めることができる。具体的には、図７に示すように、間隙Ｇが大きい方が、層間接続部１４の特性インピーダンスは高い。図８は、間隙Ｇと層間接続部１４の特性インピーダンスとの間の関係を示すグラフである。ここでは、グランド層１８，１９と内部ランド１４ａ２との間の間隙についても調整し、当該間隙がグランド層１２と外部ランド１４ａ１との間の間隙と同じになるようにした。なお、図８では、図１１の１１１５ｐｓｅｃの値をプロットした。

図８から、間隙Ｇが０．２５ｍｍのとき、層間接続部１４の特性インピーダンスは、ほぼ５０Ωとなることが分かる。層間接続部１４の特性インピーダンスを所定の範囲である５０±２Ωの範囲内に収めるには、間隙Ｇを０．２５±０．０７５ｍｍにすればよい。

次に、信号ピン２１の特性インピーダンスを所定の範囲内に収める方法について説明する。

信号ピン２１の特性インピーダンスは、信号ピン２１の周りに配置されたグランドピン２２の本数を調整することにより所定の範囲内に収めることができる。ここでは、図９に示すように、グランドピン２２の本数が、２本、４本、８本の場合について評価を行った。保持部３０は、信号ピン２１およびグランドピン２２が挿通される複数の貫通孔Ｈｂが設けられたブロック状の絶縁体である。

２本の場合は、２本のグランドピン２２が信号ピン２１を挟むように配置されている。４本の場合は、４本のグランドピン２２が縦方向および横方向の両方向について信号ピン２１を挟むように配置されている。８本の場合は、８本のグランドピン２２が縦方向、横方向および斜め方向の各方向について信号ピン２１を挟むように配置されている。すなわち、８本のグランドピン２２は、信号ピン２１を囲むように格子点上に配置されている。いずれの場合も、ピン間隔（ピッチ）は一定である。

なお、信号ピン２１とグランドピン２２との間の間隔、およびグランドピン２２間の間隔（ピン間隔）が大きいほど、信号ピン２１の特性インピーダンスは高くなる。換言すれば、ピンが高密度に配置されるほど、信号ピン２１の特性インピーダンスは低くなる。

図１０は、グランドピン２２の本数と、信号ピン２１の特性インピーダンスとの間の関係を示すグラフである。なお、図１０では、図１１の１１７０ｐｓｅｃの値をプロットした。

図１０から、グランドピン２２の本数が多いほど信号ピン２１の特性インピーダンスは低下し、グランドピン２２が８本のときに信号ピン２１の特性インピーダンスは、ほぼ５０Ωとなることが分かる。なお、特性インピーダンスは、グランドピン２２が４本の場合に５０±２Ωの範囲のほぼ上限であり、グランドピン２２の本数が２本の場合に５０±２Ωの範囲を大きく外れる。したがって、信号ピン２１の特性インピーダンスを５０±２Ωの範囲内に収めるには、８本のグランドピン２２を信号ピン２１の周囲に配置すればよい。

上記のように、信号線１１の線幅、間隙Ｇおよびグランドピン２２の本数をパラメータ（制御因子）として、信号線１１、層間接続部１４および信号ピン２１の特性インピーダンスをそれぞれ所定の範囲内に収めるようにすることができる。

図１１は、ＴＤＲ法を用いて検査治具１の特性インピーダンスを測定した結果を示している。図中、領域Ｒ１は検査治具１の伝播領域を示し、領域Ｒ２は検査対象のプリント配線板２００の伝播領域を示している。特性インピーダンスを測定した検査治具１では、信号線１１の線幅を０．５５ｍｍ、層間接続部１４の間隙Ｇを０．２５ｍｍ、グランドピン２２の本数を８本（ピッチ０．３５ｍｍ）とした。

図１１から分かるように、検査治具１の伝播領域の全体を示す領域Ｒ１において、特性インピーダンスが所定の範囲である５０±２Ωの範囲内に収められている。すなわち、検査信号が伝播するコネクタ部４０から信号ピン２１までの領域の全域にわたって、特性インピーダンスは所定の範囲内に収まっている。

なお、図１１において、検査対象のプリント配線板２００は、その特性インピーダンスが４６±４Ωの範囲内にある場合に正常であると判定される。この範囲は、プリント配線板２００のＶＳＷＲが１．１以下という仕様を満たすための範囲である。すなわち、この場合、４６±４Ωが許容範囲である。所定の範囲（５０±２Ω）は許容範囲よりも狭い。

図１０に示したように、グランドピン２２を４本以上配置する場合は、信号ピン２１の特性インピーダンスを５０±２Ωの範囲内に収めることができる。しかし、検査対象のプリント配線板２００の端子の仕様によっては、グランドピン２２を２本までしか配置できず、ピン間隔を変える（狭める）ことも難しい場合がある。図１２は、保持部３０に保持された信号ピン２１と２本のグランドピン２２を示している。

図１３は、図１２のピン配置を有する検査治具１の特性インピーダンスを、ＴＤＲ法を用いて測定した結果を示している。信号線１１の線幅は０．５５ｍｍ、層間接続部１４の間隙Ｇは０．２５ｍｍとした。図１３から分かるように、グランドピン２２が２本の場合は、信号ピン２１の特性インピーダンスは約５６Ωであり、上限（５２Ω）を大きく超えてしまう。また、グランドピン２２が４本の場合も、特性インピーダンスはほぼ上限に達している。

以下では、上記のようにグランドピン２２の本数が少ない場合においても、信号ピン２１の特性インピーダンスを所定の範囲内に調整可能な方法について説明する。

具体的には、信号ピン２１およびグランドピン２２の径（以下、単に「ピンの径」もしくは「ピン径」ともいう。）、保持部３０の貫通孔Ｈｂの径（以下、単に「穴径」ともいう。）、保持部３０を構成する絶縁材料の誘電率により、信号ピン２１の特性インピーダンスを調整する。

図１４は、これらのパラメータと、信号ピン２１の特性インピーダンスとの関係を示している。ピンの径については、径を大きく（ピンを太く）するほど、信号ピン２１の特性インピーダンスは低下する。保持部３０の貫通孔Ｈｂの径については、径を狭くするほど、信号ピン２１の特性インピーダンスは低下する。保持部３０を構成する絶縁材料の誘電率については、誘電率が高いほど、信号ピン２１の特性インピーダンスは低下する。

したがって、信号ピン２１の特性インピーダンスを低下させるには、ピンの径を大きくし、貫通孔Ｈｂの径を小さくし、保持部３０の誘電率を高くすればよい。もちろん、これらのパラメータのうち少なくともいずれか一つを調整することで、信号ピン２１の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めてもよい。次に、このような調整により特性インピーダンスを制御した２つの実施例について説明する。

図１５に示すように、実施例１では、保持部３０の誘電率を５．１、ピン径を０．２０ｍｍ、穴径を０．２４ｍｍとした。実施例２では、保持部３０の誘電率を３．６、ピン径を０．２６ｍｍ、穴径を０．３２ｍｍとした。なお、いずれの実施例においても、グランドピン２２の本数は２本、ピン間隔は０．３５ｍｍとした。信号ピン２１およびグランドピン２２はいずれも、市販のスプリングプローブを用いた。上記のピン径は、スプリングプローブのバレル部分の径である。

実施例２では、保持部３０の誘電率が実施例１よりも小さいため、太めのピンを使用し、保持部３０の穴径をピン径にあわせて適正な値とした。ＴＤＲ法により信号ピン２１の特性インピーダンスを測定したところ、いずれの実施例でも４９～５０Ωの値が得られた。図１６は、実施例１，２に係る検査治具１の信号ピン２１の特性インピーダンスの測定結果を示している。

このように、グランドピン２２の本数を増やしたり、ピン間隔を狭くできない場合であっても、保持部３０を構成する絶縁材料の誘電率、信号ピン２１およびグランドピン２２のピン径、保持部３０の貫通孔Ｈｂの穴径を調整することにより、信号ピン２１の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めることができる。

次に、検査システムに係る２つの変型例を説明する。

＜検査システムの変型例１＞
図１７は、変型例１に係る検査システム１００Ａの概略的な構成を示している。本変型例は、検査対象のプリント配線板について、伝送損失、クロストークなどの伝送特性を検査するための検査システムに関する。

本変型例の検査システム１００Ａは、検査治具として、検査対象のプリント配線板２００の入力端子に接続される検査治具１Ａと、プリント配線板２００の出力端子に接続される検査治具１Ｂとを備えている。検査治具１Ａ，１Ｂの構成は、前述の検査治具１と同じである。

計測器５０は、測定ポート５１および測定ポート５２を有する。測定ポート５１は、ケーブル６０を介して検査治具１Ａのコネクタ部４０に接続されている。測定ポート５２は、ケーブル６０を介して検査治具１Ｂのコネクタ部４０に接続されている。

なお、検査対象のプリント配線板２００が複数の信号線を有し、クロストークなどの信号線間の伝送特性を検査する場合には、信号線ごとに１組の検査治具１Ａ，１Ｂが用いられる。あるいは、検査治具１Ａ，１Ｂとして、複数の信号線１１および複数の信号ピン２１を有するものを用いてもよい。

ここで、検査システム１００Ａによるプリント配線板２００の検査方法の一例について説明する。

まず、検査治具１Ａの信号ピン２１を検査対象のプリント配線板２００の信号線（図示せず）の一端（入力端）に接触させ、検査治具１Ａのグランドピン２２をプリント配線板２００のグランド層（図示せず）に接触させる。検査治具１Ｂの信号ピン２１をプリント配線板２００の信号線の他端（出力端）に接触させ、検査治具１Ｂのグランドピン２２をプリント配線板２００のグランド層に接触させる。その後、計測器５０（ベクトルネットワークアナライザ）の測定ポート５１から検査治具１Ａに検査信号を出力し、計測器５０が検査治具１Ｂから検査信号を測定ポート５２で受信する。そして、計測器５０は、送信した検査信号と、検査治具１Ｂから受信した検査信号とに基づいてプリント配線板２００の良否判定を行う。

たとえば、計測器５０は、送信した検査信号と、受信した信号に基づいてＳパラメータを取得する。この場合は、計測器５０の測定ポート５２から検査治具１Ｂに検査信号を出力し、計測器５０が検査治具１Ａから検査信号を測定ポート５１で受信することも行う。そして、Ｓパラメータから算出されるクロストークが正常範囲内にあればプリント配線板２００を正常であると判定し、そうでなければ異常であると判定する。

なお、良否判定は、計測器５０が行ってもよいし、計測器５０に接続されたパソコン等の情報処理装置が行ってもよい。

また、上記検査方法において、計測器５０として直流抵抗測定器を用い、プリント配線板２００の信号線の伝送損失を検査してもよい。

＜検査システムの変型例２＞
図１８は、変型例２に係る検査システム１００Ｂの概略的な構成を示している。本変型例は、層間接続部１４を有しない検査基板１０Ａを備える検査治具１Ｃを備える検査システムに関する。

本変型例の検査基板１０Ａでは、絶縁基材１５の一方の主面（図１３では下面）に、信号線１１と、信号線１１を囲むグランド層（図示せず）が設けられている。信号ピン２１が信号線１１に接触し、グランドピン２２がグランド層に接触するように、保持部３０は検査基板１０Ａに固定されている。このように、本変型例では、信号線１１は、信号ピン２１に直接接続される。

本変型例によれば、層間接続部１４を有しない検査基板１０Ａを用いて検査システムを構成することができる。

なお、検査治具１Ｃを複数使用して、変型例１のように伝送損失、クロストークなどの伝送特性を検査するための検査システムを構成してもよい。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 検査治具
１０ 検査基板
１１ 信号線
１２，１３ グランド層
１４ 層間接続部
１４ａ１ 外部ランド
１４ａ２ 内部ランド
１４ｂ 蓋めっき
１４ｃ 樹脂
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 絶縁基材
１６ 保護膜
１７ スルーホール
１８，１９ （内層の）グランド層
２１ 信号ピン
２２ グランドピン
３０ 保持部
４０ コネクタ部
５０ 計測器
６０ ケーブル
１００，１００Ａ，１００Ｂ 検査システム
１１１，１１４，１１６ 絶縁基材
１１２，１１３，１１５，１１７ 金属箔
１１２ａ，１１３ａ ランド
１１２ｂ，１１３ｂ グランド層
１１８，１２２，１２３ めっき層
１１８ａ スルーホール
１２１ 樹脂
１２４ 信号線
１２５，１２６ グランド層
１２７ 蓋めっき
２００ プリント配線板
２１０ コネクタ
Ａ 取付領域
Ｇ 間隙
Ｈ１，Ｈｂ，Ｈｃ 貫通孔
Ｒ１，Ｒ２ 領域

Claims (11)

1. プリント配線板を検査するための検査治具であって、
   計測器から出力された検査信号が伝播するための信号線、および前記信号線から絶縁されたグランド層を有する検査基板と、
   前記信号線に電気的に接続された信号ピンと、
   前記グランド層に電気的に接続されたグランドピンと、
   前記信号ピンおよび前記グランドピンを保持する保持部と、
   前記検査基板に実装され、前記検査基板と前記計測器を接続するためのコネクタ部と、を備え、
   前記検査治具において検査信号が伝播する前記コネクタ部から前記信号ピンまでの伝播領域の全域にわたって特性インピーダンスが所定の範囲内に収められており、前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲である
   、検査治具。
2. 前記許容範囲は、前記プリント配線板の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が１．１以下を満たすための範囲である、請求項１に記載の検査治具。
3. 前記基準インピーダンスは５０Ωであり、前記許容範囲は５０±４Ωである、請求項２に記載の検査治具。
4. 前記グランドピンは、前記信号ピンを囲むように格子点上に８本配置されている、請求項１に記載の検査治具。
5. 前記グランドピンは、前記信号ピンを挟むように設けられた２本のみである、請求項１に記載の検査治具。
6. 前記信号線は、前記検査基板の第１の主面に設けられ、
   前記グランド層は、前記第１の主面の反対側の第２の主面に設けられ、
   前記信号ピンは、前記第２の主面側に配置され、
   前記検査基板は、前記信号線と前記信号ピンを電気的に接続する層間接続部をさらに有し、
   前記層間接続部の特性インピーダンスが、前記所定の範囲内に収められている、請求項１に記載の検査治具。
7. 前記層間接続部は、中実構造を有するスルーホールであり、その端部が蓋めっきで保護され、前記蓋めっきに前記信号ピンが当接している、請求項６に記載の検査治具。
8. プリント配線板を検査する検査治具の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めるための方法であって、
   前記検査治具は、
   計測器から出力された検査信号が伝播するための信号線、および前記信号線から絶縁されたグランド層を有する検査基板と、
   前記信号線に電気的に接続された信号ピンと、
   前記グランド層に電気的に接続されたグランドピンと、
   前記信号ピンおよび前記グランドピンを保持する保持部と、
   前記検査基板に実装され、前記検査基板と前記計測器を接続するためのコネクタ部と、を備え、
   前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲であり、
   前記信号ピンの特性インピーダンスを、
   前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記信号ピンと前記グランドピンとの間の間隔を狭くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記間隔を広くすることにより、および／または
   前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記グランドピンの本数を増やし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記グランドピンの本数を減らすことにより、
   前記所定の範囲内に収める、方法。
9. プリント配線板を検査する検査治具の特性インピーダンスを所定の範囲内に収めるための方法であって、
   前記検査治具は、
   計測器から出力された検査信号が伝播するための信号線、および前記信号線から絶縁されたグランド層を有する検査基板と、
   前記信号線に電気的に接続された信号ピンと、
   前記グランド層に電気的に接続されたグランドピンと、
   前記信号ピンおよび前記グランドピンを保持する保持部と、
   前記検査基板に実装され、前記検査基板と前記計測器を接続するためのコネクタ部と、を備え、
   前記所定の範囲は、基準インピーダンスを中心とし、前記プリント配線板の特性インピーダンスの許容範囲よりも狭い範囲であり、
   前記信号ピンおよび前記グランドピンが挿通される貫通孔が設けられた絶縁体を有し、
   前記信号ピンの特性インピーダンスを、
   前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記信号ピンと前記グランドピンのピン径を太くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記信号ピンと前記グランドピンのピン径を細くすることにより、
   前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記保持部の前記貫通孔の径を狭くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記貫通孔の径を広くすることにより、および／または
   前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記絶縁体の誘電率を高くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記誘電率を低くすることにより、
   前記所定の範囲内に収める、方法。
10. 前記信号線は、前記検査基板の第１の主面に設けられ、
    前記グランド層は、前記第１の主面の反対側の第２の主面に設けられ、
    前記信号ピンは、前記第２の主面側に配置され、
    前記検査基板は、前記信号線と前記信号ピンを電気的に接続する層間接続部をさらに有し、
    前記層間接続部の特性インピーダンスを、
    前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記層間接続部の外部ランドと前記グランド層との間の間隙を狭くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記間隙を広くすることにより、
    前記所定の範囲内に収める、請求項８または９に記載の方法。
11. 前記層間接続部は、前記検査基板の内部に設けられた内部ランドを有し、
    前記層間接続部の特性インピーダンスを、
    前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の上限よりも高い場合、前記内部ランドと、前記内部ランドと同じ面に設けられたグランド層との間の間隙を狭くし、前記特性インピーダンスが前記所定の範囲の下限よりも低い場合、前記間隙を広くすることにより、
    前記所定の範囲内に収める、請求項１０に記載の方法。