JP2625623B2

JP2625623B2 - 回路試験装置および方法

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Publication number: JP2625623B2
Application number: JP5000094A
Authority: JP
Inventors: シンウー・チャン; ハンティントン・ウッドマン・カーティス; アーサー・ユージン・フォールズ; アーノルド・ハルペリン; ジョン・ピーター・カリディス; ジョン・ダコスタ・マッケイ; ダニー・チャン＝ヨン・ウオン; カ＝チウ・ウー; リ＝チェン・ツァイ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1993-01-04
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: US5621327A; JPH0682509A; US5402072A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度の受動回路板お
よび基板に関するものである。具体的には、改良された
抵抗および容量測定を用いて高密度受動回路板および基
板の試験および障害分離を行うためのシステムおよび装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子部品の実装に使用されるチップ支持
体、基板および受動回路板は、一般に金属相互結線、電
圧面、およびセラミック、ガラス・セラミック・シリコ
ン酸化物、ポリマー、エポキシ・ガラス等の誘電体材料
を含む。電子部品の実装に使用される例示的回路板を図
１に示す。この図では、回路板５は、電子部品を実装し
ていない多層回路板である。回路板５内の層の少なくと
も１つは電力面４である。さらに、層の少なくとももう
１つは接地面６である。複数の相互接続ネットワーク
（以下、「ネット」と呼ぶ）も回路板５に含まれる。図
では、回路板５はＮＥＴ１とＮＥＴ２を含んでいる。各
ネットは、回路板５内の１つの層または複数の層にわた
って分布している。

【０００３】そのような回路板の実装密度は増大し続け
ているので、各ネットを構成する金属相互結線は一層小
さく、かつ互いに一層接近してきている。回路板内の金
属相互結線がこのように不断に小形化しているため、様
々の欠陥が生じる可能性が増大している。例えば、互い
に接続すべき導体ネットワークの点が導体経路内で１つ
（または複数の）不連続個所を有する可能性がある。そ
うすると、ネットワークの特定部分間にほぼ無限大の抵
抗を有する「開路」状態が生じる。電気的接続を持た
ず、したがってほぼ無限大のネット間抵抗を有する予定
の２つの独立した導体ネットワークまたは導体領域が、
許容不能な低い値のネット間抵抗を実際に示すときは、
さらに別の欠陥が生じる。これは一般に「短絡」と呼ば
れている。さらに、導電経路が、許容されるレベルを越
える抵抗を有する１つまたは複数の区間を示すために、
欠陥がある可能性がある。この欠陥は「抵抗性障害」と
呼ばれる。

【０００４】適切に製造した高密度受動回路板では、通
常の導体ネットワークの端子間の抵抗は一般に数ミリオ
ームから数オームの範囲にある。この抵抗は導体の長さ
および断面積によって決まる。さらに、独立のネットワ
ーク間の抵抗は無限大に近づくはずである。この抵抗は
一般に１００メガオームを越える。

【０００５】高密度の基板、チップ支持体および受動回
路板の製造において必要なステップは、電子部品の実装
前に、全てのネットが正しい連続性および分離をもつか
どうか試験することである。連続性試験では、特定のネ
ットワーク内の比較的低い抵抗を測定する。したがっ
て、開路および抵抗性障害が、連続性試験で発見される
典型的な欠陥である。分離試験では、導体間に存在する
はずの予想される高抵抗レベルを測定する。短絡が、分
離試験の際に発見される典型的な欠陥である。

【０００６】一般的な連続性および分離試験では、基板
表面上のパッドに対応しそれと接触するクラスタ・プロ
ーブを使用する。スイッチング・マトリックスを制御す
ることにより、試験中のネットワークから基板内の他の
全てのネットワークへの抵抗を測定することができる。
これは比較的速い試験方法であるが、融通性を欠いてい
る。基板の設計が異なると、一般に異なるクラスタ・プ
ローブまたはベッド・オブ・ネイル固定具が必要にな
る。さらにカスタム・クラスタ・プローブを製造するの
が複雑で長いリードタイムを要するため、特に製品設計
が固定していないこともある初期製造では、この技術は
コストが高くなる。

【０００７】もう１つの分離試験はいわゆる２点間試験
であり、２つの可動プローブをＸ−Ｙ位置決め機構上で
使用する。この柔軟な探査法は、ネットの全ての可能な
対の間で個々の試験を行なうことができる。例示的な
「可動プローブ」機構が米国特許第４５６５９６６号明
細書に開示されている。この特許は、一連の２点間抵抗
測定に可動プローブを使用した受動基板の試験を開示し
ている。このようにして、個々のネットの連続性を確認
することができる。さらに、この方法を使って一連の１
点測定を行なって、基準面に対するネットワークの容量
を測定し、または過大なネット間容量によってネット間
の短絡を示すことができる。この手法は大きな融通性が
あるが、厳しい実用上の困難がいくつかあり、その効果
および速度が制限されている。それには、抵抗試験モー
ドと容量試験モードの間で切り換える必要があること、
高容量ネットの試験時に高容量ネットに短絡した低容量
ネットを検出するのが困難なこと、およびネットに対す
る高抵抗短絡と大地への直接的な漏洩経路とが区別でき
ないことがある。さらに、この方法は欠陥分離処理中に
おける容量値の単純なスカラー突合せに依存している。
したがって、過大な容量を示すネットの連続性を同様な
容量を示す他のネットのリストと照合して検査するが、
このリストは長くなる可能性がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題および課題を解決するた
めの手段】電子部品を相互接続するために使用される回
路板中の欠陥を探し出すための装置が開示される。その
ような回路板は、第１のネットと、第２のネットと、電
力面か接地面のいずれかである少なくとも１つの共通面
とを備える。この装置は、それぞれ異なる位置で第１の
ネットと接触する第１のプローブおよび第２のプローブ
を含む。第１のネットの連続性を判定するために、連続
性試験回路が第１及び第２のプローブに接続される。連
続性試験と同時に回路内の漏洩電流を測定するために、
追加の回路が第１のプローブまたは第２のプローブに接
続される。

【０００９】

【実施例】本発明の第１の例示的実施例を図２に示す。
この第１の実施例では、試験ユニット（ＵＵＴ）１００
は、電子部品を実装していない多層回路板である。ＵＵ
Ｔ１００内の層の少なくとも１つは電力面（図示せず）
である。さらに、ＵＵＴ１００内の他の層の少なくとも
１つは接地面である。ＵＵＴ１００内の接地面および
電力面をすべて総称して共通面と呼ぶ。ＵＵＴ１００
はまた、ＵＵＴ１００内の１つの層または複数の層にわ
たって分布する複数のネットを含む。図２では、ＵＵＴ
１００はネット１およびネット２を含むが、ＵＵＴ
１００はさらに他のネットを含むこともできる。

【００１０】図２に示すように、試験回路１０は機能的
に、３つの独立した試験回路、すなわち浮動電流試験回
路２０、直流試験回路３０および交流試験回路４０に分
けることができる。図３を参照しながら試験回路につい
て別々に考察する。

【００１１】図３は、図２に示した試験回路の詳細な回
路図である。図４は、図３に示した試験回路の概略図で
ある。図３に示すように、内部抵抗Ｒ₁、Ｒ₁₂、および
内部容量Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₁₂もＵＵＴ１００内にある。内
部抵抗Ｒ₁およびＲ₁₂はＵＵＴ１００内の漏洩電流の
経路を示す。内部容量Ｃ₁、Ｃ₂およびＣ₁₂はＵＵＴ１０
０内の容量を示す。これらの内部抵抗および内部容量の
重要性については後で考察する。

【００１２】図３に示すように、試験回路１０は複数の
電気部品を含む。直流電圧源１０１は、抵抗素子１４１
を介してＵＵＴ１００内の１つまたは複数の共通面に
接続される。交流電圧源１０２は、容量素子１４２を介
して選択された共通面に接続される。プローブ１５１お
よび１５２は、それぞれネット１に沿った異なる位置で
ネット１と電気的に接触する。浮動電流源１２１は、２
つの供給端子、すなわち正端子と負端子を備え、これら
の端子は２本のプローブ１５１および１５２にそれぞれ
接続される。緩衝増幅器１２２は例えば通常の演算増幅
器であるが、２つの入力端子、すなわち反転端子と非反
転端子を備え、これらの端子はそれぞれ２本のプローブ
１５１および１５２に接続される。増幅器１２２は出力
端子をも備える。本発明の例示的実施例では、増幅器１
２２は、Burr Brown社製の部品番号ＩＳＯ−１００で実
施される。

【００１３】電流−電圧変換器１２３は、２つの入力端
子、すなわち反転端子と非反転端子を有する演算増幅器
である。電流−電圧変換器１２３は出力端子をも有す
る。電流−電圧変換器１２３の非反転端子は基準電位源
（例えば、アース）に接続され、反転端子はプロープ１
５２に接続される。フィードバック抵抗１４３が、電流
−電圧変換器１２３の出力端子と反転端子の間に接続さ
れる。本発明の例示的実施例では、電流−電圧変換器１
２３は、ＰＭＣ社製の部品番号ＯＰ９７で実施される。

【００１４】位相基準発生器１０３は、交流電圧源１０
２から受け取った入力信号に基づいて位相基準信号を発
生する。位相基準発生器１０３の出力端子は、位相検知
性検出器１１１の一方の入力端子に接続される。位相検
知性検出器１１１の他方の入力端子は、結合コンデンサ
１５３を介して電流−電圧変換器１２３の出力端子に接
続される。第２の位相感知性検出器１１３も２つの入力
端子を備える。位相感知性検出器１１３の第１の入力端
子は、９０度移相回路１１２を介して基準発生器１０３
の出力端子に接続される。位相感知性検出器１１３の第
２の入力端子は、結合コンデンサ１５３を介して電流−
電圧変換器１２３の出力に接続される。ＵＵＴ１００
内の漏洩電流を測定するための信号読取り値は、電流−
電圧変換器１２３の出力端子、位相感知性検出器１１１
の出力端子および位相感知性検出器１１３の出力端子を
含む、試験回路１０内の複数の場所から取られる。

【００１５】本発明の例示的実施例では、位相感知性検
出器１１１および１１３はそれぞれ、Siliconix社製の
部品番号ＤＧ３０２で実施される。さらに、本発明の例
示的実施例では、９０度移相回路１１２は、National S
emiconductor社製の部品番号ＬＦ３５６に基づくＲ−Ｃ
ネットワークで実施される。図３には１つの９０度移相
回路１１２のみを示したが、それぞれ特定の周波数の信
号を９０度ずらす異なるＲ−Ｃ回路を備えた、複数の９
０度移相回路を同時に使用することが可能なことは当然
である。

【００１６】増幅器１２２、電流−電圧変換器１２３お
よび位相感知性検出器１１１、１１３のそれぞれの出力
端子で得られる出力信号は、本明細書で後で説明する信
号の測定および計算を行うために、コンピュータ・シス
テム１１４が受け取ることができる。本発明の例示的実
施例では、コンピュータ・システム１１４は、Ａ／Ｄ変
換器を介して試験信号を受け取るアナログ・コンピュー
タまたはディジタル・コンピュータでよい。

【００１７】浮遊電流試験回路２０は、浮遊電流源１２
１、増幅器１２２および試験プロープ１５１、１５２を
備える。浮遊電流試験回路２０は、ネット１内の２点間
（例えば、２つの端点間）の抵抗を測定するために使用
される。ネット１内の２点間の導電率が適当であれば、
ネット１に沿った任意の２点間の抵抗は非常に低い。ま
た、ネット１に沿った任意の２点間の導電率が（例え
ば、トレーシング中の物理的破損の結果）不適当である
場合は、ネット１に沿った２点間の抵抗は非常に高く
（多分無限大に）なる可能性がある。したがって、ネッ
ト１に沿った様々な点の間の抵抗を測定することによ
り、ネット１の導電率を測定することができる。

【００１８】浮遊電流試験回路２０は以下のように動作
する。プローブ１５１および１５２は、それぞれネット
１に沿った異なる位置でネット１と物理的に接触する。
浮遊電流源１２１は定電流源となる。浮遊電流源１２１
はネット１のプローブ１５１と１５２の間で電流を誘起
して、増幅器１２２の２つの入力端子間に電圧を発生さ
せる。ネット１の抵抗が低く、ネット１中で電流が誘起
されると、（オームの法則に従って）増幅器１２２の入
力端子間に小さな電圧が生じる。したがって、増幅器１
２２の出力端子に比較的小さな信号が現われる。同様
に、ネット１の抵抗が高い場合は、ネット１中で誘起さ
れた電流は、（オームの法則に従って）増幅器１２２の
入力端子間に比較的大きな電圧を発生させる。したがっ
て、増幅器１２２の出力信号を読み取ることにより、ネ
ット１の導電率を決定することができる。

【００１９】直流試験回路３０は、直流電圧源１０１、
抵抗素子１４１、試験プローブ１５２および電流−電圧
変換器１２３を備える。抵抗素子１４１の一端は直流電
圧源１０１に接続される。抵抗素子１４１の他端はＵＵ
Ｔ１００内の１つまたは複数の共通面に接続される。
Ｒ₁は内部抵抗であり、ネット１と選択された任意の共
通面との間の電流経路を表わす。したがって、ネット１
とＵＵＴ１００内の電力面または接地面との間に望ま
しくない短絡がある場合は、Ｒ₁の値は非常に低く（例
えば、０オームに近く）なる。また、ネット１とＵＵＴ
１００内の電力面または接地面との間に望ましくない
短絡がない（すなわち、導電性がない）場合は、Ｒ₁の
値は非常に高く（例えば、無限大に近く）なる。短絡が
存在すると仮定すると、電流は直流電圧源１０１から抵
抗素子１４１を通り、電力面および接地面を経て、Ｒ₁
および試験プローブ１５２を介して電流−電圧変換器１
２３に流入する。電流−電圧変換器１２３は広帯域増幅
器である。Ｒ₁の抵抗が低い場合は、比較的大きな電流
がＲ₁中で誘起され、電流−電圧変換起１２３の出力端
子に比較的大きな電圧が生じる。また、Ｒ₁の抵抗が高
い場合は、比較的小さな電流がＲ₁中で誘起され、電流
−電圧変換器１２３の出力端子に比較的小さな電圧が生
じる。したがって、電流−電圧変換器１２３の出力信号
の直流成分はＲ₁の抵抗に反比例する。こうして、電流
−電圧変換器１２３によって発生される出力信号のレベ
ルが、ネット１と電力面または接地面との間の短絡の有
無を示す。

【００２０】交流試験回路４０は、交流電圧源１０２、
容量素子１４２、プローブ１５２、電流−電圧変換器１
２３、結合コンデンサ１５３、信号基準発生器１０３、
位相感知性検出器１１１、１１３および９０度移相回路
１１２を備える。図では、内部抵抗Ｒ₁および内部容量
Ｃ₁がネット１と複数の電力面および接地面の間に接続
されている。内部容量Ｃ₂は、ネット２と複数の電力面
および接地面の間に結合されている。内部抵抗Ｒ₁₂およ
び内部容量Ｃ₁₂は、ネット２とネット１の間に接続され
ている。

【００２１】容量Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₁₂は、それぞれネット１
と複数の共通面の間の容量、ネット２と複数の共通面の
間の容量、およびネット１とネット２の間の容量を示
す。さらに広義には、Ｃ₁は容量性電流の主成分、すな
わち、ネット１と複数の共通面の間の直接容量を表わ
す。Ｃ₂およびＣ₁₂は、容量性電流の他の成分、すなわ
ち複数の共通面とその他のネットの間の容量およびネッ
ト間の容量を表わす。

【００２２】プローブ１５２は、仮想接地レシーバであ
る電流−電圧変換器１２３に接続される。電流−電圧変
換器１２３は試験中のネットから電流を引き出す。した
がって、試験中のネットはほぼ接地電位である。レシー
バは仮想接地にあるので、電流−電圧変換器１２３の入
力における接地に対する余分な容量は、試験回路１０の
動作に非常にわずかな影響しか及ぼさない。容量測定を
妨げることなく、浮遊電流源１２１等の浮遊回路をレシ
ーバ回路の入力に追加することができる。浮遊電流試験
回路２０を使って、開（オープン）ネットを検出するこ
とができる。開ネットが検出された場合、ネットの各端
部と共通面の間の容量を測定すると、開路が生じた可能
性がある場所を判定する助けになる。この試験モードを
実行する際、交流試験回路４０をプローブ１５１からプ
ローブ１５２に切り換えて、両方の容量を測定すること
ができる。そのような切換えに付随する遅延は、基板の
各ネットの試験サイクル中ではなく開ネットの小さな部
分でのみ生じるので、試験回路の性能全体に非常にわず
かな影響しか及ぼさない。

【００２３】交流試験回路４０は次のように動作する。
分析用電流が交流電圧源１０２から流れ、４つの経路が
あり得る。

【００２４】第１の経路では、電流はコンデンサＣ₁を
通ってネット１および電流−電圧変換器１２３に流入
し、結合コンデンサ１５３を経て位相感知性検出器１１
３、１１１に流入する。位相感知性検出器１１１、１１
３はこの受信信号を、基準信号発生器１０３から受け取
った信号に対してそれぞれ同位相および直交位相である
信号と比較する。この直交信号は、基準回路から供給さ
れた交流位相基準信号を９０度移相回路１１２を経て位
相感知性検出器１１３に送ることによって得られる。位
相感知性検出器１１３の出力信号はＣ₁の容量に比例す
る。

【００２５】第２の経路では、電流は交流電圧源１０２
からコンデンサＣ₂およびＣ₁₂を経て電流−電圧変換器
１２３に達する。したがって、Ｃ₂およびＣ₁₂は（それ
らが存在する場合）電流−電圧変換器１２３からの出力
信号の強度を増大させる。

【００２６】第３の経路では、電流は交流電圧源１０２
からＲ₁および電流−電圧変換器１２３を経て位相感知
性検出器１１１に流入する。

【００２７】第４の経路では、電流は交流電圧源１０２
からＣ₂、Ｒ₁₂および電流−電圧変換器１２３を経て流
れる。電流−電圧変換器１２３の出力は位相感知性検出
器１１１によって検出される。

【００２８】前述のように、共通面からネット１への抵
抗がＲ₁のみの関数となる可能性がある。あるいは、共
通面からネット１への抵抗がＲ₁およびＲ₁₂の関数であ
る可能性もある。位相感知性検出器１１１の出力は単に
共通面とネット１の間の全抵抗を示すだけなので、この
出力だけを見て、漏洩電流がＲ₁によって生じるのか、
それともＲ₁とＲ₁₂の組合せによるのかを示すことは不
可能である。この問題は、位相感知性検出器１１１の出
力信号を電流−電圧変換器１２３の直流出力信号と比較
することにより、緩和することができる。これら２つの
信号が同じであれば、Ｒ₁のみが存在する。これら２つ
の信号が異なる場合は、漏洩電流はＲ₁とＲ₁₂の組合せ
によって生じる。

【００２９】ネット２とネット１の間の抵抗漏洩値（Ｒ
₁₂）、および共通面に対するネット２の容量（Ｃ₂）を
解くため、それぞれ異なる２つの周波数ｗ₁およびｗ₂で
プローブ１５２から２つの信号を得る。プローブからの
２つの信号を使い、かつ２つの周波数ｗ₁およびｗ₂を知
ることにより、システムの挙動が式（１）および（２）
で記述される。

【数８】上式で、ｗはｗ₁またはｗ₂に等しく、ｉ₀、ｖ₁、ｖ
₂は、図４に示した電流および電圧に対応する。

【００３０】本発明者等は、これらの式を解き整理する
と、２つの未知数Ｒ₁₂およびＣ₂が計算できると判断し
た。したがって、Ｃ₂よりもはるかに小さいＣ₁₂につい
て、本発明者等は次式を定義した。

【数９】Ａ₃は次の関係式から決定される。Ａ₃＝位相感知性検出器１１１の出力信号−１／Ｒ₁（ｗ
₁で採取）あるいは、Ａ₃は次の関係式から決定される。ただし、
周波数ｗはｗ₁で取る。

【数１０】Ａ₄は次の関係式から決定される。Ａ₄＝位相感知性検出器１１１の出力信号−１／Ｒ₁（ｗ
₂で採取）あるいは、Ａ₄は次式によって決定される。ただし、周
波数ｗはｗ₂で取る。

【数１１】

【００３１】これらの値を得るには、抵抗器１４３（電
流−電圧変換器１２３のフィードバック抵抗器）の抵抗
は１Ｋオームと１メガオームの間であることが望まし
く、直流電圧源１０１および交流電圧源１０２からの電
流は１／１０マイクロアンペアと１００マイクロアンペ
アの間であることが望ましく、直流電圧源１０１および
交流電圧源１０２からの電圧は１ボルトと２００ボルト
の間であることが望ましい。本発明の例示的実施例で
は、表１に示すように、以下のパラメータを使用する。表１項目パラメータ抵抗器１４１１キロオームコンデンサ１４２１マイクロファラッド抵抗器１４３１メガオーム直流電圧源１０１１０ボルト電源交流電圧源１０２１０ボルト電源

【００３２】ネット−接地間およびネット−ネット間の
漏洩経路の抵抗および容量は、次式を使って決定するこ
とができる。

【数１２】これらの式では以下を仮定している。

【数１３】さらに、ｋは非常に小さな数であるが、次式から決定す
ることができる。

【数１４】

【００３３】ただし、上で与えられた式を使用するため
に、周知の容量測定技法に従って、既知の良好な回路板
上でＣ₁₂およびＣ₂を実験的に測定することによりｋを
決定する。

【００３４】Ｂ₁はｗ₁における位相感知性検出器１１３
の出力信号に比例する。

【００３５】ネット１とネット２が互いに短絡される特
殊な場合には、１つの周波数で得た測定値からＣ₂を推
定することができる。それが可能なのは、互いに短絡し
たネット１とネット２ではＲ₁₂が非常に低いからであ
る。したがって、そのような場合には、Ｃ₁₂は迂回され
る。Ｃ₁を統計的に決定することにより、位相感知性検
出器１１３の出力信号からＣ₂の値を導き出すことがで
きる。

【００３６】さらに、Ｒ₁は次式を使って決定すること
ができる。

【数１５】ただし、Ｖ₁₂₃は電流−電圧変換器１２３の直流出力電
圧であり、ｋ_Rは、電流−電圧変換器１２３の利得と流
電圧源１０１の出力電圧から決定される比例定数であ
る。

【００３７】未実装の回路板の試験で考慮すべきもう１
つの問題は、複雑な基板での容量試験に関するものであ
る。未実装基板での容量性短絡を判定するための一般的
な方法は、１回の容量測定を行うもので、この容量測定
は１つの外部基準面、または１つまたは複数の内部基準
面（全て共通信号によって並列に駆動される）のいずれ
かに関係するネットについて行われる。この結果、ネッ
トと全ての内部基準面の間の全容量を示す１つの容量値
が得られる。しかし、この方法は複雑な基板には適さな
い。複雑な基板には、何十もの異なる配線面および電気
的に独立した４組以上の共通面がある場合がある。例え
ば、通常使用されるある多層セラミック基板は数十もの
基準面を備え、これらの基準面が内部的または外部的あ
るいはその両方で接続されて、３つの異なる動作電位お
よび１つの基準電位（例えば、接地）を表す異なる４組
の面を形成する。

【００３８】本発明の代替実施例では、異なる面グルー
プをわずかに異なる周波数（例えば、１８ｋＨｚ、１９
ｋＨｚ、２０ｋＨｚおよび２１ｋＨｚ）で同時に駆動す
ることにより、試験中のネットと各組の面の間の個々の
容量を同時に測定することができる。この測定方式は、
改善された欠陥検出、欠陥分離、およびプロセスの監視
と制御に使用可能な、試験中のネットに関する有用なデ
ータをもたらす。

【００３９】上述の方法は、適切な駆動電流を使って様
々な面を独立の信号で駆動することができるので、完全
に実現可能である。例えば、比誘電率が５のセラミック
製の０．１ｍｍだけ離れた２組の２００ｍｍ角電圧面を
仮定すると、それぞれ交互層スタック状の１０個の面か
らなる２組の間の容量は約０．３５μＦである。差周波
数が１ｋＨｚのとき、これらの面の組の間の容量性イン
ピーダンスは４５０オームを超える。２組の面がそれぞ
れ当該の周波数で、振幅が１０ボルトの当該電圧源によ
って駆動される場合、各電圧源の間を循環するピーク電
流は５０ｍＡよりも小さい。そのような電流および結合
インピーダンスは、完全にプローブ接点およびドライバ
の許容差の範囲内にある。したがって、電圧面のそれぞ
れの組をわずかに異なる周波数で駆動することは完全に
実現可能であり、有用である。

【００４０】アナログまたはディジタルあるいはその両
方の信号処理を用いると、近接周波数で大きな「雑音」
電流が存在する可能性があるにもかかわらず、各周波数
での容量性電流を測定することが可能である。本発明の
例示的実施例では、各駆動周波数でその１つまたは２つ
が動作する数個の位相感知性検出器（ＰＳＤ）を使っ
て、プローブ・リードの１つに接続された１つの電流−
電圧変換器の出力信号を同時に監視する。同相成分と位
相外れ成分の両方が必要なので、各周波数で２つのＰＳ
Ｄを用いることが好ましい。

【００４１】特定の基準周波数で動作するＰＳＤは、所
期の周波数における入力振幅に比例した直流出力、所期
の周波数の差周波数における重畳交流信号、および任意
の外部信号を発生する。したがって、追加のハードウェ
アなしにＰＳＤを使用するのは、所期の応用例には不十
分な場合がある。所期の周波数を任意の近接周波数から
識別するために通常使用される方法は、ＰＳＤの出力を
低域フィルタに結合することである。しかし、低域フィ
ルタを使用するだけでは、迅速な（例えば、１ミリ秒）
測定および処理時間をもたらすと同時に、約１ｋＨｚの
差周波数を拒絶することは困難である。別の方法は、濾
波すべき外部「雑音」周波数が予めわかっており、かつ
実際に共通クロックによってＰＳＤ「基準」周波数およ
びその他の駆動周波数と正確に同期させることができる
ことを利用するものである。したがって、ＰＳＤの出力
を差周波数の１周期にわたって正確に平均して、その周
波数の影響を除去することができる。

【００４２】面に対する複数の駆動周波数を、それらの
間の増分が等しくなるように選んだ場合、可能な差周波
数は全て基本周波数差または最小周波数差の高調波とな
る。例えば、１８、１９、２０、２１ｋＨｚの周波数の
場合、任意の１つの特定ＰＳＤ出力を１ミリ秒にわたっ
て平均するだけで、他の全ての信号の寄与を全て打ち消
すことができる。この平均化は、１ミリ秒オン・タイム
のゲート制御された積分回路によりアナログ方式で実行
することができる。この平均化はまた、差周波数よりも
はるかに高い周波数でＰＳＤ出力を連続的に抽出し、最
小差周波数の正確に１つの周期にわたって適当な数のサ
ンプルの移動平均を行うことにより、ディジタル方式で
実行することもできる。

【００４３】このようにすると、重畳交流信号および任
意の外部信号が平均されて０の値になる。したがって、
残りの信号は所期の周波数における入力振幅のみに比例
する。

【００４４】図５に示すような本発明の例示的実施例で
は、駆動信号を発生するために使用されるのと同じクロ
ック信号を使って、出力信号を１００ｋＨｚでサンプル
することができる。このとき、１００個のサンプルの移
動平均は、監視される特定のＰＳＤの周波数および位相
における振幅の非常に正確な尺度をもたらし、他の周波
数で生じる潜在的に大きな信号による信号汚染は非常に
少ない。

【００４５】図５に示すように、それぞれ異なる周波数
（例えば、１７ｋＨｚ、１８ｋＨｚ等）で交流電圧を供
給する複数の交流電圧源２０２ａ〜２０２ｘが、それぞ
れ複数の共通面２００ａ〜２００ｘに接続されている。
各交流電圧源２０２ａ〜２０２ｘはまた、それぞれ複数
の位相基準発生器２０３ａ〜２０３ｘに接続されてい
る。各位相基準発生器２０３ａ〜２０３ｘは、それぞれ
当該の交流電圧源２０２ａ〜２０２ｘから受け取った入
力信号に基づいて、当該の同相位相基準信号を発生す
る。図３の電流−電圧変換器１２３と同じ電流−電圧変
換器２２３の出力信号は、位相感知性検出器２１１ａ〜
２１１ｘおよび２１３ａ〜２１３ｘに接続される。位相
感知性検出器２１１ａ〜２１１ｘは、電流−電圧変換器
２２３の出力を、基準信号発生器２０３ａ〜２０３ｘの
当該の同相出力信号と同位相の信号と比較する。位相基
準発生器２０３ａ〜２０３ｘの当該出力端子を９０度位
相回路２１２ａ〜２１２ｘを介して位相感知性検出器２
１３ａ〜２１３ｘの当該の入力端子に接続することによ
り、電流−電圧変換器２２３の出力が、基準信号発生器
２０３ａ〜２０３ｘから受け取った当該の信号に対して
位相が直角である複数の信号と比較される。各位相感知
性検出器の出力端子は次に前述のようにそれぞれ当該の
平均化回路（２８０ａ〜２８０ｘ、２８１ａ〜２８１
ｘ）に接続される。濾波された各出力は、図３の電流−
電圧変換器１２３の出力信号に類似している。

【００４６】したがって、この信号処理手法を使用する
と、個々の基準面または面のグループの容量に対する寄
与を短い測定時間で同時にかつ正確に測定することが可
能となる。

【００４７】上述の独立した容量測定は、いくつかの理
由で基板の開路−短絡試験にとって有用である。

【００４８】第１に、この手法は、長いネットがはるか
に短いネットに短絡したことを検出する試験回路の能力
を向上させる。１つの全容量値のみが測定される場合
は、長いネットでの許容可能な統計的変動よりも容量が
小さいネットに短絡した長いネットを検出することは不
可能である。例えば、３ｐＦのネットに短絡した３０ｐ
Ｆネットは、３ｐＦネットを測定するときに検出され
る。しかし、システム許容差が１０パーセントよりも大
きい場合は、３０ｐＦネットを測定する際に、３ｐＦネ
ットへの短絡が検出されないことがある。１つの全容量
のみを測定する場合は、短い方のネットを候補ネットの
長いリストと照合して試験することが望ましいので、欠
陥を分離することは困難である。それとは対照的に、欠
陥が２度検出される場合は、得られた容量読取り値を、
発見された欠陥の比較的短いリストから得られた同様な
容量読取り値と比較することにより、欠陥を分離するこ
とが可能である。

【００４９】前の例に戻って、独立したネット面間の容
量を使用する場合、３０ｐＦネットは４つの異なる容量
値を有することができ、これらの容量値は名目上合計３
０ｐＦになる。通常の基板では、短いネットの大部分が
ある基板表面の近くの基板層とは別の基板層中で、多数
の長いネットが長い距離にわたって延びている可能性が
ある。したがって、３０ｐＦネットは、短いネットが最
も接近している面に対する容量がかなり減少する可能性
がある。長いネットに対する４つの測定値が１０ｐＦ、
５ｐＦ、１５ｐＦ、０ｐＦであることが望ましく、かつ
短いネットに対する容量が３ｐＦ、０ｐＦ、０ｐＦ、０
ｐＦであることが望ましいと仮定すると、短いネットに
短絡した長いネットでの測定値は１３ｐＦ、５ｐＦ、１
５ｐＦ、０ｐＦである。この情報により、所与の一組の
面に関する測定された容量を、予想される容量値と個々
に比較することにより、短絡を検出することができる。
上記の例では、３０ｐＦネットはこのとき、容量「ベク
トル」の第１の「成分」における３０ｐＦネットの予測
値に対して３０％の増加を示す。したがって、プロセス
変動が３０％未満であれば、３ｐＦネットは検出可能で
ある。

【００５０】上述の独立した容量測定の第２の利点は、
単一の「スカラー」測定ではなく各ネットに対する固有
「ベクトル」が与えられるので、欠陥分離が大いに単純
化されることである。したがって、短絡したネットを、
多次元測定空間内のネット間の「距離」の順に、他のネ
ットと対比して試験することが可能である。例えば、３
０ｐＦネットが別の３０ｐＦネットに短絡し、この２つ
のうち一方のネット（以下、「試験ネット」と称する）
からの測定値が１０ｐＦ、１０ｐＦ、３０ｐＦ、１０ｐ
Ｆを示す場合は、残りのネットを、測定空間内でのこの
点への「距離」によって分類することができる。したが
って、固有ベクトルが例えば３０ｐＦ、２０ｐＦ、１０
ｐＦ、０ｐＦである他の６０ｐＦ（合計）ネットに対し
て試験ネットを試験するのに時間がかからない。計算の
複雑さと多分、測定誤差に関連する統計的推論に応じ
て、「距離」を上述のように定義するために異なる多く
の数学的ノルムを使用することができる。「距離」（ま
たは任意の２つの測定ベクトル間のベクトル差の長さ）
の例示的定義には、個々の成分の最大誤差、成分の絶対
値の和、ベクトルのそれ自体との点乗積（二乗和）、お
よびユークリッド距離（二乗和の平方根）が含まれる。

【００５１】より厳格な許容差を有することがわかって
いる面からのデータにより大きな重みが付けられるよう
に、距離をスケーリングすることもできる。このように
すると、例えば、ポリイミド回路板中の面をセラミック
回路板の面から独立して駆動することができる場合、一
方のシステムの大きな許容差が、必ずしも他方のシステ
ムの欠陥検出機能を損なわない可能性がある。

【００５２】この方法のもう１つの利点は、ネットから
基準面の様々な組への漏洩を個別に測定できることであ
る。この情報を使って漏洩欠陥の位置を面の特定の組に
特定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】未実装の高密度回路板の斜視図である。

【図２】試験回路の基本的システム構成を示すブロック
・ダイヤグラムである。

【図３】図２に示す試験回路の動作を記述するのに有用
な、一部概略図の形で示したブロック・ダイヤグラムで
ある。

【図４】図３に示す試験回路の概略図である。

【図５】本発明のもう１つの実施例の詳細な図面を示
す、一部概略図の形で示したブロック・ダイヤグラムで
ある。

【符号の説明】

１ネットワーク２ネットワーク４電力面５回路板６接地面１０試験回路２０浮遊電流試験回路３０直流試験回路４０交流試験回路１００試験ユニット１０１直流電圧源１０２交流電圧源１１４コンピュータ・システム１２３電流−電圧変換器１５１プローブ１５２プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ハンティントン・ウッドマン・カーティスアメリカ合衆国12512、ニューヨーク州チェルシー、ボックス218 (72)発明者アーサー・ユージン・フォールズアメリカ合衆国06804、コネティカット州ブルックフィールド、アレクサンダー・ドライブ 15 (72)発明者アーノルド・ハルペリンアメリカ合衆国10566、ニューヨーク州ピークスキル、ファニス・ブルック・ロード 14 (72)発明者ジョン・ピーター・カリディスアメリカ合衆国10562、ニューヨーク州オスィニング、アンダーヒル・ロード 69 (72)発明者ジョン・ダコスタ・マッケイアメリカ合衆国04074、メイン州スカーバラ、コーチ・ランターン・レーン・ウエスト 46 (72)発明者ダニー・チャン＝ヨン・ウオンアメリカ合衆国07456、ニュージャージー州リングウッド、フィールドストーン・ドライブ 84 (72)発明者カ＝チウ・ウーアメリカ合衆国12533、ニューヨーク州ホープウェル・ジャンクション、ルート 82 1040 (72)発明者リ＝チェン・ツァイアメリカ合衆国10591、ニューヨーク州タリータウン、ネパラン・ロードナンバー２ 76 (56)参考文献特開昭60−111973（ＪＰ，Ａ) 特開平１−185452（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のネットワークと、第２のネットワー
クと、電力面と接地面のどちらかである少なくとも１つ
の共通面とを備えた、複数の電子部品を実装し相互接続
するために使用される回路板中の、抵抗漏洩および容量
の少なくとも一方を測定する方法において、ａ）第１および第２の周波数で、交流信号を上記１つの
共通面に印加するステップと、ｂ）第１および第２の周波数で、上記第１のネットワー
クから得られた試験信号を、上記交流信号から得られた
第１の基準信号と比較して、それぞれの大きさを有する
第１および第２の比較信号を発生するステップと、ｃ）第１および第２の比較信号の数学的関数に従って、
回路板の漏洩抵抗および容量のうちの少なくとも一方を
測定するステップとを含む方法。
【請求項２】上記の漏洩抵抗および容量が、上記第１の
比較信号と第２の比較信号の相対的比率から決定される
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】上記数学的関数が【数１】であり、Ｒ₁₂は上記第１のネットワークと上記第２のネ
ットワークの間の漏洩抵抗、ｗ₁は上記第１の周波数、
ｗ₂は上記第２の周波数、Ａ₃は、上記第１の比較信号の
大きさから上記第１のネットワークと上記１つの共通面
との間の漏洩抵抗分の１の量を引いた差に対応する第１
の数値、Ａ₄は、上記第２の比較信号の大きさから上記
第１のネットワークと上記１つの共通面との間の漏洩抵
抗分の１の量を引いた差に対応する第２の数値であるこ
とを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】上記数学的関数が【数２】であり、Ｃ₂は上記第２のネットワークと上記共通面の
間の容量、ｗ₁は上記第１の周波数、ｗ₂は上記第２の周
波数、Ａ₃は上記第１の比較信号の大きさから上記第１
のネットワークと上記１つの共通面との間の漏洩抵抗分
の１の量を引いた差に対応する第１の数値、Ａ₄は上記
第２の比較信号の大きさから上記第１のネットワークと
上記１つの共通面との間の漏洩抵抗分の１の量を引いた
差に対応する第２の数値であることを特徴とする、請求
項２に記載の方法。
【請求項５】第１のネットワークと、第２のネットワー
クと、電力面と接地面のどちらかである少なくとも１つ
の共通面とを備えた、複数の電子部品を実装し相互接続
するために使用される回路板の、抵抗漏洩および容量の
少なくとも一方を決定するための装置において、複数の周波数で、上記共通面と基準電位源の間に交流電
圧信号を印加するための電圧源手段と、上記第１のネットワークと上記基準電位源の間の電流を
測定し、上記電流を表す試験信号を発生する手段と、上記複数の周波数のそれぞれで、上記交流電圧信号と同
じ位相を有する基準信号を上記試験信号と比較する手段
と、上記比較に基づいて上記回路板中の漏洩抵抗および容量
の少なくとも一方を決定する手段とを備える装置。
【請求項６】第１のネットワークと、第２のネットワー
クと、電力面と接地面のどちらかである少なくとも１つ
の共通面とを備えた、複数の電子部品を実装し相互接続
するために使用される回路板の、抵抗漏洩および容量の
少なくとも一方を測定するための装置において、上記共通面に接続された出力端子を備えた、第１の周波
数で第１の交流信号を供給し、第２の周波数で第２の交
流信号を供給するための交流源手段と、出力端子と、上記第１のネットワークに接続された入力
端子とを有する電流−電圧変換器と、上記交流源手段の上記出力端子に接続された第１の入力
端子と、上記電流−電圧変換器の出力端子に接続された
第２の入力端子とを備えた、上記電流−電圧変換器の出
力信号と上記第１の交流信号を比較してある大きさの第
１の比較信号を発生し、上記電流−電圧変換器の出力信
号と上記第２の交流信号を比較してある大きさの第２の
比較信号を発生する第１の比較手段と、上記交流源手段の上記出力端子および上記電流−電圧変
換器の出力端子に接続され、上記電流−電圧変換器の出
力信号を上記第１の交流信号および上記第２の交流信号
のどちらか一方の直角位相と比較して、上記比較の結果
を表すある大きさの第３の比較信号を発生する第２の比
較手段と、上記第１および第２の比較信号の大きさの数学的関数に
従って、上記回路板の抵抗漏洩および容量の少なくとも
一方を決定する手段とを備える装置。
【請求項７】上記数学的関数が上記第１の比較信号と第
２の比較信号の相対的比率に基づくことを特徴とする、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】上記数学的関数が【数３】であり、Ｒ₁₂は上記第１のネットワークと上記第２のネ
ットワークの間の漏洩抵抗、ｗ₁は上記第１の周波数、
ｗ₂は上記第２の周波数、Ａ₃は上記第１の比較信号の大
きさから上記第１のネットワークと上記１つの共通面と
の間の漏洩抵抗分の１の量を引いた差に対応する第１の
数値、Ａ₄は上記第２の比較信号の大きさから上記第１
のネットワークと上記１つの共通面との間の漏洩抵抗分
の１の量を引いた差に対応する第２の数値であることを
特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】上記数学的関数が、【数４】であり、Ｃ₂は上記第２のネットワークと上記共通面の
間の容量、ｗ₁は上記第１の周波数、ｗ₂は上記第２の周
波数、Ａ₃は上記第１の比較信号の大きさから上記第１
のネットワークと上記１つの共通面との間の漏洩抵抗分
の１の量を引いた差に対応する第１の数値、Ａ₄は上記
第２の比較信号の大きさから上記第１のネットワークと
上記１つの共通面との間の漏洩抵抗分の１の量を引いた
差に対応する第２の数値であることを特徴とする、請求
項７に記載の装置。
【請求項１０】さらに、上記第３の信号の大きさに基づ
いて上記第１のネットワークと上記１つの共通面の間の
容量を決定する手段を備えることを特徴とする、請求項
６に記載の装置。
【請求項１１】第１のネットワークと、第２のネットワ
ークと、電力面と接地面のどちらかである少なくとも１
つの共通面とを備えた、複数の電子部品を実装し相互接
続するために使用される回路板の、漏洩抵抗を測定する
装置において、上記共通面に接続された、基準電位源と上記共通面の間
に直流信号を印加し、上記直流信号から得られる第１の
電流を表す第１の信号を発生させる直流電圧源手段と、上記共通面に接続され上記基準電位源と上記第２のネッ
トワークの間および上記第２のネットワークと上記第１
のネットワークの間に交流信号を印加し、上記交流信号
から得られる第２の電流を表す第２の信号を発生させる
ための交流電圧源手段と、上記第１のネットワークに接続され、上記第１の信号お
よび上記第２の信号を受け取り、上記共通面の少なくと
も１つと上記第１のネットワークの間および上記第１の
ネットワークと上記第２のネットワークの間の抵抗漏洩
を示すそれぞれの大きさの複数の信号をそれぞれ上記複
数の信号の大きさの数学的関数に基づいて供給する手段
とを含む装置。
【請求項１２】上記数学的関数が上記複数の信号のうち
の選択された信号の相対的比率に基づくことを特徴とす
る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】上記数学的関数が【数５】Ｖ₁₂₃＝Ｋ_R／Ｒ₁ であり、Ｒ₁は上記共通面と上記第１のネットワークの
間の漏洩抵抗、Ｖ₁₂₃は上記複数の信号の１つ、Ｋ_Rは所
定の値であることを特徴とする、請求項１２に記載の装
置。
【請求項１４】第１のネットワークと、電力面と接地面
のどちらかである少なくとも１つの共通面とを備えた、
複数の電子部品を実装し相互接続するために使用される
回路板中の、ネットワーク連続性、ネットワーク短絡状
態およびネットワーク容量を同時に決定するための装置
において、上記ネットワーク上の２つの位置の間に信号を印加する
ための浮遊電流源と、上記ネットワークに接続された、上記信号を受け取り、
上記２つの位置の間での上記ネットワークの連続性を示
す信号を供給する電圧検出増幅器と、上記共通面と基準電位源の間に交流信号を印加する交流
電圧源手段と、上記ネットワークと上記基準電位源の間で上記交流信号
から得られる第１の電流信号を測定し、ａ）上記共通面と上記ネットワークの間の抵抗漏洩を示
すある大きさの第１の出力信号を、上記第１の出力信号
の大きさの第１の数学的関数に基づいて供給し、ｂ）上記ネットワークと上記共通面の間の容量を示すあ
る大きさの第２の出力信号を、上記第１の出力信号の大
きさの第２の数学的関数に基づいて供給する手段とを備
える装置。
【請求項１５】上記第１の数学的関数が【数６】Ｓ₁＝Ｋ_R／Ｒ₁ であり、Ｒ₁は上記共通面と上記ネットワークの間の抵
抗漏洩、Ｓ₁は上記第１の出力信号、Ｋ_Rは所定値である
ことを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】上記第２の数学的関数が【数７】Ｓ₂＝Ｋ_CＣ₁ であり、Ｃ₁は上記共通面と上記ネットワークの間の容
量、Ｓ₂は上記第２の出力信号、Ｋ_Cは比例定数であるこ
とを特徴とする、請求項１４に記載の装置。