JP2900856B2 - プリント基板の信号波形測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプリント基板の信号
波形測定装置に関し、特に実装されているプリント基板
の内部信号を測定するプリント基板の信号波形測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプリント基板の信号波形測定装置
は、図８に示すように、プリント基板４１上に実装され
ている部品４２の端子４３あるいはプリント基板４１に
設けられたテストパッド４４に金属プローブ４５を接触
させて所定の信号源（不図示）から試験信号を印加し、
被測定信号を直接金属プローブ４５に導通させて信号波
形を測定している。

【０００３】また、金属プローブを用いないプリント基
板の従来の信号測定装置として、例えば特開平１−１１
９７７８号公報には電気光学媒体の層を該プリント基板
の導体支持表面に近接して配置し、試験回路に試験信号
を入力した結果のレスポンスとして導体に現われる電圧
の作用により入射光を分析するようにした装置が提案さ
れている。また、特開平３−１６７４９０号公報には、
プリント板に搭載された被測定対象に電気光学結晶を接
近もしくは接触させた後にレーザ光を走査し被測定対象
に発生する被測定電圧に応じて誘起される電気光学結晶
の複屈折性による偏光状態の変化に基づいて被測定対象
の動作を評価するようにした実装プリント板試験装置が
提案されている。

【０００４】すなわち、これらの電気光学素子を用いた
従来の装置では、下面に反射膜を備えた電気光学物体を
被測定部に接触あるいは近接させ、もしくはインターフ
ェース部材を介して接触あるいは近接させ、電気光学物
体に光を照射し、偏光変化を生じた反射光を検出するこ
とにより電気信号波形を測定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８に示す上記従来の
プリント基板の信号波形測定装置においては、プリント
基板の高密度化により、金属プローブ４５が接触される
端子は数１０μｍ程度と狭いため、金属プローブ４５を
端子又は配線に接触させること自体が極めて困難とな
り、接触を容易にするためプローブを細くする必要があ
り、これに伴い金属プローブの耐久性が劣化し寿命が短
くなるという問題がある。

【０００６】またＢＧＡ（Ball Grid Array；ボールグ
リッドアレイ）パッケージやＣＳＰ（chip size packag
e）パッケージ等の入出力信号の測定を行う場合、保護
膜が塗布された配線の信号が測定できないことから、プ
リント基板にテストパッドを設けることが必要とされ、
このため、プリント基板の実装面積が減少してしまうと
いう問題がある。

【０００７】一方、前述の金属プローブを用いない従来
の電気光学効果を利用した従来の装置では、電気光学物
体と光源が一体化していないため、各測定部間の高さの
ばらつきにより、測定部毎に焦点を合わすことが必要と
され、測定に時間がかかるという問題がある。

【０００８】また、例えばプリント基板の反り等により
照射する光が電気光学物体に対して垂直に入射されない
場合があり、反射光を充分良好に検出できないために信
号測定を精度良く行なうことができないという問題があ
る。

【０００９】従って、本発明は上記従来技術の問題点を
解消し、金属プローブでは測定できない保護膜塗布され
た配線の信号測定を可能とし、また反りの大きなプリン
ト基板や高さばらつきの大きな被測定部に対して高速か
つ高精度に信号測定を可能とするプリント基板の信号波
形測定装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、一側端面に反射膜を具備してなる電気光
学効果を有する部材からなる電気光学素子と、被測定信
号による電界を前記電気光学素子に誘導する金属ピン
と、前記電気光学素子へ入射させるレーザ光を出力する
レーザ光源と、前記電気光学効果を有する部材内を通過
し、更に前記反射膜で反射する行程において、位相変調
を受けた被変調レーザ光の位相変化量を光強度の変化量
に変換する光学手段と、前記光強度を電気信号に変換す
る変換手段と、前記変換手段の出力電気信号を増幅する
増幅手段と、を本体ハウジング内に収容してなることを
特徴とするプリント基板の信号波形測定装置を提供す
る。

【００１１】本発明においては、好ましくは、前記電気
光学素子と、前記金属ピンと、前記レーザ光源と、前記
光学手段と、前記変換手段と、前記増幅手段と、が本体
ハウジング内に一体に収容され、本体外部に前記透明導
電層に接続された接地用の端子を備えることを特徴とす
る。

【００１２】また、本発明においては、好ましくは、前
記金属ピンが内芯と該内芯を囲繞する外芯とを含み、前
記内芯と前記外芯との間に絶縁体が介挿され、前記内芯
の一側端と前記電気光学素子の前記反射膜とが接続され
たことを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明においては、好ましくは、
前記内芯の、前記電気光学素子の前記反射膜に接続され
る側と反対側の端部が略半球面型形状を有することを特
徴とする。

【００１４】そして、本発明においては、好ましくは、
前記接地用端子と、前記電気光学素子の前記透明導電層
および前記金属ピンの前記外芯とが電気的に接続された
ことを特徴とする。

【００１５】また、本発明においては、前記光強度を電
気信号に変換する変換手段が、２つのフォトダイオード
チップを含み、一方のフォトダイオードチップのＰ型拡
散層と他方のフォトダイオードチップのＮ型拡散層とを
接続し、前記Ｐ型拡散層と前記Ｎ型拡散層のいずれかを
外部リード端子に接続したことを特徴とする。

【００１６】上記構成になる本発明によれば、被測定部
からの電界を検出することにより信号波形を測定する構
成とされ、被測定配線からの電界が保護膜を通して電気
光学素子に誘起されるため、保護膜が塗布された配線の
信号を測定可能としている。また、電気光学素子と光学
系とが一体化して設けられているため、測定部毎に光の
焦点および光軸を調整することが不要とされ、高速に信
号測定を行なうことができる。

【００１７】そして、本発明によれば電気光学素子に接
続する透明導電層を接地電位としたことにより電気光学
結晶のポテンシャルを引き上げ、電界は横方向に漏れる
ことなく上端面方向に向かうようにされ検出感度を向上
している。

【００１８】また、本発明によれば、金属ピンは内芯と
絶縁膜と外芯の同軸型の２重構造とされ外芯を接地電位
に接続することにより、外来ノイズを効果的にシールド
することが可能とされ電界検出感度を向上させている。

【００１９】さらに、本発明によれば、光検出器である
２つのフォトダイオードを１つのパッケージ内に設け、
２つの光信号の差分を２つのフォトダイオードの接続点
から取り出すようにしたことにより、外部ノイズの影響
を受けることが回避され、信号の検出精度を高めてい
る。

【００２０】さらにまた、本発明によれば、電気光学素
子に被測定部の電界を誘導する金属ピンの内芯先端部を
略球面型形状としたことにより、被測定部に対して傾け
て接触した場合にも検出感度の低下を回避すると共に、
内芯の径を大とした場合にも被測定部に隣接する配線と
内芯先端部との接触を確実に回避することが可能とさ
れ、耐久性の向上を達成している。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して以下に説明する。

【００２２】

【実施形態１】図１は、本発明の一実施形態に係るプリ
ント基板の信号波形測定装置の全体の構成を示す図であ
る。

【００２３】図１において、１はレーザダイオード、２
はアイソレータ、３は偏光ビームスプリッタ、４は電気
光学素子（「Ｅ−Ｏ素子」ともいう）、５はλ／４板、
６はウォラストンプリズム、７は光検出器、８は金属ピ
ン、９は増幅器、１０は接地用端子、１１はコリメート
レンズ、１２は集光レンズ、１５はレーザダイオード駆
動回路（「ＬＤ駆動回路」という）、１６は信号波形表
示装置をそれぞれ示している。

【００２４】測定の際は、金属ピン８の先端を好ましく
は被測定部に接触させ、接地用端子１０は、不図示のプ
リント基板の接地（ＧＮＤ）部に接触させる。

【００２５】ＬＤ駆動回路１５によって駆動されたレー
ザダイオード１からレーザ光１９が出力され、コリメー
トレンズ１１で平行光にされた後アイソレータ２を通過
し、更に偏光ビームスプリッタ３を通過して、集光レン
ズ１２で集光されてＥ−Ｏ素子４に直線偏光で入射され
る。

【００２６】後述するように、被測定部から発生した電
界により屈折率変化を生じたＥ−Ｏ素子４によって偏光
面が変化したレーザ光は反射され、楕円偏光で再び偏光
ビームスプリッタ３に入射される。

【００２７】偏光ビームスプリッタ３で反射されたレー
ザ光は、λ／４板５を通過することにより、Ｅ−Ｏ素子
４への入射光の直線偏光方向に対して楕円偏光の実効的
な位相差分の角度だけ傾いた偏光面の直線偏光となり、
さらにウォラストンプリズム６を通過することにより直
交する２つの成分に分離される。

【００２８】ウォラストンプリズム６の出力光を、２つ
のフォトダイオードからなる光検出器７で受光し、その
２つの成分の光強度に対する電流の差を出力する。

【００２９】そして、増幅器９で光検出器７の出力電流
を電流−電圧変換して増幅し、オシロスコープ等の信号
波形表示装置１６でその結果を表示する。

【００３０】本実施形態においては、被測定部からの電
界を検出することにより信号波形を測定しているので、
配線からの電界が保護膜を通してＥ−Ｏ素子４に誘起さ
れるため、保護膜塗布された配線の信号を測定可能とし
ている。また、Ｅ−Ｏ素子４と光学系とが一体化して設
けられているので、測定部毎に光の焦点および光軸を調
整することが不要とされ高速に信号測定ができる。な
お、金属ピン８の先端を被測定部に所定距離離間した非
接触の状態で電界を測定することもＥ−Ｏ素子４の検出
可能範囲内において可能である。

【００３１】次に、図１に示した本実施形態における、
Ｅ−Ｏ素子４および金属ピン８について詳しく説明す
る。

【００３２】図２は、本実施形態におけるＥ−Ｏ素子お
よび金属ピンの構成の一例を説明するために断面を模式
的に示した図である。

【００３３】Ｅ−Ｏ素子は、ＬｉＮｂＯ₃、ＫＤＰ、Ｇ
ａＡｓ等の結晶やＤＡＮＤ、ＤＲｌ等の色素を混入した
ポールドポリマーから成る電気光学物体２１の上面に、
インジュウム、錫、酸化物から成るＩＴＯ膜である透明
導電層２２、下面にＡｌ、Ａｇ等の金属や誘電体多層膜
から成る反射膜２３が蒸着されている。

【００３４】金属ピンは、円筒形の金属製の内芯２５の
周りを絶縁体２７で囲み、さらにその周りを金属製の外
芯２６で囲んだ構造とされ、内芯２５と外芯２６は互い
に完全に絶縁されている。

【００３５】Ｅ−Ｏ素子は、反射膜２３と内芯２５を接
着することにより金属ピンと接続されており、透明導電
層２２はボンディング等によりワイヤー２４で外芯２６
に接続されている。

【００３６】また、接地用端子１０は金属ピンの外芯２
６に接続されている。

【００３７】金属ピンの内芯２５が被測定部に接触また
は近接されると、被測定部から発生するフリンジ電界が
内芯２５を通過して電気光学物体２１内に注がれる。

【００３８】この時、接地用端子１０はプリント基板の
所定のＧＮＤ部に接触されているので、透明導電層２２
はＧＮＤ（接地）レベルになっているため、電気光学物
体２１内の電界は横方向に漏れることなく、上面方向に
向かう。

【００３９】また、金属ピンの外芯２６もＧＮＤレベル
になっているため、隣接信号からの電界の影響を内芯２
５に与えないようになっている。

【００４０】次に、光検出器７について詳しく説明す
る。図３に、本実施形態における、２つのフォトダイオ
ードからなる光検出器７の構成（光信号の入射端面側か
らみたフォトダイオードの配置）を模式的に示す。

【００４１】図３を参照して、光検出器７は、１つのパ
ッケージ３４内に２個のフォトダイオードチップ３１、
３１′が実装されてなり、一のフォトダイオードチップ
３１のＰ型拡散層は外部リード端子３３にボンディング
ワイヤー３２を介して接続され、該一のフォトダイオー
ドチップ３１のＮ型拡散層はボンディングワイヤー３
２″′を介して他のフォトダイオードチップ３１′のＰ
型拡散層に接続され、他のフォトダイオードチップ３
１′のＰ型拡散層はボンディングワイヤー３２′を介し
て外部リード端子３３′に、そのＮ型拡散層はボンディ
ングワイヤー３２″を介して外部リード端子３３″に接
続されている。

【００４２】図４は、図３に示した光検出器７の構成を
回路図（等価回路）で示している。図４を参照して、電
源間に直列形態に接続された２個のフォトダイオードチ
ップ３１、３１′の電気信号の差を２個のフォトダイオ
ードチップ３１、３１′の接続点に接続された出力端子
（図３の外部リード端子３３′に対応）から出力するよ
うに構成されている。

【００４３】２個のフォトダイオードを用いて外部リー
ド端子および配線等によって減算する場合に比べ、本実
施形態においては、１つのパッケージ内でボンディング
ワイヤーにより減算しているため、その過程での外部ノ
イズの影響を受けるということが回避され、より正確な
測定を可能としている。

【００４４】

【実施形態２】図５は、本発明の第２の実施形態に係る
プリント基板の信号波形測定装置の構成を説明するため
の図であり、本発明の第２の実施形態におけるＥ−Ｏ素
子および金属ピンの構成を説明するために断面を模式的
に示した図である。

【００４５】図５を参照して、本実施形態が、図２に示
す前記第１の実施形態と相違する点は、金属ピンの内芯
２５′の先端部３０（反射膜２３と接続する側と反対側
の端部）が略球面型形状（半球面型）とされている点で
ある。その他の構成は前記第１の実施形態と同様である
ため同一部分の説明は省略する。

【００４６】図６及び図７は、本実施形態と前記第１の
実施形態との測定の際の様子を模式的に説明するための
図である。

【００４７】図６（Ａ）に示すように、金属ピンの内芯
２５の端部が平板型の前記第１の実施形態の金属ピン８
においては、被測定対象の配線（保護膜５１で覆われて
いる配線５２）に対して傾けて接触させると、垂直に配
置された場合と比較して、被測定部の電界の検出感度が
落ちるのに対して、図６（Ｂ）に示すように、本実施形
態においては、金属ピンを傾けた際にも垂直方向に配置
された場合と同程度の検出強度を得ることができる。

【００４８】本実施形態においては、金属ピン８の内芯
２５′の先端部３０の球面の径Ｒを大とした場合、内芯
２５′を傾けて保護膜５１に接触した場合にも保護膜
（レジスト）５１は多少可撓性を有するため接触面積は
極端に小さくなることはない。このため、検出感度は端
部が平面型の場合と比べ余り劣化しない。

【００４９】また、図７（Ａ）に示すように、金属ピン
の内芯２５の端部が平板型（平面型形状）の前記第１の
実施形態においては、内芯２５の径ｒ１は隣接する配線
６１′、６１″に接触しないような寸法（狭ピッチ化に
伴い小となる）に設定することが必要とされるが、本実
施形態においては、図７（Ｂ）に示すように、内芯２
５′の先端３０が半球面型とされるため、内芯２５′の
径ｒ２を前記第１の実施形態よりも大（ｒ２＞ｒ１）と
しても隣接する配線６１′、６１″に対して接触するこ
とは回避され、耐久性を向上することができる。

【００５０】なお、上記実施形態では金属ピンの構成と
して内芯と外芯はその断面が略円形の円柱状型として説
明したが、本発明は上記形態にのみ限定されるものでな
いことは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属プローブでは測定できない保護膜が塗布された配線
の信号測定を可能としているため、プリント基板上に測
定用のテストパッドを設ける必要がなく、実装面積の減
少を回避すると共に、電気光学素子と光源とを一体に形
成したことにより、反りの大きなプリント基板や高さの
ばらつきの大きな被測定部に対しても、高速かつ高精度
に信号測定できる効果を有する。

【００５２】また、本発明によれば、電気光学素子に被
測定部の電界を誘導する金属ピンの内芯先端部を略球面
型形状としたことにより、被測定部に対して傾けて接触
した場合にも検出感度の低下を回避することが可能とさ
れると共に、被測定部に隣接する配線に対する金属ピン
先端部の接触を確実に回避しながら金属ピン内芯径を大
とすることが可能とされ、耐久性を向上させるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプリント基板の信号
波形測定装置の全体の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態に係る、Ｅ−Ｏ素子および
金属ピンの構成を説明するために断面を模式的に示した
図である。

【図３】本発明の一実施形態（第１の実施形態）におけ
る、２つのフォトダイオードからなる光検出器の配置構
成を模式的に示す図である。

【図４】図３に示した本発明の一実施形態における、光
検出器の等価回路を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る、Ｅ−Ｏ素子お
よび金属ピンの構成を説明するために断面を模式的に示
した図である。

【図６】（Ａ）本発明の第１の実施形態に係る金属ピン
の内芯の被測定部との接触の様子を説明するために断面
を模式的に示した図である。 （Ｂ）本発明の第２の実施形態に係る金属ピンの内芯の
被測定部との接触の様子を説明するために断面を模式的
に示した図である。

【図７】（Ａ）本発明の第１の実施形態による測定時の
金属ピンの内芯の被測定配線と隣接配線との関係を説明
するために断面を模式的に示した図である。 （Ｂ）本発明の第２の実施形態による測定時の金属ピン
の内芯の被測定配線と隣接配線との関係を説明するため
に断面を模式的に示した図である。

【図８】従来のプリント基板の信号波形測定装置の構成
を説明するための図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード ２ アイソレータ ３ 偏光ビームスプリッタ ４ Ｅ−Ｏ素子 ５ λ／４板 ６ ウォラストンプリズム ７ フォトダイオード ８ 金属ピン ９ 増幅器 １０ 接地用端子 １１ コリメートレンズ １２ 集光レンズ １５ ＬＤ駆動回路 １６ 信号波形表示装置 ２１ 電気光学物体 ２２ 透明導電層 ２３ 反射膜 ２４ ワイヤー ２５ 内芯 ２６ 外芯 ２７ 絶縁体 ３０ 先端部 ３１ フォトダイオードチップ ３２ ボンディングワイヤー ３３ 外部リード端子 ４１ プリント基板 ４２ 部品 ４３ 端子 ４４ テストパッド ４５ 金属プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−29344（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−174826（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−83965（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−315965（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01R 15/24 G01R 31/302

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一側端面に反射膜を具備してなる電気光学
   効果を有する部材からなる電気光学素子と、 被測定信号による電界を前記電気光学素子に誘導する金
   属ピンと、 前記電気光学素子へ入射させるレーザ光を出力するレー
   ザ光源と、 前記電気光学効果を有する部材内を通過し、更に前記反
   射膜で反射する行程において、位相変調を受けた被変調
   レーザ光の位相変化量を光強度の変化量に変換する光学
   手段と、 前記光強度を電気信号に変換する変換手段と、 前記変換手段の出力電気信号を増幅する増幅手段と、を本体ハウジング内に収容してなる ことを特徴とするプ
   リント基板の信号波形測定装置。
2. 【請求項２】前記光電気強度を電気信号に変化する変換
   手段が、一つのパッケージ内に２つのフォトダイオード
   チップを実装し、一方のフォトダイオードチップのＰ型
   拡散層と他方のフォトダイオードチップのＮ型拡散層を
   ボンディングワイヤーにより接続し、前記Ｐ型拡散層と
   前記Ｎ型拡散層のいずれかと外部リード端子をボンディ
   ングワイヤーにより接続して構成されてなることを特徴
   とする請求項１記載のプリント基板の信号波形測定装
   置。