JP3191205B2

JP3191205B2 - プリント基板の検査装置

Info

Publication number: JP3191205B2
Application number: JP08628897A
Authority: JP
Inventors: 正敏加藤
Original assignee: 株式会社アイシーティ
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: JPH10282179A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、部品を実装する
前のプリント基板（ベアボード）の不良を検査する検査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリント基板のパターンの断線お
よびパターン間のショートを検出するために、プリント
基板上の全ての部品取付位置にプローブ（針）を立て
て、プローブ間の導通を検査することにより、ベアボー
ドの検査を行っていた。

【０００３】図１と図２を参照して従来の方法を説明す
る。図１は従来の方法を説明するための回路図の一部で
あり、図２は回路図に対応するプリント基板のパターン
を示すものである。図中のＩＣ（１）、ＩＣ（２）、Ｉ
Ｃ（３）は表面実装タイプのＩＣであり、抵抗はリード
付きタイプもので、プリント基板の裏面で半田付けされ
る。この場合、従来の方法でベアボードを検査するため
には、フットプリントＦに１６本のプローブを、スルー
ホールＴに４本のプローブを立てる必要があった。

【０００４】また、関連する技術として、電子部品が実
装されたプリント基板を検査する方法に関し、図４に示
すものが知られている。これは、主に表面実装タイプの
ＩＣパッケージ３２のピン３３がプリント基板３１に正
しく半田付けされず、フットプリント３４から浮いてし
まう不良を検査するためものであり、検査は以下のよう
に行われる。導電性のプレート３５をＩＣパッケージ３
２の上面に当接させ、プローブ３６をパターン３７に当
接させて、導電性プレート３５とプローブ３６の間のコ
ンデンサ容量を計測機３８を用いて測定する。半田付け
が正常で有れば、測定値は所定の範囲の値となるが、ピ
ン３３が浮いていると測定値は期待値（正常値）以下と
なるので、半田付け不良が検出できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年のプリント基板の
実装の高密度化に伴い、ピン数が２００以上でピン間ピ
ッチが０．５ｍｍのＱＦＰタイプのＩＣが多用され、パ
ターンの幅も０．１ｍｍ以下になり、パターンの断線が
多発している。

【０００６】これに対し、従来の技術では以下の問題が
ある。すなわち、多くのＩＣが実装されるので必要なプ
ローブの本数が益々増加し、それとともに、プローブか
ら導通検査回路への配線の本数も非常に多くなってきて
いる。また、ＩＣの多ピン化・狭ピッチ化により、プリ
ント基板の所定の位置にプローブを正確に当接させるた
めには、プローブを高い位置精度で立てる必要があり、
さらにまた高価な細いプローブを使わなければならな
い。この結果、検査装置の部品コストのみでなく、製造
・調整コストが高くなり、場合によっては検査の信頼性
が低下するという問題がある。

【０００７】この発明は、必要なプローブの本数を減ら
し、特別に細いプローブを用いる必要性を低下させ、高
い位置精度を要求されるプローブの本数を減らすため
に、回路上の１本の信号線（これはプリント基板の１本
のパターンに相当する）にプローブを１本立てるだけ
で、ベアボードの不良を検査できる装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明のプリント基板
の検査装置は、プリント基板の複数のパターンに電気的
に接続させるための複数のプローブと、前記複数のパタ
ーンの前記複数のプローブが当接する場所以外の別の場
所に当接させるための少なくとも１つの部材であって、
前記プリント基板側の面が前記プリント基板と略同じ大
きさの絶縁層で、反対側の面が複数の電気的に分離され
た導電層で形成され、かつ複数のプローブが貫通する穴
が設けられている部材とを具備し、前記複数のプローブ
と前記導電層の間でコンデンサ容量を測定することによ
り、前記複数のパターンの断線を検査できるようにした
ことを特徴としている。

【０００９】この装置を用いることにより、プリント基
板のパターン毎にコンデンサ容量を測定し、各パターン
の断線の有無を検査できる。

【００１０】また、前記部材が前記プリント基板と略同
じ大きさの絶縁層と、複数の電気的に分離された導電層
とからなり、前記部材に前記複数のプローブが貫通する
穴が有るように構成されているので、複数のＱＦＰタイ
プのＩＣ等が実装されるプリント基板の検査が容易にで
きるようになる。

【００１１】さらに、導電層が予め全面に設けられた導
電層を分離することにより形成されたものであるので、
予め標準的な部材を用意しておき、その部材を加工する
ことにより、種々のプリント基板を検査するための装置
が容易に製造できる。

【００１２】例えば、３２ビット幅のデータバスに１０
個のＩＣが接続されているデータバスのパターンを検査
するためには、従来の方法では３２０本のプローブが必
要であったが、この発明を利用すれば３２本のプローブ
と１０個の導電層と絶縁層からなる部材とで検査が可能
となる。

【００１３】なお、ここでパターンとは、電気的に繋が
っている限り、プリント基板の表面に現れようが、裏面
に現れようが、１本のパターンである。また、パターン
が抵抗のリード用のスルーホールとＩＣのフットプリン
トを接続するときに、スルーホールにプローブを立てた
場合、別の場所とは、フットプリントのことである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明のプリント基板の
検査装置の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。

【００１５】図５は、本発明の原理を示す図であり、図
２の点線内にあるパターン２，３を検査する状態をプリ
ント基板１の側面から見たものである。プローブ（以
下、番号を付さない場合は第１プローブ４および第２プ
ローブ５を指す）とプレート（以下、番号を付さない場
合は第１プレート６および第２プレート７を指す）は、
図示されていない支持手段により支持され、図示されて
いない駆動手段により上下動される。つまり、プローブ
およびプレートをプリント基板１に当接させたり、プリ
ント基板１から離すことができる。なお図５は、当接し
ている状態を示している。

【００１６】図において第１プローブ４はパターン２の
フットプリント部に、第２プローブ５はパターン２のス
ルーホールに当接している。第１プリント６および第２
プリント７は、それぞれ各ＩＣのフットプリント部を覆
うようにしてパターン２およびパターン３に当接してい
る。

【００１７】第１プローブ４はフットプリント部に当接
するようになっているが、各ＩＣ間とを接続するパター
ンを図３に示す形状にして、テストパッド部に当接する
ようにしてもよい。テストパッドの径を大きくすれば、
プローブの位置精度が高くなくても、容易にテストパッ
ドに当接させることができる。図５では、第２プローブ
５がプリント基板の裏面側に有るが、表面側に設けても
よいことは言うまでもない。

【００１８】図５では、プレートはプリント基板の表面
側にのみ有るが、プリント基板の裏面にも表面実装タイ
プのＩＣのフットプリントが有れば、プレートは裏面に
も設けられる。

【００１９】プレートはパターンに当接する面が絶縁層
で、反対側が導電層であり、２つの層が接合されてい
る。導電層と絶縁層とプリント基板の導電性のパターン
とでコンデンサが形成され、このコンデンサの容量を測
定することにより、パターンの断線を検査することがで
きる。

【００２０】プレートの外形とフットプリントの関係を
図６に示す。通常は、一点鎖線で示す外形のプレートを
使用する。図５のように、プローブをフットプリントに
当接させる場合は、点線で示す外形のプレートを使用す
る。なお、導電層と絶縁層の外形は同じ形状である。プ
レートの外形は、図６に示すものに限定するものではな
く、本発明の効果を奏することができるものであれば、
適宜変形してもよい。例えば、検査精度をあげるため
に、導電層のみを図７（ａ）、（ｂ）の形状としてもよ
い。

【００２１】計測機８には、第１プローブ４および第２
プローブ５、第１プレート６および第２プレート７が接
続される。計測機８は、この計測機８に入力される線の
内から２本を選択して、２線間のコンデンサ容量および
導通を測定する機能を持つ。導通を測定する際には、３
本以上の線を接続して測定を高速化することもできる
が、本発明とは関係がないので、説明は省略する。

【００２２】次にパターン２とパターン３の不良検査の
手順について述べる。まず、全てのプローブとプレート
をパターンに当接させる。従来と同様な方法で、第１プ
ローブ４および第２プローブ５の間の導通テストを行
う。導通が有れば、パターン２とパターン３の間にショ
ート不良が有ることが判明する。次に第２プローブ５と
第２プレート７の間のコンデンサ容量を測定する。測定
値が所定範囲内で有れば、パターン３の断線がないこと
が判る。断線が有れば、測定値は期待値以下となる。

【００２３】同様にして、第２プローブ５と第１プレー
ト６の間のコンデンサ容量を測定することによりパター
ン３の断線不良を検出できる。一般的にフットプリント
内での断線は希であるので、第２プローブ５を図３のテ
ストパッドに当接した場合を考えると、パターン２の断
線不良を検出できることがよく判る。

【００２４】次に、プレートを当接させる対象について
述べる。一般的にはＩＣのフットプリントであるが、図
５に示したものに限らず、ＱＦＰタイプやＢＧＡ（ボー
ルグリッドアレイ）タイプのＩＣも対象となる。また、
ＰＧＡ（ピングリッドアレイ）のようにピンがプリント
基板を貫通するタイプの半田付け用のランドに対しても
適用できる。さらに、表面実装タイプのコネクタのフッ
トプリントや貫通タイプのコネクタの半田付け用のラン
ドに対しても適用することができる。

【００２５】以上で述べたことを、図１のＩＣ（１）お
よびＩＣ（２）を接続する４本のパターンを検査する場
合を例にして説明する。従来の方法ではＩＣのフットプ
リントに８本のプローブを立てて導通テストをしてい
た。本発明では４本のプローブを各パターンに立て、プ
レートをＩＣ（１）とＩＣ（２）に当接させる。４本の
プローブにより、従来と同様の方法でパターンのショー
ト不良を検出できる。各プローブと各プレートの間で、
８回コンデンサの容量を測定することにより、４本のパ
ターンの断線不良を検出できる。

【００２６】したがって、従来のように電子部品を接続
するプリント基板上の全位置にプローブを立てる必要が
無くなり、プローブの数が減るとともに、ＱＦＰのよう
に狭いピン間隔のフットプリントに立てるプローブの本
数が大幅に減るので、高い位置精度の必要なプローブの
本数が減少する。この結果、検査装置の信頼性が向上す
るとともに、装置コストが低下するという効果がある。

【００２７】図８（ａ）および（ｂ）は、この発明に係
る検査装置を示す。図８（ａ）は、図５で述べたプロー
ブ４，５とプレート６，７がプリント基板１に当接した
ときの状態を、図８（ｂ）は、プローブ４，５とプレー
ト６，７がプリント基板１から離れたときの状態を示
す。

【００２８】この装置の構造の大略は、特願平９−８６
２８７号に記載されているが、構造・動作を簡単に説明
すると以下のようになる。

【００２９】先ず、プリント基板１をその下部に設けた
支持手段で支持する。次いでプローブを通過可能な押さ
えプレート（実装部品収納板）１１をプリント基板１上
面に対して進退可能に取り付けた上部プローブ保持ユニ
ット３１を、支持手段で支持されたプリント基板１上面
に押し当ててプローブ４を触針させる。その後、下部プ
ローブ保持ユニット３２をプリント基板１下面に押し当
ててプローブ５を触針させる。

【００３０】なお、図８に示されるように、押さえプレ
ート１１，１２が同軸ケーブル３３で配線されているの
で、プローブ４，５の配線と、押さえプレート１１，１
２の配線の間の容量成分が減少し、コンデンサ容量測定
が正確に行われる。

【００３１】特願平９−８６２８７号は、電子部品が実
装されたプリント基板を検査する装置であった。これに
対し、本発明は、ベアボードを検査するための装置であ
り、押さえプレート（以下、番号を付さない場合は押さ
えプレート１１および押さえプレート１２を指す）に特
徴がある。この特徴は、電子部品が実装されていないの
で、プリント基板の表面が平坦であるということに起因
する。以下に、押さえプレートについて説明する。

【００３２】図２のプリント基板を検査するための押さ
えプレートの上面図を図９（ａ）に、断面図を図９
（ｂ）に示す。押さえプレートの外形は、検査されるプ
リント基板と略同じである。図９では、ＩＣ（１）とＩ
Ｃ（２）とを接続するパターンにテストパッドを４つ設
けて、そこにプローブを上面から当接するものとしてい
る。

【００３３】プリント基板に当接する面は絶縁層３４で
あり、プローブに対応する位置にはプローブが貫通する
ための穴が有る。また、ＩＣのフットプリントを覆うよ
うに導電層３５が形成されている。導電層３５と導電層
３５の下部の絶縁層３４が、図５のプレートに相当す
る。

【００３４】プリント基板製造用の穴・フットプリント
等の位置情報のデータを利用すれば、押さえプレートは
容易に且つ高精度で作ることができる。また、プリント
基板を製造する際に、押さえプレートも併せて作れば、
検査装置の製造を短期化できるという効果もある。さら
に、押さえプレートのプローブ用の貫通穴は、プローブ
ガイドとしても機能するので、プローブが当接する位置
の精度を高めることができるという効果もある。

【００３５】図８には計測機は図示されていないが、図
５の説明と同様の方法でベアボードの不良の検査をする
ことができる。

【００３６】次に、別の方法で作った押さえプレートの
上面図を図１０（ａ）に、断面図を図１０（ｂ）に示
す。この押さえプレートは、以下のようにして作られ
る。まず、絶縁層３４の上の全面に導電層３５を形成し
た部材を作る。次に、図９の導電層３５に相当する部分
の周囲にルータを使用して溝を作る。この結果、図９に
示す３つの導電層３５に対応する部分が、電気的に切り
離される。また、プローブの周囲の導電層３５も切り取
られる。この結果、電気的には図９と同じものができ
る。

【００３７】この方法では、予め導電層３５と絶縁層３
４からなる標準的な部材を準備しておけば、一種類の部
材で、あらゆるプリント基板を検査するための押さえプ
レートを作ることができるという効果がある。なお、ル
ータ加工に於いても、プリント基板製造用の穴・フット
プリント等の位置情報のデータを利用できる。

【００３８】次に、図１０の押さえプレートの材質等に
ついて述べる。絶縁層３４は厚さ１〜３ｍｍのガラスエ
ポキシ樹脂積層板、導電層３５は厚さ０．０２〜０．５
ｍｍの銅箔からなり、これらを積層成形して作られてい
る。もちろん、絶縁層３４表面にアディティブ法等で導
電層３５を被膜形成したり、導電層３５を接着剤で接着
してもよい。

【００３９】上記絶縁層３４としては、ガラスエポキシ
樹脂積層板やフェノール樹脂積層板等が使用できるが、
これらに限定されるものではない。要は、導電層３５と
絶縁層３４とプリント基板上の導電性のパターンとによ
り、プリント基板のパターンの断線を検出できるような
容量を持つコンデンサを形成できればよい。

【００４０】なお、絶縁層３４の誘電率が大きいと、コ
ンデンサの容量の値は大きくなり、パターンが断線して
いる場合と、していない場合で容量値の差が大きくな
り、不良検出が容易になると考えられる。例えば、誘電
率の大きいフェノール樹脂系等が好ましい絶縁層３４の
材料である。

【００４１】また、絶縁層３４を薄くするとコンデンサ
の容量値が大きくなるので、絶縁層３４を薄くするとと
もに機械的強度を維持するために、押さえプレートに補
強部材を設けてもよい。

【００４２】また、絶縁層３４とパターンを密着させる
と、コンデンサ容量の測定精度が向上する。そのために
弾力性のある絶縁性材料、例えばフレキシブルなポリエ
ステル樹脂製のシート類を用いてもよい。しかし、プリ
ント基板およびプレートの平面度が充分であれば敢えて
弾力性のある絶縁層を使用する必要はない。

【００４３】上記導電層としては、他にも銅の表面に半
田メッキもしくは金メッキをしたもの等が使用できる
が、これらに限定されるものではない。

【００４４】この発明を使用してパターンの断線を検査
する際に、注意すべき点を図１１で説明する。図中の点
線で示される大きさの導電層３５と絶縁層３４からなる
プレートがＩＣのフットプリント１０に当接されてい
る。これまで説明したように、パターンＡのＤＡにおけ
る断線は、ＰＡに立てたプローブとプレートとの間のコ
ンデンサ容量を測定することにより容易に検査できる。

【００４５】次に、パターンＢのＤＢ１、ＤＢ２におけ
る断線の検査について説明する。断線が無い場合は、Ｐ
Ｂに立てたプローブとプレートとの間でコンデンサ容量
測定をすると、パターンＡに比べて約２倍の値になる。
ＤＢ１もしくはＤＢ２に断線があると、測定値が正常値
の約半分になり、断線不良を検出できる。

【００４６】この方法では、１本のプローブでＤＢ１も
しくはＤＢ２の断線を検査できるという長所があるが、
良否の判定の範囲の設定に当たって、デバッグが必要と
なることもある。別の方法として、プローブをＰＢ１，
ＰＢ２，ＰＢ３の３カ所に立て、従来の方法である導通
検査により断線の検査をしてもよい。

【００４７】パターンＢでは、２つのフットプリントに
接続されているだけであるので、前者の方法で対応でき
るが、１０のフットプリントに接続されているような場
合は、検査の安定性を考えると後者の方法が望ましい。

【００４８】次に、パターンＣのＤＣ１、ＤＣ２におけ
る断線の検査について説明する。ＤＣ１とＤＣ２との間
の面積をフットプリントの面積の２倍と仮定して説明す
る。断線が無い場合は、ＰＣに立てたプローブとプレー
トとの間でコンデンサ容量測定をすると、パターンＡに
比べて約４倍の値になる。ＤＣ１に断線があると、測定
値が期待値の約１／４になり、ＤＣ２に断線があると、
約３／４になり、断線不良を検出できる。

【００４９】この方法では、１本のプローブでＤＣ１お
よびＤＣ２の断線を検査できるという長所があるが、良
否の判定の範囲の設定に当たっては、パターンＢの場合
よりも難しくなる。したがって、プローブをＰＣ１，Ｐ
Ｃ２，ＰＣ３の３カ所に立て、従来の方法である導通検
査により断線の検査をしてもよい。

【００５０】別の方法を以下に説明する。プレートの導
電層を図７に示す形状にすると、ＤＣ１とＤＣ２との間
のパターンによるコンデンサの値は期待値以下になり、
良否の判定の範囲の設定が容易になるという効果があ
る。また、導電層の形状は通常の形状にしておき、図中
の１点鎖線で示す範囲の絶縁層のプリント基板に接する
部分を削り取っても同様の効果を得ることができる。

【００５１】この発明と従来の方法を組み合わせてベア
ボードを検査する手順について、以下に説明する。ま
ず、プリント基板を検査装置に載置し、プローブおよび
押さえプレートをプリント基板に当接させる。

【００５２】次に、プローブとプローブに間の導通の有
無を全ての組み合わせについて検査する。導通が有る場
合は、パターン間でショート不良が有ることが判る。な
お、このプローブは、全てのパターンにそれぞれ１本づ
つ立てられている。

【００５３】次に、プローブと押さえプレートの導体層
の間のコンデンサ容量を必要な全ての組み合わせについ
て測定を行う。この測定により、すでに述べたようにパ
ターンの断線不良を検出できる。どの組み合わせについ
て検査をするかについては、予め回路図やプリント基板
のＣＡＤ情報をコンピュータ処理したものを検査装置の
制御部等に読み込ませておくことにより制御できる。

【００５４】次に、前記のコンデンサ容量の測定では検
出できない断線不良の検査を行う。この検査の対象とし
て、次の２つがある。第１は、例えば、ある抵抗の端子
と、別の抵抗の端子を接続するためのパターンの断線を
検出する場合である。この場合は、プレートを使う価値
がないので、パターンの両端にプローブを立て（内１本
は、パターンに１本づつ立てられたプローブである）、
プローブ間で導通検査を行うことにより、パターンの断
線不良を検出する。

【００５５】第２は、図１１で説明したパターンの内で
コンデンサ容量測定が困難なものについては、各ＩＣの
フットプリントにプローブを立て、第１の場合と同様に
導通検査を行うことにより、パターンの断線不良を検出
する。

【００５６】次に、プローブおよび押さえプレートをプ
リント基板から離し、プリント基板を検査装置から取り
出し、検査が終了する。

【００５７】また、上記の検査に於いて、不良があった
場合は不良箇所や不良内容を示すメッセージが出力装置
に出力され、不良内容によっては検査が中断される。

【００５８】以上、プリント基板の検査装置についての
実施例を説明したが、この発明はこれらに限定されるも
のではなく、検査装置の全体構成に関しては別の構成の
装置にも本発明を適用できる。また、押さえプレートの
材質・形状等についても適宜変更して使用できるもので
ある。さらに、プリント基板の検査フローに関しても、
本発明と他の検査方法を組み合わせることにより効果的
な検査を行うことができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明のプ
リント基板の検査装置によれば、高密度プリント基板の
パターンの断線不良をより少ないプローブで検査でき、
かつ高い位置精度が要求されるプローブの本数を減らす
ことができるので、非常に経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のプリント基板の検査装置の説明に使
用する回路例を示す回路図である。

【図２】図１の回路図に対応するプリント基板を示す平
面図である。

【図３】プリント基板のパターンの別の例を示す平面図
である。

【図４】従来の実装基板の検査方法を示す概略断面図で
ある。

【図５】この発明を示す概略断面図である。

【図６】プレートとフットプリントの位置関係を示す平
面図である。

【図７】プレートの導電層の変形例を示す平面図であ
る。

【図８】この発明の検査装置を示す概略断面図である。

【図９】押さえプレートを示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図１０】別の押さえプレートを示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。

【図１１】注意を要するパターンを示す平面図である。

【符号の説明】

１プリント基板２，３パターン４第１プローブ５第２プローブ６第１プレート７第２プレート８計測機１０フットプリント１１，１２押さえプレート３１プリント基板３２ＩＣパッケージ３３ピン３４フットプリント３５導電性プレート３６プローブ３７パターン３８計測機

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プリント基板の複数のパターンに電気的に
接続させるための複数のプローブと、前記複数のパター
ンの前記複数のプローブが当接する場所以外の別の場所
に当接させるための少なくとも１つの部材であって、前
記プリント基板側の面が前記プリント基板と略同じ大き
さの絶縁層で、反対側の面が複数の電気的に分離された
導電層で形成され、かつ複数のプローブが貫通する穴が
設けられている部材とを具備し、前記複数のプローブと
前記導電層の間でコンデンサ容量を測定することによ
り、前記複数のパターンの断線を検査できるようにした
ことを特徴とするプリント基板の検査装置。
【請求項２】前記導電層が予め全面に設けられた導電層
を分離することにより形成されたものである請求項１に
記載のプリント基板の検査装置。