JP3413300B2 - ボードの動作可視型解析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ボードの動作試験
を、回路の動作不良によって信号のマーク率が変化する
特性を利用して、非接触で簡便に行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、先願の実用新案願平
５ー７２７９７の「ボード異常箇所検出装置に用いる非
接触型プローブ」が示す装置の例がある。これについ
て、図６と図７と図８を参照して説明する。

【０００３】本装置は、組立配線されたボードの回路動
作の良否診断を行うものであり、例えば周期性を有して
動作するロジック回路において、動作不良によりハイレ
ベルとローレベルの発生比率、即ちマーク率が変わる配
線パターンやランドにプローブを押し当ててマーク率を
検出し、このマーク率の値が良品ボードの場合と比較し
て所定以上の偏差がある場合に回路動作不良とみなす診
断装置である。本装置の構成は、図６に示すように、プ
ローブ１１と、電極２１と、検出体２２と、ボード異常
箇所検出装置４１とで成る。

【０００４】プローブ１１は、低入力容量、高入力抵抗
のインピーダンス変換回路を内蔵しているＦＥＴプロー
ブであり、高インピーダンスで入力信号を受けて低イン
ピーダンスでそれをボード異常箇所検出装置４１に供給
する。このプローブ１１の先端には電極２１と検出体２
２が取り付けてある。電極２１は、測定対象の被試験ボ
ード１３から非接触で矩形波信号を検出する為に測定点
１５との間で結合容量を形成するものであり、例えば直
径１ｍｍ程度の平円盤電極である。検出体２２は、電極
２１に接着固定されていて、測定点１５と電極２１とを
電気的に絶縁する弾力性を有する絶縁体であり、例えば
天然ゴム材が使用されて湾曲している測定点１５に押し
当てるものである。

【０００５】これら検出部の等価回路を図７に示す。こ
の等価回路で、抵抗３４は、プローブ１１の直流高抵抗
であり、容量３３は、プローブ１１の入力容量であり、
２ＰＦとする。容量２４は、電極２１と測定点１５との
間に形成された結合容量であり、押し付け強度により値
は異なるが１ＰＦ程度の結合容量である。

【０００６】この結果、結合容量２４に応じた振幅の矩
形波がプローブ１１の入力端に供給される。ここで、容
量２４、３３と抵抗３４によるＣＲ積分時定数τより小
さな周期を持つ矩形波信号を印加したときのプローブ１
１入力端の波形を、図８に示す。この波形の振幅は、結
合容量２４により減衰した振幅である。ＣＲ積分時定数
τ後の波形は、ローレベル期間をＴlowとし、ハイレベ
ル期間をＴhiとし、正側の振幅をＶ＋ｐ（＞０）とし、
負側の振幅をＶ−ｐ（＞０）とすると、 Ｔlow×Ｖ−ｐ＝Ｔhi×Ｖ＋ｐ ∴Ｔlow＝Ｔhi×（Ｖ＋ｐ／Ｖ−ｐ） の関係で安定する。一方、この波形のマーク率は、Ｍr
＝Ｔhi／（Ｔhi＋Ｔlow）で表されるので、前の関係式
を代入すると、 Ｍr＝Ｔhi／｛Ｔhi＋Ｔhi×（Ｖ＋ｐ／Ｖ−ｐ）｝ ＝Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）となり、このことから、
マーク率は、正負両方のピーク電圧が測定できれば求ま
ることがわかる。結合容量２４が変化すると両ピーク電
圧Ｖ＋ｐ、Ｖ−ｐも変化するがそれは等率変化であり、
上式の結果には影響を与えない。したがってマーク率
は、この結合容量２４の値には依存しないこともわか
る。ボード異常箇所検出装置４１では、これらのことを
利用してマーク率を求めている。このマーク率の値が良
品の基準ボードの値と比較して異なる値の場合は、その
測定点１５の動作が異常状態にあることが判明し、不良
ボードであるとして判断検出できることとなる。

【０００７】次に、ボード異常箇所検出装置４１につい
て説明する。ボード異常箇所検出装置４１は、インピー
ダンス変換器４２と、増幅器４３と、＋ピーク電圧検出
部４４と、−ピーク電圧検出部４５と、ＡＤ変換器４６
と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４７と、メモリ部４
８と、表示部４９とで構成している。これは、被測定ボ
ード１３の各測定点１５のマーク率を測定して、良品の
基準ボードのマーク率との差が所定以上外れているかを
比較して結果を表示するものである。

【０００８】メモリ部４８は、被試験ボード１３の各測
定点１５毎のマーク率の比較用期待値を格納しておくメ
モリである。この期待値は、予め、良品の基準ボード１
３refを使用し、繰り返し周期性を有する試験条件で回
路を動作させておき、このときの各測定点１５毎のマー
ク率データを測定して、このメモリ部４８に格納してお
く。インピーダンス変換器４２は、プローブ１１のＦＥ
Ｔでバッファされた信号を受けて、さらに低インピーダ
ンスで増幅器４３に供給し、増幅器４３で出力振幅が数
ボルト程度となる増幅度で増幅して両ピーク電圧検出部
に供給する。

【０００９】＋ピーク電圧検出部４４は、入力信号の正
のピーク電圧レベルを検出するものであり、−ピーク電
圧検出部４５は、入力信号の負のピーク電圧レベルを検
出するものであり、両ピークレベル信号を切替えてＡＤ
変換器４６に供給する。ＡＤ変換器４６は、両ピークレ
ベルのアナログ信号を各々デジタルデータに量子化変換
してＭＰＵ４７に供給する。ＭＰＵ４７は、外部からの
測定点情報４７ｂを受けて、各測定点１５毎に、その測
定点に対応する比較用データを測定点情報４７ｂに基づ
いてメモリ部４８から読みだして比較判断し、その偏差
が所望のマーク率範囲を外れた場合に、エラー情報を表
示部４９に出力する。また、このＭＰＵ４７は、上記マ
ーク率データの測定の制御全体を行っている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記説明のように、測
定点１５を順次変えながら順番にマーク率を測定して期
待値マーク率と比較する試験形態では、数百〜数千箇所
ある測定点１５を試験するには多くの時間がかかる難点
となっていて、試験の能率が悪く実用上の不便である。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、被試験ボー
ド面を単位面積区画に分割して、個々の区画のマーク率
を個別に測定し表示して、一度にボード全体の動作を模
様として可視化することで、短時間で容易に良否検査で
きる装置を実現することである。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】図１は、本発明による第１
の解決手段を示している。上記課題を解決するために、
本発明の構成では、被試験面を格子状の単位面積区画に
分割して、各々の区画の電界を検出する複数の電極２１
ａ〜２１ｎを有し、この電極の片面に弾力性を有する絶
縁体である検出体２２を接着して設けた検出体アレイ５
０を設け、検出体アレイ５０の個々の電極２１ａ〜２１
ｎからの電界信号を受けて、この信号の正側の振幅Ｖ＋
ｐ（＞０）と、負側の振幅Ｖ−ｐ（＞０）から、式Ｖ−
ｐ／Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐで定義される負ピーク率Ｍｐｒを測
定演算して出力する測定層６０を設け、測定層６０から
の個々のデータを受けて、個々に前記負ピーク率Ｍｐｒ
に対応した色相で面表示する表示層８０を設ける構成手
段にする。これにより、矩形波信号を発生する被試験面
の電界の動作状態の一括した測定と可視化を実現する。

【００１２】なお本発明では、被試験ボード１３のラン
ドやパターン位置によらず区画を任意に設定するので、
各電極で検出される信号には例えば図９に示すような信
号が存在する。この信号は区画内にランドが２個あって
それらの信号がある割合で重畳したものである。この信
号は通常の２値論理であるロジック信号とは言い難く、
従って「マーク率」という用語を使用するには不適当で
ある。よって以下では仮に「負ピーク率Ｍｐｒ」という
用語を使用していく。

【００１３】測定層６０の１つの負ピーク率測定部６０
ａの実現手段は、例えば図３（ａ）に示すように入力バ
ッファ６１ａと、＋ピーク電圧検出部６３ａと、−ピー
ク電圧検出部６４ａと、引算器６５ａと、反転器６６ａ
と、除算器６７ａとで構成している。入力バッファ６１
ａでは、低入力容量、高入力抵抗のインピーダンス変換
回路を使用し、＋ピーク電圧検出部６３ａでは、入力信
号の正のピーク電圧レベルＶ＋ｐ（＞０）を検出し、−
ピーク電圧検出部６４ａでは、入力信号の負のピーク電
圧レベルＶ−ｐ（＞０）を負値で検出し、引算器６５ａ
は、正のピーク電圧レベルＶ＋ｐと、負値の負のピーク
電圧レベル−Ｖ−ｐとの差からピークツウピーク電圧を
求め、反転器６６ａでは、負値の負のピーク電圧レベル
−Ｖ−ｐを反転し、除算器６７ａでは、負ピーク率Ｍｐ
ｒ＝Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）を演算した後その負ピ
ーク率に相当した電圧を色相表示部８０ａに供給する。

【００１４】図４は、本発明による第２の解決手段を示
している。上記課題を解決するために、本発明の構成で
は、被試験面を格子状の単位面積区画に分割して、分割
した各々の区画の電界を検出する複数の電極２１ａ〜２
１ｎを有し、この電極の片面に弾力性を有する絶縁体で
ある検出体２２を接着して設けた検出体アレイ５０を設
け、検出体アレイ５０の個々の電極２１ａ〜２１ｎから
の電界信号を受けて、この信号の正側の振幅Ｖ＋ｐ（＞
０）と、負側の振幅Ｖ−ｐ（＞０）から、式Ｖ−ｐ／Ｖ
＋ｐ＋Ｖ−ｐで定義される負ピーク率Ｍｐｒを測定演算
して出力する測定層６０を設け、測定層６０からそれら
個々の負ピーク率Ｍｐｒに相当した電圧を受けて、順次
切り替えて出力するスイッチアレイ７０を設け、スイッ
チアレイ７０の出力をＡＤ変換した後、データを表示画
面７４に色相で面表示する外部処理部７２を設ける構成
手段にする。

【００１５】

【作用】検出体アレイ５０は、被試験ボード面に対して
面積の等しい区画単位で、各々のマーク率を一度に検出
する作用がある。測定層６０は、検出体アレイ５０の個
々の電極２１ａ〜２１ｎの結合容量に依存することな
く、負ピーク率Ｍｐｒ＝Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）に
変換演算する作用がある。表示層８０は、個々の負ピー
ク率Ｍｐｒデータに対応した色相で面表示する作用があ
る。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例は、格子状に配列して多数の
単位面積に分割した検出電極を設け、各々に負ピーク率
演算回路を設け、各負ピーク率の状態を各検出電極の位
置に対応させて色の分布として表示する例である。これ
について、図１、図２、図３（ａ）、（ｂ）を参照して
説明する。構成は、図２に示すように、Ｎ行Ｍ列配列構
成の検出体アレイ５０と、測定層６０と、検出体アレイ
５０と同じＮ行Ｍ列配列構成の表示層８０とで成る。

【００１７】従来では、測定対象の特定のランド位置に
１個の検出体を当てて順次シリアルに検出する手法であ
ったが、本発明では、格子状に配列した単位面積区画を
有するＮ行Ｍ列の多数の検出体を使って一括してパラレ
ルに検出する手法をとる。

【００１８】検出体アレイ５０は、図１に示すように、
平面的な配置で互いに独立したＮ行Ｍ列の電極２１ａ〜
２１ｎと、１枚の弾力性を有する絶縁体である検出体２
２とが接着された構造である。個々の検出体による電気
信号の検出は従来と同様に、各電極２１ｎとその電極直
下の導体間に形成された結合容量を通して行われる。こ
こで、従来と異なるのは、指定の測定点のランドに押し
付けるのではなく、検出体アレイ５０のシート全体をボ
ード面に押し当てる点にある。即ち、ボード側のランド
等の導体位置に無関係にＮ行Ｍ列の規格化された単位面
積の電極を押し付けることである。これにより、電極２
１ａ〜２１ｎの配置は、電極によっては複数の回路導体
にまたがる場合や、あるいは無導体となる場合がある。
複数の回路導体から受信する信号波形は、例えば図９の
ように複数の波形が一定の割合で加算された波形になる
が、この状態にあっても式Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）
で求められる量は厳然として存在し、それをここでは負
ピーク率Ｍｐｒと称している。内容的には負ピーク率は
マーク率Ｍｒを包含していると言える。

【００１９】測定層６０は、上記検出体アレイ５０から
の個々の電極２１ａ〜２１ｎの直近に、対応したＭ×Ｎ
個の負ピーク率測定部６０ａ〜６０ｎを配置して設けて
いる。１つの負ピーク率測定部６０ａは、図３（ａ）に
示すように、入力バッファ６１ａと、＋ピーク電圧検出
部６３ａと、−ピーク電圧検出部６４ａと、引算器６５
ａと、反転器６６ａと、除算器６７ａとで構成してい
る。これは、入力信号の負ピーク率Ｍｐｒ＝Ｖ−ｐ／
（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）を演算してその負ピーク率Ｍｐｒに
比例した電圧を出力するものである。

【００２０】入力バッファ６１ａは、低入力容量、高入
力抵抗のインピーダンス変換回路であり、例えばＦＥＴ
を使用したものである。＋ピーク電圧検出部６３ａは、
従来と同様に、入力信号の正のピーク電圧レベルＶ＋ｐ
を検出するものであり、−ピーク電圧検出部６４ａは、
入力信号の負のピーク電圧レベルを負値−Ｖ−ｐとして
検出するものである。引算器６５ａは、正のピーク電圧
レベルＶ＋ｐと、負値の負のピーク電圧レベル−Ｖ−ｐ
からピークツウピーク電圧を求めるものであり、−Ｖ−
ｐは負の電圧であるから、引き算の演算を実施して結果
として加算して、除算器６７ａの除数用の入力端に供給
する。反転器６６ａは、負値である負のピーク電圧レベ
ル−Ｖ−ｐを正値の電圧に反転して除算器６７ａの被除
数用の入力端に供給する。除算器６７ａは、両入力間で
除算を実行して負ピーク率Ｍｐｒ＝Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋
Ｖ−ｐ）を演算した後、この負ピーク率Ｍｐｒ信号を表
示層８０の対応する色相表示部８０ａに供給する。

【００２１】表示層８０は、図１と図２に示すように、
上記測定層６０からの個々の負ピーク率測定部６０ａ〜
６０ｎの直近に、検出体アレイ５０の配列と対応させた
Ｍ×Ｎ個の色相表示部８０ａ〜８０ｎを配置して設けて
いて、個々の負ピーク率Ｍｐｒ信号を受けて、その負ピ
ーク率に対応した色相で各単位区画を面表示する表示群
である。１つの色相表示部８０ａは、負ピーク率Ｍｐｒ
のアナログ電圧に対応した色、例えば無発光、青、赤、
紫、緑、緑青、黄、白色で表示するものであり、図５に
示すように、コンパレータ８２ａ〜８２ｇと、エンコー
ダ８４と、抵抗Ｒ８６ａ〜Ｒ８６ｃと、表示器８８ｂ、
８８ｇ、８８ｒとで構成している。

【００２２】７個のコンパレータ８２ａ〜８２ｇは、負
ピーク率Ｍｐｒの入力アナログ電圧のレベルを８分類す
る為の比較器であり、このコンパレータ８２ａ〜８２ｆ
の一端に入力アナログ電圧を接続し、他端は、段階的に
８分した７電圧を基準電圧として与えておく。この基準
電圧は、例えば負ピーク率Ｍｐｒの２０％、３０％、４
０％、５０％、６０％、７０％、８０％の各値に相当す
る電圧である。コンパレータ８２ａ〜８２ｇによりデジ
タル信号に変換した後、エンコーダ８４で８から３への
エンコード変換をして、それから３出力で、各々抵抗を
介して青、緑、赤ＬＥＤ表示器をドライブすることで、
負ピーク率Ｍｐｒ（またはマーク率Ｍｒ）を８種類の色
相に識別して表示できる。

【００２３】上記実施例の説明では、負ピーク率測定部
６０ａを図３（ａ）に示す回路構成としていたが、論理
振幅の異なる論理系が混在する（例えばＴＴＬ系とＥＣ
Ｌ系）被試験ボードもあるので、その場合の振幅の違い
による測定誤差を軽減する為に、図３（ｂ）に示すよう
に、新たに可変利得増幅部６２ａを設けて、引算器６５
ａからの出力レベルを入力される論理振幅の大小によら
ず一定にするように可変利得増幅部６２ａの利得を制御
する回路構成でも良く、同様にして実施できる。

【００２４】上記実施例の構成では、表示層８０に、Ｍ
×Ｎ個の色相表示部８０ａ〜８０ｎを個々に設けて表示
する形態であったが、図４に示すように、スイッチアレ
イ７０と外部処理部７２を設けて、測定層６０の個々の
負ピーク率測定部６０ａ〜６０ｎからの信号を受けて、
スイッチアレイ７０で順次切り替えてＡＤ変換した後、
この測定データをＣＲＴディスプレィ等の表示画面７４
に表示する形態としても良く、同様にして実施できる。

【００２５】図１の検出体アレイ５０の説明では、検出
体２２を１枚のマット状のものとして説明したが、本検
出体を電極２１ａ〜２１ｎに対応させてＭ×Ｎ個に分割
して構成する方法もとれる。

【００２６】上記実施例の説明では、被試験ボード１３
の検査の場合で説明したが、これ以外にも周期的な電
圧、あるいは電界を発生する対象物であれば何れでも良
く、同様にして使用できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、下記に記載されるような効果を奏する。検
出体アレイ５０は、ボード面に対し等しい面積の区画単
位で各直下の導体からの合成信号を各々個別に交流結合
で一度に検出する効果が得られる。測定層６０は、検出
体アレイ５０で検出された個々の信号に対し、各々個々
に負ピーク率Ｍｐｒ＝Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）を演
算測定して出力する効果が得られる。表示層８０は、測
定層６０からの個々の負ピーク率Ｍｐｒ信号を受けて、
それらに対応し、かつ被試験ボードの回路配置に従っ
た、負ピーク率をパラメータとする色相で検出体アレイ
５０との物理的関係を維持しながら区画単位で一括して
面表示する効果が得られる。これらの結果、本装置で
は、被試験ボードの動作状態に応じた色相の分布画面を
得ることができ、これにより、例えばポラロイドカメラ
での撮影を通しての画面から良品ボード１３ref画面と
被試験ボード１３の画面を比較することで、ボードの良
否判定だけでなく故障箇所の特定も短時間かつ非常に容
易に実施できる効果を得ることができる。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、格子状に配列した多数の単位面積区
画の各負ピーク率からボード全体の動作状態を色相分布
として表示する装置構成図である。

【図２】本発明の、装置の構造図と表示層８０のＭ×Ｎ
個の色相表示部よりなる構造図である。

【図３】（ａ）本発明の、１つの負ピーク率測定部６０
ａの回路構成図である。 （ｂ）本発明の、可変利得増幅器を設けた、１つの負ピ
ーク率測定部６０ａの回路構成図である。

【図４】本発明の、スイッチアレイ７０で順次切り替え
て測定して表示画面７４に表示する表示形態の場合の構
成例である。

【図５】本発明の、１つの色相表示部８０ａの回路構成
図である。

【図６】従来の、ボード異常箇所検出装置の構成図であ
る。

【図７】信号検出部の等価回路である。

【図８】プローブ１１入力端の波形と、マーク率との関
係を説明する図である。

【図９】本発明による、各電極に生じる信号波形の一例
である。

【符号の説明】

１１ プローブ １３ 被試験ボード １５ 測定点 ２１、２１ａ〜２１ｎ 電極 ２２ 検出体 ２４、３３ 容量 ３４、Ｒ８６ａ〜Ｒ８６ｃ 抵抗 ４１ ボード異常箇所検出装置 ４２ インピーダンス変換器 ４３ 増幅器 ４４、６３ａ ＋ピーク電圧検出部 ４５、６４ａ −ピーク電圧検出部 ４６ ＡＤ変換器 ４７ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ） ４８ メモリ部 ４９ 表示部 ５０ 検出体アレイ ６０ 測定層 ６０ａ〜６０ｎ 負ピーク率測定部 ６１ａ 入力バッファ ６５ａ 引算器 ６６ａ 反転器 ６７ａ 除算器 ８０ 表示層 ８０ａ〜８０ｎ 色相表示部 ８２ａ〜８２ｇ コンパレータ ８４ エンコーダ ８８ｂ、８８ｇ、８８ｒ 表示器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形波信号を発生する被試験面の電界の
   動作状態の測定において、 被試験面を格子状の単位面積区画に分割して、各々の区
   画の電界を検出する複数の電極（２１ａ〜２１ｎ）を有
   し、この電極の片面に弾力性を有する絶縁体である検出
   体（２２）を接着して設けた検出体アレイ（５０）を設
   け、 当該検出体アレイ（５０）の個々の電極（２１ａ〜２１
   ｎ）からの電界信号を受けて、この信号の正側の振幅
   （Ｖ＋ｐ、正値）と、負側の振幅（Ｖ−ｐ、正値）か
   ら、式Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）で定義される負ピー
   ク率Ｍｐｒを測定演算して出力する測定層（６０）を設
   け、 当該測定層（６０）からの個々のデータを受けて、個々
   に前記負ピーク率Ｍｐｒに対応した色相で区画単位に一
   括して面表示する表示層（８０）を設け、 以上を具備していることを特徴としたボードの動作可視
   型解析装置。
2. 【請求項２】 矩形波信号を発生する被試験面の電界の
   動作状態の測定において、 被試験面を格子状の単位面積区画に分割して、分割した
   各々の区画の電界を検出する複数の電極（２１ａ〜２１
   ｎ）を有し、この電極の片面に弾力性を有する絶縁体で
   ある検出体（２２）を接着して設けた検出体アレイ（５
   ０）を設け、 当該検出体アレイ（５０）の個々の電極（２１ａ〜２１
   ｎ）からの電界信号を受けて、この信号の正側の振幅
   （Ｖ＋ｐ、正値）と、負側の振幅（Ｖ−ｐ、正値）か
   ら、式Ｖ−ｐ／（Ｖ＋ｐ＋Ｖ−ｐ）で定義される負ピー
   ク率Ｍｐｒを測定演算して出力する測定層（６０）を設
   け、 当該測定層（６０）からの個々のデータを受けて、順次
   切り替えてＡＤ変換した後、この個々の前記負ピーク率
   Ｍｐｒデータを表示画面（７４）に色相で区画単位に一
   括で面表示する外部処理部（７２）を設け、 以上を具備していることを特徴としたボードの動作可視
   型解析装置。