JP4403701B2 - 回路基板の検査装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路基板の回路パターンの電気的不良個所を検査するための電圧分布計測装置に関し、詳しくは回路パターンの複数の入力個所から印加される電圧分布を、光学的手段を用いることで接触、もしくは非接触で検出し、電圧分布の入力個所を特定して回路パターンの断線、短絡などの欠陥を検査する回路基板の検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
回路基板の断線、短絡などを検査する方法としては、従来、スプロングプローブで専用治具を形成し、パッドへ一括接触して電気検査する方法がとられてきた。しかし近年、パッド数の増加によって高価なスプリングプローブが多数必要となり、専用治具のコストが高騰している。また、パッドの高密度化によって、物理的に接触性を確保することが難しいことや、尖鋭なスプリングプローブを接触させることによるパッドの損傷も問題となっている。
【0003】
回路基板によっては、一つのパッドもしくは複数のパッドから回路パターンが分岐し、複数のパッドへつながっている場合がある。このような場合、断線/短絡の検査時間が膨大となる問題がある。このような背景から、回路パターンの電圧分布を非接触で検出する手法が望まれる。
【0004】
従来、回路パターンの電圧分布を、電気光学効果を用いて計測する方法としては特許文献1があり、非接触で、特定の位置の電界強度をEOセンサを用いて検出し、回路基板の半田接続状態を検査する。しかし、この方法では、EOセンサの先端部分の電界しか検出できないため、回路パターンの電圧分布を求めるにはEOセンサをスキャンしていく必要がある。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−72947号公報
電圧分布を非接触で計測し、液晶ディスプレイの欠陥を電気検査する方法としては、特許文献2があり、液晶ディスプレイの回路パターンと電気光学素子のITO膜に電圧を印加し、光束を液晶ディスプレイ近傍に配置した電気光学素子に照射し、その反射光から回路パターンの電圧分布を二次元検出する方法がある。しかしこの方法では、回路パターンが複数のパッドから、一つもしくは複数の被検出パッドにつながっている場合、電圧分布を検出してもどのパッドから電圧が印加されたかが特定できない。そのため、入力電圧を順次切り替えて検出する必要が有り、検査時間が増大する。
【0006】
【特許文献2】
特開平5−256794号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、回路パターンの電圧分布を、入力された個所を特定して画像として検出し、回路基板の短絡/断線を検査する回路基板の検査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】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、
回路基板の所定位置上に配置された電気光学結晶層を有する電気光学素子と、
互いに異なる波長帯域の光を非同時に、前記電気光学素子に照射する複数の点灯光源と、
前記電気光学素子からの反射光を検出する2次元光検出器と、
前記回路基板の回路パターンの所定箇所に交流電圧を印加する信号源と、
前記複数の点灯光源の光照射タイミングおよび前記2次元光検出器の検出タイミングおよび前記信号源の交流電圧印加タイミングを制御する制御手段と、を有し、
前記回路パターンの各所定箇所への信号源からの交流電圧印加を、各点灯光源の光照射タイミングに同期して行い、前記電気光学素子から各点灯光源の波長帯域に応じた互いに異なる波長帯域の反射光を発生させ、前記2次元光検出器により各波長帯域ごとの反射光を検出することを特徴とする回路基板の検査装置としたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0010】
まず本発明の回路基板の検査装置を図1、図2、図3に従って説明する。
【0011】
電気光学素子1としては、電気光学素子1は、電気光学結晶1−2に誘電体反射膜1−1を設ける。この電気光学結晶として、例えば、ポッケルス結晶などがある。
【0012】
ポッケルス結晶を利用して電界を光で検出する場合、光と垂直な方向の電界に感度を有する横電界検出と、光と平行な方向の電界に感度を有する縦電界検出がある。
【0013】
ここで、回路基板に発生している電圧分布の形状に応じて正しく電界分布を検出するため、縦電界検出で実施する。
【0014】
縦電界検出を実施できるポッケルス結晶としては、KDP(KH2PO4、水素リン酸カリウム)、KTP(KTiOPO4、リン酸チタニルカリウム)、ZnSe、BSO(Bi12SiO20、ビスマス酸化シリコン)、GaAs(ガリウム砒素)、LiNbO3−55度カット、などが用いられる。
【0015】
ここでKDP、KTPは潮解性があり、ZnSe、GaAsなどは電気光学係数の値が低い。
【0016】
そこで、屈折率は高いものの潮解性は無く、立方晶で等方的な性質を持ち、電気光学係数が比較的大きいBSO結晶が望ましい。
【0017】
例えば、1〜30mm程度のBSO結晶を、望ましくは100〜500μmの厚さに研磨し、底面に誘電体反射層、光の入射面側にITO膜を堆積させて、電気光学素子とする。
【0018】
BSO結晶が100μm未満であると、電位差が小さくなるため、電界の検出感度が小さくなる。
【0019】
また、500μmを越えると面方向に電界が広がり、電圧分布を検出する事が容易でなくなる。
【0020】
また、電気光学素子の他の例として、作用する電界の大きさにより、屈折率が変化するポッケルス結晶を用いることもできる。
【0021】
なお、本発明で用いる電気光学素子1に用いる光学結晶としては、屈折率が変化するものであれば、前記のものに限らず、いずれのものを用いても良い
電気光学素子1は、電気光学結晶1−2に誘電体反射膜1−1を設ける。透明基板1−5にITO膜1−3を設け、電気光学結晶1−2に接着剤層1−4で接着する。このITO膜1−3は、グランドに接地し、信号源3から交流電圧を印加したとき、回路基板2の回路パターン2−1との間に電界が発生する。
【0022】
発生した電界によって電気光学素子を構成する電気光学結晶1−2の屈折率が変化する。
【0023】
制御装置11で、信号源3による交流電圧印加のタイミング、光検出器の検出タイミングを制御する。
【0024】
電気光学素子1は、回路基板2の検査対象箇所近傍の、所定位置に配置する。このとき、電気光学素子1は回路基板2に接触可能にしてもよいし、20μm程度の距離で非接触としてもよい。以下、電気光学素子1が回路基板2上の所定位置に固定されているものとして説明する。
【0025】
光源装置4からの入射光は偏光子5により偏光し、1/4波長板6でわずかに位相補償して電気光学素子1へ入射させる。位相補償角度は、CCDのダイナミックレンジや印加電圧によって異なるが、100V以下程度の印加電圧の場合、0.5度から5度ぐらいが適当である。
【0026】
このときの偏光角は、電気光学結晶の電気光学テンソルと、検出する電界ベクトルの方向によって定まる。
【0027】
ITO膜1−3はグランドに接地する。信号源3から電圧を印加したとき、回路パターン2−1とITO膜1−3との間に電界が発生する。電気光学素子1への入射光は、誘電体反射膜1−1で反射され、反射光は、電気光学結晶1−2に発生している電界分布に応じて、偏光状態が変化する。検光子8で電界による偏光状態の変化を光の強度変化とする。信号源3からの印加電圧に対する反射光強度の特性は図2のようになる。1/4波長板6による位相補償により、電圧の極性に対する光の強度変化は非対称となっている。検光子8を透過した光を光検出器9で検出し、解析装置10で電圧印加時、非印加時の検出結果の差分から電圧印加による変調成分を求め、回路パターンの電圧分布が得られる。
【0028】
図3のように、信号源3から回路パターン2−1のパッド2−2、2−3に同時に電圧を印加した場合、どちらかのパッドから回路パターンの分岐点までの途中で断線していても、もう片側のパッドから印加された電圧が電気光学素子1で画像として検出されてしまい、断線が検出されない。信号源3で、パッド2−2、2−3に順次電圧を印加して電圧分布を検出することで、被検出対象となるパッド2−4との断線検査が実施できるが、そのつど2次元光検出器で検出するため、検出する時間が増大する。
【0029】
本発明では、一回の2次元光検出器の検出で、複数のパッドから被検出パッドへ印加されてくる電圧分布を検出し、どのパッドからの電圧が検出されたかを特定する。
【0030】
2次元光検出器9には、カラー画像が取り込み可能なものを用いる。光源装置4では、波長の異なる点灯光源を複数用いる。波長の異なるLED光源を用いてもよいし、白色光源からの光をバンドパスフィルタで波長を選択してもよい。
【0031】
2次元光検出器9が、一回の検出を実施する期間の信号の波形を4cとする。このとき、2次元光検出器9の検出期間よりはるかに短い周期で、パッド2−2へパルス電圧を4aのような波形に印加する。パッド2−3には、同様に2次元光検出器9の検出期間よりはるかに短い周期で、4aの波形のパルス電圧と位相の異なるパルス電圧の波形4bを印加する。
【0032】
光源装置4の異なる波長の点灯光源4−1(波長350〜1000nm)、4−2(波長350〜1000nm)から、それぞれ波形4a、波形4bのパルス電圧に同期して、パルス光12、13を照射する。このとき反射光は4eのような波形になり、反射光には、印加電圧波形4a、4bによる変調光強度14、15が含まれる。2次元光検出器では、検出期間中の反射光強度の波形4eが積算されてカラー画像が検出される。
【0033】
波形4dのパルス光を照射して、印加時の電圧波形4a、非印加時の電圧波形4bに対応するカラー画像を各々検出する。
【0034】
この場合、通常のCCDではRGBもしくはYMCの3色のセンサーで構成されているため、3つのパッドしか分離できないが、他の多色の波長を分離できるセンサーを用いれば、センサーの種類だけ分離できる。
【0035】
解析装置10において、その各々のカラー画像の差分画像を求める。この差分画像が電界による変調光強度14、15の電圧分布の画像として得られる。変調光強度14、15は、同期していない印加電圧による変調を受けておらず、また波長が異なることなることから、カラー画像の変調成分において、点灯光源4−1、4−2の波長に応じてカラー画像中の色を分離することで、変調光強度14、15を画像検出することができる。
【0036】
このようにして、一回の2次元光検出器の検出で、印加した電圧波形に対応した電圧分布画像を得ることができるので、この電圧波形に対応したパッドの電圧を印加した場合の電圧分布を、印加するパッド別に求めることができ、電圧分布を基に回路基板の短絡や断線を検出することが可能になった。
【0037】
【発明の効果】
本発明の装置によれば、電気光学効果を応用した方法で、回路パターンの電圧分布を空間分解能よく検出できる。この電圧分布を解析することにより、高集積化された回路基板の断線/短絡の電気検査を実現できる。
【0038】
従来の電気光学効果を応用した回路基板の電気検査方法としては、回路基板の一点の電圧を電界強度として検出する方法があった。この方法では、回路基板の多くの箇所で電界を検出するには、電気光学センサーをスキャンする必要があるため検査の速度が遅くなる。また、スキャンするための位置決め機構が必要となって装置構造が複雑となることなどの問題があった。本発明の方法では、電気光学素子を用いて2次元で電圧分布を画像として検出するため、簡易な位置決めで、短い時間で検査できる。
【0039】
従来の電気光学効果を応用した、液晶ディスプレイ用の検査としては、入力する印加電圧を切り替えて、そのつど電圧分布を検出する方法がある。この方法では、複数の電圧を印加するパッドから1個もしくは複数の検出するパッドに回路パターンがつながっている場合、複数のパッドから順次電圧を印加し、そのつど電圧分布を検出する必要がある。本発明の方法では、検出した電圧分布の画像において、どのパッドから印加されたが特定できるため、検査時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一つの実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の説明における印加電圧と反射光強度の関係を示すグラフである。
【図3】本発明の図1と同じ実施例を示す構成図である。
【図4】本発明の図1と同じ実施例を示す波形図である。
【符号の説明】
1…電気光学素子
1−1…誘電体反射膜
1−2…電気光学結晶
1−3…ITO膜
1−4…透明基板
2…回路基板
2−1…回路パターン
2−2…パッド
2−3…パッド
2−4…パッド
3…信号源
4…光源装置
4−1…点灯光源
4−2…点灯光源
5…偏光子
6…1/4波長板
7…ビームスプリッタ
8…検光子
9…光検出器
10…解析装置
11…制御装置
12…パルス光
13…パルス光
14…変調光強度
15…変調光強度

Claims (1)

  1. 回路基板の所定位置上に配置された電気光学結晶層を有する電気光学素子と、
    互いに異なる波長帯域の光を非同時に、前記電気光学素子に照射する複数の点灯光源と、
    前記電気光学素子からの反射光を検出する2次元光検出器と、
    前記回路基板の回路パターンの所定箇所に交流電圧を印加する信号源と、
    前記複数の点灯光源の光照射タイミングおよび前記2次元光検出器の検出タイミングおよび前記信号源の交流電圧印加タイミングを制御する制御手段と、を有し、
    前記回路パターンの各所定箇所への信号源からの交流電圧印加を、各点灯光源の光照射タイミングに同期して行い、前記電気光学素子から各点灯光源の波長帯域に応じた互いに異なる波長帯域の反射光を発生させ、前記2次元光検出器により各波長帯域ごとの反射光を検出することを特徴とする回路基板の検査装置。
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