JP4982543B2

JP4982543B2 - 多層基板のスルーホール断線検出方法

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Publication number: JP4982543B2
Application number: JP2009218593A
Authority: JP
Inventors: 義典佐藤; 林太郎村山
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2009294232A

Description

本発明は、多層基板のスルーホール断線検出方法に関するものである。

インサーキットテスタなどの回路基板検査装置において、回路素子の実装検査を行う場合には、例えば回路素子の規格値を基準として、得られた測定値がその規格値内にあるかどうかにより良否判定を行うようにしている。

一例として、１ｋΩの抵抗素子が実装されているかどうかを検査する場合、その抵抗素子の両端間の抵抗値を測定し、その測定値が１ｋΩ±α（許容値）の範囲内であれば良品と判定し、例えば１００ｋΩが測定されたときには誤実装と判定される。

この判定方法は、バイパスコンデンサには適用できない場合がある。すなわち、バイパスコンデンサは、直流電流と交流電流とが重ね合わさって流れている回路において、例えば負荷抵抗に直流電流のみを流したい場合に、その負荷抵抗と並列に接続されるものであるため、コンデンサ自体に余り精度が要求されず、また、その静電容量値もまちまちである。

多くの場合、バイパスコンデンサは回路基板の電源パターンとＧＮＤ（グランド）パターンとの間に、その複数個が並列的に接続される。例えば、電源パターンとＧＮＤパターンとの間にバイパスコンデンサとして、（ａ）１２０ｎＦ，（ｂ）１５０ｎＦ，（ｃ）１５０ｎＦ，（ｄ）１００ｎＦ，（ｅ）８０ｎＦの５個のコンデンサが並列に接続されているとする。

上記５個のコンデンサ群の電源パターンとＧＮＤパターンとの間の静電容量Ｃを測定すると、並列接続であるからＣ＝６００ｎＦが得られる。ここで仮に、（ｄ）１００ｎＦのコンデンサが非実装で実際に実装されていないとすると、Ｃ＝５００ｎＦとなる。したがって、良品判定基準値を例えば５００ｎＦ±３０％としてコンデンサの有無を検出する場合、（ｄ）１００ｎＦのコンデンサが非実装でもＯＫ（ＰＡＳＳ）判定となる。

そこで、上記のような特に多数の並列接続されたバイパスコンデンサの有無を検査するにあたっては、画像処理を採用するようにしている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開平６−２４３２３５号公報

しかしながら、画像処理には高価な設備を必要とするため、コスト負担が大きい。また、画像パターンによる対比検査であるため、特に小さなチップになると誤検出が生じやすい。さらには、電気的に導通していなくても、そこに部品があれば良品と判断してしまう、という問題がある。

また、電源パターンとＧＮＤパターンとの間に複数のバイパスコンデンサを並列に接続した回路に類似するものとして、多層基板の隣接する２層にそれぞれ形成されている第１および第２回路パターン同士を同電位となるように複数のスルーホールで接続した回路がある。

この回路は、特に高周波を扱う場合に適用され、複数のスルーホールが第１および第２回路パターンの間に並列的に介在している点で、上記したバイパスコンデンサの並列回路に類似としていると言える。スルーホールの断線検査は、通常、ベアボードテスタなどによって行なわれるが、そのためだけにベアボードテスタを導入することは、設備コストの負担が大きすぎる。

したがって、本発明の課題は、画像処理によることなく、より低廉な設備で簡単かつ確実に多層基板に形成されているスルーホールの断線検査を行えるようにすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、異なる２層にそれぞれ形成されている第１および第２回路パターン同士を同電位となるように接続する複数のスルーホールを備えている多層基板のスルーホール断線検出方法において、信号発生源およびその出力端子に接続された第１プローブと、電圧検出手段および同電圧検出手段の各電圧入力端子に接続された第２プローブ，第３プローブと、ガーディング用の第４プローブとを備え、上記第３プローブと上記第４プローブとを接地に接続し、検査する上記スルーホールをＴ_Ｎ，その周りに存在する所定の２つのスルーホールをＴ_Ｎ−１，Ｔ_Ｎ＋１として、上記第１回路パターン側において上記第１プローブを上記スルーホールＴ_Ｎに接触させるとともに、上記第２回路パターン側において上記第２プローブを上記スルーホールＴ_Ｎに、上記第３プローブを上記スルーホールをＴ_Ｎ−１に、上記第４プローブを上記スルーホールをＴ_Ｎ＋１にそれぞれ接触させ、上記信号発生源より所定の測定信号を発生させ、上記電圧検出手段にて上記第２プローブと上記第３プローブとの間の電圧を検出して上記スルーホールの断線を検査することを特徴としている。

なお、接地に接続されるガーディング用の第５プローブをさらに備え、この第５プローブを上記第３プローブと同じ上記スルーホールをＴ_Ｎ−１に接触させるようにしてもよく、この場合には、上記第３プローブを接地に接続する必要がなくなる。

本発明によれば、信号発生源およびその出力端子に接続される第１プローブと、電圧検出手段およびその各出力端子に接続される第２，第３プローブとを含む低廉な設備で簡単かつ確実に多層基板におけるスルーホールの断線を検査することができる。

また、電圧検出手段の読み値Ｖが「Ｖ＝０」ならば正常，「Ｖ≠０」ならば異常と判断できるため、特に判断のための基準値を用意する必要もない。したがって、検査に入る前の準備作業が不要であり、そのまま検査に入ることができる。

本発明によるバイパスコンデンサの実装・非実装検査方法に係る参考実施形態を模式的に示す側面図。図１に対応する平面図。（ａ）上記参考実施形態において、バイパスコンデンサが実装されている状態での検査例を示す模式図，（ｂ）上記参考実施形態において、バイパスコンデンサが実装されていない状態の検査例を示す模式図。上記参考実施形態の別の例を説明するための模式図。（ａ）上記参考実施形態のさらに別の例を説明するための模式図，（ｂ）バイパスコンデンサが実装されている状態での検査例を示す模式図，（ｃ）バイパスコンデンサが実装されていない状態の検査例を示す模式図。本発明による多層基板のスルーホール断線検査方法に係る実施形態を模式的に示す断面図。上記実施形態において、スルーホールが断線している場合の検査例を示す模式図。

まず、図１ないし図５により、本発明によるバイパスコンデンサの実装・非実装検査方法に係る参考実施形態について説明する。図１は回路基板１０にバイパスコンデンサ２０が実装されている状態を模式的に示す側面図，図２はその要部を示す平面図，図３は実装時と非実装時の検査例を示す模式図，図４および図５は別の検査例を示す模式図である。

この例において、回路基板１０は両面基板で、その一方の面（図１において上面）には、バイパスコンデンサ２０をハンダ付けするための一対のハンダパッド１１，１２が形成されており、回路基板１０の他方の面（図１において下面）には、電源パターン１３とＧＮＤ（グランド）パターン１４とが形成されている。

一方のハンダパッド１１と電源パターン１３はスルーホール１５を介して導通しており、また、他方のハンダパッド１２とＧＮＤパターン１４はスルーホール１６を介して導通している。なお、図２に示すように、ハンダパッド１１とスルーホール１５は引き出し線１１ａによって接続され、同じくハンダパッド１２とスルーホール１６は引き出し線１２ａによって接続されている。

この例において、バイパスコンデンサ２０はチップ型コンデンサで、樹脂からなる外装体の内部に例えば積層電極を有するコンデンサ本体２１と、コンデンサ本体２１の両端に設けられた一対の電極端子２２，２３とを備えている。以下の説明において、バイパスコンデンサ２０を単にコンデンサと言うことがある。

無極性コンデンサの場合、特に取り付けの方向性はないが、この例において、コンデンサ２０は、一方の電極端子２２が電源パターン１３側のハンダパッド１１にハンダ付けされ、他方の電極端子２３がＧＮＤパターン１４側のハンダパッド１２にハンダ付けされるように回路基板１０に実装される。

コンデンサ２０の有無を検査するため、信号発生源としての電圧発生部３０と、電圧検出手段としての電圧計４０とが用いられる。電圧発生部３０は交流電圧発生器，直流電圧発生器のいずれでもよく、その電圧出力端子にプローブＰ１が接続される。電圧発生部３０の他方の端子は接地されている。なお、信号発生源は電流発生源であってもよい。

電圧計４０の電圧入力端子には、プローブＰ２とプローブＰ３とが接続されるが、この場合、プローブＰ３はガードプローブとして接地されている。各プローブＰ１〜Ｐ３は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能な可動プローブであってもよいし、ピンボードに植設された固定プローブであってもよい。

バイパスコンデンサ２０がハンダパッド１１，１２間に実装されているかどうかを検査するには、電圧発生部３０から引き出されているプローブＰ１を例えばＧＮＤパターン１４側のハンダパッド１２に接触させる。また、電圧計４０から引き出されているプローブＰ２，Ｐ３のうち、プローブＰ２を電源パターン１３側のハンダパッド１１に接触させ、接地側のプローブＰ３を回路基板１０の図１において下面側（裏面側）に配線されている電源パターン１３に接触させる。

なお、図２に示すように、接地側のプローブＰ３を回路基板１０の図１において上面側に露出しているスルーホール１５の端面に接触させてもよい。ここで、プローブＰ３をスルーホール１５の端面に接触させるようにしているのは、通常、スルーホール１５にはソルダレジストが形成されていないからである。

スルーホール１５以外に、電源パターン１３に通じていてプローブを接触可能な部分があれば、そこにプローブＰ３を接触させるようにしてもよい。要するに、プローブＰ３をプローブＰ２から離れた位置に接触させればよいのであるが、プローブＰ２とプローブＰ３との間で検出される電圧を大きな値とするには、図１に示すように、プローブＰ３を回路基板１０の裏面側の電源パターン１３に接触させて、プローブＰ２とプローブＰ３との間の距離を長くすることが好ましい。また、プローブＰ２の接触箇所についても、上記の電源パターン１３側のハンダパッド１１に限られるものではない。

各プローブＰ１〜Ｐ３を上記のように接触させた後、電圧発生部３０より所定の電圧を発生させる。図３（ａ）に示すように、バイパスコンデンサ２０がハンダパッド１１，１２間に実装されている場合には、バイパスコンデンサ２０を介してプローブＰ２，Ｐ３間に電流が流れるため、電圧計４０にてその間の電圧降下分が測定される。すなわち、電圧計４０の読み値をＶとするとＶ≠０となる。

これに対して、図３（ｂ）に示すように、バイパスコンデンサ２０がハンダパッド１１，１２間に実装されていない場合には、プローブＰ２，Ｐ３間に電流が流れないため、電圧計４０の読み値はＶ＝０となる。

このようにして、参考実施形態によれば、電圧計４０の読み値がＶ≠０であれば実装と判断でき、Ｖ＝０であれば非実装と判断される。しかも、Ｖ≠０もしくはＶ＝０だけの判断、すなわち０か１かの判断でよいため、特に判断のための基準値を用意する必要もない。なお、電圧発生部３０が直流電圧発生器の場合でも、その電圧印加時に電流がバイパスコンデンサ２０を介して一瞬流れるため、検査は可能である。

上記の例においては、電圧発生部３０から引き出されているプローブＰ１を例えばＧＮＤパターン１４側のハンダパッド１２に接触させるようにしているが、プローブＰ１の接触箇所はこれに限られるものではない。これについて図４と図５より説明する。バイパスコンデンサ２０は通常その複数個が電源パターン１３とＧＮＤパターン１４との間に並列的に接続されるが、図４および図５（ａ）に３つのバイパスコンデンサ２０ａ〜２０ｃが接続されている状態を示す。

図４の例において、バイパスコンデンサ２０ａが検査対象である特定バイパスコンデンサであるとすると、電圧計４０から引き出されているプローブＰ２，Ｐ３については、上記の例と同じく、プローブＰ２を上記特定バイパスコンデンサ２０ａの一方の電極端子２２と接続される電源パターン１３側のハンダパッド１１に接触させ、接地側のプローブＰ３をハンダパッド１１を電源パターン１３に接続するスルーホール１５の端面に接触させることが好ましい。

これに対して、電圧発生部３０から引き出されているプローブＰ１については、特定バイパスコンデンサ２０ａの他方の電極端子２３と接続されるハンダパッド１２と同電位の箇所に接触させればよい。ハンダパッド１２はスルーホール１６を介してＧＮＤパターン１４と導通してるため、プローブＰ１の接触箇所は図４の例のようにバイパスコンデンサ２０ｃが実装される他の実装部のスルーホール１６の端面であってもよいし、他の実装部のハンダパッド１２であってもよい。この例において検査の結果、電圧計４０の読み値がＶ≠０であれば実装と判断でき、Ｖ＝０であれば非実装と判断される。

別の例として、図５（ａ）に示すように、電圧発生部３０から引き出されているプローブＰ１を電源パターン１３側に接触させてもよい。なお、電圧計４０から引き出されているプローブＰ２，Ｐ３については、上記の例と同じく、プローブＰ２を検査対象である上記特定バイパスコンデンサ２０ａの一方の電極端子２２と接続される電源パターン１３側のハンダパッド１１に接触させ、接地側のプローブＰ３をハンダパッド１１を電源パターン１３に接続するスルーホール１５の端面に接触させる。

すなわち、プローブＰ１を接地側のプローブＰ３と同電位の箇所に接触させてもよい。この例では、プローブＰ１をバイパスコンデンサ２０ｂが実装される隣の実装部のスルーホール１５の端面としているが、そのスルーホール１５とつながっているハンダパッド１１にプローブＰ１を接触させてもよい。検査対象である上記特定バイパスコンデンサ２０ａの実装部以外の実装部であればどの実装部のものを選んでもよい。

図５（ａ）に示すように、各プローブＰ１〜Ｐ３を接触させた後、電圧発生部３０より所定の電圧を発生させる。これにより、特定バイパスコンデンサ２０ａおよび隣のバイパスコンデンサ２０ｂがともに実装されている場合には、図５（ｂ）に示すように、プローブＰ１から電源パターン１３を伝わってプローブＰ３に向う電流経路Ａとともに、プローブＰ１からバイパスコンデンサ２０ｂおよび特定バイパスコンデンサ２０ａを介してプローブＰ３に向う電流経路Ｂが形成されるため、電圧計４０の読み値はＶ≠０となり判定は実装となる。

これに対して、図５（ｃ）に示すように、例えば特定バイパスコンデンサ２０ａが実装されていない場合には、電流経路Ｂが形成されないため、電圧計４０の読み値はＶ＝０となり判定は非実装となる。隣のバイパスコンデンサ２０ｂが実装されていない場合にも、電圧計４０の読み値はＶ＝０となる。

次に、図６および図７参照して、本発明による多層基板のスルーホール断線検査方法に係る実施形態について説明する。図６は多層基板１００の断面をかなり簡略化して示す模式図で、図７はスルーホールが断線している場合を示す同様な模式図である。

図６に示すように、この多層基板１００は、隣接する２層にそれぞれ形成された第１回路パターン１１０と第２回路パターン１２０とを備えており、その間には複数のスルーホールＴｈが形成されている。すなわち、第１回路パターン１１０と第２回路パターン１２０は、各スルーホールＴｈを介して同電位となるように導通されている。なお、この回路パターン１１０，１２０は信号線路としてのラインパターンであってもよいし、電源やグランドなどのベタパターンであってもよい。

これらのスルーホールＴｈに断線しているものがあるかどうかを検査するため、基本的には先に説明した参考実施形態と同じく、プローブＰ１を有する電圧発生部３０と、プローブＰ２，Ｐ３を有する電圧計４０とが用いられるが、この実施形態においては、この他に接地されたガーディング用のプローブＰ４が追加的に用いられる。

この断線検査を行うにあたって、所定の３つのスルーホールが選択される。この例では、隣接する３つのスルーホールが選択され、図６に示すように、検査するスルーホールをＴ_Ｎとすると、その両隣に位置する２つのスルーホールＴ_Ｎ−１，Ｔ_Ｎ＋１が選択される。

４本のプローブＰ１〜Ｐ４のうち、電圧発生部３０側のプローブＰ１を例えば第１回路パターン１１０側から断線検査対象であるスルーホールをＴ_Ｎに接触させる。残りの３本のプローブＰ２〜Ｐ４は、第２回路パターン１２０側から接触させる。

すなわち、電圧計４０から引き出されているプローブＰ２，Ｐ３のうち、プローブＰ２をプローブＰ１と同じく断線検査対象であるスルーホールをＴ_Ｎに接触させ、接地側のプローブＰ３は、図６においてその左隣の例えばスルーホールＴ_Ｎ−１に接触させる。また、ガーディング用のプローブＰ４は、図６において右隣のスルーホールＴ_Ｎ＋１に接触させる。

そして、電圧発生部３０から所定の電圧を発生させる。この発生電圧は、上記参考実施形態と同じく、交流，直流のいずれであってもよい。スルーホールＴ_Ｎが断線していなければ、図６に鎖線で示すように、電流は各スルーホールＴ_Ｎ，Ｔ_Ｎ−１，Ｔ_Ｎ＋１に流れる。この場合、プローブＰ３，Ｐ４はともに接地されていて同電位だが、プローブＰ２，Ｐ３間に電流が流れるため、電圧計４０の読み値ＶはＶ≠０となる。

これに対して、図７に示すように、スルーホールＴ_Ｎが断線していると、電流はスルーホールＴ_Ｎ−１，Ｔ_Ｎ＋１に流れるが、プローブＰ３，Ｐ４が接触しているポイントの電位はともに同電位（０Ｖ）であるため、プローブＰ２，Ｐ３間には電流が流れない。したがって、電圧計４０の読み値ＶはＶ＝０となる。

このようにして、上記参考実施形態と同じく、電圧計４０の読み値Ｖが「Ｖ≠０」であるか「Ｖ＝０」であるかによって、スルーホールＴｈの断線検査を行うことができる。

Ｘ−Ｙ駆動方式の場合、プローブＰ１〜Ｐ４の組み合わせを上記のように維持して移動させることにより、各スルーホールＴｈについて断線検査を行うことができる。ピンボード固定方式の場合には、各スルーホールＴｈごとにスキャナスイッチを切り替えて、プローブＰ１〜Ｐ４を上記の組み合わせとすればよい。

なお、図７に鎖線で示すように、もう１本の接地されたガーディング用のプローブＰ５を用意し、同プローブＰ５をプローブＰ３の接触ポイントに接触させるようにすれば、プローブＰ３は接地しなくてもよい。

１０回路基板
１１，１２ハンダパッド
１３電源パターン
１４ＧＮＤパターン
１５，１６スルーホール
２０バイパスコンデンサ
２１コンデンサ本体
２２，２３電極端子
３０電圧発生部
４０電圧計
１００多層基板
１１０，１２０回路パターン
Ｐ１〜Ｐ５プローブ
Ｔｈスルーホール

Claims

異なる２層にそれぞれ形成されている第１および第２回路パターン同士を同電位となるように接続する複数のスルーホールを備えている多層基板のスルーホール断線検出方法において、
信号発生源およびその出力端子に接続された第１プローブと、電圧検出手段および同電圧検出手段の各電圧入力端子に接続された第２プローブ，第３プローブと、ガーディング用の第４プローブとを備え、上記第３プローブと上記第４プローブとを接地に接続し、検査する上記スルーホールをＴ_Ｎ，その周りに存在する所定の２つのスルーホールをＴ_Ｎ−１，Ｔ_Ｎ＋１として、
上記第１回路パターン側において上記第１プローブを上記スルーホールＴ_Ｎに接触させるとともに、上記第２回路パターン側において上記第２プローブを上記スルーホールＴ_Ｎに、上記第３プローブを上記スルーホールをＴ_Ｎ−１に、上記第４プローブを上記スルーホールをＴ_Ｎ＋１にそれぞれ接触させ、
上記信号発生源より所定の測定信号を発生させ、上記電圧検出手段にて上記第２プローブと上記第３プローブとの間の電圧を検出して上記スルーホールの断線を検査することを特徴とする多層基板のスルーホール断線検出方法。