JP4987591B2

JP4987591B2 - 回路基板検査装置

Info

Publication number: JP4987591B2
Application number: JP2007174149A
Authority: JP
Inventors: 悟朗竹内
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP2009014392A

Description

本発明は、検査用信号の印加によって流れる電流信号に基づいて回路基板を検査する回路基板検査装置に関するものである。

この種の回路基板検査装置（以下、「検査装置」ともいう）として、特開２０００−１９３７０２号公報において開示された検査装置が知られている。この検査装置は、正極、負極、接続部および制御手段を備え、検査対象のプリント回路基板における各配線パターン間の絶縁状態の良否を検査する。この場合、制御手段を構成する絶縁判定手段は、信号印加手段、信号検出手段およびレベル判定手段を備えている。

この検査装置では、信号印加手段が、接続部を介して正極に接続されたヘッドピンに所定レベルの電気信号（電圧）を印加する。次いで、信号検出手段が、この電気信号の印加時に、接続部を介して負極に接続されたヘッドピンの電気信号（電流）のレベルを検出する。最後に、レベル判定手段が、信号検出手段により検出された電気信号のレベル（電流レベル）と印加された電圧レベルとから抵抗値を求め、この抵抗値が所定レベル以上のときに絶縁状態が良好であり、所定レベル未満のときに絶縁状態が不良であると判定する。
特開２０００−１９３７０２号公報（第６−７頁、第１図）

ところが、従来の検査装置には、以下の問題点が存在している。すなわち、通常、信号印加手段による電圧信号の印加に基づいて発生する電流信号（電流）は、パターン間に存在している容量（パターン間容量）に起因して、通常、過渡応答を伴ってその信号波形が変化する。このため、従来の検出装置では、電流の信号波形の変動が収束する過渡応答期間の終期における電流値を検出し、この検出した電流レベルと電圧レベルとから抵抗値を算出する手法が一般的となっている。したがって、従来の検出装置には、電流の信号波形における過渡応答期間の終期まで抵抗値の算出が行えない結果、算出した抵抗値に基づく絶縁状態の検査に要する時間が長くなるという問題点が存在している。特に、面積が広い配線パターンのようにパターン間容量が大きくなるものについては、過渡応答期間が長くなる結果、検査に要する時間が一層長時間化する。

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、検査時間を短縮し得る回路基板検査装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の回路基板検査装置は、検査用信号を生成して回路基板に形成されている一対の配線パターン間に印加する信号生成部と、前記検査用信号の印加によって前記一対の配線パターン間に流れる電流信号の過渡応答信号波形をＡ／Ｄ変換部を介して電流波形データとして検出する電流波形検出部と、前記一対の配線パターン間の絶縁状態が正常なときの前記過渡応答信号波形における前記Ａ／Ｄ変換部の入力レンジをオーバーする期間の後の所定期間に含まれる波形であって当該過渡応答信号波形のうちの前半部分の波形についての許容電流範囲データを記憶する記憶部と、前記電流波形検出部によって検出された前記前半部分の波形の前記電流波形データと前記許容電流範囲データとを比較して前記回路基板の良否を判別する判別部とを備えている。

また、請求項２記載の回路基板検査装置は、請求項１記載の回路基板検査装置において、前記記憶部は、前記所定期間の終了時点よりも遅い時点における前記一対の配線パターン間の絶縁状態が正常なときの前記過渡応答信号波形の電流値を閾値として記憶し、前記判別部は、前記前半部分の波形の前記電流波形データが前記許容電流範囲データ外となったときには、前記遅い時点での前記過渡応答信号波形の電流値と前記閾値とを比較して前記回路基板の良否を判別する。

請求項１記載の回路基板検査装置では、判別部が、電流波形検出部によって検出された電流信号の過渡応答信号波形についての前半部分の波形の電流波形データと、この前半部分の波形についての許容電流範囲データとを比較して、回路基板に形成された配線パターン間の絶縁状態を検査する。したがって、この回路基板検査装置によれば、電流信号の信号波形の変動が収束する過渡応答期間の終期における電流レベルに基づく検査とは異なり、回路基板における少なくとも絶縁状態の良好な部分については、検査時間を大幅に短縮することができ、ひいては回路基板全体の検査に要する時間も短縮することができる。

また、請求項２記載の回路基板検査装置では、電流信号の過渡応答信号波形についての前半部分の波形の電流波形データが許容電流範囲データ外となったときには、判別部が、所定期間の終了時点よりも遅い時点での過渡応答信号波形の電流値と、回路基板が正常なときの過渡応答信号波形におけるこの遅い時点での電流値である閾値とを比較して回路基板の良否を判別する。したがって、この回路基板検査装置によれば、検査対象の回路基板についての絶縁状態をより確実に検査することができる。

以下、本発明に係る回路基板検査装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、回路基板検査装置１の構成について、図面を参照して説明する。

回路基板検査装置１は、図１に示すように、プローブ２，３、プローブ移動機構（以下、単に移動機構ともいう）４ａ，４ｂ、測定部５、制御部６、ＲＡＭ７およびＲＯＭ８を備えて構成されている。この回路基板検査装置１は、回路基板１０に対する絶縁検査、具体的には、回路基板１０に形成された複数の配線パターン１１ａ，１１ｂ・・（以下、単に配線パターン１１ともいう）に対する絶縁検査を実行する。

各プローブ２，３は、接触型プローブであって、プローブ固定具２ａ，３ａを介して各移動機構４ａ，４ｂにそれぞれ取り付けられている。各移動機構４ａ，４ｂは、制御部６の制御下で、各プローブ２，３を上下左右に移動させることにより、回路基板１０の表面における任意の位置にプローブ２，３の先端部を移動可能に構成されている。例えば、各移動機構４ａ，４ｂは、回路基板１０の表面に形成された複数の配線パターン１１上に予め設定されている測定ポイントに、各プローブ２，３の先端部を接触させる。

測定部５は、図２に示すように、信号生成部２１、電流検出部２２、Ａ／Ｄ変換部２３、および一対の出力端子２４ａ，２４ｂを備え、一対の配線パターン１１間に流れる電流Ｉ１（本発明における電流信号）の信号波形データを測定可能に構成されている。信号生成部２１は、制御部６から出力される制御信号Ｓｓに同期して、ステップ信号としての検査用信号Ｓ１（電圧がＶ０の直流信号）を生成して、一対の出力端子２４ａ，２４ｂ間に出力する。この構成により、各出力端子２４ａ，２４ｂに各プローブ２，３の後端側がそれぞれ接続され、プローブ２の先端部が一対の配線パターン１１の一方（例えば配線パターン１１ａ）の測定ポイントに接触し、かつプローブ３の先端部が一対の配線パターン１１の他方（例えば配線パターン１１ｂ）の測定ポイントに接触している状態において信号生成部２１が検査用信号Ｓ１を出力したときは、この２つの配線パターン１１ａ，１１ｂ間に検査用信号Ｓ１が供給される。

電流検出部２２は、電流／電圧変換回路を含んで構成されて、信号生成部２１から、出力端子２４ａ、プローブ２、検査対象となる２つの配線パターン１１ａ，１１ｂのうちの一方の配線パターン１１ａ、配線パターン１１ａ，１１ｂ間のパターン間容量Ｃ、他方の配線パターン１１ｂ、プローブ３および出力端子２４ｂを経由して信号生成部２１（具体的には、信号生成部２１内のグランド）に戻る電流経路Ａ（図２中において一点鎖線で示す）中に配設されている。本例では、一例として電流経路Ａにおける出力端子２４ｂとグランドとの間の部位に配設されている。また、電流検出部２２は、信号生成部２１によって配線パターン１１に検査用信号Ｓ１を供給したことによって電流経路Ａに流れる電流（つまり、検査用信号Ｓ１の供給に起因して配線パターン１１の検査対象体に流れる電流）Ｉ１を検出すると共に、検出した電流Ｉ１を電圧信号Ｓ２に変換して出力する。

Ａ／Ｄ変換部２３は、電流検出部２２と共に本発明における電流波形検出部を構成し、電圧信号Ｓ２を入力して、電圧信号Ｓ２についての信号波形データ、すなわち電流検出部２２において検出された電流Ｉ１の信号波形を示すデータを電流波形データＤｉとして出力する。制御部６は、ＣＰＵ等で構成されて本発明における判別部として機能し、各移動機構４ａ，４ｂおよび信号生成部２１に対する動作制御、電流Ｉ１の信号波形（つまり測定部５から出力される電流波形データＤｉ）についての許容電流範囲データＤｒに基づく第１検査処理、および電流Ｉ１の信号波形に対する閾値Ｉｔｈに基づく第２検査処理を実行する。

ＲＡＭ７は本発明における記憶部であって、良品回路基板から予め吸収したデータに基づいて予め規定されたすべての配線パターン１１の組（一対の配線パターンで構成される組）についての許容電流範囲データＤｒ、この許容電流範囲データＤｒに基づく第１検査処理の開始時間ｔａおよび終了時間ｔｂ、閾値Ｉｔｈ、並びにこの閾値Ｉｔｈに基づく第２検査処理を実行する時間ｔ１が予め記憶されている。また、ＲＯＭ８には、制御部６の動作プログラムが記憶されている。

次に、許容電流範囲データＤｒおよび閾値Ｉｔｈについて具体的に説明する。まず、許容電流範囲データＤｒについて説明する。図３に示すステップ信号としての検査用信号Ｓ１が時間ｔ０に一組の配線パターン１１，１１に供給された際に、パターン間容量Ｃを含む電流経路Ａに流れる電流Ｉ１の信号波形（つまり電圧信号Ｓ２の信号波形）は、同図において実線および破線で示すように検査用信号Ｓ１を微分した波形（過渡応答波形）となる。本例では、電流Ｉ１の発生開始時間（電流Ｉ１の立ち上がり時間）ｔ０から所定時間ｔ１を経過して電流Ｉ１が十分に少なくなった時点（時間ｔ１）において行われる第２検査処理での検査精度の確保のため、Ａ／Ｄ変換部２３の入力レンジの上限値Ｉｈを電流Ｉ１の信号波形のピーク値Ｉｐ（つまり電圧信号Ｓ２のピーク値）に対して低く設定している。したがって、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換部２３には、電流Ｉ１の発生開始時間ｔ０の直後において、入力レンジをオーバーする期間（レンジオーバー期間）Ｗ１が発生する。このため、Ａ／Ｄ変換部２３から出力される電流波形データＤｉは、この期間Ｗ１においてＡ／Ｄ変換部２３の上限値に固定され、この期間Ｗ１の終了時点（時間ｔａ）の後において、その値が徐々に低下する。本例では、この期間Ｗ１に続く所定期間Ｗ２、つまり時間ｔａから開始し、その後の時間ｔｂ（時間ｔ１よりも十分に早い時間）において終了する所定期間Ｗ２に含まれる電流Ｉ１の過渡応答信号波形のうちの前半部分の波形（前期波形）に基づいて、第１検査処理を行うべく、良品回路基板での過渡応答信号波形のうちの前期波形についての電流波形データＤｉ（電流波形データＤｉで示される電流値）を包含するように許容電流範囲データＤｒ（斜線を付した範囲データ）が設定されている。

次いで、閾値Ｉｔｈについて説明する。検査対象とする一対の配線パターン１１間の絶縁状態が正常であれば、電流Ｉ１の過渡応答信号波形は次第に減少して、時間ｔ１のときに閾値Ｉｔｈ以下となり、最終的には、検査用信号Ｓ１の電圧Ｖ０を一対の配線パターン１１間の絶縁抵抗で除算した値に収束する。この場合、収束までには長時間を要するため、電流Ｉ１の収束を待つことなく一対の配線パターン１１が正常であるか否かを判別し得るように、第２検査処理を実行する時間ｔ１のときの電流Ｉ１の電流値の標準値が閾値Ｉｔｈ以下となるように、その閾値Ｉｔｈが設定されている。

次に、回路基板検査装置１の回路基板１０に対する絶縁検査処理について、図７を参照して説明する。

まず、回路基板検査装置１では、図１に示すように、所定位置に配設された回路基板１０に対して、制御部６が、移動機構４ａ，４ｂを制御して、複数の配線パターン１１の組のうちの検査対象とする１組の配線パターン１１，１１（一対の配線パターン１１ａ，１１ｂ）に規定された測定ポイントにプローブ２，３を接触させる（ステップ５１）。次いで、制御部６は、検査対象とする１組の配線パターン１１，１１についての許容電流範囲データＤｒ、並びに第１検査処理の開始時間ｔａおよび終了時間ｔｂをＲＡＭ７から読み出すと共に、制御信号Ｓｓを測定部５に出力する。また、制御部６は、制御信号Ｓｓの出力時間（時間ｔ０）からの経過時間ｔの検出を開始する。

測定部５は、制御信号Ｓｓを入力することにより、検査用信号Ｓ１の供給時における配線パターン１１ａ，１１ｂに流れる電流Ｉ１についての電流波形データＤｉの測定を開始する（ステップ５２）。具体的には、測定部５では、図２に示すように、信号生成部２１が、制御信号Ｓｓに同期して検査用信号Ｓ１を生成して、プローブ２を介して配線パターン１１に供給する。電流検出部２２は、検査用信号Ｓ１の供給によって電流経路Ａに流れる電流Ｉ１を検出すると共に、検出した電流Ｉ１を電圧に変換して電圧信号Ｓ２を出力する。また、Ａ／Ｄ変換部２３は、この電圧信号Ｓ２を入力して電流波形データＤｉを出力する。

次いで、制御部６は、ＲＡＭ７から読み出した開始時間ｔａと、検出している経過時間ｔとの比較を行い（ステップ５３）、経過時間ｔが開始時間ｔａに達したときに、第１検査処理を開始する。この第１検査処理では、制御部６は、測定部５から出力される電流波形データＤｉと、ＲＡＭ７から読み出した許容電流範囲データＤｒとの比較を行い、電流波形データＤｉ（具体的には、電流波形データＤｉの各値）が許容電流範囲データＤｒ内に含まれているか否かを検出する（ステップ５４）。この場合、検査対象としている一対の配線パターン１１ａ，１１ｂ間の絶縁が十分であるとき（パターン間容量Ｃが規定の範囲内のとき）には、図３に示すように、第１検査処理の開始時間ｔａから終了時間ｔｂまでの所定期間Ｗ２において、電流波形データＤｉは許容電流範囲データＤｒ内となる。したがって、この状態のときには、制御部６は、検査対象としている一対の配線パターン１１ａ，１１ｂが正常であると判別し、その結果をＲＡＭ７に記憶させて（ステップ５５）、この第１検査処理を終了する。この場合、電流Ｉ１の過渡応答期間における前期期間（前半期間）において、一対の配線パターン１１ａ，１１ｂが正常であると判別できるため、閾値Ｉｔｈを利用した検査（第２検査処理）を実行するのと比較して、検査に要する時間が大幅に短縮される。

一方、図４に示すように、電流Ｉ１の波形が、図３の波形と比較して幅広となり（期間Ｗ１が広くなり）、その結果として、所定期間Ｗ２において、電流波形データＤｉが許容電流範囲データＤｒ外となったときには、一対の配線パターン１１ａ，１１ｂについてのパターン間容量Ｃが規定の範囲を超えている可能性がある。他方、図５に示すように電流Ｉ１の波形が、図３の波形と比較して幅狭となり（期間Ｗ１が狭くなり）、その結果として、所定期間Ｗ２において、電流波形データＤｉが許容電流範囲データＤｒ外となったときには、一対の配線パターン１１ａ，１１ｂについてのパターン間容量Ｃが規定の範囲未満である可能性がある。また、図６に示すように、検査用信号Ｓ１がある程度印加された時点で放電（アーク）が発生して電流Ｉ１の波形が一時的に上昇（電流Ｉ１の値が一時的に上昇）して、電流波形データＤｉが所定期間Ｗ２のいずれかの時点において許容電流範囲データＤｒ外となったときには、一対の配線パターン１１ａ，１１ｂ間にいわゆるヒゲ（極めて細い不要な導体パターン）が近接した状態で介在しているか介在していた可能性がある。

このように、電流波形データＤｉが所定期間Ｗ２において許容電流範囲データＤｒ外となったことを第１検査処理において制御部６が検出したとき、つまり検査対象の１組の配線パターン１１，１１の絶縁状態が良好でない可能性があるときには、制御部６は、経過時間ｔが終了時間ｔｂに達した時点で第１検査処理を終了し、その後、ＲＡＭ７から読み出した時間ｔ１と経過時間ｔとの比較を行い（ステップ５６）、経過時間ｔが時間ｔ１に達したときに、第２検査処理を実行する（ステップ５７）。この第２検査処理では、制御部６は、測定部５から出力される時間ｔ１における電流波形データＤｉと、ＲＡＭ７から読み出した閾値Ｉｔｈとを比較して、電流波形データＤｉ（具体的には、電流波形データＤｉで示される電流値）が閾値Ｉｔｈ以下であるか否かを検出する。この検出処理の結果、電流波形データＤｉが閾値Ｉｔｈ以下となっているときには、制御部６は、最終的に、検査対象となっている一対の配線パターン１１ａ，１１ｂの絶縁状態が正常であると判別して、その結果をＲＡＭ７に記憶させて、この第２検査処理を終了させる。一方、この検出処理の結果、電流波形データＤｉが閾値Ｉｔｈを超える値となっているときには、制御部６は、最終的に、検査対象となっている一対の配線パターン１１ａ，１１ｂの絶縁状態が不良であると判別して、その結果をＲＡＭ７に記憶させて、第２検査処理を終了させる。

一例として、図４に示す電流Ｉ１については、時間ｔ１に達したときの電流波形データＤｉが閾値Ｉｔｈを超えているため、制御部６は、第２検査処理において、検査対象となっている一対の配線パターン１１ａ，１１ｂの絶縁状態が不良であると判別する。一方、図５，６に示す電流Ｉ１については、時間ｔ１に達したときの電流波形データＤｉが閾値Ｉｔｈ以下であるため、制御部６は、第２検査処理において、検査対象となっている一対の配線パターン１１ａ，１１ｂの絶縁状態が正常であると判別する。

制御部６は、ＲＡＭ７に記憶されているすべての配線パターン１１，１１についての検査が完了したか否かを判別しつつ（ステップ５８）、上記のステップ５１〜５７を繰り返し実行して、すべての配線パターン１１，１１についての検査が完了した時点で、ＲＡＭ７に記憶されている第１検査処理および第２検査処理の結果を読み出して、すべての組の配線パターン１１，１１についての検査結果を出力する（ステップ５９）。これにより、この絶縁検査処理が完了する。なお、検査結果の出力については、回路基板検査装置１に表示装置、プリンタ装置およびプロッタ装置などを設けて目視可能な状態に出力する構成を採用することができるし、可搬型の外部メモリに記憶させる構成や、通信インターフェースを設けて外部機器に伝送する構成などの様々な構成を採用することもできる。

このように、この回路基板検査装置１では、制御部６が電流検出部２２およびＡ／Ｄ変換部２３によって検出された電流Ｉ１の電流波形データＤｉ（所定期間Ｗ２内の電流波形データＤｉ）と許容電流範囲データＤｒとを比較して、回路基板１０（具体的には回路基板１０に形成された配線パターン１１，１１間の絶縁状態）を検査する。したがって、この回路基板検査装置１によれば、電流Ｉ１の信号波形の変動が収束する過渡応答期間の終期における電流レベルに基づく検査とは異なり、少なくとも絶縁状態の良好な配線パターン１１，１１の組については、検査時間を大幅に短縮することができ、ひいては回路基板１０全体の検査に要する時間も短縮することができる。

また、この回路基板検査装置１では、制御部６が、第１検査処理において検査対象の１組の配線パターン１１，１１の絶縁状態が良好でない可能性があるときには、所定時間ｔ１を経過したときに第２検査処理を実行して、この時点（時間ｔ１）での電流Ｉ１の電流値と閾値Ｉｔｈとを比較することにより、検査対象の１組の配線パターン１１，１１についての絶縁状態を再度検査する。したがって、この回路基板検査装置１によれば、検査対象の１組の配線パターン１１，１１についての絶縁状態をより確実に検査することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、第１検査処理を実行するための所定期間Ｗ２をレンジオーバー期間Ｗ１に続けて設定する最も好ましい例について上記したが、この所定期間Ｗ２とレンジオーバー期間Ｗ１との間に若干の間隔を設定することもできる。また、移動機構４ａ，４ｂで２本のプローブ２，３を任意の位置に移動させるフライング式のプローブを採用した構成について上記したが、測定ポイントに対応する数のプローブを複数備え、この複数のプローブのうちの任意の２本をスキャナで選択して測定部５に接続する構成を採用することもできる。

回路基板検査装置１の構成を示す構成図である。回路基板検査装置１の測定部５の構成を示すブロック図である。検査用信号Ｓ１、電流Ｉ１の信号波形（電流波形データＤｉ）、および電流Ｉ１の信号波形に対する許容電流範囲データＤｒとの関係を示す波形図（１組の配線パターン１１，１１が正常なときの波形図）である。検査用信号Ｓ１、電流Ｉ１の信号波形（電流波形データＤｉ）、および電流Ｉ１の信号波形に対する許容電流範囲データＤｒとの関係を示す波形図（１組の配線パターン１１，１１が不良なときの波形図）である。検査用信号Ｓ１、電流Ｉ１の信号波形（電流波形データＤｉ）、および電流Ｉ１の信号波形に対する許容電流範囲データＤｒとの関係を示す波形図（１組の配線パターン１１，１１が正常なときの波形図）である。検査用信号Ｓ１、電流Ｉ１の信号波形（電流波形データＤｉ）、および電流Ｉ１の信号波形に対する許容電流範囲データＤｒとの関係を示す波形図（１組の配線パターン１１，１１が正常なときの他の波形図）である。回路基板検査装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１回路基板検査装置
５測定部
６制御部
７ＲＡＭ
１０回路基板
２１信号生成部
２２電流検出部
２３Ａ／Ｄ変換部
Ｄｉ電流波形データ
Ｄｒ許容電流範囲データ
Ｉｔｈ閾値
Ｓ１検査用信号
ｔ１所定時間

Claims

検査用信号を生成して回路基板に形成されている一対の配線パターン間に印加する信号生成部と、
前記検査用信号の印加によって前記一対の配線パターン間に流れる電流信号の過渡応答信号波形をＡ／Ｄ変換部を介して電流波形データとして検出する電流波形検出部と、
前記一対の配線パターン間の絶縁状態が正常なときの前記過渡応答信号波形における前記Ａ／Ｄ変換部の入力レンジをオーバーする期間の後の所定期間に含まれる波形であって当該過渡応答信号波形のうちの前半部分の波形についての許容電流範囲データを記憶する記憶部と、
前記電流波形検出部によって検出された前記前半部分の波形の前記電流波形データと前記許容電流範囲データとを比較して前記回路基板の良否を判別する判別部とを備えている回路基板検査装置。
前記記憶部は、前記所定期間の終了時点よりも遅い時点における前記一対の配線パターン間の絶縁状態が正常なときの前記過渡応答信号波形の電流値を閾値として記憶し、
前記判別部は、前記前半部分の波形の前記電流波形データが前記許容電流範囲データ外となったときには、前記遅い時点での前記過渡応答信号波形の電流値と前記閾値とを比較して前記回路基板の良否を判別する請求項１記載の回路基板検査装置。