JP5105442B2

JP5105442B2 - プリント基板の検査装置および検査方法

Info

Publication number: JP5105442B2
Application number: JP2009006933A
Authority: JP
Inventors: 一機中野; 雅夫金谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-01-15
Also published as: JP2010164427A

Description

この発明はプリント基板の検査部位の短絡または断線などを電気的に検査する検査装置および検査方法に関する。

ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＳＯＪ（Small Outline J-leaded）パッケージなどのようにハンダ接続部の目視が困難な電子部品に対して、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometer：時間領域反射率計）を用いて半田付け検査を行なう方法が知られている。

たとえば、特開平９−６１４８６号公報（特許文献１）に開示される技術では、高周波パルス発生装置により発生したパルス波を、高周波プローブを介して基板のランドから基板配線に印加する。このとき、パルス波の伝播経路の線路インピーダンスの差異により生じる反射波の波形、特に集積回路装置の端子と基板との半田接続部の開放状態と短絡状態との相違による反射波の波形の顕著な差異をオシロスコープで計測する。そして、波形の計測結果を波形分析装置で分析して、半田接続部の良否状態を識別する。

特開平９−６１４８６号公報

上記のように、ＴＤＲによる測定では、プリント基板上のビアなどにプローブを介して高速立ち上がり波形のパルスを入力する。そして、入力したパルスの反射波形を、予め測定した参照用のプリント基板についての反射波形と比較することによって、プリント基板の良否を判定する。

ところが、パルスの入力点から検査対象のＢＧＡパッケージまでの距離が長い場合や、パルスの入力点とＢＧＡパッケージとの間に低インピーダンス素子が介在した場合などには、入力したパルスの波形がなまるために精度の高い測定ができない。

また、プリント基板とプローブとの接触が不良の場合にも、入力したパルスが減衰するため精度の高い測定が困難になる。極端な場合には、測定用のプリント基板が良品であってもプローブの接触不良が原因で不良と判定することがある。

この発明の主たる目的は、ＴＤＲを用いて精度良くプリント基板の検査部位の良否を判定するプリント基板検査装置を提供することである。

この発明は要約すれば、プリント基板の検査部位の良否を検査するプリント基板の検査装置であって、パルス波を出力するパルス発生器と、プローブと、測定器と、判定部とを備える。プローブは、検査部位と接続されたプリント基板上の配線パターンにパルス波を印加するために用いられる。測定器は、パルス波がプリント基板から反射された反射波を、プローブを介して測定する。判定部は、検査用のプリント基板に対して測定された反射波の微分波形を参照用のプリント基板に対して予め測定された反射波の微分波形と比較することによって、検査用のプリント基板の検査部位の良否を判定する。

この発明によれば、反射波の微分波形を利用することによって、精度良くプリント基板の検査部位の良否を判定することができる。

この発明の実施の形態に従うプリント基板検査装置１の構成を示すブロック図である。図１のプリント基板検査装置１のうちインターフェース部３０の概略的な構成を示す図である。図２のインターフェース部３０の一部の拡大図である。従来のＴＤＲによるプリント基板２０の検査方法の問題点を説明するための図である。図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。図１のプリント基板検査装置１を用いた検査手順を示すフローチャートである。図６のステップＳ６の詳細な手順を示すフローチャートである。図６のステップＳ１２を説明するための図である。プリント基板検査装置１による測定波形の例を示す図である。プリント基板検査装置１による良否判定方法の原理を説明するための図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

（プリント基板検査装置１の構成）
図１は、この発明の実施の形態に従うプリント基板検査装置１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、プリント基板検査装置１は、時間領域反射率計（ＴＤＲ）４０と、インターフェース部３０と、制御部としてのコンピュータ５０とを含む。

ＴＤＲ４０は、急峻な立上がりのパルス波を出力するパルス発生器４１と、パルス発生器４１から出力されたパルス波の反射波の波形を測定する測定器としてのオシロスコープ４６とを含む。パルス発生器４１およびオシロスコープ４６は、高周波ケーブル３７によってインターフェース部３０のコネクタ３５と接続される。パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０を介してプリント基板（図２の参照符号２０）に印加される。オシロスコープ４６は、パルス波がプリント基板２０によって反射されて生じた反射波を、インターフェース部３０を介して検出する。オシロスコープ４６によって検出された反射波は、デジタル変換されてコンピュータ５０に出力される。

図２は、図１のプリント基板検査装置１のうちインターフェース部３０の概略的な構成を示す図である。図２は、さらに、検査対象であるプリント基板２０の概略的な構成も併せて示す。

図３は、図２のインターフェース部３０の一部の拡大図である。図２、図３では、断面部分にハッチングを付している。

図２、図３を参照して、プリント基板２０は、配線パターンが形成された絶縁性の基板２１（すなわち、プリント配線板２０Ａ）に、多数の電子部品が実装されたものである。配線パターンは、スルーホールに埋め込まれた導電層２２や、導電層２２に接続されるランド２３，２４などを含む。

本実施の形態のプリント基板検査装置１は、プリント配線板２０Ａに実装された電子部品のはんだ接続状態の良否を検査する。図２には、検査対象の１つとして、ＢＧＡによって実装されたＩＣ（Integrated Circuit）パッケージ１０（ＢＧＡパッケージ１０とも称する）が示される。ＢＧＡは、パッケージの裏面に格子状に形成されたはんだボール１１によって実装する方式である。ＢＧＡでは、はんだ接続部がパッケージの裏面にあるために、目視によるはんだ接続状態の検査が困難である。そこで、プリント基板検査装置１を用いて、検査部位であるはんだボール１１の接続状態の良否が時間領域反射率測定（ＴＤＲ法）によって検査される。

インターフェース部３０は、絶縁性の基板３３と、基板３３上に形成された配線パターン３４と、複数のプローブ３２と、複数のプローブ３２が埋め込まれた絶縁性のブロック３１とを含む。プローブ３２は、プリント基板２０の複数の検査部位を一度に検査するために複数個設けられている。

プローブ３２は、円筒部３２Ａと、円筒部３２Ａの両端に挿入された第１、第２の接触子３２Ｂ，３２Ｃと、接触子３２Ｂ，３２Ｃの間に設けられたバネ部材３２Ｄとを含む。第１の接触子３２Ｂは、検査対象のプリント基板２０のランド２４と電気的に接触する。良好な電気的接触を得るために、接触子３２Ｂの端部は王冠状に突出した形状を有する。第２の接触子３２Ｃは、基板３３に形成された配線パターン３４と電気的に接触する。接触子３２Ｃは、配線パターン３４を介してコネクタ３５に接続される。

バネ部材３２Ｄは、接触子３２Ｂ，３２Ｃを円筒部３２Ａの両端から突出するように付勢する。これによって、プローブ３２とプリント基板２０のランド２４との間、およびプローブ３２と配線パターン３４との間の電気的接触を確実にする。

なお、配線パターン３４が形成された基板３３は、検査対象のプリント基板２０に応じて交換可能な構成となっている。検査用のプリント基板２０を交換したとき、確実に電気的接触が取れるように、配線パターン３４の表面は金メッキされていることが好ましい。

再び図１を参照して、インターフェース部３０は、さらに、リレーなどの複数のスイッチ３６を含む。各スイッチ３６は、各プローブ３２に個別に対応し、各プローブ３２とコネクタ３５とを接続する配線パターン３４の経路に設けられる。コンピュータ５０は、スイッチ３６の接続を切替えることによって、ＴＤＲ４０に接続されるプローブ３２を順次切替える。こうして、プリント基板検査装置１は、各プローブ３２に接続された図２のＩＣパッケージ１０の複数のはんだ接続部１１の良否を順々に検査する。

次に、コンピュータ５０の構成について説明する。コンピュータ５０は、中央処理装置、メモリ回路、および信号の入出力のためのインターフェース回路などを含む。機能的に見ると、コンピュータ５０は、測定制御部５４と、微分演算部５１と、記憶部５２と、判定部５３とを含む。

測定制御部５４は、パルス発生器４１がパルス波を出力するタイミングを制御する。さらに、測定制御部５４は、インターフェース部３０のスイッチ３６を切替えることによって、検査対象のはんだボール１１とＴＤＲ４０とを選択的に接続する。こうして、パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０の配線パターン３４、プローブ３２、図２の検査用のプリント基板２０の配線パターンを介して、検査部位であるはんだボール１１に到達する。はんだボール１１の接続状態に応じて生じた反射波は逆の経路をたどってパルス発生器４１に戻り、オシロスコープ４６によって検出される。

微分演算部５１は、オシロスコープ４６で検出した反射波の波形データを微分する。微分演算部５１に入力された反射波の波形はデジタルデータであるので、微分は差分商で近似できる。反射波の波形データとその微分波形のデータは判定部５３に出力される。

記憶部５２は、良好な参照用のプリント基板を用いて測定した反射波の波形を基準波形として記憶する。さらに、記憶部５２は、基準波形の微分波形を記憶する。

判定部５３は、検査用のプリント基板に対して測定した反射波の微分波形と、予め測定された基準波形の微分波形とを比較する。波形比較の結果に基づいて、判定部５３は、プローブ３２の接触の良否および検査部位の良否の判定を行なう。このように微分波形の比較を行なうことによって、従来よりも精度良くプリント基板２０の検査部位の検査を行なうことができる。

（プリント基板の良否の判定方法）
次に、従来のＴＤＲ法によるプリント基板検査法と対比しながら、図１のプリント基板検査装置１によるプリント基板の良否の判定方法について詳しく説明する。

図４は、従来のＴＤＲによるプリント基板２０の検査方法の問題点を説明するための図である。図４を参照して、プリント基板２０は、配線パターン２５と、グランドパターン２７と、配線パターン２５とグランドパターン２７との間に接続されたＢＧＡパッケージ１０およびコンデンサ２６とを含む。ＢＧＡパッケージ１０の接続状態を検査するために、パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０の配線パターン３４、プローブ３２、および配線パターン２５を順に通過してＢＧＡパッケージ１０に到達する。そして、パルス波がＢＧＡパッケージ１０によって反射された反射波は、入力パルス波の経路を逆に辿ってＴＤＲ４０に到達し、オシロスコープ４６によって測定される。

図５は、図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
図５（Ａ）は、パルス発生器４１から出力されたパルス波の波形の一例を示す。図５（Ａ）の時刻ｔ１で立上るパルス波の大きさは４００ｍＶｐｐ（ｐｐはピーク・ツー・ピークを表わす）程度である。

図５（Ｂ）は、オシロスコープ４６によって測定された反射波の波形の一例を示す。図４、図５（Ｂ）を参照して、実際にＴＤＲ４０から出力されたパルス波は、プリント基板２０に実装された多数の素子によって反射される。さらに、反射波には配線のインピーダンスや長さも関係するので、オシロスコープ４６によって測定される反射波は、図５（Ｂ）に示すように複雑な波形８１となる。そこで、従来のＴＤＲでは、測定用のプリント基板の測定波形と予め測定した参照用プリント基板による基準波形とを比較することによってプリント基板の良否が判定される。

たとえば、測定波形と基準波形との電圧の乖離が一瞬でも閾値（たとえば、５０ｍＶ程度）以上になれば、プリント基板２０は異常と判定される。また、閾値より低い乖離幅でも閾値時間以上（たとえば、２００〜４００ｐ秒程度）乖離し続けた場合に、プリント基板２０は異常と判定される。

なお、これらの乖離幅の閾値の設定する際には、量産時の複数の正常なプリント基板に対して測定した波形からデータの標準偏差を求め、その標準偏差に基づいて閾値を設定するのが望ましい。実際に多数の良品のプリント基板を用いて反射波の波形のばらつきを計算したところ、ＴＤＲ４０から出力したパルスの大きさの１％程度が標準偏差に等しい。たとえば、４００ｍＶｐｐのパルスの場合には、標準偏差σは４ｍＶ程度になる。したがって、乖離幅の閾値は少なくとも３σ＝１２ｍＶ以上に設定する必要がある。

ここで、図４に示すように測定対象となるＢＧＡパッケージ１０までにコンデンサ２６がある場合には、入射パルス波の高周波成分が、短絡された終端の場合と同様にコンデンサ２６によって反射される。この結果、コンデンサ２６から先に進むパルス波の高周波成分が減衰するので、図５（Ｂ）の破線の波形８２に示すように、プローブ３２に対してコンデンサ２６よりも遠方からの反射波の波形が小さくなる。このため、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否の判定が困難になる。

また、測定したいＢＧＡパッケージ１０までの配線パターン２５が長くなるにつれて、測定対象のＢＧＡパッケージ１０に高速立ち上がり波形のパルス波が到達する前にパルス波の高周波成分がより減衰するので、ＢＧＡパッケージ１０からの反射波形が小さくなる。このため、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否の判定が困難になる。

さらに、プローブ３２と配線パターン２５との接触不良もＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否の判定を困難にする原因の１つである。

図５（Ｃ）は、プローブ３２が接触不良の場合の反射波の波形の一例である。図５（Ｃ）には、プローブ３２の接触が良好な場合の反射波の波形８３とプローブ３２の接触が不良の場合の反射波の波形８４とが対比して示されている。

図５（Ｃ）に示すように、プローブ３２が接触不良の場合は、プローブ３２とプリント基板２０との間の接触抵抗が大きくなるので、接触抵抗分の電圧降下がオフセットとして波形に現れる。このため、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態が良好なプリント基板２０を不良と誤判定する可能性がある。なお、プローブ３２の接触が不良の場合は、接触が良好な場合と比較して波形の凹凸などの全体の傾向は変わらない。

そこで、図１のプリント基板検査装置１は、反射波の微分波形に基づいてプリント基板２０の良否を判定する。これによって、従来では困難であったコンデンサなとが介在することによって入力パルス波が減衰する場合にも、正確にＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否を判定できる。さらに、プローブの接触不良による誤判定を防止することができる。

図６は、図１のプリント基板検査装置１を用いた検査手順を示すフローチャートである。各プローブ３２をプリント基板の各検査部位の近傍のランドと接触させてから、図６の検査手順が開始する。

図１、図６を参照して、ステップＳ１で、測定制御部５４は、複数のスイッチ３６のうち、検査部位である図２のＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１に接続されたスイッチ３６がオン状態になるように切替えられる。これによって、測定部位であるＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１とＴＤＲ４０とがプローブ３２を介して接続される。

次のステップＳ２で、測定制御部５４は、パルス発生器４１によってインターフェース部３０を介して検査用のプリント基板にパルス波を印加する。

次のステップＳ３で、オシロスコープ４６は検査用のプリント基板に入力されたパルス波の反射波を測定する。オシロスコープ４６で測定された反射波の波形は、デジタル変換されてコンピュータ５０に入力される。

次のステップＳ４で、コンピュータ５０の微分演算部５１は、測定された反射波のデータの移動平均を行なう。移動平均の計算には各データの前後のデータが用いられる。なお、ステップＳ４は必ずしも必要なステップではないが、測定された反射波の波形データにばらつきがある場合には行なったほうが望ましい。

次のステップＳ５で、微分演算部５１は反射波の微分波形を算出する。ここで、コンピュータ５０に入力された反射波の波形はデジタルデータであるので、微分は差分商で近似できる。

次のステップＳ６で、判定部５３は、検査用のプリント基板に対して測定した反射波（測定波形とも称する）の微分波形と、予め参照用のプリント基板で測定した反射波（基準波形とも称する）の微分波形とを比較する。微分波形の比較結果に基づいて、判定部５３は、プローブ３２の接触の良否および検査部位の良否の判定を行なう。

図７は、図６のステップＳ６の詳細な手順を示すフローチャートである。
図１、図７を参照して、ステップＳ１１で、判定部５３は、検査用プリント基板での反射波の微分波形と参照用プリント基板での反射波の微分波形とを比較し、これらの微分波形の乖離幅（すなわち、各時刻における微分値の差の絶対値）が予め定められた閾値ＴＨ１を超えるか否かを判定する。微分波形の乖離幅が１時点でも閾値ＴＨ１を超える場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）はステップＳ１２に進み、微分波形の乖離幅がいずれの時点においても閾値ＴＨ１以下の場合（ステップＳ１１でＮＯ）はステップＳ２１に進む。まず、微分波形の乖離幅が閾値ＴＨ１を超える場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）について説明する。

図８は、図６のステップＳ１２を説明するための図である。図８は反射波の電圧波形を示す。

図１、図８を参照して、時刻ｔ１でパルス発生器４１から出力されるパルス波が立ち上がる。ここで、ＴＤＲ４０からプローブ３２までのパルス波の伝播時間をＴａとし、ＴＤＲ４０からＢＧＡパッケージ１０までのパルス波の伝播時間をＴｂ（ただし、Ｔｂ＞Ｔａ）とする。そうすると、ＴＤＲ４０は、時刻ｔ１から２×Ｔａだけ時間が経過した時刻ｔ２にプローブ３２からの反射を観測し、時刻ｔ１から２×Ｔｂだけ時間が経過した時刻ｔ３にＢＧＡパッケージ１０からの反射を観測する。なお、時刻ｔ２およびｔ３で観測される反射は、入力パルス波の立上がり部分の反射である。

したがって、ＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１の接続状態が不良の場合には、図８に示すように、時刻ｔ３以降に予め参照用のプリント基板について測定した基準波形８５と検査用のプリント基板の反射波の測定波形８６とに乖離が生じる。一方、プローブ３２の接触不良の場合には、時刻ｔ２以降に基準波形８５と測定波形８６とに乖離が生じる。

反射波の微分波形の特徴は、図８に示す反射波自体の特徴とやや異なる。ＢＧＡパッケージ１０の接続状態が不良の場合には、時刻ｔ３以降に基準波形８５の微分波形と測定波形８６の微分波形とに乖離が生じる。この点は、反射波自体の場合の特徴と変わらない。一方、プローブ３２が接触不良の場合には、時刻ｔ２の近傍のみで、基準波形８５の微分波形と測定波形８６の微分波形とに乖離が生じる。それ以降の時刻については、基準波形８５の微分波形と測定した反射波の波形８６の微分波形とに乖離がほとんど生じない。図７の良否判定の手順は、上記の微分波形の特徴を利用している。

再び、図１、図７を参照して、ステップＳ１２で、判定部５３は、基準波形の微分波形と測定波形の微分波形との乖離幅が閾値ＴＨ１を超えている時刻を確認する。そして、次のステップＳ１３で、プローブ３２からの反射の観測時刻（図８の時刻ｔ２に対応する）の付近のみで微分波形の乖離が生じているか否かを判定する。なお、プローブ３２からの反射の観測時刻とは、入射パルス波の立上がり部分の反射の観測時刻を意味する。

ステップＳ１３での判定の結果、プローブ３２からの反射の観測時刻付近でのみ微分波形の乖離が生じている場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、判定部５３は、プローブ３２からの反射の観測時刻付近での微分波形の乖離幅が閾値ＴＨ２（通常、閾値ＴＨ２は閾値ＴＨ１と異なる値に設定される）を超えているか否かを判定する。この結果、微分波形の乖離幅が閾値ＴＨ２を超えている場合には（ステップＳ１７でＹＥＳ）、判定部５３はプローブの接触不良と判定して処理を終了する（ステップＳ１８）。また、微分波形の乖離幅が閾値ＴＨ２以下の場合には（ステップＳ１７でＮＯ）、判定部５３は検査部位であるＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１の接続状態は良好であると判定して処理を終了する（ステップＳ１９）。

一方、ステップＳ１３での判定の結果、プローブ３２からの反射が観測される時刻よりも後で微分波形の乖離が生じている場合には（ステップＳ１３でＮＯ）ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、判定部５３は、検査部位であるＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１からの反射の観測時刻（図８の時刻ｔ３に対応する）以降の少なくとも１時点で、閾値ＴＨ１を超える微分波形の乖離が生じているか否かを判定する。この結果、検査部位からの反射の観測時刻以降の時点で微分波形の乖離が生じている場合には（ステップＳ１４でＹＥＳ）、判定部５３は検査部位であるＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１が不良であると判定して処理を終了する（ステップＳ１５）。また、検査部位からの反射の観測時刻よりも前の時点で微分波形の乖離が生じている場合には（ステップＳ１４でＮＯ）、判定部５３は検査部位であるＢＧＡパッケージ１０のはんだボール１１以外の部分が不良であると判定して処理を終了する（ステップＳ１６）。

次に、ステップＳ１１で、微分波形の乖離幅が閾値ＴＨ１以下の場合（ステップＳ１１でＮＯ）について説明する。この場合、次のステップＳ２１で、判定部５３は、検査用のプリント基板における反射波の波形と参照用のプリント基板の基準波形とを比較する。そして、判定部５３は、反射波の波形と基準波形と差の絶対値（すなわち、乖離幅）が閾値ＴＨ３を超えているか否かを判定する。

ステップＳ２１での判定の結果、反射波の乖離幅が閾値ＴＨ３を超えている場合に（ステップＳ２１でＹＥＳ）、判定部５３はプローブの接触不良と判定して処理を終了する（ステップＳ２２）。一方、ステップＳ２１での判定の結果、反射波の乖離幅が閾値ＴＨ３以下の場合に（ステップＳ２１でＮＯ）、判定部５３は検査部位は良好と判定して処理を終了する（ステップＳ２３）。

ここで、実際にプローブ３２の接触不良の場合には、プローブ３２とプリント基板２０の配線パターン２５との接触抵抗は数十Ωになる。ＴＤＲ４０から出力されたパルス波の大きさの標準偏差を考慮して閾値ＴＨ３を１２ｍＶ程度に設定した場合には、乖離幅は１２ｍＶの閾値ＴＨ３よりも十分に大きくなるので、容易に接触不良と判定できる。

図９は、プリント基板検査装置１による測定波形の例を示す図である。図９の上段のグラフはオシロスコープ４６で測定された反射波の電圧波形を示し、下段のグラフは上段の反射波の波形の微分波形を示す。また、図９の実線６１，７１は良品のプリント基板を測定した場合を示し、図９の破線６２，７２はプローブが接触不良の状態で良品のプリント基板を測定した場合を示す。図９の一点鎖線６３，７３は不良品のプリント基板を測定した場合を示す。

まず、実線６１，７１のグラフ（良品）と一点鎖線６３，７３のグラフ（不良品）とを比較する。この場合、良品の反射波の波形６１と不良品の反射波の波形６３との乖離幅はあまり大きくないが、良品の反射波の微分波形７１と不良品の反射波の微分波形７３との乖離幅は大きい。しかも、微分波形の乖離は一部の時間帯に限らず生じている。したがって、微分波形の乖離幅が閾値を超えていることおよびその時間帯を判定することによって（図７のステップＳ１１，Ｓ１３）、プリント基板の良否を容易に判定できる。

次に、実線６１，７１のグラフ（良品）と破線６２，７２のグラフ（接触不良）とを比較する。この場合、良品の反射波の波形６１とプローブが接触不良の場合の反射波の波形６２との乖離幅が大きい。したがって、従来のＴＤＲを用いた方法では良品のプリント基板を不良と誤判定する場合があった。

これに対して、良品の反射波の微分波形７１とプローブが接触不良の場合の反射波の微分波形７２とは、一部の時間帯（プローブからの反射波の観測時刻）のみで乖離しているが、その他の時間帯での乖離幅は小さい。したがって、微分波形の乖離幅が閾値を超える時間帯が一部の時間帯に限られることを判定することによって（図７のステップＳ１１，Ｓ１３，Ｓ１７）、プローブの接触不良を容易に判定できる。

次に、上記の微分波形を用いたプリント基板の良否判定方法の原理について説明する。
図１０は、プリント基板検査装置１による良否判定方法の原理を説明するための図である。図１０を参照して、プリント基板２０は、配線パターン２５と、グランドパターン２７と、配線パターン２５とグランドパターン２７との間に接続されたＢＧＡパッケージ１０、コンデンサ２６，２６Ｂ，２６Ｃ、およびＩＣパッケージ２８とを含む。ＢＧＡパッケージ１０の接続状態を検査するために、パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０の配線パターン３４、およびプローブ３２を順に通過して、配線パターン２５に印加される。このとき、測定対象のＢＧＡパッケージ１０からの反射波８７の他に、コンデンサ２６Ｂからの反射波８８や、コンデンサ２６ＣおよびＩＣパッケージ２８からの反射波８９が発生する。そして、これらの反射波８７，８８，８９が合成された合成波が入力パルス波の経路を逆に辿ってＴＤＲ４０に到達し、オシロスコープ４６によって測定される。

プローブ３２の接触が不良の場合、プローブ３２の接触抵抗のためにプリント基板に印加されたパルス波の大きさが減少するので、プリント基板２０の各部位からの反射波の合成波は、全体としての大きさが縮小する。したがって、プローブ３２からの反射波が観測される時刻にＴＤＲ４０の測定波形の傾きに変化が生じるが、その時刻より後のプリント基板の各部位からの反射波の合成波の傾きには変化が生じない。このため、ＴＤＲ４０の測定波形の微分波形は、プローブ３２からの反射波が観測される時刻には基準波形の微分波形とに乖離が生じるが、その時刻より後には乖離が生じない。

一方、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態が不良の場合には、ＢＧＡパッケージ１０からの反射波８７の波形が変化するので、他の部位からの反射波８８，８９との合成波の波形が変化する。このため、ＴＤＲ４０の測定波形の変曲点の位置と基準波形の変曲点の位置とが大きく異なる。この変曲点の位置の違いは、測定波形の微分波形の極大点および極小点と基準波形の微分波形の極大点および極小点との違いとして明瞭に観察することができる（図９の波形７１，７３参照）。

そこで、本実施の形態のプリント基板検査装置１では、ＴＤＲ４０で測定した波形の微分波形を基準波形の微分波形と比較する。これによって、プローブが接触不良の場合と区別して、プリント基板の良否を容易に判定することができる。

なお、プローブ３２の接触不良の場合は、図９の波形６２で示すように、接触抵抗によるオフセット電圧が、プローブ３２からの反射波を観測した時刻よりも後の時刻に一律に基準波形６１に加算される。したがって、ＴＤＲ４０で測定した電圧をインピーダンスに変換し、同様に基準波形の電圧をインピーダンスに変換して両者の差をとることによって、一律に加算された接触抵抗を求めることができる。さらに、プローブ３２からの反射波を観測した時刻よりも後の時刻に対して、ＴＤＲ４０による測定波形をインピーダンス変換したものから上記の接触抵抗を減じ、その後インピーダンスを電圧に再変換すれば、プローブの接触不良のない場合の電圧波形を算出することが可能である。しかしながら、この方法は計算が煩雑であり判定に時間がかかるという欠点がある。これに対して、本実施の形態のプリント基板検査装置１によれば、接触不良の場合を短時間で正確に判定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１プリント基板検査装置、１０ＢＧＡパッケージ、１１はんだボール、２０プリント基板、２０Ａプリント配線板、２２コンタクトホールの導電層、２３，２４ランド、２５配線パターン、２６，２６Ｂ，２６Ｃコンデンサ、２７グランドパターン、３０インターフェース部、３２プローブ、３４配線パターン、３６スイッチ、４１パルス発生器、４６オシロスコープ、５０コンピュータ、５１微分演算部、５２記憶部、５３判定部、５４測定制御部。

Claims

プリント基板の検査部位の良否を検査するプリント基板の検査装置であって、
パルス波を出力するパルス発生器と、
前記検査部位と接続された前記プリント基板上の配線パターンに前記パルス波を印加するためのプローブと、
前記パルス波が前記プリント基板から反射された反射波を、前記プローブを介して測定する測定器と、
検査用のプリント基板に対して測定された反射波の微分波形と参照用のプリント基板に対して予め測定された反射波の微分波形との差の絶対値である微分波形の乖離幅に基づいて、前記検査用のプリント基板の検査部位の良否を判定する判定部とを備え、
前記判定部は、前記検査部位からの反射が観測される時刻以降の少なくとも１時点で、前記微分波形の乖離幅が予め定める第１の閾値を超えている場合に、前記検査用のプリント基板の検査部位が不良であると判定し、
前記判定部は、前記プローブからの反射が観測される時刻付近のみで、前記微分波形の乖離幅が予め定める第２の閾値を超えている場合に、前記プローブと前記検査用のプリント基板との接触が不良であると判定する、プリント基板の検査装置。
前記判定部は、前記微分波形の乖離幅が、いずれの時刻においても前記第１の閾値以内であり、かつ、前記検査用のプリント基板に対して測定された反射波と前記参照用のプリント基板に対して予め測定された反射波との差の絶対値が少なくとも１時点で予め定める第３の閾値を超えている場合に、前記プローブと前記検査用のプリント基板との接触が不良であると判定する、請求項１に記載のプリント基板の検査装置。
検査用のプリント基板の検査部位の良否を検査するプリント基板の検査方法であって、
前記検査部位と接続された前記検査用のプリント基板上の配線パターンにプローブを介してパルス波を印加するステップと、
前記パルス波が前記検査用のプリント基板から反射された反射波を、前記プローブを介して測定するステップと、
前記検査用のプリント基板に対して測定された反射波の微分波形と参照用のプリント基板に対して予め測定された反射波の微分波形との差の絶対値である微分波形の乖離幅に基づいて、前記検査部位の良否を判定するステップとを備え、
前記検査部位の良否を判定するステップは、
前記検査部位からの反射が観測される時刻以降の少なくとも１時点で、前記微分波形の乖離幅が予め定める第１の閾値を超えている場合に、前記検査用のプリント基板の検査部位が不良であると判定するステップと、
前記プローブからの反射が観測される時刻付近のみで、前記微分波形の乖離幅が予め定める第２の閾値を超えている場合に、前記プローブと前記検査用のプリント基板との接触が不良であると判定するステップとを含む、プリント基板の検査方法。
前記検査部位の良否を判定するステップは、さらに、前記微分波形の乖離幅が、いずれの時刻においても前記第１の閾値以内であり、かつ、前記検査用のプリント基板に対して測定された反射波と前記参照用のプリント基板に対して予め測定された反射波との差の絶対値が少なくとも１時点で予め定める第３の閾値を超えている場合に、前記プローブと前記検査用のプリント基板との接触が不良であると判定するステップを含む、請求項３に記載のプリント基板の検査方法。