JP5388626B2

JP5388626B2 - 回路基板検査装置におけるプローブピンのオフセット量取得方法およびその検査治具

Info

Publication number: JP5388626B2
Application number: JP2009045361A
Authority: JP
Inventors: 義典佐藤
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: JP2010197329A

Description

本発明は、回路基板検査装置に装着されているプローブピンの原点位置に対するオフセット量（偏差量）を正確に取得する技術に関するものである。

回路基板検査装置は、プローブピンの駆動方法別で言えば、複数本のプローブピンをピンボードに植設して各プローブピンを一度に被検査回路基板の測定ポイントに接触させるピンボード方式（フィクスチュア方式）と、例えば２本もしくは３本等のプローブピンをＸ−ＹおよびＺ軸方向に個別的に移動させて被検査回路基板の測定ポイントに接触させるＸ−Ｙ方式（フライング方式）とに大別される。

このうち、Ｘ−Ｙ方式では、制御部より各プローブピンの駆動手段にｘ，ｙの座標データを与えて、各プローブピンを被検査回路基板の測定ポイント上にまで移動させるようにしているが、この場合に指定する座標データ（ｘ，ｙ）は、回路基板検査装置の原点の位置（０，０）を基準として設定される。

プローブピンは消耗品であるため交換されるが、プローブピンを可動ヘッドに取り付ける際の取付誤差や、プローブピン自体の個体差等により、プローブピンの先端が一定の位置におかれるとは限らない。むしろ、往々にして位置的にばらつきが生ずる。

そこで、交換のつど、プローブピンの先端位置を確かめる必要がある。これが、プローブピンのオフセット量取得と呼ばれるものであり、その典型的な従来例を図４，図５を参照して説明する。

まず、図４に示すように、オフセット用基板１に感圧紙等の紙２を張り、オフセット用基板１を回路基板検査装置の原点Ｏの位置付近にセットする。

そして、制御部よりプローブピン駆動手段（ともに図示しない）に原点Ｏの座標データ（０，０）を与えてプローブピン１０を原点Ｏに向けて移動させたのち、Ｚ軸方向に下降させて紙２に打痕１０ａを付ける。

次に、Ｘ−Ｙ方向に移動可能な例えばＣＣＤカメラ２０を原点Ｏの位置（０，０）に移動させ、図５に示すように、そのファインダ内にある例えば十文字マーク２０ａの中心に打痕１０ａがあるかどうかを見る。

十文字マーク２０ａの中心に打痕１０ａがあればオフセット量は「０」であり、制御部からプローブピン駆動手段に与える座標データを補正する必要はない。

これに対して、図５（ａ）に示すように、打痕１０ａが十文字マーク２０ａの中心から外れている場合には、ＣＣＤカメラ２０を手動操作で移動させて、図５（ｂ）に示すように、十文字マーク２０ａの中心を打痕１０ａに合わせ込む。

このとき、ＣＣＤカメラ２０のＸ軸方向の移動量がｘａ，Ｙ軸方向の移動量がｙａであるとすれば、原点Ｏの位置（０，０）に対する打痕１０ａのＸ，Ｙ座標上での位置は（ｘａ，ｙａ）となる。

すなわち、交換されたプローブピン１０は、原点Ｏの位置（０，０）に対して（ｘａ，ｙａ）のオフセット量をもつことになるため、実際の回路基板検査時には、制御部からプローブピン駆動手段に与える座標データが上記オフセット量分だけ加算もしくは減算されることになる。

しかしながら、ＣＣＤカメラ２０を手動操作で移動させ、目で見て十文字マーク２０ａの中心を打痕１０ａに合わせる場合、どうしても作業者の操作誤差や目視誤差が入り込むため、正確とは言えない。

そこで、特許文献１に記載された発明では、ＣＣＤカメラ２０で撮像された打痕１０ａの画像を画像処理手段にて処理して、その重心を求めるようにしている。

特開平６−３３１６５３号公報

上記特許文献１に記載された発明によれば、打痕１０ａの重心が自動的に求められることから、原点位置に対するオフセット量を正確に取得することができる。

しかしながら、ＣＣＤカメラおよび画像処理手段と言った高価な設備を必要とすることから、これらの設備を導入するうえでコスト負担が大きい。

また、オフセット量を取得するにあたって、前もってオフセット用基板に貼られた打痕紙に打痕を付ける作業を必要とするため、その分、作業時間もかかる、という問題がある。

したがって、本発明の課題は、より低コストの設備で、プローブピンのオフセット量を自動的かつ正確に取得できるようにすることにある。

上記課題を解決するため、第１の発明は、請求項１に記載されているように、回路基板検査装置が備えるプローブピン駆動手段により被検査回路基板と平行なＸ−Ｙ平面上を移動するプローブピンを、上記回路基板検査装置の原点位置に移動させた際の上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得するにあたって、
上記Ｘ−Ｙ平面と直交し上記原点位置を通る仮想のＺ軸線を中心とする一定半径の円に沿って移動するセンサ電極を有し、上記センサ電極は、上記円の円周方向に沿った幅が上記プローブピンの直径とほぼ等しい幅で上記プローブピンと静電的に結合可能であり、上記センサ電極を、上記一定半径の円に沿って移動させながら、静電容量測定手段により上記センサ電極と上記プローブピンとの間で生ずる静電容量値を複数回にわたって測定し、上記静電容量値が一定値を示すように上記プローブピン駆動手段により上記プローブピンを移動させることにより、上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得することを特徴としている。

上記第１の発明において、請求項２に記載されているように、上記プローブピンが上記原点位置にあるときの上記センサ電極との間で生ずる静電容量値が既知であり、上記静電容量値が一定値を示すように上記プローブピン駆動手段により上記プローブピンを移動させる際、上記既知静電容量値との差が小さくなる方向に上記プローブピンを移動させることが好ましい。

また、第２の発明は、請求項３に記載されているように、回路基板検査装置が備えるプローブピン駆動手段により被検査回路基板と平行なＸ−Ｙ平面上を移動するプローブピンを、上記回路基板検査装置の原点位置に移動させた際の上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得するにあたって、
上記Ｘ−Ｙ平面と直交し上記原点位置を通る仮想のＺ軸線を中心とする一定半径の円に沿って移動するセンサ電極を有し、上記センサ電極は、上記円の円周方向に沿った幅が上記プローブピンの直径とほぼ等しい幅で上記プローブピンと静電的に結合可能であり、上記センサ電極を、上記一定半径の円に沿って移動させながら、静電容量測定手段により上記センサ電極と上記プローブピンとの間で生ずる静電容量値を測定し、上記静電容量値の最大値もしくは最小値に基づいて、上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得することを特徴としている。

上記第２の発明において、請求項４に記載されているように、上記静電容量値が最大値もしくは最小値を示す上記センサ電極の特定位置の上記円上における回転角と、上記最大値もしくは最小値から算出される上記プローブピンと上記センサ電極との間の距離と、上記円の半径距離とから、上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を座標データとして取得することができる。

上記第１および第２の発明において、請求項５に記載されているように、上記Ｚ軸線に対して同軸的に配置され、所定の回転駆動手段により回転駆動される円筒体を備え、上記センサ電極が上記円筒体の内面の１箇所にその軸線方向に沿って設けられた帯状電極からなることが好ましい。

また、本発明には、請求項６に記載されているように、回路基板検査装置が備えるプローブピン駆動手段により被検査回路基板と平行なＸ−Ｙ平面上を移動するプローブピンを、上記回路基板検査装置の原点位置に移動させた際の上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得するために使用される検査治具であって、
上記Ｘ−Ｙ平面と直交し上記原点位置を通る仮想のＺ軸線に対して同軸的に配置され、所定の回転駆動手段により回転駆動される円筒体を備え、上記円筒体の内面の１箇所に、上記円筒体の円周方向に沿った幅が上記プローブピンの直径とほぼ等しい幅で上記プローブピンと静電的に結合可能なセンサ電極が設けられていることを特徴とする検査治具も含まれる。

第１の発明によれば、プローブピンと静電的に結合可能なセンサ電極を、Ｘ−Ｙ平面と直交し原点位置を通る仮想のＺ軸線を中心とする一定半径の円に沿って移動させながら、静電容量測定手段によりセンサ電極とプローブピンとの間で生ずる静電容量値を複数回にわたって測定し、静電容量値が一定値を示すようにプローブピン駆動手段によりプローブピンを移動させればよく、したがって、ＣＣＤカメラおよび画像処理手段と言った高価な設備を必要とすることなく、また、前もってオフセット用基板に貼られた打痕紙に打痕を付ける作業をおこなうことなく、原点位置に対するプローブピンのオフセット量を自動的かつ正確に取得することができる。

また、第２の発明によれば、プローブピンと静電的に結合可能なセンサ電極を、Ｘ−Ｙ平面と直交し原点位置を通る仮想のＺ軸線を中心とする一定半径の円に沿って移動させながら、静電容量測定手段によりセンサ電極とプローブピンとの間で生ずる静電容量値を測定し、静電容量値が最大値もしくは最小値を示すポイントを求めればよく、したがって、第１の発明と同様に、ＣＣＤカメラおよび画像処理手段と言った高価な設備を必要とすることなく、また、前もってオフセット用基板に貼られた打痕紙に打痕を付ける作業をおこなうことなく、原点位置に対するプローブピンのオフセット量を自動的かつ正確に取得することができる。

本発明の第１実施形態を説明するための模式的な斜視図。図１の模式的な平面図。本発明の第２実施形態を説明するための模式図。従来例を説明するための模式的な斜視図。上記従来例でカメラの十文字マークを打痕に合わせ込む状態を示す模式図。

次に、図１ないし図３を参照して、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、図１および図２により、本発明の第１実施形態（請求項１に対応）について説明する。

本発明の回路基板検査装置は、その全体の構成は図示を省略しているが、例えば２本もしくは３本等のプローブピンをＸ−ＹおよびＺ軸方向に個別的に移動させて被検査回路基板の測定ポイントに接触させるＸ−Ｙ方式（フライング方式）の回路基板検査装置である。

図１および図２に、そのうちの１本のプローブピン１０のみを示すが、このプローブピン１０はプローブピン駆動手段により、被検査回路基板がセットされる装置基台１ａと平行なＸ−Ｙ平面内で移動自在であり、かつ、被検査回路基板の被測定ポイントに移動した後にはＺ軸（垂直方向）に昇降するように駆動される。

プローブピン駆動手段は、例えばＸ軸アームと、Ｘ軸アームと直交しＸ軸アームの送りねじ軸によってＸ軸方向に往復動するＹ軸アームと、Ｙ軸アームに保持されＹ軸アームの送りねじ軸によってＹ軸方向に往復動する可動ヘッドとを含む公知の駆動手段あってよく、プローブピン１０は、可動ヘッドに設けられている昇降手段に交換可能に取り付けられる。なお、Ｘ軸アームおよびＸ軸アームの各送りねじ軸は、好ましくはステッピングモータにより駆動される。

プローブピン１０を上記可動ヘッドに取り付けたのち、そのオフセット量を取得するため、第１実施形態では、図１に示すように、円筒体３０と、Ｃメータ（静電容量測定手段）４０とを用いる。

円筒体３０は、電気絶縁材よりなるが、その内周面の一部分にプローブピン１０と静電的に結合し得るセンサ電極３１を備える。センサ電極３１は、幅が好ましくはプローブピン１０の直径とほぼ等しい帯状の電極で、円筒体３０の軸線方向に沿って配置される。

プローブピン１０とセンサ電極３１は、それぞれＣメータ４０に接続されるが、例えばプローブピン１０はＬｏｗ電位に保たれ、センサ電極３１はＨｉ電位に保たれる。円筒体３０は、図示しないモータ（好ましくはステッピングモータ）に連結され、少なくとも１回転は可能である。

回路基板検査装置のプローブピンを駆動するうえでの位置基準となる原点をＯ（座標データｘ＝０，ｙ＝０）として、円筒体３０は、その回転中心が原点Ｏ上に置かれる。

この実施形態では、回路基板検査装置の被測定回路基板がセットされる基板載置基台１ａ上に円筒体３０を配置するようにしているが、先の図４の従来例と同じく、オフセット用基板１に円筒体３０を回転可能に設け、そのオフセット用基板１を回路基板検査装置の原点位置に配置してもよい。

図示しない制御部より、プローブピン駆動手段に原点Ｏの座標データ（０，０）を与えてプローブピン１０を原点Ｏに向けて移動させ、プローブピン１０を円筒体３０内に下降させる。

円筒体３０を回転させながら、Ｃメータ４０にて数点の位置でプローブピン１０とセンサ電極３１との間の静電容量値Ｃを測定する。そして、プローブピン駆動手段を動作させて、その静電容量値Ｃが一定となる位置にプローブピン１０を移動させる。

円筒体３０を回転させても測定される静電容量値Ｃが一定値を示せば、プローブピン１０が原点Ｏ上に位置していると判定することができる。したがって、プローブピン１０が原点Ｏにまで移動した移動量がプローブピン１０のオフセット量となる。

すなわち、プローブピン１０の当初の座標位置は仮定的に（０，０）であり、実際に原点Ｏに到達した際のプローブピン１０の座標位置が（ｘａ，ｙａ）であったとすれば、（０，０）−（ｘａ，ｙａ）がオフセット量となる。

なお、プローブピン１０が円筒体３０の回転中心にある場合におけるプローブピン１０とセンサ電極３１との間の静電容量値がＣｒｅｆとしてあらかじめ分かっている場合には、静電容量値Ｃが一定となる位置にプローブピン１０を移動させる際、測定された静電容量値Ｃと既知静電容量値Ｃｒｅｆとの差が小さくなる方向にプローブピン１０を移動させることが作業時間を短くするうえで好ましい。

次に、図３により、本発明の第２実施形態（請求項３に対応）について説明する。第２実施形態においても、センサ電極３１を有する回転体３０とＣメータ４０とを用いるが、プローブピン１０を実際に原点Ｏにまで移動させない点で上記第１実施形態と異なる。

円筒体３０を回転させながら、Ｃメータ４０にてプローブピン１０とセンサ電極３１との間の静電容量値Ｃを好ましくは連続的に測定し、静電容量値Ｃが最大値を示すポイントを検出する。

静電容量値Ｃが最大値を示すとき、図３に示すように、プローブピン１０が原点Ｏとセンサ電極３１とを結ぶ直線（半径線）上に存在していることになる。静電容量値Ｃ（＝ε・ｓ／ｄ）からプローブピン１０とセンサ電極３１との間の距離ｄが算出される。

これにより、円筒体３０の半径距離をｒとして、原点Ｏとプローブピン１０との間の距離ｒａがｒ−ｄで求められ、静電容量値Ｃが最大値を示すときの回転体３０のＸ軸からの回転角をθ゜とすれば、プローブピン１０のＸ軸座標値ｘａは、ｘａ＝（ｒ−ｄ）ｃｏｓθ、Ｙ軸座標値ｙａは、ｙａ＝（ｒ−ｄ）ｓｉｎθより求められる。

したがって、プローブピン１０のオフセット量が座標値（（ｒ−ｄ）ｃｏｓθ，（ｒ−ｄ）ｓｉｎθ）として取得される。なお、回転体３０の回転角θ゜は、ステッピングモータから出力される回転パルス等により得られる。

上記第２実施形態では、静電容量値Ｃが最大値を示すポイントを検出するようにしているが、これとは反対に、静電容量値Ｃが最小値を示すポイントを検出するようにしてもよい。

この場合、プローブピン１０とセンサ電極３１との間の距離がもっとも長くなり、プローブピン１０は、図３のＸ−Ｙ座標で第３象限に位置することになるが、上記と同様にしてプローブピン１０のオフセット量を取得することができる。

また、上記各実施形態では、センサ電極３１を円筒体３０の内面に取り付けて使用しているが、必ずしも円筒体は必要でなく、例えば円筒体の半径線に相当する長さのステーの一端側にセンサ電極３１を垂直に立て、ステーの他端側をモータの出力軸に連結し、ステーを原点Ｏにを中心に回転させるようにしてもよい。

以上、本発明によれば、ＣＣＤカメラや画像処理手段等の高価な設備を導入することなく、プローブピンのオフセット量を自動的かつ正確に取得することができる。

１０プローブピン
３０円筒体
３１センサ電極
４０Ｃメータ（静電容量測定手段）

Claims

回路基板検査装置が備えるプローブピン駆動手段により被検査回路基板と平行なＸ−Ｙ平面上を移動するプローブピンを、上記回路基板検査装置の原点位置に移動させた際の上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得するにあたって、
上記Ｘ−Ｙ平面と直交し上記原点位置を通る仮想のＺ軸線を中心とする一定半径の円に沿って移動するセンサ電極を有し、上記センサ電極は、上記円の円周方向に沿った幅が上記プローブピンの直径とほぼ等しい幅で上記プローブピンと静電的に結合可能であり、上記センサ電極を、上記一定半径の円に沿って移動させながら、静電容量測定手段により上記センサ電極と上記プローブピンとの間で生ずる静電容量値を複数回にわたって測定し、上記静電容量値が一定値を示すように上記プローブピン駆動手段により上記プローブピンを移動させることにより、上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得することを特徴とする回路基板検査装置におけるプローブピンのオフセット量取得方法。
上記プローブピンが上記原点位置にあるときの上記センサ電極との間で生ずる静電容量値が既知であり、上記静電容量値が一定値を示すように上記プローブピン駆動手段により上記プローブピンを移動させる際、上記既知静電容量値との差が小さくなる方向に上記プローブピンを移動させることを特徴とする請求項１に記載の回路基板検査装置におけるプローブピンのオフセット量取得方法。
回路基板検査装置が備えるプローブピン駆動手段により被検査回路基板と平行なＸ−Ｙ平面上を移動するプローブピンを、上記回路基板検査装置の原点位置に移動させた際の上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得するにあたって、
上記Ｘ−Ｙ平面と直交し上記原点位置を通る仮想のＺ軸線を中心とする一定半径の円に沿って移動するセンサ電極を有し、上記センサ電極は、上記円の円周方向に沿った幅が上記プローブピンの直径とほぼ等しい幅で上記プローブピンと静電的に結合可能であり、上記センサ電極を、上記一定半径の円に沿って移動させながら、静電容量測定手段により上記センサ電極と上記プローブピンとの間で生ずる静電容量値を測定し、上記静電容量値の最大値もしくは最小値に基づいて、上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得することを特徴とする回路基板検査装置におけるプローブピンのオフセット量取得方法。
上記静電容量値が最大値もしくは最小値を示す上記センサ電極の特定位置の上記円上における回転角と、上記最大値もしくは最小値から算出される上記プローブピンと上記センサ電極との間の距離と、上記円の半径距離とから、上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を座標データとして取得することを特徴とする請求項３に記載の回路基板検査装置におけるプローブピンのオフセット量取得方法。
上記Ｚ軸線に対して同軸的に配置され、所定の回転駆動手段により回転駆動される円筒体を備え、上記センサ電極が上記円筒体の内面の１箇所にその軸線方向に沿って設けられた帯状電極からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回路基板検査装置におけるプローブピンのオフセット量取得方法。
回路基板検査装置が備えるプローブピン駆動手段により被検査回路基板と平行なＸ−Ｙ平面上を移動するプローブピンを、上記回路基板検査装置の原点位置に移動させた際の上記原点位置に対する上記プローブピンのオフセット量を取得するために使用される検査治具であって、
上記Ｘ−Ｙ平面と直交し上記原点位置を通る仮想のＺ軸線に対して同軸的に配置され、所定の回転駆動手段により回転駆動される円筒体を備え、上記円筒体の内面の１箇所に、上記円筒体の円周方向に沿った幅が上記プローブピンの直径とほぼ等しい幅で上記プローブピンと静電的に結合可能なセンサ電極が設けられていることを特徴とする検査治具。