JP5624452B2 - 回路基板検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板の検査に用いられるプローブ(導電接触ピン)を所定方向に移動可能な可動アームに支持してなるX−Y型(もしくはフライング型等)と呼ばれる回路基板検査装置で4端子対法による測定を行うにあたって、可動アームの動きの自由度を高める技術に関するものである。
回路基板に存在する導体パターン,実装部品や素子等(以下、これらを「被測定試料」という。)のインピーダンスを測定する方法の一つとして4端子法がある。
4端子法においては、図7の模式図に示すように、基本的な構成として、測定信号を発生する測定信号源1と、電圧検出手段としての電圧計2と、電流検出手段としての電流計3とを備える。
プローブとしては、測定信号源1から被測定試料DUTに流れる測定電流径路に内に含まれる2つの電流プローブP1,P2(P1が高電位Hc側で、P2が低電位Lc側)と、被測定試料DUTの電圧検出径路内に含まれる2つの電圧プローブP3,P4(P3が高電位Hp側で、P2が低電位Lp側)の4つのプローブが用いられる。
なお、これらの各プローブは構造的には変わらないが、本明細書では、説明の便宜上、電流系統側のものを電流プローブと言い、電圧系統側のものを電圧プローブと言う。
測定にあたっては、測定信号源1から電流プローブP1,P2を介して被測定試料DUTに例えば定電流を流し、これによって被測定試料DUTの両端に発生する電圧を電圧プローブP3,P4を介して電圧計2で測定し、電流計3による電流値と電圧計2による電圧値とに基づいて、被測定試料DUTのインピーダンスZを測定する。
この4端子法によれば、測定系の電気配線(リード線)の配線抵抗や被測定試料との接触抵抗の影響をほとんど排除することができるが、測定電流径路に流れる電流によって発生する磁束が電圧検出径路をよぎると、検出電圧に誤差が生じ、この誤差がインピーダンス測定値に含まれることになる。
この現象は、特に高い周波数の測定電流で測定を行う高周波測定時に問題となる。なお、測定系の電気配線に、同軸ケーブル(シールド被覆線)を使用しても、静電シールドの効果はあるが、上記のような電磁誘導に対しては有効ではない。
この電磁誘導による問題は、4端子対法によって解決することができる。4端子対法に関する文献としては例えば特許文献1があるが、図8に4端子対法による測定状態を模式的に示し、これについて説明する。
図8を参照して、4端子対法の場合、電流プローブP1,P2の電気配線として同軸ケーブルC1,C2を用い、同様に、電圧プローブP3,P4の電気配線にも同軸ケーブルC3,C4を用いる。そして、各同軸ケーブルC1〜C4の各外部導体(シールド被覆線)Sのすべてを各プローブの基端付近でリード線5にて接続し短絡する。
動作について、測定信号源1よりHcラインを介して被測定試料DUTに測定電圧Vを印加すると(この印加電圧はHpラインと同じ)、被測定試料DUTにはV/Zなる測定電流が流れる。この測定電流は電流計3を通り、そのまま逆向きに外部導体を流れて測定信号源1に戻る(図8の電流の流れ方向を示す矢印参照)。
このとき、被測定試料DUTの反対側では、LpがLc(=GND)となるように帰還制御回路FCが動作する。したがって、被測定試料DUTには、電圧計2の両端と同じ電圧がかかるため、電圧計2の示す値は、被測定試料DUTの両端電圧と同じとなる。
このように、4端子対法によれば、測定電流径路内において、測定電流の往路と復路とが重ね合わされるため、上記4端子法の利点を維持しながら、測定電流により生ずる磁束の影響(電磁誘導)を軽減することができる。
なお、各同軸ケーブルC1〜C4の各外部導体Sのすべてをリード線5にて接続しているのは、上記電圧を測定する際に、それに関与するHp,Lpの各外部導体Sの電位が確定していない状態は好ましくない、等の理由による。
ところで、X−Y型回路基板装置では、例えば特許文献2に記載されているように、回路基板上を所定方向(X,YおよびZ方向)に移動し得る少なくとも2つの可動アームを備え、その各可動アームにプローブを支持させ、あらかじめ設定されている検査プログラムにしたがって、各可動アームを移動させて回路基板上の被測定試料の検査を行うようにしている。
X−Y型回路基板装置で4端子対法による測定を行う場合、例えば、一方の可動アームに高電位側の電流プローブP1と電圧プローブP3とが設けられ、他方の可動アームに低電位側の電流プローブP2と電圧プローブP4とが設けられ、これらの各可動アーム間に外部導体接続用のリード線5が掛け渡されることになる。
このため、各可動アームの動き得る範囲がリード線5の配線長に制限され、例えばパターンのピッチが変化し、プロービング箇所間の距離がリード線5の配線長よりも長い場合には対応ができない、等の問題がある。
なお、各可動アーム間に掛け渡される外部導体接続用リード線の配線長を長くすることは、高い周波数を扱ううえで好ましくないし、また、極端な例ではあるが、可動アームの間隔が狭められた際に、被検査回路基板上にリード線が垂れ下がって引きずられるおそれもあり、総じて好ましい対策とは言えない。
特開平2−122274号公報 特開2002−14132号公報
したがって、本発明の課題は、X−Y型(もしくはフライング型等)と呼ばれる回路基板検査装置で4端子対法による測定を行うにあたって、同軸ケーブルの外部導体間を接続するリード線の配線長による制限を受けることなく、各可動アームを自由に動き得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、測定信号源および電圧検出手段を含む測定部と、上記測定信号源と被検査回路基板に実装されている被測定試料との間の測定電流径路に含まれる第1,第2の電流プローブおよび上記電圧検出手段と上記被測定試料との間の電圧検出径路に含まれる第1,第2の電圧プローブの4つのプローブと、所定の上記プローブが取り付けられ、移動機構により任意方向に駆動される第1,第2の可動アームと、上記測定部からの測定信号に基づいて上記被測定試料のパラメータを算出し、かつ、上記移動機構を介して上記各可動アームの動きを制御する制御部とを備えている回路基板検査装置において、
4端子対法による計測を行うため、上記各電流プローブおよび上記各電圧プローブの上記測定部に至る電気配線に同軸ケーブルが用いられるとともに、上記4つのプローブとは別に、上記各プローブが接触する上記被測定試料の端子部分とは異なる場所に配置されている所定の導体に接触して互いに導通する第5および第6のプローブをさらに備え、
上記第1の可動アーム側に、上記第1の電流プローブ,上記第1の電圧プローブおよび上記第5のプローブが支持され、上記第2の可動アーム側に、上記第2の電流プローブ,上記第2の電圧プローブおよび上記第6のプローブが支持され、上記第1の可動アーム側においては、上記第1の電流プローブと上記第1の電圧プローブの上記各同軸ケーブルの外部導体間および上記第5のプローブがリード線を介して接続されており、上記第2の可動アーム側においては、上記第2の電流プローブと上記第2の電圧プローブの上記各同軸ケーブルの外部導体間および上記第6のプローブがリード線を介して接続されており、
上記各プローブが上記被測定試料の端子部分に接触するに伴って、上記第5および第6のプローブが上記導体に接触し、上記第1の可動アーム側の各同軸ケーブルの外部導体と上記第2の可動アーム側の各同軸ケーブルの外部導体とが、上記第5,第6のプローブおよび上記導体を介して互いに電気的に接続されることを特徴としている。
本発明において、上記第1の可動アーム側に支持される上記第1の電流プローブおよび上記第1の電圧プローブがともに高電位側で、上記第2の可動アーム側に支持される上記第2の電流プローブおよび上記第2の電圧プローブがともに低電位側であることが4端子対法による測定を行う上で好ましい。
また、本発明において、上記各可動アームは、上記電流プローブおよび上記電圧プローブが取り付けられる第1アーム部と、上記第5,第6のプローブのいずれか一方が取り付けられる第2アーム部とを備え、上記第1アーム部と上記第2アーム部とが、上記被検査回路基板の基板面とほぼ平行な平面内において異なる方向に配向されている態様が好ましく採用される。
本発明では、各可動アーム間に配線されるリード線に代えて、所定の導体に接触して互いに導通する第5および第6のプローブが用いられるが、その導体として、上記被検査回路基板に対して並置される別基板上に形成された所定の導体パターンが用いられてよい。
また、別の態様として、上記導体に上記被検査回路基板上に形成されている所定の導体パターンが用いられてもよい。
また、別の態様として、上記導体に上記各電流プローブおよび上記各電圧プローブが接触する上記被検査回路基板のプロービング箇所を除いて上記被検査回路基板上に配置されるマスク基板に形成された所定の導体パターンを用いることもできる。いずれの場合においても、導体パターンは、銅箔よりなるベタパターンが好ましく採用される。
本発明によれば、各可動アーム間に配線されるリード線に代えて、所定の導体に接触して互いに導通する第5および第6のプローブを採用したことにより、同軸ケーブルの外部導体間を接続するリード線の配線長による制限を受けることなく、各可動アームを自由に動き得るようにすることができる。
(a)X−Y型回路基板検査装置の基本的な構成を示す模式図、(b)本発明に適用される4端子対法によるプローブの構成例を示す模式図。 本発明の実施形態を示す模式図。 各可動アームの要部を示す斜視図。 本発明の第1導体パターンによる測定例を示す模式図。 本発明の第2導体パターンによる測定例を示す模式図。 本発明の第3導体パターンによる測定例を示す模式図。 4端子法による測定状態を示す模式図。 4端子対法による測定状態を示す模式図。
次に、図1ないし図6により、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(a)を参照して、本発明の回路基板検査装置の構成を概略的に説明すると、この回路基板検査装置は、X−Y型もしくはフライング型と呼ばれる検査装置で、基本的な構成として、制御部10と、測定部20と、一対の可動アーム31,32と、可動アームの移動機構41,42とを備える。
検査プローブには、図1(b)に示す4端子対法による4本のプローブP1〜P4が用いられるが、本発明では、さらに2本のプローブP5,P6を備える。したがって、使用するプローブは、P1〜P6の合計6本である。
制御部10には、例えばマイクロコンピュータが用いられ、その記憶部には、被検査回路基板A上に存在する被測定試料DUTについての検査プログラムや、良否判定用の基準データ等が設定される。また、制御部10は、測定部20からの測定信号に基づいて、被測定試料DUTのパラメータ(例えば、インピーダンス)を算出し、好ましくは、その良否判定等を行う。
測定部20は、先の図8で説明したように、4端子対法による測定を行うための測定信号源1、電圧検出手段としての電圧計2、電流検出手段としての電流計3および帰還制御回路FC等を備える。
可動アーム31,32は、それらの移動機構41,42によりX,YおよびZ方向に駆動される。可動アーム31,32の移動制御信号は、制御部10から移動機構41,42に与えられる。図示しないが、可動アーム31,32のほかに、別の可動アーム(例えば、ガードプローブ用の可動アーム等)が設けられてもよい。
図1(b)に示す検査プローブのうち、先の図8で説明したのと同じく、P1,P2が被測定試料DUTに対する測定電流径路に含まれる電流プローブで、P3,P4が被測定試料DUTの電圧検出径路に含まれる電圧プローブである。また、P5,P6は、ともに同一の導体100に接触して互いに導通する導通用のプローブである。
電流プローブP1,P2,電圧プローブP3,P4および導通用のプローブP5,P6には、同じ構造のプローブが用いられてよい。なお、説明するうえで、これらの各プローブの区別を必要としない場合には、単にプローブということがある。
プローブP1,P2,P3およびP4は、それぞれ同軸ケーブルC1,C2,C3およびC4の各内部導体ILを介して測定部20に接続される。
先の図8を参照して、電流プローブP1,P2のうち、電流プローブP1が高電位(Hi)側で測定信号源1のHc端子に接続され、電流プローブP2は低電位(Low)側として電流計3のLc端子側に接続される。
同様に、電圧プローブP3,P4のうち、電圧プローブP3が高電位側で電圧計2のHp端子に接続され、電圧プローブP4は低電位側として電圧検出系のLp端子側に接続される。
同軸ケーブルC1〜C4の各内部導体ILは、その各一端が測定部20に接続され、各他端がプローブP1〜P4の基端b側に接続されるが、この実施形態においては、高電位側の同軸ケーブルC1,C3の各外部導体(シールド被覆線)S同士は、プローブP1,P3の基端b側付近においてリード線5により相互に接続され、また、一方の導通用のプローブP5もリード線5を介して高電位側の同軸ケーブルC1,C3の各外部導体Sに接続されている。
同様に、低電位側の同軸ケーブルC2,C4の各外部導体S同士も、プローブP2,P4の基端b側付近においてリード線5により相互に接続され、また、他方の導通用のプローブP6もリード線5を介して低電位側の同軸ケーブルC2,C4の各外部導体Sに接続されている。
したがって、高電位側の同軸ケーブルC1,C3の各外部導体Sと、低電位側の同軸ケーブルC2,C4の各外部導体Sは、導通用のプローブP5,P6が導体100に接触することにより、これらプローブP5,P6および導体100を介して相互に接続されることになる。
本発明では、この4端子対法による測定用のプローブP1〜P4と導通用のプローブP5,P6とを所定方向に移動可能な可動アームに支持させて、X−Y型の回路基板検査装置で被測定試料DUTのインピーダンス測定を可能とする。
そのため、この実施形態では、図2に示すように、6本のプローブP1〜P6を2つに分け、高電位側の電流プローブP1および高電位側の電圧プローブP3と、一方の導通用のプローブP5とを一方の可動アーム32側に取り付け、低電位側の電流プローブP2および低電位側の電圧プローブP4と、他方の導通用のプローブP6とを他方の可動アーム31側に取り付ける。
そして、各プローブP1〜P4を同軸ケーブルC1〜C4を介して測定部20に接続したのち、同軸ケーブルC1〜C4のプローブ側の端部の外皮をはぎ取って露出された各外部導体Sのうち、図1(b)に示すように、同軸ケーブルC1,C3の各外部導体S間および導通用のプローブP5をリード線5により接続し、また、同軸ケーブルC2,C4の各外部導体S間および導通用のプローブP6をリード線5により接続する。
この場合、測定用のプローブP1〜P4は、被測定試料DUT(例えば、キャパシタ素子)の各端子部分に接触し、導通用のプローブP5,6は、これとは異なる場所に配置される導体100に接触することから、各可動アーム31,32を図3に例示するような構成するとよい。
すなわち、各可動アーム31,32は、被検査回路基板Aの基板面とほぼ平行な平面内で、各可動アーム31,32の基端側からX軸方向に沿って互いに近づく方向に延びる第1アーム部31a,32aと、第1アーム部31a,32aの端部からY軸方向に沿ってともに同一方向に延びる第2アーム部31b,32bとを備える構成とし、可動アーム31側の第1アーム部31aに測定用のプローブP2,P4を取り付け、第2アーム部31bに導通用のプローブP6を取り付ける。同様に、可動アーム32側の第1アーム部32aに測定用のプローブP1,P3を取り付け、第2アーム部32bに導通用のプローブP5を取り付ける。
なお、第2アーム部31b,32bは、必ずしも第1アーム部31a,32aに対して直交する方向とする必要はなく、第1アーム部31a,32aに対する角度は任意に選択されてよい。
また、第2アーム部31b,32bは、第1アーム部31a,32aの途中から突設されてもよい。すなわち、第1アーム部31a,32aと第2アーム部31b,32bは、T字状に交差されてもよい。
また、測定用のプローブP1〜P4が接触する被測定試料DUTの端子部分と、導通用のプローブP5,P6が接触する導体100とが異なる高さに存在する場合があることを考慮して、第2アーム部31b,32bに、若干下向き(被検査回路基板A側に近づく向き)の勾配を付けるとともに、適度な弾性を持たせることが好ましい。
本発明によれば、可動アーム31,32間に、高電位側の同軸ケーブルC1,C3の各外部導体Sと、低電位側の同軸ケーブルC2,C4の各外部導体Sとを接続するリード線の配線が不要であるため、可動アーム31,32のX−Y方向への移動の自由度が高められる。
次に、図4により、この回路基板検査装置の第1測定例について説明する。この第1測定例では、導通用のプローブP5,P6間を導通させる導体100として、被検査回路基板Aに並置される別基板110に形成されている導体パターン111が用いられる。導体パターン111は、別基板110の片面側の全面に形成されたいわゆる銅箔のベタパターンであることが好ましい。
被検査回路基板Aに被測定試料DUTの端子部51,52が形成されているとして、この第1測定例によると、高電位側の測定用のプローブP1,P3を一方の端子部51に接触させ、低電位側の測定用のプローブP2,P4を他方の端子部52に接触させるに伴って、導通用のプローブP5,P6が別基板110の導体パターン111に接触する。
これにより、プローブP5,P6および導体パターン111を介して高電位側の同軸ケーブルC1,C3の各外部導体Sと低電位側の同軸ケーブルC2,C4の各外部導体Sとが電気的に接続されるため、被測定試料DUTのパラメータを4端子対法により測定することができる。
上記第1測定例とは異なり、図5に示す第2測定例のように、導通用のプローブP5,P6間を導通させる導体100として、被検査回路基板Aに形成されている所定の導体パターン121が用いられてもよい。
この導体パターン121は、導通用のプローブP5,P6間を導通させる専用パターンであってもよいし、被検査回路基板Aに形成されている他の回路の例えば引き回し配線部分等が利用されてもよい。
また、導通用のプローブP5,P6間を導通させる導体100として、図6に示す第3測定例のように、被検査回路基板A上に配置されるマスク基板130を用いることもできる。
この第3測定例は、上記第1測定例での別基板110を被検査回路基板A上に配置した変形例として位置付けされ、マスク基板130は、被測定試料DUTの端子部51,52を露出させる窓132,133を有し、その片面側の全面には、導通用のプローブP5,P6間を導通させる導体100として、好ましくは、銅箔のベタパターン131が形成されている。
上記第2測定例および第3測定例においても、上記第1測定例と同じく、プローブP5,P6および導体パターン100(111,121,131)を介して高電位側の同軸ケーブルC1,C3の各外部導体Sと低電位側の同軸ケーブルC2,C4の各外部導体Sとが電気的に接続されるため、被測定試料DUTのパラメータを4端子対法により測定することができる。
1 測定信号源
2 電圧検出手段(電圧計)
3 電流検出手段(電流計)
5 リード線
10 制御部
20 測定部
31,32 可動アーム
31a,32a 第1アーム部
31b,32b 第2アーム部
41,42 移動機構
51,52 端子部
100 導体
111,121,131 導体パターン
A 被検査回路基板
P1,P2 電流プローブ
P3,P4 電圧プローブ
P5,P6 導通用プローブ
C1〜C4 同軸ケーブル
IL 内部導体
S 外部導体(シールド被覆線)
FC 帰還制御回路
DUT 被測定試料

Claims (7)

  1. 測定信号源および電圧検出手段を含む測定部と、上記測定信号源と被検査回路基板に実装されている被測定試料との間の測定電流径路に含まれる第1,第2の電流プローブおよび上記電圧検出手段と上記被測定試料との間の電圧検出径路に含まれる第1,第2の電圧プローブの4つのプローブと、所定の上記プローブが取り付けられ、移動機構により任意方向に駆動される第1,第2の可動アームと、上記測定部からの測定信号に基づいて上記被測定試料のパラメータを算出し、かつ、上記移動機構を介して上記各可動アームの動きを制御する制御部とを備えている回路基板検査装置において、
    4端子対法による計測を行うため、上記各電流プローブおよび上記各電圧プローブの上記測定部に至る電気配線に同軸ケーブルが用いられるとともに、上記4つのプローブとは別に、上記各プローブが接触する上記被測定試料の端子部分とは異なる場所に配置されている所定の導体に接触して互いに導通する第5および第6のプローブをさらに備え、
    上記第1の可動アーム側に、上記第1の電流プローブ,上記第1の電圧プローブおよび上記第5のプローブが支持され、
    上記第2の可動アーム側に、上記第2の電流プローブ,上記第2の電圧プローブおよび上記第6のプローブが支持され、
    上記第1の可動アーム側においては、上記第1の電流プローブと上記第1の電圧プローブの上記各同軸ケーブルの外部導体間および上記第5のプローブがリード線を介して接続されており、
    上記第2の可動アーム側においては、上記第2の電流プローブと上記第2の電圧プローブの上記各同軸ケーブルの外部導体間および上記第6のプローブがリード線を介して接続されており、
    上記各プローブが上記被測定試料の端子部分に接触するに伴って、上記第5および第6のプローブが上記導体に接触し、上記第1の可動アーム側の各同軸ケーブルの外部導体と上記第2の可動アーム側の各同軸ケーブルの外部導体とが、上記第5,第6のプローブおよび上記導体を介して互いに電気的に接続されることを特徴とする回路基板検査装置。
  2. 上記第1の可動アーム側に支持される上記第1の電流プローブおよび上記第1の電圧プローブがともに高電位側で、上記第2の可動アーム側に支持される上記第2の電流プローブおよび上記第2の電圧プローブがともに低電位側であ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。
  3. 上記各可動アームは、上記電流プローブおよび上記電圧プローブが取り付けられる第1アーム部と、上記第5,第6のプローブのいずれか一方が取り付けられる第2アーム部とを備え、上記第1アーム部と上記第2アーム部とが、上記被検査回路基板の基板面とほぼ平行な平面内において異なる方向に配向されていることを特徴とする請求項1または2に記載の回路基板検査装置。
  4. 上記導体として、上記被検査回路基板に対して並置される別基板上に形成された所定の導体パターンが用いられることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の回路基板検査装置。
  5. 上記導体として、上記被検査回路基板上に形成されている所定の導体パターンが用いられることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の回路基板検査装置。
  6. 上記導体として、上記各電流プローブおよび上記各電圧プローブが接触する上記被検査回路基板のプロービング箇所を除いて上記被検査回路基板上に配置されるマスク基板に形成された所定の導体パターンが用いられることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の回路基板検査装置。
  7. 上記導体パターンは、銅箔よりなるベタパターンからなることを特徴とする請求項4ないし6のいずれか1項に記載の回路基板検査装置。
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