JP6109060B2

JP6109060B2 - プリント基板検査装置

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Publication number: JP6109060B2
Application number: JP2013262731A
Authority: JP
Inventors: 金谷　雅夫; 雅夫金谷; 一機中野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: JP2015118045A

Description

この発明は、プリント基板（プリント配線板およびそれに実装された電子部品を含む）における検査部位の短絡または断線などを電気的に検査するプリント基板検査装置に関する。

半導体パッケージはその実装面積の縮小の要求から微細化および積層構造化が進んでいる。このため、プリント配線板と半導体パッケージとの接続部および半導体パッケージ内部の検査および故障解析が困難になってきている。

たとえば、半導体パッケージの一形態に、ＢＧＡ（Ball Grid Array）およびＳＯＪ（Small Outline J-leaded）パッケージがある。ＢＧＡでは、パッケージの底面にはんだボールがグリッド状に配設されており、このはんだボールを介してプリント配線板等との接続が行われる。ＳＯＪでは、パッケージの両側の長辺から突き出たリードの先端が、パッケージ本体を抱え込むように内側に折れ曲がっており、折れ曲がった部分にはんだを付けることによってＳＯＪパッケージを表面実装する。これらの半導体パッケージでは、プリント配線板とのハンダ接続部の目視が困難である。

半導体パッケージのその他の形態に、スタックドＣＳＰ（Chip Size Package）およびＰＯＰ（Package on Package）パッケージがある。スタックドＣＳＰはＣＳＰの中に２個のＬＳＩ（Large Scale Integration）を積層化したものである。ＰＯＰは、複数の半導体パッケージを積層した形態である。これらの半導体パッケージは、複雑な構造のため不良が発生する危険が高くなるだけでなく、パッケージ内部の不良箇所の特定が困難になっている。

上記の各形態のような半導体パッケージの検査方法として、たとえば、バウンダリスキャンおよびＸ線による検査がある。しかしながら、バウンダリスキャンおよびＸ線検査には以下の問題がある。

バウンダリスキャンとは、半導体装置の内部の状態を電気的に観察したり操作したりする機能をいう。バウンダリスキャンでは、半導体装置の内部にスキャン用の回路が必要とされるため、半導体装置の大型化や生産コストの上昇につながってしまう。さらに、高周波回路ではバウンダリスキャンを利用することができない。Ｘ線による検査は、スキャン精度が粗く、実際に検査したいはんだボールの微小な亀裂およびワイヤーボンド断線等による接続不良箇所を見つけるのが極めて困難である。

上記の検査法に比べて簡単かつ高精度な方法として、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry：時間領域反射率計）を利用したプリント基板の検査法がある。たとえば、特開平９−６１４８６号公報（特許文献１）に記載されるＴＤＲを利用したはんだ付け検査装置では、測定用の専用パッドをプリント基板に設け、この専用パッドに電気パルスを入力したときの反射特性によってはんだボールの接続の信頼性が検査される。

特開２０１０−１６４４２７号公報（特許文献２）は、量産での検査に対応して測定時間を短縮するための検査装置の構成を開示する。具体的に、この文献に記載されるＴＤＲを利用したはんだ付け検査装置は、プリント基板にパルス波を入射するために複数のプローブを備える。ＴＤＲと複数のプローブとの接続は順次切り替えられる。判定部は、各プローブからの複雑な反射波形を基準波形と比較することによって、検査部位が良品か不良品かを判定する。

特開２０１１−１４９７９０号公報（特許文献３）は、ＴＤＲを利用したはんだ付け検査装置において、多数点を同時に測定する装置構成を開示する。

特開平９−６１４８６号公報特開２０１０−１６４４２７号公報特開２０１１−１４９７９０号公報

上記の特開２０１０−１６４４２７号公報（特許文献２）のように、複数のプローブを備えたプリント基板検査装置においては、通常、ＴＤＲから各プローブまでの電気長が各プローブごとに異なっている。しかも、ＴＤＲからプローブまでの電気長は、そのプローブからプリント基板上の測定部位までの距離よりもはるかに長い。したがって、プリント基板の反射波形を測定する際に、ＴＤＲからのパルス波の出力時点も含めた電圧波形をオシロスコープで測定すると、良否判定に必要なプリント基板からの反射波の部分の測定精度が不足するという問題がある。一方、プリント基板からの反射波の部分にオシロスコープの時間測定レンジを絞って測定しようとすると、ＴＤＲから各プローブまでの電気長がプローブごとに異なっているために、オシロスコープの設定に手間がかかるという問題がある。

この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、複数のプローブを切替えながらプリント基板上の複数個所をＴＤＲによって検査するプリント基板検査装置において、従来よりも短時間で精度良く検査を実行できるようにすることである。

一実施の形態によるプリント基板検査装置は、パルス波を出力するパルス発生器と、複数のプローブと、複数のスイッチと、測定機と、オフセット時間検出部と、測定制御部とを備える。複数のプロープは、パルス波をプリント基板に印加するために設けられる。複数のスイッチは、パルス発生器と複数のプローブの各々との接続を切替える。測定機は、パルス発生器の出力ノードの電圧の時間変化を測定するために設けられ、電圧の測定開始時点とこの測定開始時点からの測定期間を設定可能である。オフセット時間検出部は、プローブがプリント基板に電気的に接続されていない状態でパルス波が出力されたとき、パルス波の出力時点を基準としてパルス発生器に接続されたプローブからの反射波が測定機によって測定されるまでの時間を、オフセット時間として複数のプローブごとに検出する。測定制御部は、複数のプローブごとにオフセット時間に基づいて測定機による電圧の測定開始時点とこの測定開始時点からの測定期間を設定することにより、設定された測定開始時点からの測定期間内でプリント基板からのパルス波の反射波の電圧を測定機に測定させる。

上記の実施の形態によれば、複数のプローブを有するＴＤＲを利用したプリント基板検査装置において、従来よりも短時間で精度良く検査を行うことができる。

実施の形態１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。図１のプリント基板検査装置１の等価回路を示す図である。オシロスコープ５３で観測される電圧波形の一例を模式的に示す図である。図５の一部（時刻ｔ１からｔ３まで）を拡大して示す図である。オフセット時間の測定方法について説明するための図である。プローブの先端が開放状態の場合にオシロスコープ５３で観測される電圧波形の一例を模式的に示す図である。プリント基板からの反射波形の一例を示す図である（実測したオフセット時間に補正時間を加算しない場合）。プリント基板からの反射波形の一例を示す図である（実測したオフセット時間に補正時間を加算した場合）。オフセット時間を測定する手順を示すフローチャートである。プリント基板の検査手順を示すフローチャートである。実施の形態２によるオフセット時間の測定法について説明するための図である。図１３の等価回路を示す図である。図１４の場合に、ＴＤＲのオシロスコープで測定される電圧波形を模式的に示す図である。

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。

＜実施の形態１＞
［プリント基板検査装置の構成］
図１は、実施の形態１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。プリント基板検査装置１は、時間領域反射率計（ＴＤＲ）５０と、インターフェース部３０と、高周波伝送部４０と、コンピュータ６０とを含む。

（ＴＤＲ）
ＴＤＲ５０は、急峻な立ち上がりのパルス波（もしくは、ステップ電圧）を出力するパルス発生器５１と、パルス発生器５１の出力ノード５２における電圧の時間変化を測定する測定機としてのオシロスコープ５３とを含む。オシロスコープ５３として、たとえば、サンプリングオシロスコープを用いていてもよい。この場合、パルス発生器５１は、パルス波を繰り返し出力する。

パルス発生器５１およびオシロスコープ５３は、高周波伝送部４０によってインターフェース部３０の同軸コネクタ３５と接続される。パルス発生器５１から出力されたパルス波は、高周波伝送部４０を通過し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５３は、パルス発生器５１の出力ノード５２の電圧波形を測定することによって、パルス波がプリント基板２０によって反射されることによって生じた反射波の電圧を測定する。オシロスコープ５３による測定期間（電圧測定の開始時点および測定レンジ）はコンピュータ６０から設定可能である。オシロスコープ５３によって測定された電圧波形は、デジタル変換されてコンピュータ６０に出力される。

（インターフェース部）
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２では、断面部分にハッチングを付している。

図１、図２を参照して、プリント基板２０は、絶縁性の基板２１に配線パターンが形成されたプリント配線板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、および導電層２２に接続されたランド２３，２４などを含む。

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半田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）が示されている。ＢＧＡは、パッケージの裏面に格子状に形成された半田ボール１１によって実装する方式である。ＢＧＡパッケージでは、半田接続部がパッケージの裏面にあるために、目視による半田接続部の検査が困難である。そこで、プリント基板検査装置１は、検査部位である半田ボール１１の接続状態の良否を時間領域反射率測定（ＴＤＲ法）によって検査する。

インターフェース部３０は、絶縁性の基板３３と、基板３３上の配線パターンによって形成されたマイクロストリップライン３４と、信号の伝送経路を切替えるための高周波リレー３７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、同軸コネクタ３５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連続して検査するために複数個設けられている。インターフェース部３０は同軸コネクタ３５によって高周波伝送部４０と接続される。高周波リレー３７に代えて、ＰＩＮダイオード・スイッチ、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチ、またはＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System）スイッチなどを用いることができる。

図１に示すように、同軸コネクタ３５と高周波リレー３７との間、高周波リレー３７同士の間、および高周波リレー３７とプローブ３２との間は、それぞれマイクロストリップライン３４によって接続される。高周波リレー３７は同軸コネクタ３５からプローブ３２に至る信号の伝送経路の途中に１つ以上挿入され、高周波リレー３７によって信号の伝送経路が分岐される。同軸コネクタ３５に入力されたパルス波は、コンピュータ６０の制御に従って高周波リレー３７が切替えられることによって、ＴＤＲ法による測定に使用するプローブ３２に到達する。

なお、ＴＤＲ法による測定では高周波のパルス波を伝達するためにグランドラインが重要である。このため、プローブ３２は、検査装置１のグランドと測定対象であるプリント基板２０のグランドとを接続するために、さらに複数個設けられている。

（プローブの構成）
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に形成されたマイクロストリップライン３４と電気的に接触する。接触子３２Ｃは、マイクロストリップライン３４を介して同軸コネクタ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とマイクロストリップライン３４との間の電気的接触を確実にする。

なお、配線パターンによってマイクロストリップライン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、マイクロストリップライン３４のプローブ３２との接触部表面は金メッキされていることが望ましい。

（高周波伝送部）
再び図１を参照して、高周波伝送部４０は、複数の同軸ケーブル４１と、信号の伝送経路を切替えるための複数の同軸リレー４２とを含む。入出力端に同軸コネクタを有するものであれば、同軸リレー４２に代えて、ＰＩＮダイオード・スイッチ、ＦＥＴスイッチ、またはＭＥＭＳスイッチなどを用いることができる。

図１に示すように、ＴＤＲ５０と同軸リレー４２との間、同軸リレー４２同士の間、および同軸リレー４２とインターフェース部３０（同軸コネクタ３５）との間は、それぞれ同軸ケーブル４１によって接続される。同軸リレー４２はＴＤＲ５０から同軸コネクタ３５に至る信号の伝送経路の途中に１つ以上挿入され、同軸リレー４２によって信号の伝送経路が分岐される。

パルス発生器５１から出力されたパルス波は、コンピュータ６０の制御に従って同軸リレー４２が切替えられることによって、ＴＤＲ法による測定に使用するプローブ３２に通じる同軸コネクタ３５に伝送される。さらに、パルス波は、コンピュータの制御に従って高周波リレー３７が切替えられることによって、同軸コネクタ３５から測定に使用するプローブ３２まで伝送し、そのプローブ３２を介してプリント基板２０に印加される。プリント基板に印加されたパルス波は、プリント基板回路上において各場所のインピーダンス不整合に応じた反射を生じさせる。各場所での反射が合成され、合成された反射波は入力されたパルス波の進行方向と逆向きに伝送し、ＴＤＲ５０に到達する。

（コンピュータ）
コンピュータ６０は、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）６１、メモリ６５、および図示しない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６０は、オフセット時間検出部６２と、良否判定部６３と、測定制御部６４とを含む。これらの機能は、プログラムに従って動作するＣＰＵ６１によって実現される。

オフセット時間検出部６２は、後述するように、ＴＤＲ５０から出力されたパルス波がプローブ３２によって反射されてＴＤＲ５０に戻るまでの時間、言い換えると、パルス波の出力時点を基準としてオシロスコープ５３によってプローブ３２からの反射波の電圧を測定するまでの時間（以下、「オフセット時間ＯＴ」と称する）を測定する。オフセット時間ＯＴはプローブ毎に異なる。測定されたオフセット時間ＯＴは、メモリ６５内の所定の領域（オフセット時間記憶部６６）に格納される。

良否判定部６３は、検査用のプリント基板に対してＴＤＲ装置によって測定された反射波の波形と、予め測定されメモリ６５内の所定の領域（基準波形記憶部６７）に格納されている基準波形と比較する。良否判定部６３は、波形比較の結果に基づいて検査部位の良否を判定する。反射波の波形の微分波形と基準波形の微分波形とを比較することによって良否を判定してもよい。

測定制御部６４は、パルス発生器５１からのパルス波の出力タイミングを制御する。さらに、測定制御部６４は、オシロスコープ５３の測定条件を設定する。特に、この実施の形態の場合、測定制御部６４は、オシロスコープ５３の時間測定の範囲（電圧測定を開始する時点、および測定レンジ）を設定する。さらに、測定制御部６４は、高周波伝送部４０の各同軸リレー４２および各高周波リレー３７の切替えを制御する。このような測定制御部６４の制御によって、ＴＤＲ５０は、ＩＣパッケージ１０内で各プローブ３２に接続されているはんだ接続部１１からのパルス波の反射波形を測定する。

図１の構成のプリント基板検査装置１では、各検査部位に伝えられるパルス波のエネルギーは小さくなり、従って反射波の振幅も小さくなる。しかし、プリント基板検査装置１で検査したい項目である開放や短絡などの回路上の異常によって生じる反射波は比較的大きなものであるため、良否判定を行うのに問題は生じない。インターフェース部３０は検査対象の基板ごとに用意する必要があるため、低価格であることが望ましい。

［複数のプローブを利用した測定の問題点］
上記のように、ＴＤＲ５０から測定対象のプリント基板２０までは、同軸ケーブル４１、同軸リレー４２、マイクロストリップライン３４、および高周波リレー３７などを通過しパルス波が導入される。この場合、ＴＤＲ５０からプリント基板２０上の検査部位までのトータルの電気長は、検査部位に応じて長さが異なる。その理由は、測定対象となるプリント基板２０の回路レイアウトおよび各測定点の位置に応じて、インターフェース部３０のマイクロストリップライン３４の長さが異なるため、および測定点に通じる同軸コネクタ３５に応じて同軸リレー４２の段数が異なるためである。

図１に示す装置の構成では、同軸ケーブル４１は５００ｍｍ程度であることが多い。同軸リレー４２の段数も１〜３段のケースが多く測定点により異なる。そのため同軸リレー間をつなぐ同軸ケーブル４１の接続本数も測定点毎に異なる。さらに、測定対象となるプリント基板２０内の測定位置はビア等のレイアウトによって異なるため、マイクロストリップライン３４は５０ｍｍから５００ｍｍの範囲となる場合が多い。この結果、ＴＤＲ５０からプローブ３２までの距離は１０００ｍｍから２０００ｍｍの範囲になり、測定点毎に異なることになる。

ここで、真空中の光速をＣとし、オシロスコープ５３の測定レンジ（時間）をＴｒとし、伝送線路の比誘電率をε_rとすれば、測定範囲の物理長Ｌは、
Ｌ＝Ｃ・Ｔｒ／（ε_r ^1/2・２） …(1)
で与えられる。たとえば、同軸ケーブル４１、同軸リレー４２、マイクロストリップライン３４、および高周波リレー３７の平均的な比誘電率を４とした場合、ＴＤＲ装置５０内のオシロスコープ５３の測定レンジ１００００ｐＳに対応する線路の物理長は、約７５０ｍｍである。

通常、ＴＤＲ５０からプローブ３２までの電気長は最大２０００ｍｍ程度である。したがって、ＴＤＲ装置５０から測定対象のプリント基板２０全体の反射波をオシロスコープ５３上に表示するためには、オシロスコープ５３の時間軸レンジは３００００ｐＳ以上必要となる。

これに対し、プローブ３２から測定対象となるプリント基板２０の回路内部の長さは１００ｍｍ以内のケースがほとんどである。１００００ｐＳ以上のレンジでＴＤＲ測定した場合、レンジが大きく時間分解能が低下するため、基板上の不具合箇所を精度高く測定することが困難である。

オシロスコープ５３での測定時間軸レンジは１００ｐＳ〜２０００ｐＳ程度が望ましい。このように測定レンジを小さくすることにより測定精度を上げるためには、オシロスコープ５３による電圧測定の開始時点を調整しプローブ３２から先の回路内部のみを測定する必要がある。以下、オシロスコープで測定される電圧波形を具体的に示しながら、さらに詳しく説明する。

図４は、図１のプリント基板検査装置１の等価回路を示す図である。図４を参照して、パルス発生器５１の出力インピーダンス５５を５０Ωとし、パルス発生器５１の電源５６の電圧を４００ｍＶとする。パルス発生器５１の電源５６は、出力インピーダンス５５およびスイッチ５４を介して伝送線路４９に接続される。伝送線路４９は、図１の同軸ケーブル４１、同軸リレー４２、同軸コネクタ３５、マイクロストリップライン３４、および高周波リレー３７を包括したものであり、その特性インピーダンスを５０Ωとする。これらの値は一例であって、特に限定されるものではない。

図５は、オシロスコープ５３で観測される電圧波形の一例を模式的に示す図である。図６は、図５の一部（時刻ｔ１からｔ３まで）を拡大して示す図である。

図４および図５を参照して、時刻ｔ０で、スイッチ５４が投入されることによって、パルス波（ステップ電圧）が発生する。発生したパルス波は、伝送線路４９上を伝送してプローブ３２に到達する。時刻ｔ０以降に伝送線路４９に生じる電圧は、パルス発生器５１の出力インピーダンスである５０Ωと伝送線路４９の特性インピーダンスである５０Ωとで、パルス発生器５１の電源電圧４００ｍＶを分圧した電圧、すなわち２００ｍＶになる。この分圧電圧２００ｍＶがＴＤＲ５０内のオシロスコープ５３で測定される。なお、伝送線路４９を構成する同軸リレー４２および高周波リレー３７などは、その特性インピーダンスが５０Ωで作製されて整合がとれているために、それらの部分からは反射波は発生しない。

パルス発生器５１からプローブ３２までのパルス波の伝送時間をＴＡとすると、時刻ｔ０から２×ＴＡの時間が経過した時刻ｔ２に、プローブ３２からの反射波がオシロスコープ５３によって検出される。時刻ｔ２以降はプリント基板２０内部の不整合点からの反射波の合成波形がオシロスコープ５３によって測定される。

図５に示した期間ＴＣは、プリント基板検査装置１内部の測定データであり不要である。必要なデータは、プローブ３２から反射波が観測される付近の期間ＴＤのデータである。必要な期間ＴＤのデータを小さな時間軸レンジで精度良く測定するためには、オシロスコープによって測定を開始する測定開始時点の設定を測定点毎（プローブ毎）に実施する必要がある。測定点毎（プローブ毎）に測定開始時点の設定が必要な理由は、前述のように、ＴＤＲ５０とプローブ３２間の線路長がほとんど全ての測定点で異なるためである。

実際のプリント基板の良否判定では多種類のプリント基板について良否判定する必要があり、さらに各プリント基板が数百点以上の測定点を有する。このため、経路長を実測することによって測定開始時点を求めるのは多大の時間を要し、精度的にも限界があるので現実的でない。そこで、この実施の形態のプリント基板検査装置１は、オフセット時間、すなわち、パルス波を印加してからプローブからの反射波が測定されるまでの時間を実測し、オフセット時間に基づいて測定開始点を設定する。以下、オフセット時間の測定方法について説明する。

［オフセット時間の測定法］
図７は、オフセット時間の測定方法について説明するための図である。図８は、プローブの先端が開放状態の場合にオシロスコープ５３で観測される電圧波形の一例を模式的に示す図である。

図７および図８を参照して、オフセット時間を測定する場合には、測定対象となるプリント基板２０を設置しない。この場合、プローブ３２の先端はインピーダンス的にオープン状態になっている。

時刻ｔ０にスイッチ５４が投入されパルス波（パルス電圧信号）が発生したとする。このとき、伝送線路４９に印加される電圧は、図５で説明したように２００ｍＶである。

パルス波がプローブ３２に到達するとさらに電圧が上昇する。プローブ３２先端がオープンのためインピーダンスが無限大になりその部分からの反射波が発生するためである。その際、伝送線路４９に発生する電圧は、パルス発生器５１から伝送線路４９に印加された電圧（２００ｍＶ）に反射電圧を加算した電圧になる。開放端での反射電圧は入射電圧に等しいので（反射率＝１）、２００ｍＶになる。したがって、プローブ３２からの反射波が観測される時刻ｔ２に、パルス発生器５１の電源電圧と同等の４００ｍＶの電圧がオシロスコープによって測定されることになる。

実際にオフセット時間を測定する際には、図１のＣＰＵ６１のオフセット時間検出部６２は、オシロスコープ５３の測定電圧が予め定める閾値電圧（本事例では３００ｍＶ）に達した時点ｔ２を、プローブの先端位置からの反射波が観測された時刻と定め、時刻ｔ０から時刻ｔ２までをオフセット時間ＯＴとする。

オフセット時間ＯＴの測定精度を上げるために、オフセット時間検出部６２は、オシロスコープの測定レンジをさらに小さくした状態で測定を行う。この精度を上げた測定では、測定レンジが大きい状態で測定したオフセット時間ＯＴに基づいてオシロスコープ５３による測定開始時点が設定される。

さらに、オフセット時間検出部６２は、測定制御部６４の制御によって高周波リレー３７および同軸リレー４２を切替えながら、数百点以上ある測定点のオフセット時間ＯＴを繰り返し測定し、測定したオフセット時間をメモリ６５のオフセット時間記憶部６６に格納する。メモリ６５に格納されたオフセット時間ＯＴは、実際にプリント基板の良否判定を行う際に読み出され、オシロスコープ５３による時間軸の設定（特に測定開始時点の設定）に利用される。

なお、プリント基板の検査部位から反射波が観測される時刻は、プローブからの反射時刻が観測される時刻よりも若干後である。したがって、検査部位からの反射波の波形がオシロスコープ５３の画面の中央に位置するように、プローブ３２からの反射波に基づいて測定したオフセット時間ＯＴ１に補正時間ＭＴを加算した時間を、最終的なオフセット時間ＯＴ２とする。

図９および図１０は、プリント基板からの反射波形の一例を示す図である。図９は、実測したオフセット時間に補正時間を加算しない場合の反射波形を示し、図１０は、実測したオフセット時間に補正時間を加算した場合の反射波形を示す。

図９に示すように、測定したオフセット時間ＯＴ１に補正時間ＭＴを加算しない場合には、オシロスコープ５３の画面中央にプローブ３２からの反射に対応する電圧の立上がりが観察される。この場合、図中の期間ＴＥのデータは不要なデータになる。

図１０に示すように、測定したオフセット時間ＯＴ１に補正時間ＭＴを加算したオフセット時間ＯＴ２を用いることによって、オシロスコープ５３の画面中央を検査部位からの反射波形にすることができ、プローブ３２からの反射時刻よりも後の必要なデータをより多く測定することができる。

［プリント基板の検査手順］
以下、これまでの説明に基づいてプリント基板の検査手順について総括する。図１１は、オフセット時間を測定する手順を示すフローチャートである。

図１および図１１を参照して、まず、測定制御部６４は、オシロスコープ５３の測定レンジを比較的大きな状態（例えば、３００００ｐｓ（ピコ秒）の測定範囲）に設定する（ステップＳ２００）。その測定レンジで、測定制御部６４は、最初に測定するプローブ３２がＴＤＲ５０に接続されるように高周波リレー３７および同軸リレー４２を切替える（ステップＳ２０５）。この状態で、ＴＤＲ５０は、急峻な立上がりのパルス波を出力し、これによるプローブ３２からの反射波を測定する（ステップＳ２１５）。なお、この最初の測定においてオシロスコープによる測定開始時点は、オフセット時間を０として設定される（ステップＳ２１０）。

次に、オフセット時間検出部６２は、測定されたプローブからの反射波に基づいて、オフセット時間ＯＴ、すなわち、ＴＤＲ５０からパルス波を印加してからプローブ３２の反射波が観察されるまでの時間を求める（ステップＳ２２０）。具体的に、オフセット時間検出部６２は、ＴＤＲ５０によって測定された反射電圧が閾値電圧を超えた時刻をプローブからの反射波が観測された時刻とし、この時刻からオフセット時間を求める。求めたオフセット時間ＯＴは、メモリ６５内のオフセット時間記憶部６６に保存される（ステップＳ２２５）。

上記のオフセット時間の測定（ステップＳ２２０）は、高周波リレー３７および同軸リレー４２を切替えながら（ステップＳ２０５）、全てのプローブについて測定が完了するまで（ステップＳ２３０でＹＥＳとなるまで）繰り返される。

次に、測定制御部６４は、オシロスコープ５３の測定レンジをより小さく設定する（ステップＳ２００）。この測定レンジで全てのプローブ３２についてオフセット時間の測定が実行される（ステップＳ２０５〜Ｓ２３０）。なお、測定レンジをより小さくしたときのオシロスコープ５３の測定開始時点は、測定レンジが大きな状態で測定済みのオフセット時間に基づいて設定される（ステップＳ２１０）。オシロスコープ５３の時間軸の測定レンジは、たとえば、１００００ｐｓ、１０００ｐｓ、１００ｐｓの順に次第に小さく設定される。

オフセット時間の測定精度が必要な精度に達したら、すなわち、オシロスコープ５３の時間軸の測定レンジが必要なレンジまで小さくなったら（ステップＳ２３５でＮＯ）、オフセット時間の測定が終了する。その後、オフセット時間検出部６２は、図１０で説明した補正時間ＭＴを測定したオフセット時間ＯＴ１に加算することによって最終的なオフセット時間ＯＴ２を決定する（ステップＳ２４０）。

図１２は、プリント基板の検査手順を示すフローチャートである。図１および図１２を参照して、まず、プリント基板検査装置１は、図１１で説明した手順で各プローブ３２ごとにオフセット時間の測定を行う（ステップＳ１００）。

次に、測定制御部６４は、高周波リレー３７および同軸リレー４２を切替えることによって、検査部位に近接するプローブ３２とＴＤＲ５０とを接続する（ステップＳ１０５）。測定制御部６４は、ＴＤＲ５０装置に接続されたプローブ３２に対応するオフセット時間をメモリ６５のオフセット時間記憶部６６から読み出す（ステップＳ１１０）。測定制御部６４は、読み出したオフセット時間に基づいてオシロスコープ５３による測定開始時点を設定する（ステップＳ１１５）。なお、オシロスコープ５３の測定レンジは必要なレベルまで小さくしておく（すなわち、測定精度を上げておく）。

この状態で、ＴＤＲ５０は、急峻な立上がりのパルス波を出力し、これによるプリント基板２０からの反射波を検出する（ステップＳ１２０）。良否判定部６３は、ＴＤＲ５０によって測定された反射波の波形と、予め良品のプリント基板について測定された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を判定する（ステップＳ１２５）。

上記の検査手順（ステップＳ１１０〜Ｓ１２５）は、高周波リレー３７および同軸リレー４２を切替えながら（ステップＳ１０５）、全ての測定対象について測定が完了するまで（ステップＳ１３０でＹＥＳとなるまで）繰り返される。

［実施の形態１の効果］
上記のとおり、実施の形態１によるプリント基板検査装置１によれば、複数のプローブごとのオフセット時間（パルス波の印加後、プローブの反射が測定されるまえの時間）が予め測定される。実際のプリント基板の検査では、予め測定したオフセット時間を利用してオシロスコープの測定期間（パルス波の印加時刻を基準にした測定開始時点と測定レンジ）をプローブごとに設定することによって、精度良く短時間でプリント基板からの反射波形を測定することができる。

＜実施の形態２＞
図１３は、実施の形態２によるオフセット時間の測定法について説明するための図である。実施の形態２の場合、プローブの先端が短絡状態のときのパルス波の反射波を測定することによって、オフセット時間を測定する。

具体的には、図１３に示すように、電気導電率が大きな物質（たとえば銅）の板７０をインターフェース部３０の各プローブ３２と接触させる。インターフェース部３０に設けられた複数のプローブ３２の一部は接地ノードと接続されているので、全てのプローブ３２が良電導性の板７０を介して接地されることになる。

図１４は、図１３の等価回路を示す図である。図１４を参照して、伝送線路４９を介してＴＤＲ５０のパルス発生器５１と接続されたプローブ３２ａと、接地ノードＧＮＤに接続されたプローブ３２ｂとは良電導性の板７０を介して電気的に接続される。これによって、プローブ３２ａの先端はほぼ接地ノードに短絡された状態になる。

図１５は、図１４の場合に、ＴＤＲのオシロスコープで測定される電圧波形を模式的に示す図である。図１４および図１５を参照して、時刻ｔ０でスイッチ５４が投入されることによって、パルス発生器５１からパルス波が伝送線路４９に出力される。時刻ｔ０以降に、オシロスコープによって観測される電圧は、パルス発生器５１の出力インピーダンス５５（５０Ω）と伝送線路４９の特性インピーダンス（５０Ω）とによって、パルス発生器５１の電源電圧（４００ｍＶ）を分圧した電圧（２００ｍＶ）になる。

パルス波がプローブ３２に到達すると、プローブ３２先端が接地されているため反射波が生じる。その際、伝送線路４９に発生する電圧は、最初に伝送線路４９に印加された電圧（２００ｍＶ）に反射電圧を加算した電圧になる。短絡端での反射電圧は入射電圧を反転させた電圧に等しいので（反射率＝−１）、−２００ｍＶになる。したがって、プローブ３２からの反射波が観測される時刻ｔ２に、ほぼ０ｍＶの電圧がオシロスコープによって測定されることになる。

実際にオフセット時間を測定する際には、図１のＣＰＵ６１のオフセット時間検出部６２は、オシロスコープ５３の測定電圧が予め定める閾値電圧（本事例では１００ｍＶ）に達した時点ｔ２を、プローブの先端位置からの反射波が観測された時刻と定め、時刻ｔ０から時刻ｔ２までをオフセット時間ＯＴとする。

なお、オフセット時間を精度良く測定するためには、プローブ３２の先端のインピーダンスと、パルス発生器５１の出力インピーダンスおよび伝送線路４９の特性インピーダンスである５０Ωとが大きく異なっていればよい。こうすることで、プローブ３２ａ先端部からの反射電圧の変化が大きくなり測定が容易になる。

たとえば、良電導性の板７０に代えて電気導電率が小さな（例えばセラミック）板を用いることによって、図１４のプローブ３２ａ，３２ｂ間のインピーダンスを１０００Ω以上にしてもよい。こうすると、プローブ３２の先端からの反射波が観測される時点において、オシロスコープ５３の測定電圧が２００ｍＶから３５０ｍＶ以上に変化する。したがって、オシロスコープ５３の測定電圧が３００ｍＶに達した時点をプローブの先端からの反射波が観測された時点として判断することができる。

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、１０ＩＣパッケージ、１１はんだ接続部、２０プリント基板、２０Ａプリント配線板、３０インターフェース部、３２，３２ａ，３２ｂプローブ、３４マイクロストリップライン、３５同軸コネクタ、３７高周波リレー、４０高周波伝送部、４１同軸ケーブル、４２同軸リレー、４９伝送線路、５０ＴＤＲ、５１パルス発生器、５２出力ノード、５３オシロスコープ、５４スイッチ、５５出力インピーダンス、５６電源、６０コンピュータ、６１ＣＰＵ、６２オフセット時間検出部、６３良否判定部、６４測定制御部、６５メモリ、６６オフセット時間記憶部、６７基準波形記憶部、７０良電導性の板、ＯＴ，ＯＴ１，ＯＴ２オフセット時間。

Claims

パルス波を出力するパルス発生器と、
前記パルス波をプリント基板に印加するための複数のプローブと、
前記パルス発生器と前記複数のプローブの各々との接続を切替える複数のスイッチと、
前記パルス発生器の出力ノードの電圧の時間変化を測定し、電圧の測定開始時点と前記測定開始時点からの測定期間とを設定可能な測定機と、
前記プローブが前記プリント基板に電気的に接続されていない状態で前記パルス波が出力されたとき、前記パルス波の出力時点を基準として前記パルス発生器に接続されたプローブからの反射波が前記測定機によって測定されるまでの時間を、オフセット時間として前記複数のプローブごとに検出するオフセット時間検出部と、
前記オフセット時間に基づいて前記測定機による電圧の測定開始時点と前記測定開始時点からの測定期間とを各前記プローブごとに設定し、設定された前記測定開始時点からの前記測定期間内で前記プリント基板からの前記パルス波の反射波の電圧を前記測定機に測定させる測定制御部とを備える、プリント基板検査装置。
前記オフセット時間検出部は、各前記プローブの先端が電気的にオープンの状態で前記測定機によって測定された前記パルス波の反射波の電圧に基づいて、前記オフセット時間を検出する、請求項１に記載のプリント基板検査装置。
前記オフセット時間検出部は、各前記プローブの先端が電気的に接地された状態で前記測定機によって測定された前記パルス波の反射波の電圧に基づいて、前記オフセット時間を検出する、請求項１に記載のプリント基板検査装置。
前記パルス発生器から各前記プローブに至る前記パルス波の伝送経路の特性インピーダンスは、前記パルス発生器の出力インピーダンスに等しい、請求項２または３に記載のプリント基板検査装置。