JPH07151834A - プローブのロボット式位置決めを用いた電子アセンブリの検査システム - Google Patents

プローブのロボット式位置決めを用いた電子アセンブリの検査システム

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JPH07151834A
JPH07151834A JP6203177A JP20317794A JPH07151834A JP H07151834 A JPH07151834 A JP H07151834A JP 6203177 A JP6203177 A JP 6203177A JP 20317794 A JP20317794 A JP 20317794A JP H07151834 A JPH07151834 A JP H07151834A
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inspection
probe
test
printed circuit
robot
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JP6203177A
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Ronald K Kerschner
ロナルド・ケイ・カーシュナー
John M Heumann
ジョン・エム・ヒューマン
John E Mcdermid
ジョン・イー・マクダーミッド
Ed O Schlotzhauer
エディ・オー・シュロッツハウエル
David T Crook
デイヴィッド・ティ・クルーク
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Hewlett Packard Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可能な限り少量の専用または冗長の機器、ラ
イブラリ、およびプログラムで多数の組立後検査を実行
できる検査システムを提供すること 【構成】 本発明は、製造上の欠陥に関してプリント回
路基板41を検査するためにそのプリント回路基板41上の
選択されたデバイスまたはそのプリント回路基板部分に
電子的に係合するように検査プローブが位置決めされ
る、改良されたプリント回路基板の検査システム30であ
る。この検査システム30は、ベッド・オブ・ネイル式検
査用固定具36を使用してプリント回路基板41の第１面上
の所定部分の接地および励起を行い、またロボット38を
使用して前記プリント回路基板41の第２面上の選択され
た検査部分に検査プローブを機械的に位置決めする。ま
た、制御装置31を使用して、ロボット式検査装置38の動
作と、ベッド・オブ・ネイル式固定具36における励起す
べきバネプローブの選択とを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にプリント回路基
板やマルチチップモジュール等の電子アセンブリの検査
に関し、特にロボットを使用して刺激装置(stimulus de
vice)および検査プローブの位置決めを行うことに関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】プリ
ント回路基板等の電子アセンブリを製造する場合には、
その相互接続部の正しい導通状態や、部品の配置および
接続、ならびに基板の機能を判定するために、部品をプ
リント回路基板上に配設した後に検査を行う必要があ
る。機能検査、回路内検査、および導通検査を含め、部
品およびプリント回路（ＰＣ）基板の検査を行うために
幾つかの異なる方法が既に開発されている。
【０００３】機能検査は、所定の入力信号をプリント回
路基板に印加し、エッジコネクタを介してプリント回路
基板の出力を監視して、全ての部品が基板上に存在して
適切に作動するか否かを判定する、という手順を用い
る。機能検査は、プリント回路基板が適切に機能してい
るか否かを判定する方法を提供するが、基板上の個々の
部品の機能に関する情報はほとんどあるいは全く提供し
ない。入力データを慎重に選択して出力結果を分析する
ことにより基板上の非機能部品の位置に関する限られた
情報を得るために、複雑なプログラミング技術が使用さ
れてきた。そのようなシステムは複雑なものであり、そ
の実施コストが高いことが多く、誤動作している部品に
関する曖昧な情報しか提供しないのが普通である。した
がって、エッジコネクタ検査がプリント回路基板の故障
を示す場合には、障害のある出力から回路を「逆追跡」
して問題の源を見つけることが望ましいことが多い。逆
追跡は、手作業で行うことが多く、この場合には、オペ
レータが、基板上のパッドその他の検査ポイントにプロ
ーブを物理的に接触させる必要がある。今日の微細なピ
ッチ形状のため、これは極めて非実際的なこととなる。
【０００４】機能検査には限界があるので、プリント回
路基板上の各部品を個別に検査して、それらの部品が適
切に作動しているか否かを判定するために、回路内検査
技術が使用されてきた。その検査方法は、固定位置式バ
ネ付勢型プローブを用いた「ベッド・オブ・ネイル（be
d-of-nails：釘床（複数の釘上のプローブが所定平面上
に並設された剣山状の形態を有するもの））」式の固定
具を使用するものであり、前記プローブは、各個別部品
にアクセスして検査を行うために、プリント回路基板上
の様々な検査ポイントに対して、または各部品のリード
に対して押し付けられることにより、オーム接触を確立
するものである。このようにして、非機能部品を容易に
識別して交換することが可能となり、したがって、回路
基板全体の廃棄を防ぐことができる。このプロセスは、
部品内部の回路が既知であって容易に検査できるもので
ある簡単な部品についてはうまく働く。また、各デバイ
スが独立して検査されるので、多数の共通のディジタル
集積回路用の検査を事前に一度だけプログラムしてライ
ブラリに格納し、必要に応じて呼び出すことができる。
この事前にプログラムされた検査は何度でも繰り返し使
用できるので、これにより、検査の生成が大幅に簡単に
なる。しかし、検査すべき部品が非常に複雑である場
合、または部品内部の回路が未知である場合には、回路
内検査では十分な結果が得られないことがある。
【０００５】また、集積回路パッケージは、2.5mm（0.
1"）だけ隔置された16〜20本のリードを有するパッケー
ジから、0.6mm（0.025"）だけ隔置された数百本のリー
ドを有するパッケージへと進化した。この最新技術は、
検査アクセス性を犠牲にして実装密度を増大させたもの
である。集積回路パッケージ上のリードの本数が増加
し、リード間の間隔（ピッチ）が減少し続けているの
で、検査プローブおよび固定具の設計および製造がます
ます難しくなっている。これは、製造変動が現行のリー
ドのピッチと同程度になり、場合によっては該ピッチを
超え、これによりベッド・オブ・ネイル式検査用固定具
があらゆるプリント回路基板のリードおよび部品に正確
にアクセスすることが難しくなる、という事実によって
更に難しくなる。これは、両面「クラムシェル(clam-sh
ell)」固定具が必要となるように両面上に部品が配設さ
れたアセンブリによって更に複雑になる。このアセンブ
リであっても、検査の必要な全部品にアクセスできるわ
けではない。したがって、微細ピッチの部品を検査する
ための異なる方法が必要とされている。特に、固定位置
式プローブの代わりに、アセンブリまたは固定具におけ
る様々な製造上の公差に適応するように移動することの
できるプローブが必要である。その代替策として、アセ
ンブリ設計によっては、固定式プローブと可動式プロー
ブとの組み合わせを用いた混成方法が必要となる。
【０００６】ベッド・オブ・ネイル式検査用固定具の別
の欠点は、各プリント回路基板毎に１つ（両面ＰＣ基板
の場合は２つ）ずつベッド・オブ・ネイル式検査用固定
具を設計するので、極めて費用がかかる場合がある、と
いうことである。検査用固定具の複雑さが増大するにつ
れて、検査用固定具が適切に構成されているか否か、ま
たは、誤って配線された検査プローブがあるか否かを判
定することがますます難しくなる。これは、単に固定具
の初期製造欠陥の検査に関する問題ではないが、後述す
る固定具の故障の診断が必要とされ続けている。したが
って、融通性を有し、プログラム可能な、検査用固定具
の検査が必要である。
【０００７】専用のベッド・オブ・ネイル式検査装置の
複雑さおよび費用に対する１つの最近の解決策として、
ロボット式検査装置が挙げられる。例えば、Yanagi等に
よる米国特許第5107206号では、部品を検査できるよう
に４つのバネプローブがプリント回路基板上に機械的に
位置決めされる。従来技術の図１および図２は、集積回
路21の接触リード16〜20と、その集積回路21をプリント
回路基板26に接続するはんだ接合部22〜25とに検査プロ
ーブ11〜15が電気的に接触する方法を示している。
【０００８】この方法の欠点は２つある。まず第１に、
プローブを位置決めするための追加時間と、大部分の個
々の検査毎に全てのプローブを使用しなければならない
（励起用に１つ、測定用に１つ、検査により電気的損傷
を受けるおそれのある上流側要素の接地用に１つ以上）
という事実とに起因し、標準的なベッド・オブ・ネイル
式検査装置よりも検査が大幅に低速になる。第２の欠点
は、所定の検査ポイントで検査プローブを下降させるよ
うにロボットがプログラムされることである。その所定
の検査ポイントは、実際には製造変動に起因して所望の
検査ポイントとわずかに異なり、このため、ロボットが
所望の検査ポイントを外すことになる。ロボットが「外
す」と、それにより、プリント回路基板、ワイヤトレー
ス、部品のリード、および部品自体が損傷を受けるおそ
れがある。バネプローブがプリント回路基板上の要素と
密接に電気的に接触するようにならなければならないの
で、被検査基板を適切に位置合わせしても損傷が発生す
る可能性がある。図１および図２を見れば分かるよう
に、Yanagi等の米国特許第5107206号の検査システムの
場合、製造上の公差の余地がほとんどない。したがっ
て、精巧な個々の専用のベッド・オブ・ネイル式固定具
を犠牲にすることなく、またプリント回路基板や該基板
上の部品を損傷させることなく検査を行うことのできる
検査システムが必要である。
【０００９】あらゆるプリント回路基板上で検査されな
ければならない他の非常に重要な問題は、あらゆる部品
の全てのピンが実際に回路基板にはんだ付けされている
か否かである。特定のピンにより実行される機能が機能
検査で完全に検査されていない場合、その機能検査は該
ピンを見逃すことがある。この種の障害に関する検査
は、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）の場合のように部品
内部の回路が未知であるとき特に困難になる。ＡＳＩＣ
の数が多く、このようなデバイスが複雑であるため、各
部品またはリードを絶縁するように機能検査を設計する
ことができないことが多い。回路内検査は、この種の検
査中に偽応答を与える恐れがある。これは、バネプロー
ブが部品のリードをプリント回路基板上に押し付けて、
そのプリント回路基板上のワイヤトレースとの一時的な
電気接続をもたらし、このため、はんだ接合部が良好で
あることを誤って示すことがあるからである。
【００１０】最近の１つの導通検査方法として、回路を
刺激し、次いで非接触検査プローブを回路中の他の場所
で使用して導通性を判定する（逆もまた同様）、という
方法が挙げられる。このような方法には、電磁エネルギ
ー、インダクタンス、静電容量、および熱エネルギーの
測定を含むものがある。例えば、米国特許第5111137号
では、電磁放射を使用して、被検査デバイスの電流また
は電圧の変化を誘導している。米国特許第5124660号で
は、容量式プローブを使用して、被検査デバイスの電流
または電圧の変化を誘導している。これらのプローブ
は、ワイヤボンドやはんだ接続部等の個々の接続部の導
通性の検査に特に有用なものである。これらのプローブ
は、検査すべき個別の各接続部毎に１つずつプローブを
有するベッド・オブ・ネイル式検査用固定具に組み込む
ことが可能なものである。この方法は、ベッド・オブ・
ネイル式固定具やロボットで使用されるバネプローブが
部品やプリント回路基板に与え得る損傷を解消するもの
ではあるが、非接触検査プローブを用いた専用固定具
は、ベッド・オブ・ネイル式オーム固定具と全く同程度
に複雑で高価なものとなる。したがって、微細ピッチ部
品に関しては、二次刺激およびそれに関連する検査プロ
ーブが検査すべき接続部へ正確に移動される非接触検査
プローブのための一層低コストの代替方法が必要であ
る。
【００１１】最後に、製造者または付加価値供給者が、
上述の組立後検査のうちの１つ以上の検査を実行するこ
とを所望する可能性がある。これは、非常に費用がかか
る可能性がある。なぜなら、それらの検査が異なる機械
によって実行され、またそれら検査の多くが個別の専用
検査用固定具、ライブラリ、およびプログラムを必要と
するからである。したがって、可能な限り少量の専用ま
たは冗長の機器、ライブラリ、およびプログラムで多数
の組立後検査を実行することのできる検査システムが必
要である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、微細ピッチの
部品、両面電子アセンブリ、および検査用固定具を有す
る電子アセンブリを検査する検査システムおよび方法で
ある。
【００１３】本発明の一態様では、ロボットの制御下に
ある可動検査プローブをベッド・オブ・ネイル式固定具
における固定バネプローブと共に提供する検査システム
が提供される。
【００１４】本発明の別態様では、ロボットの制御下に
ある１つ以上の可動検査プローブがベッド・オブ・ネイ
ル式固定具の故障の有無に関する検査を行うことができ
る検査システムが提供される。
【００１５】本発明の更なる別態様では、ロボットの制
御下にある可動検査プローブをプリント回路基板の両側
に有する両面検査装置を提供する検査システムが提供さ
れる。
【００１６】本発明の更に別の態様では、ロボットの制
御下にある可動検査プローブを有する検査システムであ
って、その検査プローブが非接触検査プローブであり、
したがって偽りの電気接続を与えることがなく、また部
品のリードやワイヤトレースに損傷を与えることのな
い、検査システムが提供される。これにより、塵埃が付
着し、コンフォーマルコーティングされ、または、はん
だでマスクされたプリント回路基板を、高信頼性をもっ
て精査する(probing)ことも可能になる。実際に、介在
する導電平面や導電トレースが存在しなければ、多層プ
リント回路基板の内層だけに存在するトレースであって
も、その基板表面から容量式精査を行うことができる。
【００１７】本発明の更に別の態様では、ロボットの制
御下にある可動検査プローブを有する検査システムであ
って、プリント回路基板上の部品の位置とベッド・オブ
・ネイル式検査用固定具上のプリント回路基板の位置と
の製造上の公差を補償するためにロボット制御手段が電
子画像を使用する、検査システムが提供される。
【００１８】本発明の更に別の態様では、多数の検査を
同一の検査用固定機器で行うことを可能にする検査シス
テムが提供される。
【００１９】本発明の更に別の態様では、ロボットの制
御下にある可動検査プローブを有する検査システムであ
って、実行すべき検査に応じて異なるタイプの検査プロ
ーブをロボット制御手段が選択することが可能な、検査
システムが提供される。本発明の上述その他の態様は、
図面に示す本発明の好適実施例に関する以下の説明から
理解されよう。
【００２０】
【実施例】本発明は、小形容量結合プローブを使用する
ことにより電気信号の非接触精査を行うための装置およ
び方法である。本発明は、ディジタル検査信号の獲得に
関する特有の問題に関するものであるが、アナログ信号
の獲得にも同様な効用を有するものである。用語「非接
触」とは、オーム接触がない場合の結合を指すものであ
る。
【００２１】「プローブ」とは、他の部分的な電子機器
についての電気信号検知要素を含むデバイスである。
「コネクタ」および「エッジコネクタ」は、互いに交換
可能に使用できる用語であり、電気アセンブリまたはプ
リント回路基板への電気的アクセスを提供するその電気
アセンブリまたはプリント回路基板上のあらゆる電気的
接続部を意味している。
【００２２】本発明の装置は、プリント回路基板のトレ
ース、バイア、パッド、入出力ピンその他の電子導体か
らの電気信号を検知する効用を有するものである。その
信号は、多層プリント回路基板モジュールまたはハイブ
リッドモジュールまたはマルチチップモジュールの、介
在するはんだマスクまたはコンフォーマルコーティング
または集積回路パッケージまたは１つ以上の誘電層を介
して得られる。参照を容易にするために、用語「トレー
ス」は、本明細書では、信号獲得が所望されるあらゆる
電気信号伝搬導体を指すために使用されるものとする。
次いで、図面を参照して本発明を説明する。それら図に
おいて、同様の符号は同様の要素を示すために使用され
ている。
【００２３】図３は、本発明の第１実施例によるプリン
ト回路基板検査システムを示すブロック図である。同図
において、検査システム30は、制御装置31、電源32、信
号源33、測定システム34、マルチプレクサ（ＭＵＸ）3
5、ベッド・オブ・ネイル式固定具36、エッジコネクタ3
7、ロボット式プローブポジショナ38、キーボード39等
の随意選択の検査およびデータ入力デバイス、および随
意選択の手持型プローブ40を備えている。検査下にある
プリント回路基板またはアセンブリ（ＢＵＴ）41は、エ
ッジコネクタ37および／またはベッド・オブ・ネイル式
固定具36を介して、信号バス43によりシステム30と相互
接続される。
【００２４】電源32は、信号バス43を介してＢＵＴ41に
電力を提供する。信号源33は、ＢＵＴ41の検査に必要な
検査信号を生成するアナログ関数／周波数生成器とディ
ジタルパターン生成器とを備えている。測定システム34
は、複数のディジタル受信器と、識別特性(signature)
分析回路と、様々なアナログおよび／またはディジタル
測定機器（例えば、オシロスコープ、論理アナライザ、
ひずみ計等）を備えている。
【００２５】ＭＵＸ35は、バス44を介して信号源33から
検査信号を受信し、その検査信号を信号バス43を介して
ＢＵＴ41の適当なノードに供給する。ＭＵＸ35は更に、
信号バス43を介してＢＵＴ41の適当なノードから信号を
受信し、その信号をバス44を介して測定システム34へ供
給する。
【００２６】制御装置31は、基板41の検査を制御する。
制御装置31は、バス45を介して信号源33と通信を行い、
またバス46を介して測定システム34と通信を行う。制御
装置31は、制御バス42を介して、電源32と、ＭＵＸ35
と、ロボット式ポジショナ38と通信を行う。代替的に
は、ユーザが、キーボード39等の既知の任意のデータ入
力手段により、検査ライブラリ、検査選択等のデータを
入力することもできる。ベッド・オブ・ネイル式固定具
36は、複数の容量式プローブ47、従来のオーム式プロー
ブ48、または、その他のあらゆるタイプの接触または非
接触検査プローブ（現在既知のものおよび将来開発され
るもの）を備えることができる。更に、あらゆるタイプ
のオーム式検査プローブ、誘導式検査プローブ、容量式
検査プローブ、電子光学式検査プローブ、電子ビーム式
検査プローブ、サーマル式検査プローブ、またはその他
のタイプの接触または非接触検査プローブ49を、ロボッ
ト式プローブポジショナ38および手持型検査プローブ40
と共に使用することができる。
【００２７】ロボット式プローブポジショナ38は、検査
プローブ49を一層精確に配置するために小形カメラ50を
備えることができる。このカメラ50は、制御バス42を介
して制御装置31と通信可能なものである。
【００２８】図４は、本発明の第１実施例を示す斜視図
である。同図を参照して、本発明の提案された物理レイ
アウトを評価することができる。単なる一例としては、
ロボット38をSony SRX-450とすることができる。このSo
ny SRX-450は、Ｘ方向位置決めアーム52と、Ｙ方向位置
決めアーム53と、Ｚ方向位置決めアーム54と、プローブ
ヘッド55と、プローブホルダ56とを有するものである。
ロボット38に取り付けられるカメラ50は、小型の高品質
カメラであれば何でもよい。ロボット38は、ヒューレッ
ト パッカード カンパニーのHP3070等の検査ヘッド51に
結合され、それはまた、専用のベッド・オブ・ネイル式
固定具36を収容している。
【００２９】プリント回路基板41を検査するには、プリ
ント回路基板41に関する最初に必要なデータ（例えば、
回路要素の座標、回路の特徴、実行する検査のタイプ
等）を既知の手段により検査システム30の制御装置に入
力する。次いで、検査ヘッド51またはベッド・オブ・ネ
イル式固定具36に基板41を固定的に据え付ける。プリン
ト回路基板41は、図３に示すエッジコネクタ37に接続す
ることもできる。検査を開始する前に、ロボット38がプ
リント回路基板41上でカメラ50を移動させて基準点57を
探し出す。基準点57を探し出すと、その基準点の座標が
制御装置に送り返され、制御装置がそのデータを使用し
て要素58の座標の微補正を行い、あるいは、ロボット38
の軸の零点調整を行う。
【００３０】次に、制御装置31が第１の検査を開始す
る。エッジコネクタ37を使用して機能検査を実行し、ベ
ッド・オブ・ネイル式固定具36を使用して回路内検査を
実行し、またはロボット38をベッド・オブ・ネイル式固
定具36と共に使用して、全ての回路要素58が回路基板41
に適切にはんだ付けされているか否かを判定することが
できる。エッジコネクタ37、ベッド・オブ・ネイル式固
定具36、およびロボット38のその他の組み合わせを使用
して別の検査を行うことも可能である。
【００３１】プリント回路基板41の検査中にロボット38
が使用される場合には、検査すべき要素の座標を制御装
置31がロボット38に送り、そのロボット38がプローブヘ
ッド55を適当な位置に移動させることになる。ロボット
38は、精密位置決め回路を備えることが可能なものであ
り、これにより、カメラ50が誤差信号を制御装置31に送
り、その制御装置31がロボットの軸の位置を補正して、
検査プローブ49の位置が調整される。このような精密位
置決め回路は、要素58の配置における小さな製造変動を
補償するものとなる。検査プローブ49が位置決めされる
と、選択された検査を制御装置が開始する。所定の結果
が測定されない場合には、制御装置31がロボット38を使
用して逆追跡を実行し、または、手持型プローブ40を使
用して逆追跡をマニュアルで行うことができる。
【００３２】前記のように、ベッド・オブ・ネイル式検
査用固定具は、ますます複雑になりつつあり、このた
め、検査用固定具自体の製造誤差を検出することが非常
に難しくなっている。本発明は、ロボット38を使用し
て、ベッド・オブ・ネイル式検査用固定具36中の検査プ
ローブ47,48が全て適切に配線され位置決めされている
ことを検証することができるので、その問題を解決する
ものとなる。この検証検査は、プリント回路基板検査を
開始する前に実行することになる。
【００３３】本発明の検査システムで実行可能な検査を
全て詳細に説明することは本出願の目的ではないので、
様々な検査（例えば、機能検査、回路内検査等）につい
ての説明は省略することとする。これは、特にそのよう
な検査の設計が当業界で周知のものであるからであり、
本発明の検査システムでそのような検査をどのように実
施するかは検査設計者には自明のことである。しかし、
単なる例示として、回路基板配線と、その回路基板回線
と個別の部品のリードとの間のはんだ接合部のと完全性
を判定するための検査を、図５ないし図７に関して説明
することとする。
【００３４】図５は、はんだ接合部が開いているか否か
を判定するために容量式検査プローブ49を用いて検査さ
れている集積回路60を示す概略図である。このシステム
は、200mVで通常8KHzの信号を供給する信号源33を使用
するものである。図３に示すように、信号源33の出力
は、プリント回路基板41の下側のベッド・オブ・ネイル
式接点を介してプリント回路基板のトレース61に接続さ
れる。ワイヤトレース61は、検査中の集積回路のリード
62に位置63で接続される。その他の部品のリードは、接
地されて、アップ回路要素への損傷が防止され、または
偽りの検査結果につながるリード間の容量性クロストー
クが防止される。
【００３５】容量式検査プローブ49は、ロボット38によ
り、集積回路パッケージ60のリードコネクタ64上に位置
決めされる。容量式検査プローブ49は、電流計、電圧
計、または、実効静電容量を計算するための計算手段等
の測定システム34に接続される。測定値が所定の限界を
外れると、検査中のリードが開いている（即ち、リード
がはんだ付けされていないか、または他のワイヤトレー
ス61に接続されている）という決定が下される。
【００３６】検査が実行されると、信号源33が、検査中
のリード62に位置63で接続されているべきワイヤトレー
ス61に信号を供給する。次いで、その信号は、リード62
から部品60のリードコネクタ64に送られる。ワイヤトレ
ース61にも、そのワイヤトレース61とリード62の間の接
続部にも開路が存在しない場合には、その信号が、容量
結合を介して容量式検査プローブ49に送られて、測定シ
ステム34に送られる。測定されたパラメータが所定の限
界内に収まっている場合、リード62はワイヤトレース61
に接続されていることになる。また、リード62がワイヤ
トレース61に接続されていない場合には、容量式検査プ
ローブ49により、大幅に小規模な信号が受信されること
になり、測定システム34ではしきい値レベルの信号が測
定されず、したがって開路障害が示される。
【００３７】図６は、集積回路60の各リード62の完全性
を検査するためにロボットと共に使用される容量式検査
プローブ49を示す上方から見た部分断面斜視図である。
同図はまた、ダイ65および配線66も示している。配線66
は、デバイス60のリード62に接続されるリードコネクタ
64にダイ65の回路を接続するものである。この検査を逆
に実行し、即ち、ダイ65とリードコネクタ64との間のワ
イヤ66による接続の完全性を検査するためにこの検査を
使用することができる、ということが理解されよう。例
えば、部品60の所定のリードまたはトレースに１つ以上
の信号を供給し、その信号が、ダイ65上の回路を通って
伝搬し、次いでリードコネクタ64上で検出されるように
することができる。このようにして、ダイ65とリードコ
ネクタ64との間の接続（例えば、接続配線66）の完全性
を判定することができる。
【００３８】このセットアップは、学習値測定(learned
value measurement)を用いた一種の回路内検査を実行
するためにも使用可能である。学習値技術では、既知の
良好なダイが動作中に測定システムにより測定されて、
各リードコネクタについての静電容量値が格納される。
次いで、未知の回路60の各リードコネクタについての静
電容量値が測定されて、良好なダイの既学習の静電容量
と比較される。リードコネクタ64の差が所定値より多い
場合には、未知のダイ65が不良であるか、またはダイ65
とリードコネクタ64との間で接続配線66が適切に接続さ
れていない。
【００３９】図７は、集積回路部品70〜75を備えたプリ
ント回路基板41の一部を示す平面図である。同図は、ワ
イヤトレース61とリード62との接続完全性の検査、また
は、ダイ65とリードコネクタ64との接続完全性の検査、
または、ディジタル回路内検査、または、非接触検査プ
ローブ49を用いたアナログ回路内検査を実行するための
集積回路71の周りの容量式検査プローブ49の経路例を示
している。
【００４０】特定の検査が失敗し、かつプリント回路基
板41上の個々の部品が既知の場合、上述の多数の検査お
よびその他の既知のほとんどの検査のために、簡単なロ
ボット制御式逆追跡機能を本発明の検査システム30にプ
ログラムすることができる。代替的には、逆追跡機能
は、手持型検査プローブ40で実行することもできる。
【００４１】製造業者、付加価値供給業者、または最終
消費者が、容量式検査プローブでは実行できない何らか
の検査をプリント回路基板について実行することを所望
することがあるので、ロボット上の検査プローブを変更
することが好ましい。しかし、検査を停止させて検査プ
ローブを変更するには、時間とマニュアルによる支援が
必要となり、これらは共に費用がかかる。したがって、
図８ないし図１１は、大きな時間的損失や費用の増大を
伴うこと無く、ロボットが検査プローブを変更すること
を可能にする、本発明の２つの代替実施例を示すもので
ある。
【００４２】図８ないし図１１には、本発明の第２実施
例による回転タレット(turret)式マルチプローブ検査ヘ
ッド80が示されている。マルチプローブ検査ヘッド80
は、幾つかの検査プローブ81〜84を保持することができ
る。現在使用中のものと異なる検査プローブを必要とす
る検査が選択された場合、制御装置31は単に、検査プロ
ーブを変更するようにロボット38に命令し、ロボット38
が、検査ヘッド80を軸85を中心として、選択された検査
プローブへと回転させる。例えば、検査ヘッド80と共に
使用できるタイプの検査プローブは、一般的なバネプロ
ーブ84や、本出願人に譲渡された「Capacitive Electro
de System For Detecting Open Solder Joints In Prin
ted Circuit Assemblies」と題する米国特許出願第07/9
81665号に記載されているような容量式検査プローブ83
や、本出願人に譲渡された「Non-Contact Test Probe」
と題する米国特許出願第07/820711号に記載されている
ような超小形容量式検査プローブ82や、本発明の検査シ
ステムに組み込むことが可能な、現在既知であり、また
は将来開発される、他のあらゆるタイプの検査プローブ
81を含むが、これらに限られたものではない。
【００４３】回転タレット式マルチプローブ検査ヘッド
80上での異なる検査プローブの電気的選択は、制御装置
からの別の制御ラインにより、または、タレットの位置
により起動される機械的スイッチにより達成することが
できる。
【００４４】マルチプローブ検査ヘッドおよび検査プロ
ーブを変更するその能力を除き、本発明の第２実施例の
他の全ての態様は本発明の第１実施例と同じである。
【００４５】図１１は、本発明の第３実施例を示す斜視
図であり、この実施例でも、現在使用中のものと異なる
検査プローブが必要な場合にロボット38が検査プローブ
を変更することが可能となる。この第３実施例によれ
ば、プローブホルダ86は、図６に示した要素69に類似の
機械式プローブホルダにより、または、真空ソケット式
ホルダにより、または、その他の既知のあらゆる手段に
より、検査プローブを把持および保持することができ
る。第３実施例はまた、多数の検査プローブ88を保持す
る検査プローブ用ラック(carousel)87も備えている。現
在ロボットに取り付けられているものと異なる検査プロ
ーブを必要とする検査が選択された場合、制御装置は検
査プローブを変更するようロボットに命令する。ロボッ
トは次いで検査プローブ用ラック87まで移動し、現在の
検査プローブ49をラック87の適当な場所に置いて、次の
検査に必要な検査プローブをピックアップする。
【００４６】この実施例では、検査中の基板41全体にわ
たって延びるのに十分な長さの検査プローブ自体のケー
ブルにより、各検査プローブを検査回路に電気的に接続
し、または、プローブホルダ86により共通のケーブル接
続部を提供して、雄雌型電気接続部と同様に、個々のプ
ローブがピックアップされた際に電気的接続が確立され
るようにすることができる。共通ケーブルを提供する場
合、そのケーブルは、検査信号の送受信のための１本の
同軸シールドケーブルと、電流（電圧）供給および接地
のための３本の非シールドケーブルとを有しているべき
である。そのような共通ケーブルは、現在既知である大
部分の検査プローブの給電、接地、および信号要件を扱
うことが可能なものとなる。勿論、技術が変化するにつ
れて、共通ケーブルの要件も変化する。そのような設計
変更をなくすために、各検査プローブは、前述のよう
に、個々の検査プローブの供給、接地、および信号要件
を満たすそのプローブ自体の電気ケーブルを有すること
ができる。
【００４７】本発明のこの実施例は魅力的なものであ
る。なぜなら、新しい検査が開発された場合には、その
ソフトウェアを本検査システムにインストールし、新し
い検査プローブを単に検査プローブ用ラック87に追加す
る、ということが可能であり、したがって、対応する最
小量の構造上の修正を本発明の検査システムに加えるだ
けで、将来の検査プローブおよび検査設計のための拡張
を最も簡単に行うことが可能となるからである。
【００４８】図１２は、本発明の第４実施例を示すもの
であり、この実施例は、ベッド・オブ・ネイル式固定具
36が第２のロボット式検査装置90に交換されている点を
除き、第１実施例と同様のものである。本発明のこの実
施例によれば、一方のロボットは、特定のデバイスを検
査するために使用され、また他方のロボットは、デバイ
スに信号を供給し、検査中に接地する必要がある上流側
要素を接地する。ほとんどの検査に関し、２つのロボッ
トは恐らくは２つ以上の検査ヘッドを必要とすることに
なる。現在、４つの検査ヘッドを有するロボットに関す
る技術が存在し、これにより、この２ロボットシステム
に８つの検査プローブが提供されることになる。これ
は、現在既知の検査を行うのに十分過ぎる数である。
【００４９】この実施例は、両面プリント回路基板に関
しては更に使い勝手が優れている。なぜなら、第１のロ
ボット38を使用して基板93の第１面上のデバイスを検査
すると共に第２のロボット90が第２面94から検査用の電
圧および接地要件を供給し、次いで第２のロボット90が
基板94の第２面上のデバイスを検査すると共に第１のロ
ボット38が基板93の第１面から検査用の電圧および接地
要件を供給することができるからである。
【００５０】この実施例は、第１実施例とは異なり、そ
れぞれの異なるプリント回路基板用のカスタム化された
検査用固定具を必要としないので、特に少量生産のプリ
ント回路基板の場合に検査の費用が低減される。ロボッ
ト38,90による検査プローブの位置決めを一層正確に行
うために、カメラ50,91をこの実施例で使用できること
が容易に理解されよう。また、異なる検査に必要な異な
る検査プローブの切り換えのためのマルチプローブ検査
ヘッド80または検査プローブ用ラック87を、本発明の第
４実施例に組み込むことも可能である。
【００５１】図１３は、本発明の最も広い概念を示すも
のである。本発明では、物理的接触なしで信号を得るこ
とができるので、はんだマスクまたはコンフォーマルコ
ーティングの層を介して信号を得ることができる。更
に、信号は、多層プリント回路基板の内部トレースから
得ることができる。更に、本発明の低結合静電容量によ
り、検査中の回路の負荷が最小限に保証され、また、精
査によって高感度の高速回路の動作が確実に妨害されな
いようにすることができる。
【００５２】このプローブは、様々な用途に使用可能な
ものである。例えば、プローブは、自動位置決めおよび
精査のためにロボットアームに固定したり、自動検査装
置で使用されるベッド・オブ・ネイル式プローブに類似
した配列で複数のプローブを固定したり、または、オシ
ロスコープや論理アナライザと共に、またはエッジコネ
クタの機能逆追跡検査中に、手持ちで使用することが可
能なものである。
【００５３】プローブ102を用いた自動プリント回路基
板検査システムの一例を図１３に示す。この検査システ
ム100は、制御装置108と、電源104と、信号源106と、測
定システム107と、マルチプレクサ（ＭＵＸ）105と、ベ
ッド・オブ・ネイル式固定具101と、エッジコネクタ103
と、ロボット式ポジショナ109と、手持型プローブ110と
を備えている。検査中の基板またはアセンブリ（ＢＵ
Ｔ）117は、エッジコネクタ103および／またはベッド・
オブ・ネイル式固定具101を介して、システムバス113に
より、システム100と相互接続される。
【００５４】電源104は、信号バス113を介して直流電力
をＢＵＴ117に提供する。信号源106は、ＢＵＴ117の検
査に必要な検査信号を生成するアナログ関数／周波数生
成器およびディジタルパターン生成器を備えている。測
定システム107は、ＢＵＴ117からのテスト信号を受信し
て分析するように設計されている。測定システム１０７
は、複数のディジタル受信器、識別特性分析回路、およ
び様々なアナログおよび／またはディジタル測定機器
（例えば、オシロスコープ、論理アナライザ、ひずみ計
等）を備えている。
【００５５】ＭＵＸ１０５は、バス112を介して信号源1
06からの検査信号を受信し、その検査信号を信号バス11
3を介してＢＵＴ117の適当なノードに供給する。ＭＵＸ
105は更に、信号バス113を介してＢＵＴ117の適当なノ
ードから信号を受信し、その信号をバス112を介して測
定システム107に提供する。
【００５６】制御装置108は、基板117の検査を制御す
る。制御装置108は、バス115を介して信号源106と送信
を行い、またバス116を介して測定システム107と通信を
行う。また、制御装置108は、制御バス111を介して電源
104、ＭＵＸ106、およびロボット式ポジショナ109と通
信を行う。
【００５７】ベッド・オブ・ネイル式固定具101は、複
数の容量式プローブ102および従来のオーム式プローブ1
10を共に備えることができる。更に、容量式プローブ10
2は、ロボット式ポジショナ109および手持型プローブ11
0と共に使用することができる。これにより、非接触プ
ローブの多数の利点が、自動プリント回路基板検査装置
にもたらされる。
【００５８】本発明の上記説明は、例示および説明を目
的として提示したものである。その説明は、本発明を網
羅するものでも、また開示された詳細な実施例だけに本
発明を限定しようとするものでもなく、上記教示に鑑み
て他の修正例および変形例を実施することが可能であ
る。例えば、複数のロボットヘッドを１つのベッド・オ
ブ・ネイル式検査用固定具と共に使用して、全体的な検
査速度を増大させ、また異なるタイプの検査を組み込む
ことが可能である。また、本検査システムで使用される
検査プローブのタイプを、検査プローブの技術と共に、
または実行すべき特定の検査の要件と共に、変更するこ
とも可能である。本発明により、１つの検査システムが
既存の検査技術を活用することが可能となり、また新し
い検査技術が開発された際にその技術を活用することが
可能となる。
【００５９】上記実施例は、本発明の原理およびその実
際の応用分野を最も良好に説明し、これにより当業者が
意図する特定用途に適するように本発明を様々な実施例
および修正例で最も良好に利用することができるよう
に、選択し説明したものである。したがって、特許請求
の範囲は、従来の技術によって限定される範囲のものを
除き、本発明の他の代替実施例をも含むものであると解
釈されることを意図したものである。
【００６０】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００６１】１．第１面および第２面を有する電子アセ
ンブリの検査を行う検査システムであって、この検査シ
ステムが、電気検査手段と、ベッド・オブ・ネイル式固
定手段であって、それ固定手段自体に隣接する所定位置
で前記電子アセンブリの前記第１面を固定する取付手段
を有し、前記電子アセンブリの前記第１面上の所定の電
気検査アクセス部分と空間的に対応するように配列され
た複数の検査プローブを有する、前記ベッド・オブ・ネ
イル式固定手段と、前記電子アセンブリの前記第２面上
の所定部分で電気検査アクセスを得るための少なくとも
１つの検査プローブと、前記電子アセンブリの前記第２
面に隣接してＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に前記の少
なくとも１つの検査プローブを位置決めする、ロボット
式検査プローブ位置決め手段と、前記電子アセンブリの
検査を制御する制御装置であって、実行すべき検査が選
択された後に、前記電子アセンブリの前記第２面に隣接
する選択された部分へ前記の少なくとも１つの検査プロ
ーブを移動するよう前記ロボット式検査プローブ位置決
め手段に命令し、更に、前記ベッド・オブ・ネイル式固
定手段を介して前記電子アセンブリの第１面上の選択さ
れた部分を測定し、励起し、接地し、および、前記の少
なくとも１つの検査プローブを介して前記電子アセンブ
リの前記第２面上の選択された部分を測定し、励起し、
接地するよう前記電気検査手段に命令する、前記制御装
置とを備えていることを特徴とする、検査システム。
【００６２】２．前記の少なくとも１つの検査プローブ
が少なくとも１つの非接触検査プローブを含む、前項１
記載の検査システム。
【００６３】３．前記の複数の検査プローブが複数のバ
ネプローブを含む、前項２記載の検査システム。
【００６４】４．前記ベッド・オブ・ネイル式固定手段
の前記複数のバネプローブが、前記電子アセンブリの前
記第１面上の所定部分で電気アクセスを得る、前項３記
載の検査システム。
【００６５】５．前記の少なくとも１つの非接触検査プ
ローブが、前記電子アセンブリの前記第２面上の所定部
分を測定または刺激する、前項４記載の検査システム。
【００６６】６．前記電子アセンブリのエッジに電気的
に接続されたコネクタ手段を更に備え、そのコネクタ手
段が前記電気アセンブリへの電気検査アクセスを提供す
る、前項１記載の検査システム。
【００６７】７．前記ロボット式検査プローブ位置決め
手段が、複数の異なるタイプの検査プローブを保持する
マルチプローブタレットを更に備え、前記制御装置が、
１つの検査が選択された際に前記複数の異なるタイプの
検査プローブから適当な検査プローブを選択して、前記
マルチプローブタレットを前記の適当な検査プローブへ
と回転させるよう前記ロボット式検査プローブ位置決め
手段に命令する、前項１記載の検査システム。
【００６８】８．前記ロボット式検査プローブ位置決め
手段の移動範囲内に配置された異なるタイプの検査プロ
ーブのラックを更に備え、これにより、前記ロボット式
検査プローブ位置決め手段が、前記制御装置により命令
された際に検査プローブを切り替える、前項１記載の検
査システム。
【００６９】９．前記ロボット式検査プローブ位置決め
手段に接続されたカメラを更に備え、そのカメラが前記
ロボット式検査プローブ位置決め手段を前記電子アセン
ブリに位置合わせして製造上の位置合わせ不良を補償す
る、前項１記載の検査システム。
【００７０】１０．前記カメラが、前記電子アセンブリ
の前記第２面上の微細ピッチ要素上に前記少なくとも１
つの検査プローブを前記ロボット式検査プローブ位置決
め手段により位置決めするための画像も提供する、前項
１３記載の検査システム。
【００７１】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、可
能な限り少量の専用または冗長の機器、ライブラリ、お
よびプログラムで多数の組立後検査を実行することので
きる検査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の検査技術を用いた検査下にある集積回路
を示す斜視図である。
【図２】従来の検査技術を用いた検査下にある集積回路
を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施例による電子プリント回路基
板検査システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施例による検査下にある集積回
路を示す概略図である。
【図６】本発明の第１実施例を示す斜視図であり、極端
に小さな容量式検査プローブを本発明の検査用ロボット
と共に用いて集積回路の各リードが検査されている。
【図７】本発明の第１実施例による検査下にある集積回
路の周りの容量式検査プローブの考え得る経路を示す、
プリント回路基板の部分平面図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２実施例によるマルチプローブ検査
ヘッドを示す側面図である。
【図１０】本発明の第２実施例のマルチプローブ検査ヘ
ッドを用いた検査下にある集積回路を示す側面図であ
る。
【図１１】本発明の第３実施例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第４実施例による電子プリント回路
基板検査システムを示すブロック図である。
【図１３】本発明の一般的概念に従った電子プリント回
路基板検査システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
30 検査システム 31 制御装置 32 電源 33 信号源 34 測定システム 35 マルチプレクサ 36 ベッド・オブ・ネイル式固定具 37 エッジコネクタ 38 ロボット式プローブポジショナ 41 プリント回路基板 47 容量式プローブ 48 オーム式プローブ 49 非接触検査プローブ 40 手持型検査プローブ 50 小形カメラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・イー・マクダーミッド アメリカ合衆国コロラド州80538ラヴラン ド，スプリング・グレイド・7121 (72)発明者 エディ・オー・シュロッツハウエル アメリカ合衆国コロラド州80538ラヴラン ド，シェリダン・ストリート・4319 (72)発明者 デイヴィッド・ティ・クルーク アメリカ合衆国コロラド州80538ラヴラン ド，アベイタ・コート・2331

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１面および第２面を有する電子アセンブ
    リの検査を行う検査システムであって、この検査システ
    ムが、 電気検査手段と、 ベッド・オブ・ネイル式固定手段であって、それ固定手
    段自体に隣接する所定位置で前記電子アセンブリの前記
    第１面を固定する取付手段を有し、前記電子アセンブリ
    の前記第１面上の所定の電気検査アクセス部分と空間的
    に対応するように配列された複数の検査プローブを有す
    る、前記ベッド・オブ・ネイル式固定手段と、 前記電子アセンブリの前記第２面上の所定部分で電気検
    査アクセスを得るための少なくとも１つの検査プローブ
    と、 前記電子アセンブリの前記第２面に隣接してＸ方向、Ｙ
    方向、およびＺ方向に前記の少なくとも１つの検査プロ
    ーブを位置決めする、ロボット式検査プローブ位置決め
    手段と、 前記電子アセンブリの検査を制御する制御装置であっ
    て、実行すべき検査が選択された後に、前記電子アセン
    ブリの前記第２面に隣接する選択された部分へ前記の少
    なくとも１つの検査プローブを移動するよう前記ロボッ
    ト式検査プローブ位置決め手段に命令し、更に、前記ベ
    ッド・オブ・ネイル式固定手段を介して前記電子アセン
    ブリの第１面上の選択された部分を測定し、励起し、接
    地し、および、前記の少なくとも１つの検査プローブを
    介して前記電子アセンブリの前記第２面上の選択された
    部分を測定し、励起し、接地するよう前記電気検査手段
    に命令する、前記制御装置とを備えていることを特徴と
    する、検査システム。
JP6203177A 1993-09-15 1994-08-29 プローブのロボット式位置決めを用いた電子アセンブリの検査システム Pending JPH07151834A (ja)

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US08/122,031 US5469064A (en) 1992-01-14 1993-09-15 Electrical assembly testing using robotic positioning of probes
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