JPH08278342A - 導体回路基板の検査方法およびその検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント回路基板や液晶ディスプレイ基板等
のような導体回路基板の製造欠陥を正確に、しかも非接
触検査するに好適な導体回路基板の検査方法および検査
装置を提供する。 【解決手段】 検査対象とする導体回路基板に電磁波を
放射するスティミュレータと、電磁波を受けて導体回路
基板に生じる変位電流を検出するセンサとを該導体回路
基板と非接触に設けると共に、導体回路基板を電気的に
絶縁して接地基準面に設け、センサとスティミュレータ
とからなるユニットにて導体回路基板を全面走査し、こ
れによって得られる電位分布の特徴を解析して欠陥を検
査する。特にセンサを挟んで隣接する２つのスティミュ
レータの駆動信号の位相を同相として、或いは１８０゜
異ならせて導体回路基板に電位を生起する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導体回路基板の製
造欠陥を非接触検査するに好適な導体回路基板の検査方
法および検査装置に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】プリント回路基板や液晶ディスプ
レイ基板等の、所謂導体回路基板の製造中、或いはその
取り扱い中において、導体回路基板上の導体パターンや
その実装電子部品、更にはこれらの両者間に回路開放
（断線）や短絡等の欠陥が発生することがある。製造業
者にとっては、このような欠陥を逸早く正確に、しかも
経済的に見つけ出して対処することが必要である。また
製造品質管理のためには、回路部品を実装したプリント
回路基板のみならず、回路部品実装前のプリント回路基
板自体の上述した欠陥検査を廉価に行う必要がある。

【０００３】ところで近年、表面実装技術が多く使用さ
れるようになり、これに伴って集積回路やプリント回路
基板が複雑化し、しかも高い周波数で作動するようにな
っている。この為、プリント回路基板の検査も困難化し
ている。従来のプリント回路基板の自動検査にあって
は、専ら一組の検査ピンを介してプリント回路基板に信
号を印加し、別の検査ピンに現れる出力信号を測定して
いる。具体的には検査対象とするプリント回路基板を作
動させて所定の入力信号を与え、該プリント回路基板に
実装された回路が適正な出力信号を発生しているか否か
を判別することにより、その機能検査を実行している。

【０００４】またプリント回路基板自体の検査は、例え
ば爪床式の検査器を用いて行われている。即ち、この検
査器は、検査対象とするプリント回路基板の金属箔によ
って形成された導電パターンに直接接触する複数のピン
（プローブ）を備えている。そして或るピンを介してプ
リント回路基板上の種々のノードに選択的に所定の入力
信号を印加し、この入力信号に対応して該プリント回路
基板上の別のノードに現れる出力信号を別のピンを介し
て測定するものとなっている。

【０００５】しかしこの種の従来の爪床式の検査器にあ
っては、検査対象とするプリント回路基板に実装された
回路（回路部品）を絶縁した上で、好適なノードに入力
信号を与え、且つ別のノードから期待される出力信号を
得るための検査ルーチンを設定する必要がある。この
為、プリント回路基板に実装されている回路の機能を予
め知っておく必要がある。

【０００６】一方、高周波マイクロ波回路に関する測定
においては、非接触式のプローブが使用されている。し
かしながら一般に、１ＧHz以下の周波数で動作する回路
を実装したプリント回路基板に対しては、上記プローブ
の帯域幅が広いことから、その検査が困難である。また
検査機器の分野においては、プリント回路基板における
電磁的な影響を評価する為の装置が開発されている。し
かしこの種の装置は、現段階では能動回路を実装したプ
リント回路基板に生起される電磁干渉に関する情報を検
出しているに過ぎず、プリント回路基板自体の性能に関
する情報を検出するためには使用できないと言う不具合
がある。

【０００７】さて米国特許第5,218,294号には、爪床式
の検査器を用いないで行うプリント回路基板の検査方法
が記載されている。この特許にはプリント回路基板の電
力線および接地線を介して該プリント回路基板を交流
（ＡＣ）信号で刺激し、この状態におけるプリント回路
基板の近くでの電磁場分布を非接触測定することが開示
されている。そして検査対象とするプリント回路基板の
電磁的特徴と、予め既知の良品である標準プリント回路
基板の電磁的特徴とを比較して、当該プリント回路基板
に欠陥があるか否かを判別するものとなっている。

【０００８】また米国特許第4,829,238号には、電磁放
射計測プローブ配列体に近接配置したプリント回路基板
を励起することにより、該プリント回路基板からの電磁
放射を上記プローブ配列体にて検出し、これをモニタす
ることが開示されている。またこの出願から分割された
米国特許第5,006,788号には、プリント回路基板または
その実装部品に生じる電磁干渉を除去し、或いはその電
磁干渉をモニタするために上記プリント回路基板からの
電磁放射を計測する技術が示されている。しかしこの特
許には、電磁放射の干渉を起こさないような製造欠陥を
判別するためのプリント回路基板の検査については何等
示していない。尚、この特許で引用されているように、
不本意な電磁放射を検出してプリント回路基板を検査す
る手法については種々の特許がある。

【０００９】一方、米国特許4,583,042号には、別のプ
リント回路基板検査方法が開示されている。即ち、この
特許には電気的連続性および線路セグメントの一体性を
計測するプリント回路基板の検査装置が開示されてい
る。この装置は一対の検知端子を備えた容量メータを有
し、一方の検知端子を導電性の裏面側基準面に接続し、
他方の検知端子を検査プローブに接続している。尚、こ
の検査プローブは、シールドされたワンポイント型のプ
ローブからなる。そしてこの検査プローブにより検知端
子の電圧レベルを計測し、またセンサ間の電圧降下から
線路セグメント容量を判別するものとなっている。尚、
この検査プローブは、検査対象とするプリント回路基板
に対して移動され、該プリント回路基板上の全検査ポイ
ントと順次接触される。

【００１０】この装置の欠点は、検査プローブと検査中
のプリント回路基板とを電気的に接触させる必要がある
点である。またこの装置ではプローブ検査に先立ってプ
リント回路基板上の検査ポイントの位置を予め決定して
おく必要があるので、回路基板のレイアウトに大きく依
存すると言う問題がある。更には、正確な計測を行う為
には、検査対象とするプリント回路基板と基準面との間
の空気ギャップをなくすことが必須になる。

【００１１】また米国特許5,124,660号には、プリント
回路基板に対する更に別の検査装置が開示されている。
この特許に示される装置は、プリント回路基板に実装さ
れた半導体部品に入出力ピンが存在するか否かを判別
し、その上でその入出力ピンがプリント回路基板に適正
に半田付けされているか否かを判別するものである。こ
の装置は、集積回路パッケージの表面に対向配置した金
属電極と、この金属電極に接続された発振器を具備して
いる。そして爪床式の検査器におけるプローブ・ピン
を、検査対象とする入出力ピンが半田付けされたプリン
ト回路基板の導電パターンに接続して検査を行う。する
と前記発振器からの信号は、集積回路パッケージを介し
て検査対象とする入出力ピンに容量結合されることにな
るので、前記プローブ・ピンを介して電流計測器により
電流が測定されれば、前記入出力ピンがプリント回路基
板に接続されていることになる。

【００１２】しかしこの装置には、プローブ・ピンを検
査対象とするプリント回路基板に直接接触させる必要が
あるという欠点がある。しかもプローブ・ピンによる検
査ポイントの位置を決める必要があるので、検査が回路
基板のレイアウトに依存するという別の欠点もある。更
にこの装置では、実装部品の端子（ピン）とプリント回
路基板のノードとの間の接続状態を検査し得るに過ぎな
いと言う欠点もある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上の背景から明らか
なようにこの分野では、回路部品実装済みで電力供給し
ていない状態のプリント回路基板や、回路部品実装前の
プリント回路基板自体等の導体回路基板の製造欠陥を検
出する装置および方法が必要とされている。更に導体回
路基板における回路機能の解析が不要で、且つプリント
回路基板上の隣接する実装部品同士を、その検査のため
に分離、或いは絶縁することが不要な検査装置の開発が
必要とされている。またこの分野では、検査対象のプリ
ント回路基板をその検査中に機能（作動）させることな
く、或いは固有状態に励起する必要がないことが要求さ
れる。更にまたこの分野では、非接触式の検査装置、即
ち、検査に供されるプリント回路基板とセンサまたは電
源とを電気的に直接接触させることが不要であり、しか
もプリント回路基板の検査を該プリント回路基板の構造
および機能に依存せずに行えるような、取り扱いの簡単
な検査装置が要求されている。

【００１４】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、先行技術における多数の欠点に
対する解決策を提供し、プリント回路基板や液晶ディス
プレイ基板等のような導体回路基板の製造欠陥を正確
に、しかも非接触検査するに好適な導体回路基板の検査
方法および検査装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
べく、本発明は導体回路基板に対する信号印加のために
電磁波を用い、また信号検出のために非接触式のセンサ
を用いることで、検査中の導体回路基板との電気的接触
を不要とした検査方法を提供する。また本発明は、導体
回路基板の回路機能解析が不要であり、また隣接する実
装部品の分離・絶縁が不要であり、更には固有な励起状
態を形成することが不要であり、また検査中の導体回路
基板に対する直接的な電気接続を要しない検査装置を提
供する。

【００１６】即ち、本発明に係る検査装置は、交流信号
発生器により駆動されて導体回路基板に対して電磁波を
放射するためのスティミュレータ、複数のセンサからな
るセンサ配列体、および上記スティミュレータとセンサ
とを絶縁する接地面シールドを備えたセンサ／スティミ
ュレータ・ユニットを備え、導体回路基板を所定の上部
側空間を介して前記センサ／スティミュレータ・ユニッ
トから隔離し、且つ所定の下部側空間を介して接地基準
面から隔離して前記導体回路基板を位置決めする位置決
め機構を備えて構成される。

【００１７】また本発明に係る検査装置は、更に前記導
体回路基板を走査する為の移動機構を含み、更には導体
回路基板における欠陥の有無を判別するためのコンピュ
ータ解析手段を備えて構成される。本発明におけるステ
ィミュレータおよび接地基準面は、導体回路基板上の導
電パターンや実装部品に沿う電場勾配を確立するための
手段を構成する。また本発明では導体回路基板上の導電
パターンや実装部品に沿う電場ポテンシャル勾配を確立
するために、前部および後部スティミュレータからなる
一対のスティミュレータには、互いに振幅が等しく位相
が１８０゜異なる交流信号が供給される。更には導体回
路基板上の導電パターンや実装部品に沿う均一な電場ポ
テンシャルを確立する場合や、微細な導電パターンを検
査する場合には、前記一対のスティミュレータには、互
いに振幅および位相が等しい信号が供給される。

【００１８】また本発明によれば、部品実装前の、所謂
片面導体回路基板や内層構造の導電パターンを有する導
体回路基板を検査する場合には、接地基準面は導体回路
基板の一側（下面）に短絡される。また前記下面側空間
は導体回路基板を接地基準面から離隔するために利用さ
れ、これによって多層構造型の導体回路基板の検査が可
能とされる。

【００１９】本発明によれば、その作動時には交流（Ａ
Ｃ）電源はスティミュレータに信号を与え、これによっ
てスティミュレータは導体回路基板に対して電磁波を放
射する。そしてセンサは導体回路基板上の導電パターン
または実装部品が上記電磁波を受けて生起する変位電流
を検知する。一方、電子機器はインピーダンス変換型増
幅器（広帯域幅増幅器）を利用して前記センサを低イン
ピーダンス化している。この低インピーダンス化によっ
て隣接するセンサ間の絶縁性が高められ、且つセンサに
おけるＳＮ比が高められる。そしてセンサと導体回路基
板上の導電パターンおよび実装部品との間に流れる変位
電流を高感度に検出する手段が実現される。更に電子機
器は、マルチプレクサと前記インピーダンス変換型増幅
器とを利用してチャネル間の干渉を低減することでその
設計性能の向上を図っている。

【００２０】しかして導体回路基板の全面を走査するこ
とにより、導体回路基板の変位電流特徴が得られる。こ
の特徴をコンピュータ解析することにより導体回路基板
における短絡や開放等の欠陥の検出が可能となる。特に
欠陥認識システムにおいては、導体回路基板の上記変位
電流の特徴パターンを、同一で且つ欠陥のない良品の標
準導体回路基板の既知または所望の特徴パターンと比較
することで、故障のない導体回路基板（標準の導体回路
基板）と故障している可能性のある導体回路基板（検査
対象の導体回路基板）との差異を計測する。

【００２１】この差異が所定の閾値よりも大きい場合に
は該導体回路基板が故障している、或いは許容公差外で
あると診断される。また上記差異が所定の閾値よりも小
さいならば、該導体回路基板は故障していないと判定さ
れる。ちなみに統計的解析を行えば、見つけ出した故障
についての詳細情報、例えば欠陥位置や欠陥種別等の情
報、具体的には導電パターンの途切れや短絡等の欠陥
の、その欠陥位置の情報を得ることができる。

【００２２】尚、故障していない導体回路基板の、所謂
既知の特徴パターンは、故障がないことが確認されてい
る良品の導体回路基板を、検査対象とする導体回路基板
と同様に走査するか、或いは設計仕様に従う理論計算を
行うことで求められる。上記設計仕様については、例え
ば導体回路基板のレイアウト作成に用いられるＣＡＤツ
ールから容易に得られる。

【００２３】また上述した如くして特徴パターンとの比
較照合を行うに際しては、例えば導体回路基板を走査し
て得られる前記センサ手段からの出力パターン中におけ
る特定パターンを検出して、この特定パターンを得た位
置を特定することで前記出力パターンを位置補正するよ
うにすれば良い。このようにすれば導体回路基板を検査
するに際して、その都度、導体回路基板とセンサ手段と
の位置関係を調整（位置合わせ）しなくても、その全面
走査によって得られた出力パターン自体から検査対象と
する領域を正確に特定し、位置補正して検査することが
できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に本発明に係る導体回路基板の
検査方法および検査装置の実施形態について、図面を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例に係る非接触
式の検査装置の概略的なハードウェア構成を示す図であ
る。信号発生器１０は１つまたは複数のスティミュレー
タに対して連続的に交流（ＡＣ）正弦波信号を供給して
該スティミュレータを駆動し、導体回路基板１７に対し
て電磁波を印加する。センサ／スティミュレータ・ユニ
ット１１上の複数のセンサは、電磁波を受けて導体回路
基板１７上に生起される導電パターンまたは実装部品か
らの変位電流の大きさを連続的に検出する。

【００２５】前記センサにより検出されたアナログ信号
は、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１２に
よりデジタル化される。デジタル信号処理装置（ＤＳ
Ｐ）１３は、Ａ／Ｄ変換器１２にて変換されたデジタル
データを入力するものであって、前記変位電流のピーク
値を検出するために用いられる。ＤＳＰ１３は、前記導
体回路基板１７の導電パターンまたは実装部品に生起さ
れた変位電流を解析するべく、上記ピーク値をコンピュ
ータ・ワークステーション１６に送出する。またＤＳＰ
１３はセンサ／スティミュレータ・ユニット１１から所
要の電磁放射を得るために前記スティミュレータを初期
化し、更にセンサ・アドレスを所定順に設定すること
で、所要のアナログデータを前記Ａ／Ｄ変換器１２に対
して順次送出可能としている。

【００２６】尚、コンピュータ・ワークステーション１
６は、前記ＤＳＰ１３に対して指令を送出し、また解析
および故障判定のために前記変位電流のピーク値を前記
ＤＳＰ１３から入力するものとなっている。図２はセン
サ２１における信号検出処理に用いられるセンサ・イン
ターフェイス回路２０の構成例を示すブロック図であ
る。このセンサ・インターフェイス回路２０は、図１に
示すセンサ／スティミュレータ・ユニット１１の一部と
して実現される。センサ配列体をなす複数のセンサ２１
は、マルチプレクサ２２の入力チャネルにそれぞれ接続
されており、これらの各入力チャネルと前記各センサ２
１との間には入力抵抗２３がそれぞれ接続されている。
これらの入力抵抗２３は前記各センサ２１を低インピー
ダンス化することで、隣接するセンサ２１間の容量性結
合を防止する役割を果たしている。

【００２７】前記マルチプレクサ２２の出力にはインピ
ーダンス変換型増幅器２４が接続されている。このイン
ピーダンス変換型増幅器２４の出力２７は、前記アナロ
グ・デジタル変換器１２に与えられ、信号処理のために
デジタル化される。このインピーダンス変換型増幅器２
４は広帯域増幅器であって、入力インピーダンスを低く
するために用いられる。この増幅器２４による低入力イ
ンピーダンス化によって、前記センサ２１により検出さ
れた変位電流はシャント用コンデンサ２６および入力抵
抗２３を流れることなく、フィードバック抵抗２５を流
れるようになっている。尚、シャント用コンデンサ２６
は前記マルチプレクサ２２の出力段に設けられるもの
で、実際にはマルチプレクサ２２の内部回路（図示略）
として実現される。

【００２８】尚、上記の如く構成されるセンサ・インタ
ーフェイス回路２０は、前記センサ／スティミュレータ
・ユニット１１の背面側に設けられる。またこのセンサ
・インターフェイス回路（電子機器）２０には、図２に
示したセンサ・インターフェース回路に関連して、前述
したＡ／Ｄ変換器１２やＤＳＰ１３が含まれる。しかし
て上述した如く構成されたセンサ・インターフェイス回
路２０は、信号検出に必要な増幅器の数を少なくするこ
とで、その構成の簡略化が図られている。更にこの機器
構成では、マルチプレクサ２２の出力段にインピーダン
ス変換型増幅器２４を接続することでチャネル間干渉を
低下させてＳＮ比を高くし、その高性能化が図られてい
る。ちなみに前記センサ２１によって検出されるノイズ
成分はインピーダンス変換型増幅器２４のフィードバッ
ク抵抗２５の値（Ｒ）の平方根に比例し、また信号成分
は上記フィードバック抵抗２５の値（Ｒ）に比例するの
で、これによって高ＳＮ比が得られるものとなってい
る。

【００２９】図３は前記センサ／スティミュレータ・ユ
ニット１１の概略的な平面構成を示している。この図３
には複数のセンサ２１からなるセンサ配列体３１とステ
ィミュレータ３２Ａ，３２Ｂとの配置構成が明示され、
更に接地シールド３３および絶縁ライン３４の配置が明
示される。即ち、複数のセンサ２１を直線状に並べてな
るセンサ配列体３１は、前部スティミュレータ３２Ａお
よび後部スティミュレータ３２Ｂ間の幾何学的中心に位
置して設けられている。そしてセンサ配列体３１および
２つのスティミュレータ３２Ａ，３２Ｂは、それぞれそ
の周囲を接地シールド３３により囲まれ、且つこれらの
間に絶縁ライン３４を設けることで相互に隔離されてい
る。尚、各センサ２１は絶縁ライン３４によりそれぞれ
電気的に分離されている。

【００３０】図４は上述したセンサ／スティミュレータ
・ユニット１１を具備した検査装置に、検査対象とする
導電回路基板をセットアップした状態４０を示す模式的
な断面図である。検査対象とする導電回路基板４６は、
接地基準面４９上に所定の下面側空間４８を介して位置
決め固定される。この位置決めは、例えば接地基準面４
９の所定位置に突設された位置決めピン５０に、導電回
路基板４６の位置決め穴を嵌合する等して行われる。そ
して上記位置決めピン５０を用いて所定の位置に位置決
めされた導電回路基板４６を、真空ポンプ５１にて接地
基準面４９に吸引することで、該接地基準面４９に吸着
固定する。

【００３１】このようにして接地基準面４９上に下面側
空間４８を介して位置決め固定された導電回路基板４６
に対して、その上方から所定の上面側空間４７を隔てて
前記センサ／スティミュレータ・ユニット１１が対向配
置される。このセンサ／スティミュレータ・ユニット１
１と前記導電回路基板４６とは、図示しない移動手段
（移動ステージ等）により上記上面側空間４８を一定に
保った状態で相対移動可能に設けられており、これによ
り導体回路基板４６の全面が前記センサ／スティミュレ
ータ・ユニット１１によって走査されるようになってい
る。

【００３２】しかしてその作動時には、センサ／スティ
ミュレータ・ユニット１１の前記２つのスティミュレー
タ３２Ａ，３２Ｂの各々に対して、前記信号発生器１０
からＡＣ正弦波信号が供給される。回路部品実装前の導
体回路基板４６に対して印加する電磁波を発生させるた
めの交流信号としては、例えば１０ＫHz乃至１ＭHzの周
波数が用いられる。また回路部品実装済みの電力供給し
ていない状態にある導体回路基板４６に対して印加する
電磁波を発生させる為の交流信号としては、例えば１Ｍ
Hz乃至２０ＭHzの範囲内の周波数が用いられる。

【００３３】上記交流信号が印加されて駆動されるステ
ィミュレータ３２Ａ，３２Ｂは電磁波を放射し、この電
磁波は導体回路基板４６の上面側空間４７を伝播する。
この電磁波は導体回路基板４６と相互作用して電流（渦
電流）を生起し、導体回路基板４６上の導電パターン４
５及び実装部品に所定の電荷を発生させる。この結果、
導電パターン４５及び実装部品に電位が生じ、センサ２
１はその大きさを変位電流として検知する。

【００３４】前記移動手段を駆動して導体回路基板４６
全体を走査すると、該導体回路基板４６固有の変位電流
分布が形成され、その特徴が検出される。この移動手段
による導体回路基板４６の走査は、例えば導体回路基板
４６を静止させた状態でセンサ／スティミュレータ・ユ
ニット１１を平行移動させることによりなされる。或い
は逆にセンサ／スティミュレータ・ユニット１１を静止
させた状態で導体回路基板４６を平行移動させることに
よりなされる。このような走査によって求められる変位
電流分布の特徴を前記コンピュータ・ワークステーショ
ン１６により解析することによって、導体回路基板４６
の製造欠陥が検出される。

【００３５】尚、電磁場と導体回路基板４６との相互作
用は、下面側空間４８の構成および接地基準面４９との
配置関係に依存する。ちなみに導体回路基板４６の上面
側の導電パターン４５だけを検査するのであれば、導電
回路基板４６のベース自体が下面側空間として機能する
ので、格別に下面側空間４８を設定することは不要であ
る。従って導体回路基板４６を前記接地基準面４９の上
面に直接位置付けることが可能である。この場合、セン
サ配列体３１を構成する複数のセンサ２１は、導体回路
基板４６の上面側の導電パターン４５に生起した変位電
流の大きさを検出することになる。またこの場合にはス
ティミュレータ３２Ａ，３２Ｂと導体回路基板４６との
間の電磁相互作用が簡略なものとなる。

【００３６】一回の走査により導体回路基板４６の全体
を検査する場合、つまり導体回路基板４６の上面および
下面、更にはその中間層等の全てを検査する場合には、
導体回路基板４６上の実装部品および導電パターンの全
てとの電磁相互作用を可能にするために下面側空間４８
が必要になる。この場合には、接地基準面４９は導体回
路基板４６から隔てて配置されることになるので、電磁
相互作用は多少複雑になる。しかしいずれの場合であっ
ても、センサ２１は導体回路基板４６からの変位電流の
振幅を検知することに変わりない。

【００３７】尚、導体回路基板４６の形式や検査内容に
応じて、前記上面側空間４７及び下面側空間４８を、空
気ギャップ、誘電性モールド材料、或いは両者の組合せ
により構成することが可能である。特に誘電性モールド
材料を用いて空間４７，４８を形成すれば、スティミュ
レータ３２Ａ，３２Ｂからの電磁場を集中させる役割が
果たされる。

【００３８】次に上述したセンサ／スティミュレータ・
ユニット１１による前記導体回路基板４６に対する欠陥
検査の好ましい実施態様とその検出作用について、今少
し詳しく説明する。図５はセンサ／スティミュレータ・
ユニット１１と、接地基準面４９上に載置固定された導
電回路基板４６との関係を模式的に示すもので、４５は
導電回路基板４６上の導電パターンを示している。そし
てセンサ／スティミュレータ・ユニット１１の２つのス
ティミュレータ３２Ａ，３２Ｂに位相が１８０゜異な
り、且つ振幅の等しい交流信号それぞれ印加して電磁波
を放射させ、この電磁波を受けて導電パターン４５に生
じる変位電流をセンサ２１を介して検出する状態を示し
ている。

【００３９】この場合における電気的なループは、図５
に示すように導電パターン４５と前記スティミュレータ
３２Ａ，３２Ｂおよびセンサ２１との上面側空間４７を
介する容量結合、および導電パターン４５と接地基準面
４９との上面側空間４８（導電回路基板４６のベース）
を介する容量結合により形成される。具体的には、導電
パターン４５と前記スティミュレータ３２Ａ，３２Ｂお
よびセンサ２１、およびこれらを電気的に分離している
接地シールド３３Ａ，３３Ｂとの間は、図５に示すよう
に容量Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4,Ｃ5 によりそれぞれ空間的に結
合され、また導電パターン４５と接地基準面４９との間
は容量Ｃ6により空間的に結合された状態となる。そし
てその等価的な電気回路は図６に示すような閉回路とな
る。

【００４０】ここで前記センサ２１による導電パターン
４５に生じた変位電流の検出は、丁度、導電パターン４
５と前記センサ２１との間を空間的に結合する上記容量
Ｃ3を流れる電流ｉsを検出することに相当する。この電
流ｉsは、スティミュレータ３２Ａ，３２Ｂにそれぞれ
印加する交流信号をＶ1,Ｖ2 とすると ｉs ＝ｊωＣ3（Ｃ1Ｖ1＋Ｃ5Ｖ2）／（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4＋Ｃ5＋Ｃ6） となる。ここで並列関係にある４つの容量Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4,
Ｃ6の合成容量をＣAとすると、容量Ｃ1,Ｃ5にそれぞれ
流れる電流をｉ1,ｉ2、また合成容量ＣAに流れる電流を
ｉ3としたとき、次の関係が成立する。

【００４１】 Ｖ1 ＝（ｉ1／ｊωＣ1）＋（ｉ3／ｊωＣA） Ｖ2 ＝（ｉ2／ｊωＣ5）＋（ｉ3／ｊωＣA） ｉ3 ＝ ｉ1＋ｉ2 ＣA ＝ Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4＋Ｃ6 これらの関係から、 ｉ1 ＝ ｊωＣ1Ｖ1−ｉ3（Ｃ1／ＣA） ｉ2 ＝ ｊωＣ5Ｖ2−ｉ3（Ｃ5／ＣA） が導かれ、更に ｉ3 ＝ ｊωＣ1Ｖ1−ｉ3（Ｃ1／ＣA）＋ｊωＣ5Ｖ2−ｉ3（Ｃ5／ＣA） ＝ ｊω（Ｃ1Ｖ1＋Ｃ5Ｖ2）−ｉ3（(Ｃ1＋Ｃ5)／ＣA） が導かれる。従って合成容量ＣAに流れる電流ｉ3は ｉ3 ＝ ｊω（Ｃ1Ｖ1＋Ｃ5Ｖ2）／｛１＋（(Ｃ1＋Ｃ5)／ＣA）｝ ＝ ｊωＣA（Ｃ1Ｖ1＋Ｃ5Ｖ2）／（ＣA＋Ｃ1＋Ｃ5） として求められる。しかして容量Ｃ3を流れる電流ｉs
は、前述した並列関係にある４つの容量Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4,Ｃ
6間で比例配分されることから、 ｉs ＝ ｉ3（Ｃ3／ＣA） ＝ ｊωＣA（Ｃ1Ｖ1＋Ｃ5Ｖ2）Ｃ3／（ＣA＋Ｃ1＋Ｃ5）ＣA ＝ ｊωＣ3（Ｃ1Ｖ1＋Ｃ5Ｖ2）／（Ｃ2＋Ｃ3＋Ｃ4＋Ｃ6＋Ｃ1＋Ｃ5） となる。

【００４２】従って前述したように２つのスティミュレ
ータ３２Ａ,３２Ｂに対して位相が１８０゜異なり、且
つ振幅の等しい交流信号Ｖ1,Ｖ2を加えるものとする
と、 Ｖ1 ＝ −Ｖ2 であることから、導電パターン４５とスティミュレータ
３２Ａ,３２Ｂとの間にそれぞれ形成される容量Ｃ1,Ｃ5
が等しい場合、つまり導電パターン４５に対してステ
ィミュレータ３２Ａ,３２Ｂが対称に対向した場合、電
流ｉsで示されるセンサ２１の出力が零［０］となる。
そして導電パターン４５に対してスティミュレータ３２
Ａ,３２Ｂの対向配置関係が非対称となった場合には、
そのずれに応じて容量Ｃ1,Ｃ5が変化することから、交
流信号Ｖ1,Ｖ2のうちのいずれかの成分が強く現れるこ
とになる。

【００４３】この結果、或るパターン幅の導電パターン
４５を、その幅方向に走査すると、センサ２１の出力は
図７に示すように変化することになり、センサ２１が上
記導電パターン４５の中心位置に対向し、スティミュレ
ータ３２Ａ,３２Ｂが導電パターン４５に対して対称に
対向する走査位置において、その出力が零［０］とな
る。尚、図７における複数の出力特性は、前記上面側空
間４７の間隔を変化させた時のもので、特性７１は上面
側空間４７が０.００５インチの場合、特性７２は０.０
１０インチの場合、特性７３は０.０１５インチの場
合、そして特性７４は０.０２０インチの場合をそれぞ
れ示している。

【００４４】そして２つのスティミュレータ３２Ａ,３
２Ｂの一方だけが導電パターン４５に対向する場合に
は、容量Ｃ1,Ｃ5の一方だけが作用し、また容量Ｃ3が殆
どなくなることから、電流ｉsがほぼ零［０］となる。
尚、２つのスティミュレータ３２Ａ,３２Ｂに同相で、
且つ振幅の等しい交流信号Ｖ1,Ｖ2を印加した場合、ス
ティミュレータ３２Ａ,３２Ｂが導電パターン４５に対
称に対向する走査位置において容量Ｃ3に流れる電流ｉs
と、スティミュレータ３２Ａ,３２Ｂが導電パターン４
５の一方が導電パターン４５と対向する位置から離れよ
うとする時にの容量Ｃ3に流れる電流ｉsとは、高々２倍
程度の差しか生じなくなる。しかしその電流ｉs自体
は、交流信号Ｖ1,Ｖ2が同相であるので逆相の交流信号
を用いる場合の約２倍となる。しかもこの場合であって
も、２つのスティミュレータ３２Ａ,３２Ｂの一方だけ
が導電パターン４５に対向する場合には、容量Ｃ1,Ｃ5
の一方だけが作用し、また容量Ｃ3が殆どなくなること
から、容量Ｃ3に流れる電流ｉsはほぼ零［０］となる。

【００４５】従ってスティミュレータ３２Ａ,３２Ｂに
同相で、且つ振幅の等しい交流信号Ｖ1,Ｖ2を印加した
場合には、その検出感度を高めることができ、特に導電
パターンとの間の結合容量が小さいような微細パターン
における途切れを検査するような場合に、有効に作用さ
せることができる。かくして上述した如き原理作用のも
とで導体回路基板４６上に生起される電位を検出して導
電パターン４６を検査する本発明の検査装置によれば、
例えば切断部位のない導電パターンを走査した場合、そ
のセンサ２１の出力は図８に示すように変化する。また
途切れを有する導電パターンを走査した場合には、その
出力は図９に示すようになる。従ってこのようにして求
められる導電回路基板４６の固有の電位分布の特徴を、
既知の標準電位分布と比較すれば、どの部位においてそ
の特徴が異なっているかを検出することができ、ここに
その欠陥検査を行うことが可能となり、その差違から導
電パターンの途切れであるか、或いは短絡であるかを検
出判定することが可能となる。

【００４６】即ち、上述した本装置による検査法によれ
ば、例えば導体回路基板４６を走査して得られた特徴パ
ターンと、予め検証されている標準パターンの既知なる
特徴パターンとを比較することによって、導電パターン
の不本意な切断箇所や短絡箇所を、その位置情報と共に
得ることが可能となるので、その検査処理を非常に簡単
に行うことが可能となる。しかもパターン照合に際して
は、例えば予め導体回路基板上に位置合わせの為の特徴
部分を形成しておけば、その部位における特定パターン
から、該センサによって検出される全体的な特徴パター
ンを位置補正することができる。従って導体回路基板４
６を走査するに際して、例えば光学式カメラを用い、マ
イクロメータを用いて導体回路基板４６の設置位置を高
精度に調整する等の位置合わせ作業が不要となり、その
検査作業の簡易化を図ることが可能となる等の効果が奏
せられる。

【００４７】更には本検査法によれば、従来の光学式の
検査法とは異なるので、例えばスルーホール近傍の導電
パターン部分についても、その良否を高精度に検査する
ことができる等の格別なる効果が期待できる。以上、本
発明の好適な実施例について説明したが、本発明はその
要旨を逸脱しない範囲で種々の変形して実施可能なこと
は言うまでもない。例えばセンサ／スティミュレータ・
ユニットに実装する部品や、その形状・寸法、更にはス
ティミュレータおよびセンサの構成は種々変形可能であ
る。また導体回路基板に対する走査の仕方も種々変形可
能である。例えば基本的には、センサ２１の並び方向と
直角な方向に導体回路基板４６を走査しながら、上記セ
ンサ２１を順次に走査駆動することでその全面走査が可
能であるが、導体回路基板４６を一方向に全面走査した
後、その走査方向を９０゜変更した後、再度全面走査す
るようにしても良い。

【００４８】またここでは導体回路基板として一般的な
プリント回路基板を例に説明したが、液晶回路基板やプ
ラズマ表示パネル等の回路基板の検査にも同様に適用す
ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
電回路基板に対して非接触に、しかも電磁波を用いて該
導電回路基板の欠陥を検査することができる。しかも従
来のように導電回路基板の機能を予め解析したり、また
隣接部品を絶縁・分離したりすることなく、その欠陥検
査を行い得る。更には部品実装前のプリント回路基板自
体であっても、或いは部品実装後の回路基板の状態であ
っても、その状態において簡易に、且つ効果的に欠陥検
査することができ、各種製品管理を行う上でその実用的
利点は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る検査装置の概略構成
を示すブロック図。

【図２】センサ・インターフェース回路の構成例を示す
ブロック図。

【図３】センサ／スティミュレータ・ユニットの概略的
な平面構成図。

【図４】検査装置に対する導電回路基板のセットアップ
例を示す模式的な断面図。

【図５】センサ／スティミュレータ・ユニットによる導
電パターンの検出作用を説明するための図。

【図６】図５に示す検出回路の電気的な等価回路を示す
図。

【図７】センサ／スティミュレータ・ユニットの検出特
性を示す図。

【図８】切断箇所のない導電パターンを走査したときの
検出特性を示す図。

【図９】途切れを有する導電パターンを走査したときの
検出特性を図８に対比して示す図。

【符号の説明】

１０ 信号発生器 １１ センサ／スティミュレータ・ユニット １３ デジタル信号処理装置 ２１ センサ ２２ マルチプレクサ ２４ インピーダンス変換型増幅器 ３１ センサ配列体 ３２Ａ，３２Ｂ スティミュレータ ３３ 接地シールド ３４ 絶縁パターン ４５ 導電パターン ４６ 導電回路基板 ４７ 上面側空間 ４８ 下面側空間 ４９ 接地基準面 Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4,Ｃ5,Ｃ6 結合容量 Ｖ1,Ｖ2 交流信号 ｉs センサ電流

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的連続性、物理的連続性、または既
   知の標準体に対して適合性が証明されるべき導電パター
   ン、実装部品または表面を備えた導体回路基板の検査方
   法であって、 接地基準面に対して規定される所定の空間的位置に前記
   導体回路基板を位置付け固定し、 一方、前記導体回路基板に対して電気的に非接触で、且
   つ所定の空間的距離を隔てる位置に電磁波発生手段およ
   びセンサ手段をそれぞれ位置付け、且つ該導体回路基板
   と相対移動可能に設け、 交流信号発生器により前記電磁波発生手段を駆動して該
   電磁波発生手段から前記導体回路基板に対して電磁波を
   放射すると共に、この電磁波を受けて前記導体回路基板
   に生じる電気的変化を前記センサ手段にて検出し、 このセンサ手段による検出出力をコンピュータ解析して
   前記導体回路基板中の欠陥を検出してなることを特徴と
   する導体回路基板の検査方法。
2. 【請求項２】 前記電磁波発生手段は、１つ以上のステ
   ィミュレータを備えることを特徴とする請求項１に記載
   の導体回路基板の検査方法。
3. 【請求項３】 １つまたは複数のスティミュレータは、
   前記導体回路基板に電磁波を放射して前記導体回路基板
   上の導電パターンおよび実装部品に電流または電荷を生
   起し、或いは前記導体回路基板上の導電パターンおよび
   実装部品に沿った電気的ポテンシャルを等価的に確立す
   ることを特徴とする請求項２に記載の導体回路基板の検
   査方法。
4. 【請求項４】 前記センサ手段は、２つのスティミュレ
   ータの間に配置され、且つ絶縁手段により前記各スティ
   ミュレータからそれぞれ絶縁されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の導体回路基板の検査方法。
5. 【請求項５】 前記絶縁手段は接地シールドを備えてい
   ることを特徴とする請求項４に記載の導体回路基板の検
   査方法。
6. 【請求項６】 前記センサ手段は、複数のセンサを配列
   してなるセンサ配列体からなることを特徴とする請求項
   １に記載の導体回路基板の検査方法。
7. 【請求項７】 前記センサ手段は、前記スティミュレー
   タから印加された電磁波によって前記導体回路基板の導
   電パターンまたは実装部品に生起する電流および電荷を
   検出することを特徴とする請求項１に記載の導体回路基
   板の検査方法。
8. 【請求項８】 前記スティミュレータからの電磁波は、
   前記導体回路基板の導電パターンおよび実装部品に沿っ
   て電気的なポテンシャル勾配を生起させるものである請
   求項７に記載の導体回路基板の検査方法。
9. 【請求項９】 前記接地基準面に対する前記導体回路基
   板の位置決め固定は、位置決めピンを用いて位置決め
   し、且つ真空ポンプを用いて吸着固定して行われること
   を特徴とする請求項１に記載の導体回路基板の検査方
   法。
10. 【請求項１０】 前記導体回路基板に対する前記センサ
    検出手段および前記スティミュレータ手段の所定の空間
    距離を隔てた位置の規定、或いは前記接地基準面に対す
    るセンサ手段との空間的距離は、空気ギャップ、モール
    ド材料または両者の組合せにより実現されることを特徴
    とする請求項１に記載の導体回路基板の検査方法。
11. 【請求項１１】 前記モールド材料は、電磁波を集中さ
    せる誘電材料からなり、且つ位置に応じて異なる厚さを
    有して実装部品を収容する空間部を形成してなることを
    特徴とする請求項１０に記載の導体回路基板の検査方
    法。
12. 【請求項１２】 前記接地基準面は、前記スティミュレ
    ータからの電磁波を前記導体回路基板を介して引きつけ
    て、前記導体回路基板に電流および電荷を生じさせるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の導体回路基板の検査方
    法。
13. 【請求項１３】 前記センサおよび前記スティミュレー
    タは、前記導体回路基板を走査して前記導体回路基板全
    体の電気的特徴を構成するデータを得る手段を有し、そ
    の走査は、前記センサおよび前記スティミュレータと前
    記導体回路基板と相対的に移動させて行われることを特
    徴とする請求項１に記載の導体回路基板の検査方法。
14. 【請求項１４】 電気的連続性、物理的連続性または既
    知の標準体に対する適合性が証明されるべき導電パター
    ン、実装部品または表面を備えた導体回路基板の検査装
    置であって、(a) 導体回路基板に対して電気的に非接触
    に設けられた電磁波発生手段と、(b) この電磁波発生手
    段を駆動して前記導体回路基板に電磁波を印加する交流
    信号発生器と、(c) 前記導体回路基板に対して電気的に
    非接触に設けられて前記電磁波が印加されて該導体回路
    基板に生じた電気的特徴を検出するセンサ手段と、(d)
    前記電磁波発生手段，前記センサ手段および前記導体回
    路基板をそれぞれ位置決め固定し、且つこれら相対的に
    移動走査する手段と、(e) 前記位置決め固定された導体
    回路基板と、前記センサ手段および前記電磁波発生手段
    との間に所定の空間を設定する手段と、(f) 接地基準面
    と、(g) この接地基準面と前記導体回路基板との間に所
    定の空間を設定する手段と、(h) 前記センサ手段の検出
    出力から前記導体回路基板中の欠陥を検出するコンピュ
    ータ解析手段と、を具備したことを特徴とする導体回路
    基板の検査装置。
15. 【請求項１５】 前記電磁波発生手段および前記センサ
    手段は、センサ／スティミュレータ・ユニットとして実
    現されることを特徴とする請求項１４に記載の導体回路
    基板の検査装置。
16. 【請求項１６】 前記電磁波発生手段は、２つのスティ
    ミュレータを備えることを特徴とする請求項１４に記載
    の導体回路基板の検査装置。
17. 【請求項１７】 センサ／スティミュレータ・ユニット
    は、複数のセンサを配列したセンサ配列体を間にして２
    つのスティミュレータを対称配置し、絶縁手段を介して
    相互に絶縁した構造を有することを特徴とする請求項１
    ５に記載の導体回路基板の検査装置。
18. 【請求項１８】 前記２つのスティミュレータは、導体
    回路基板に電磁波を放射する金属プレートからなり、前
    記各スティミュレータは互いに振幅が等しく、且つ位相
    が１８０゜異なる電磁波を放射して前記導体回路基板上
    の導電パターンおよび実装部品に沿って電気的ポテンシ
    ャルを生起するものである請求項１６に記載の導体回路
    基板の検査装置。
19. 【請求項１９】 前記２つのスティミュレータは、導体
    回路基板に電磁波を放射する金属プレートからなり、前
    記各スティミュレータは互いに振幅が等しく、且つ位相
    の等しい電磁波を放射して前記導体回路基板上の導電パ
    ターンおよび実装部品に沿って電気的ポテンシャルを生
    起するものである請求項１６に記載の導体回路基板の検
    査装置。
20. 【請求項２０】 前記センサ手段は、前記導体回路基板
    の導電パターンおよび実装部品上の変位電流の大きさ及
    び位相をそれぞれ検出する複数のセンサの配列体からな
    ることを特徴とする請求項１４に記載の導体回路基板の
    検査装置。
21. 【請求項２１】 前記コンピュータ解析手段は、入力段
    にマルチプレクサを備えたインピーダンス変換型増幅器
    を有し、上記マルチプレクサにそれぞれ接続される前記
    各センサをそれぞれ低インピーダンス化してセンシング
    動作させることを特徴とする請求項１４に記載の導体回
    路基板の検査装置。
22. 【請求項２２】 前記コンピュータ解析手段は、導体回
    路基板を走査して得られる前記センサ手段からの出力パ
    ターンと、予め既知なる標準導体回路基板から求められ
    る標準パターンとを比較して前記導体回路基板上の相違
    箇所を検出してなることを特徴とする請求項１４に記載
    の導体回路基板の検査装置。
23. 【請求項２３】 前記コンピュータ解析手段は、導体回
    路基板を走査して得られる前記センサ手段からの出力パ
    ターン中における特定パターンを検出して、上記出力パ
    ターンを得た位置を特定する手段を備えたことを特徴と
    する請求項１４に記載の導体回路基板の検査装置。