JP2007101187A - Electric measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定試料に対する信号印加側(ソース側)のプローブと信号検出側(センス側)のプローブとが測定ケーブルを介して計測部に接続されている電気測定装置に関し、さらに詳しく言えば、測定ケーブルに起因する測定誤差を大幅に削減する技術に関するものである。 The present invention relates to an electrical measurement apparatus in which a signal application side (source side) probe and a signal detection side (sense side) probe for a sample to be measured are connected to a measurement unit via a measurement cable. The present invention relates to a technique for greatly reducing measurement errors caused by measurement cables.
電気測定において、被測定試料の例えばインピーダンスを測定するには、プローブ(接触針)として、通常、信号印加側の2本のプローブと信号検出側の2本のプローブとが用いられる(例えば、特許文献1参照)。 In electrical measurement, for example, to measure the impedance of a sample to be measured, two probes on the signal application side and two probes on the signal detection side are usually used as probes (contact needles) (for example, patents). Reference 1).
そのプロービング方式には、プローブをピンボートに植設して使用するフィクスチュア方式と、プローブをX−Y方向に移動可能とするフライング方式とがあり、測定対象に応じて使い分けられているが、ここでは図3,図4により、従来技術の電気測定装置として、フライング方式の回路基板検査装置について説明する。 The probing method includes a fixture method in which a probe is implanted in a pin boat and a flying method in which the probe can be moved in the X and Y directions. 3 and 4, a flying circuit board inspection apparatus will be described as a conventional electric measurement apparatus.
なお、回路基板検査装置には、主に部品が実装された回路基板を検査対象とするインサーキットテスタと、部品を実装する前に回路基板に形成されている回路配線(配線パターン)を検査対象とするベアボードテスタとがあるが、機械的な構成はほぼ同じである。 In addition, the circuit board inspection device mainly inspects the in-circuit tester that inspects the circuit board on which the component is mounted and the circuit wiring (wiring pattern) formed on the circuit board before mounting the component. However, the mechanical configuration is almost the same.
図3は装置全体を示す模式図,図4はその主要部の回路図であり、これによると、この回路基板検査装置(電気測定装置)10は、被測定試料Dの所定部位にプローブを移動させるプローブ移動手段20と、本体ラック30とを含み、本体ラック30には、計測部31,演算部32および制御部33が設けられる。
3 is a schematic diagram showing the entire apparatus, and FIG. 4 is a circuit diagram of the main part thereof. According to this, the circuit board inspection apparatus (electrical measurement apparatus) 10 moves the probe to a predetermined part of the sample D to be measured. The
プローブ移動手段20はX−Y移動機構であって、X軸方向に配向されるX軸アーム21と、Y軸方向に配向された状態でX軸アーム21にX軸方向に移動可能に支持される例えば2本のY軸アーム22a,22bと、Y軸アーム22a,22bにY軸方向に移動可能に支持されるヘッド部23a,23bとを備える。
The probe moving means 20 is an XY moving mechanism, and is supported by an
使用されるプローブはP1〜P4の4本で、特に区別する必要がない場合には総称としてプローブPという。この例において、一方のヘッド部23aにはプローブP1,P3が取り付けられ、他方のヘッド部23bにプローブP2,P4が取り付けられる。
There are four probes, P1 to P4, which are collectively referred to as probes P when there is no need to distinguish them. In this example, probes P1 and P3 are attached to one
図示しないが、各ヘッド部23a,23bには、プローブPをZ軸方向(図3で紙面と直交する方向)に駆動するアクチュエータを備える。これにより、プローブPをX−Y方向に移動させたのち、所定の測定ポイントに接触させることができる。
Although not shown, each
図4を参照して、計測部31には、交流の測定信号を発生する信号発生部31aと、電流測定部31bと、電圧測定部31cとが含まれる。通常、電流測定部31bには電流計が用いられ、電流測定部31bと信号発生部31aの各一端はともに接地される。また、電圧測定部31cにはインピーダンスがきわめて高い電圧計が用いられる。
Referring to FIG. 4,
プローブP1は測定ケーブルC1を介して信号発生部31aに接続され、プローブP2は測定ケーブルC2を介して電流測定部31bに接続される。また、プローブP3は測定ケーブルC3を介して電圧測定部31cの一端に接続され、プローブP4は測定ケーブルC4を介して電圧測定部31cの他端に接続される。すなわち、プローブP1,P2が信号のソース側で、プローブP3,P4が信号のセンス側である。
The probe P1 is connected to the
各プローブPの配線を行うにあたって、通常、プローブP1の測定ケーブルC1とプローブP3の測定ケーブルC3は束ねられてX軸アーム21から一方のY軸アーム22aに沿って配線され、同じく、プローブP2の測定ケーブルC2とプローブP4の測定ケーブルC4も束ねられてX軸アーム21から他方のY軸アーム22bに沿って配線される。
When wiring each probe P, the measurement cable C1 of the probe P1 and the measurement cable C3 of the probe P3 are usually bundled and wired along the one Y-
プローブP1,P3を被測定試料Dの一方の端子側に接触させるとともに、プローブP2,P4を被測定試料Dの他方の端子側に接触させる。そして、信号発生部31aから交流の測定信号を発生させてプローブP1より被測定試料Dに印加し、被測定試料Dに流れる電流をプローブP2を介して電流測定部31bで測定する。また、被測定試料Dに生ずる電圧降下をプローブP3,P4を介して電圧測定部31cで測定する。このようにして測定された電流値と電圧値とから、被測定試料Dの例えばインピーダンスが測定される。
The probes P1 and P3 are brought into contact with one terminal side of the sample D to be measured, and the probes P2 and P4 are brought into contact with the other terminal side of the sample D to be measured. Then, an AC measurement signal is generated from the
この測定時において、被測定試料Dとセンス側のプローブP2との間で発生する浮遊容量による影響を排除するため、また、被測定試料Dが高インピーダンスのとき、その測定電流を増幅して電流測定部31bに送るため、この従来例では、プローブP2にヘッドアンプと呼ばれるアンプ40を持たせるようにしている。
In this measurement, in order to eliminate the influence of stray capacitance generated between the sample D to be measured and the probe P2 on the sense side, and when the sample D to be measured has a high impedance, the measurement current is amplified and In order to send it to the
このアンプ40には、電流−電圧変換増幅器41と、その逆変換器である電圧−電流変換増幅器42とが含まれ、これにより、上記浮遊容量による影響を大幅に削減することができ、また、被測定試料Dが高インピーダンスのときの測定電流を増幅して電流測定部31bに送ることができる。
The
しかしながら、上記従来例では、信号発生部31a→測定ケーブルC1→プローブP1→被測定試料D→プローブP2→測定ケーブルC2→電流測定部31bへと測定電流が流れるため、測定ケーブルC1とともに束ねられているセンス側の測定ケーブルC3および測定ケーブルC2とともに束ねられているセンス側の測定ケーブルC4が電磁誘導による影響を受け、これが測定誤差として現れることがある。
However, in the above conventional example, since the measurement current flows from the
したがって、本発明の課題は、被測定試料に対する信号印加側(ソース側)のプローブと信号検出側(センス側)のプローブとが測定ケーブルを介して計測部に接続されている電気測定装置において、測定ケーブルに起因する測定誤差を極力排除することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrical measurement apparatus in which a signal application side (source side) probe and a signal detection side (sense side) probe for a sample to be measured are connected to a measurement unit via a measurement cable. The purpose is to eliminate as much as possible measurement errors caused by the measurement cable.
上記課題を解決するため、本発明は、信号発生部,電流測定部および電圧測定部を含む計測部を備え、上記信号発生部に第1測定ケーブルを介して第1プローブが接続され、上記電流測定部に第2測定ケーブルを介して第2プローブが接続され、上記電圧測定部にそれぞれ第3,第4測定ケーブルを介して第3および第4プローブが接続され、上記第1および第3測定ケーブル同士,上記第2および第4測定ケーブル同士が束ねて配線されていて、上記第1プローブと上記第3プローブとを被測定試料の一方の端子に接触させるとともに、上記第2プローブと上記第4プローブとを上記被測定試料の他方の端子に接触させ、上記信号発生部から発生される交流測定信号を上記第1プローブにより上記被測定試料に印加し、上記被測定試料に流れる電流を上記第2プローブを介して上記電流測定部で測定し、上記被測定試料の両端間電圧を上記第3および第4測定ケーブルを介して上記電圧測定部で測定して、その電流測定値および電圧測定値に基づいて、上記被測定試料の所定のパラメータを測定する電気測定装置において、上記第1プローブに電圧−電圧変換増幅器からなる第1アンプが接続されるとともに、上記第2プローブに電流−電圧変換増幅器からなる第2アンプが接続され、上記計測部とは別の位置に上記アンプ用のアンプ電源が配置され、上記アンプ電源と上記各アンプとを接続するリード配線が、上記各測定ケーブルと電気的に干渉しないように配線されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention includes a measurement unit including a signal generation unit, a current measurement unit, and a voltage measurement unit, and a first probe is connected to the signal generation unit via a first measurement cable, and the current A second probe is connected to the measurement unit via a second measurement cable, and a third and a fourth probe are connected to the voltage measurement unit via a third and a fourth measurement cable, respectively. Cables, the second and fourth measurement cables are bundled and wired, the first probe and the third probe are brought into contact with one terminal of the sample to be measured, and the second probe and the second probe 4 probes are brought into contact with the other terminal of the sample to be measured, an alternating current measurement signal generated from the signal generator is applied to the sample to be measured by the first probe, and flows to the sample to be measured. A current measured by the current measuring unit via the second probe, a voltage across the sample to be measured is measured by the voltage measuring unit via the third and fourth measurement cables, and the current measurement is performed. In an electrical measurement apparatus for measuring a predetermined parameter of the sample to be measured based on a value and a voltage measurement value, a first amplifier comprising a voltage-voltage conversion amplifier is connected to the first probe, and the second probe Is connected to a second amplifier composed of a current-voltage conversion amplifier, the amplifier power supply for the amplifier is arranged at a position different from the measurement unit, and the lead wiring connecting the amplifier power supply and each amplifier is It is characterized by being wired so as not to electrically interfere with each measurement cable.
本発明において、上記電流測定部には電圧計が用いられる。また、上記各プローブを所定方向に移動させるプローブ移動手段を備えている態様の場合、上記計測部と上記アンプ電源とが上記プローブ移動手段を間に置いて対向的に配置されることが好ましい。 In the present invention, a voltmeter is used for the current measuring unit. Moreover, in the case of the aspect provided with the probe moving means which moves each said probe to a predetermined direction, it is preferable that the said measurement part and the said amplifier power supply are arrange | positioned facing the said probe moving means in between.
また、プローブは必ずしも4本に限られるものではなく、ソース側測定ケーブルとセンス側測定ケーブルとをプローブ直前まで四端子計測と同様に4本の線で配線し、プローブのところでソース側測定ケーブルとセンス側測定ケーブルとを一つにしてプローブを2本とする態様、すなわち、上記信号発生部に接続される上記第1プローブと上記電圧測定部の一方の端子に接続される上記第3プローブとを1本のプローブで代用し、上記電流測定部に接続される上記第2プローブと上記電圧測定部の他方の端子に接続される上記第4プローブとを1本のプローブで代用する態様も本発明に含まれる。 In addition, the number of probes is not necessarily limited to four. The source side measurement cable and the sense side measurement cable are wired with four wires until the probe just before the probe, and the source side measurement cable is connected to the probe. A mode in which the sense-side measurement cable is combined into two probes, that is, the first probe connected to the signal generation unit and the third probe connected to one terminal of the voltage measurement unit In this embodiment, the second probe connected to the current measuring unit and the fourth probe connected to the other terminal of the voltage measuring unit are replaced by one probe. Included in the invention.
本発明によれば、信号発生部から第1プローブに至る第1測定ケーブルおよび第2プローブから電流測定部に至る第2測定ケーブルのいずれにも測定電流が流れず、測定信号が電圧として伝送され、また、アンプ電源から第1,第2アンプに至るリード配線が測定ケーブルとは別の経路に配線されているため、電磁誘導による影響もほとんど受けない。したがって、信頼性の高い電気測定を行うことができる。 According to the present invention, the measurement current does not flow through either the first measurement cable from the signal generation unit to the first probe or the second measurement cable from the second probe to the current measurement unit, and the measurement signal is transmitted as a voltage. In addition, since the lead wiring from the amplifier power source to the first and second amplifiers is wired in a different path from the measurement cable, it is hardly affected by electromagnetic induction. Therefore, highly reliable electrical measurement can be performed.
次に、図1および図2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。図1は本発明の回路基板検査装置への適用例を示す模式図,図2はその要部を示す回路図である。なお、この実施形態の説明において、先の説明した従来例と変更を要しない構成要素には、その参照符号をそのまま用いる。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2, but the present invention is not limited to this. FIG. 1 is a schematic diagram showing an application example of the present invention to a circuit board inspection apparatus, and FIG. 2 is a circuit diagram showing the main part thereof. In the description of this embodiment, the reference numerals are used as they are for the constituent elements that do not need to be changed from the conventional example described above.
本発明の電気測定装置の一例として図1に示す回路基板検査装置10Aは、フライングプロービング式であって、被測定試料Dの所定部位にプローブを移動させるプローブ移動手段20と、本体ラック30とを含み、本体ラック30には、計測部31,演算部32および制御部33が設けられる。
A circuit
計測部31は被測定試料Dの電流および電圧を測定し、演算部32はその測定値に基づいて被測定試料Dのパラメータを算出する。また、制御部33には例えばマイクロコンピュータが用いられ、図示しない操作部からの指示にしたがってプローブ移動手段20,計測部31および演算部32などを制御する。
The
プローブ移動手段20は、先に説明した従来例と同じく、X軸方向に配向されるX軸アーム21と、Y軸方向に配向された状態でX軸アーム21にX軸方向に移動可能に支持される例えば2本のY軸アーム22a,22bと、Y軸アーム22a,22bにY軸方向に移動可能に支持されるヘッド部23a,23bとを備えたX−Y移動機構であってよい。
The probe moving
この例においても、使用されるプローブはP1〜P4の4本で、特に区別する必要がない場合には総称としてプローブPという。この例において、一方のヘッド部23aにはプローブP1,P3が取り付けられ、他方のヘッド部23bにプローブP2,P4が取り付けられる。
Also in this example, four probes P1 to P4 are used, and if there is no need to distinguish between them, they are collectively referred to as probes P. In this example, probes P1 and P3 are attached to one
図示しないが、各ヘッド部23a,23bには、プローブPをZ軸方向(図3で紙面と直交する方向)に駆動するアクチュエータを備える。これにより、プローブPをX−Y方向に移動させたのち、所定の測定ポイントに接触させることができる。
Although not shown, each
図2を参照して、計測部31には、交流の測定信号を発生する信号発生部31aと、電流測定部31bと、電圧測定部31cとが含まれる。この場合、電流測定部31bには電圧計が用いられ、電流測定部31bと信号発生部31aの各一端はともに接地される。また、電圧測定部31cにはインピーダンスがきわめて高い電圧計が用いられる。
Referring to FIG. 2,
プローブP1は測定ケーブルC1を介して信号発生部31aに接続され、プローブP2は測定ケーブルC2を介して電流測定部31bに接続される。また、プローブP3は測定ケーブルC3を介して電圧測定部31cの一端に接続され、プローブP4は測定ケーブルC4を介して電圧測定部31cの他端に接続される。すなわち、プローブP1,P2が信号のソース側で、プローブP3,P4が信号のセンス側である。
The probe P1 is connected to the
なお、プローブP1は請求項1での第1プローブ,プローブP2は第2プローブ,プローブP3は第3プローブ,プローブP4は第4プローブにそれぞれ相当し、また、測定ケーブルC1は請求項1での第1測定ケーブル,測定ケーブルC2は第2測定ケーブル,測定ケーブルC3は第3測定ケーブル,測定ケーブルC4は第4測定ケーブルにそれぞれ相当する。 The probe P1 corresponds to the first probe in claim 1, the probe P2 corresponds to the second probe, the probe P3 corresponds to the third probe, the probe P4 corresponds to the fourth probe, and the measurement cable C1 corresponds to the first probe. The first measurement cable and the measurement cable C2 correspond to the second measurement cable, the measurement cable C3 corresponds to the third measurement cable, and the measurement cable C4 corresponds to the fourth measurement cable, respectively.
各プローブPの配線を行うにあたって、この例においても、プローブP1の測定ケーブルC1とプローブP3の測定ケーブルC3は束ねられてX軸アーム21から一方のY軸アーム22aに沿って配線され、同じく、プローブP2の測定ケーブルC2とプローブP4の測定ケーブルC4も束ねられてX軸アーム21から他方のY軸アーム22bに沿って配線される。
When wiring each probe P, also in this example, the measurement cable C1 of the probe P1 and the measurement cable C3 of the probe P3 are bundled and wired from the
本発明によると、ヘッドアンプとして、ともにソース側に含まれるプローブP1に第1アンプ51が接続され、プローブP2に第2アンプ52が接続される。この場合、第1アンプ51はバッファアンプで、電圧−電圧(V−V)変換増幅器51aが用いられる。また、第2アンプ52には電流−電圧(I−V)変換増幅器52aが用いられる。第2アンプ52がI−V変換増幅器であることにより、上記したように電流測定部31bに電圧計が用いられる。
According to the present invention, as the head amplifier, the
また、各アンプ51,52に伴って、その駆動電源であるアンプ電源50が設けられるが、本発明において、アンプ電源50は計測部31とは別の場所に配置される。これは、アンプ電源50と各アンプ51,52とをリード配線L1,L2によって接続する際、それらリード配線L1,L2の測定ケーブルC1〜C4に対する影響(電磁誘導)をできるだけ少なくするためである。
In addition, an
例えば、計測部31が、図1に示すようにプローブ移動手段20の下方に配置されている場合には、アンプ電源50をそれとは反対側であるプローブ移動手段20の上方に配置することが好ましく、これによれば、リード配線L1,L2と測定ケーブルC1〜C4とをできるだけ離すことができる。
For example, when the measuring
測定を行うには、プローブP1,P3を被測定試料Dの一方の端子側に接触させるとともに、プローブP2,P4を被測定試料Dの他方の端子側に接触させる。そして、信号発生部31aから交流の測定信号を発生させて第1アンプ51およびプローブP1を介して被測定試料Dに印加し、被測定試料Dに流れる電流をプローブP2および第2アンプ52を介して電流測定部31bで測定する。また、被測定試料Dに生ずる電圧降下をプローブP3,P4を介して電圧測定部31cで測定する。このようにして測定された電流値と電圧値とから、被測定試料Dの例えばインピーダンスが測定される。
In order to perform measurement, the probes P1 and P3 are brought into contact with one terminal side of the sample D to be measured, and the probes P2 and P4 are brought into contact with the other terminal side of the sample D to be measured. Then, an AC measurement signal is generated from the
この測定時において、信号発生部31aからプローブP1に至る測定ケーブルC1およびプローブP2から電流測定部31bに至る測定ケーブルC2のいずれにも測定電流が流れず、測定信号が電圧として伝送される。
At the time of this measurement, the measurement current does not flow in any of the measurement cable C1 from the
このとき、アンプ51,52の駆動電流は、例えばアンプ電源50の一方の電極から第1アンプ51,被測定試料D,第2アンプ52の抵抗素子Rを通って第2アンプ52の出力側に吸い込まれ、そのアースからアンプ電源50の他方のアース側電極へと流れるため、測定系に影響をおよぼさない。また、リード配線L1,L2と測定ケーブルC1〜C4とが離されているため、電磁誘導による影響もほとんど受けない。したがって、信頼性の高い電気測定を行うことができる。
At this time, the drive current of the
なお、上記実施形態では、4本のプローブP1〜P4を用いているが、測定ケーブルC1とC3とをプローブの直前で一つにして1本のプローブに接続し、また同様に、測定ケーブルC2とC4とをプローブの直前で一つにして1本のプローブに接続して、プローブを2本とする態様も本発明に含まれる。 In the above embodiment, the four probes P1 to P4 are used. However, the measurement cables C1 and C3 are connected to one probe just before the probe, and similarly, the measurement cable C2 is used. A mode in which two probes are provided by connecting C4 and C4 to one probe immediately before the probe is also included in the present invention.
以上、図示の回路基板検査装置を例にして本発明を説明したが、本発明はプローブをピンボードに植設して使用するフィクスチュア方式の回路基板検査装置にも適用できる。また、回路基板検査装置はインサーキットテスタ,ベアボードテスタのいずれであってもよい。さらには、回路素子単体で測定する電気測定器であってもよい。 The present invention has been described above by taking the illustrated circuit board inspection apparatus as an example, but the present invention can also be applied to a fixture type circuit board inspection apparatus in which a probe is implanted in a pin board. Further, the circuit board inspection apparatus may be either an in-circuit tester or a bare board tester. Further, it may be an electrical measuring instrument that measures a circuit element alone.
10A 回路基板検査装置
20 プローブ移動手段
21 X軸アーム
22a,22b Y軸アーム
23a,23b ヘッド部
31 計測部
32 演算部
33 制御部
50 アンプ電源
51 第1アンプ
52 第2アンプ
P1〜P4 プローブ
C1〜C4 測定ケーブル
L1,L2 リード配線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記第1プローブに電圧−電圧変換増幅器からなる第1アンプが接続されるとともに、上記第2プローブに電流−電圧変換増幅器からなる第2アンプが接続され、上記計測部とは別の位置に上記アンプ用のアンプ電源が配置され、上記アンプ電源と上記各アンプとを接続するリード配線が、上記各測定ケーブルと電気的に干渉しないように配線されていることを特徴とする電気測定装置。 A measurement unit including a signal generation unit, a current measurement unit, and a voltage measurement unit; a first probe connected to the signal generation unit via a first measurement cable; and a second measurement cable connected to the current measurement unit. Two probes are connected, and the third and fourth probes are connected to the voltage measurement unit via third and fourth measurement cables, respectively, and the first and third measurement cables are connected to each other, and the second and fourth measurement cables are connected. The first probe and the third probe are brought into contact with one terminal of the sample to be measured, and the second probe and the fourth probe are connected to the other of the sample to be measured. An AC measurement signal generated from the signal generator is applied to the sample to be measured by the first probe, and the current flowing through the sample to be measured is passed through the second probe. Measured by the current measuring unit, the voltage across the sample to be measured is measured by the voltage measuring unit via the third and fourth measurement cables, and based on the current measurement value and the voltage measurement value, In an electrical measurement device that measures predetermined parameters of a sample to be measured,
A first amplifier consisting of a voltage-voltage conversion amplifier is connected to the first probe, and a second amplifier consisting of a current-voltage conversion amplifier is connected to the second probe, and the first probe is connected to a position different from the measurement unit. An electrical measurement apparatus, wherein an amplifier power supply for an amplifier is disposed, and lead wirings connecting the amplifier power supply and the amplifiers are wired so as not to electrically interfere with the measurement cables.
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