JP2012132737A - Circuit board inspection device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention is a circuit board inspection apparatus called an XY type (or flying type, etc.), which has a probe (conductive contact pin) used for circuit board inspection supported by a movable arm movable in a predetermined direction. The present invention relates to a technique for increasing the degree of freedom of movement of the movable arm when performing measurement by the paired method.
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。 There is a four-terminal method as one of methods for measuring the impedance of conductor patterns, mounted parts, elements, etc. (hereinafter referred to as “samples to be measured”) present on a circuit board.
4端子法においては、図3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。
In the four-terminal method, as shown in the schematic diagram of FIG. 3, as a basic configuration, a
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。
As probes, two current probes P1 and P2 (P1 is on the high potential Hc side and P2 is on the low potential Lc side) included in the measurement current path that flows from the
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。 Although these probes are not structurally different, in the present specification, for convenience of explanation, the current system side is referred to as a current probe, and the voltage system side is referred to as a voltage probe.
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。
In measurement, for example, a constant current is passed from the
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。 According to this four-terminal method, the influence of the wiring resistance of the electrical wiring (lead wire) of the measurement system and the contact resistance with the sample to be measured can be almost eliminated, but the magnetic flux generated by the current flowing through the measurement current path is If the voltage detection path is crossed, an error occurs in the detection voltage, and this error is included in the impedance measurement value.
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。 This phenomenon becomes a problem particularly during high frequency measurement in which measurement is performed with a high frequency measurement current. Even if a coaxial cable (shielded wire) is used for the electrical wiring of the measurement system, there is an effect of electrostatic shielding, but it is not effective for electromagnetic induction as described above.
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4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。
This problem due to electromagnetic induction can be solved by the four-terminal pair method. For example,
図4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。
Referring to FIG. 4, in the case of the four-terminal pair method, coaxial cables C1 and C2 are used as the electric wires for current probes P1 and P2, and similarly, coaxial cables C3 and C4 are used for the electric wires of voltage probes P3 and P4. Use. Then, all the outer conductors (shield covered wires) S of the respective coaxial cables C1 to C4 are connected and short-circuited by the
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4の電流の流れ方向を示す矢印参照)。
In terms of operation, when a measurement voltage V is applied from the
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。
At this time, on the opposite side of the sample DUT to be measured, the feedback control circuit FC operates so that Lp becomes Lc (= GND). Therefore, since the same voltage is applied to the sample DUT to be measured at both ends of the
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。 Thus, according to the four-terminal pair method, the forward and backward paths of the measurement current are overlapped in the measurement current path, so that the influence of the magnetic flux generated by the measurement current (while maintaining the advantages of the four-terminal method ( Electromagnetic induction) can be reduced.
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。
Note that all of the outer conductors S of the coaxial cables C1 to C4 are connected by the
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。
By the way, the XY type circuit board device includes at least two movable arms that can move in a predetermined direction (X, Y, and Z directions) on the circuit board, as described in
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。
When performing measurement by the four-terminal pair method with an XY type circuit board device, for example, one movable arm is provided with a high potential side current probe P1 and a voltage probe P3, and the other movable arm is provided with a low potential side. A current probe P2 and a voltage probe P4 are provided, and a
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。
For this reason, the range in which each movable arm can move is limited to the wiring length of the
この問題を解決するには、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ればよいのであるが、そうした場合、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があり、好ましい対策とは言えない。 To solve this problem, it is only necessary to increase the length of the lead wire for connecting the external conductor that is stretched between the movable arms. In such a case, although this is an extreme example, the distance between the movable arms is reduced. In such a case, the lead wire may hang down and be dragged on the circuit board to be inspected, which is not a preferable measure.
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、各可動アームの離間距離をより広げられるようにすることにある。 Therefore, an object of the present invention is to increase the separation distance of each movable arm when performing measurement by the four-terminal pair method in a circuit board inspection apparatus called an XY type (or flying type). is there.
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、上記第1の可動アーム側に、上記第1の電流プローブと上記第1の電圧プローブとが、それらの各同軸ケーブルの外部導体間をリード線により電気的に接続された状態で支持されているとともに、上記第2の可動アーム側に、上記第2の電流プローブと上記第2の電圧プローブとが、それらの各同軸ケーブルの外部導体間をリード線により電気的に接続された状態で支持されており、上記第1の可動アーム側のうちの一方の上記同軸ケーブルの外部導体と、上記第2の可動アーム側のうちの一方の上記同軸ケーブルの外部導体とが、金属製のコイルバネを介して互いに電気的に接続されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a measurement unit including a measurement signal source and voltage detection means, and first and second current probes included in a measurement current path between the measurement signal source and the sample to be measured. And the first and second voltage probes included in the voltage detection path between the voltage detection means and the sample to be measured, and the first and second voltage probes that are attached to the predetermined probe and are driven in an arbitrary direction by a moving mechanism. A second movable arm; and a control unit that calculates a parameter of the sample to be measured based on a measurement signal from the measurement unit and controls movement of each movable arm via the moving mechanism. In order to perform the measurement by the four-terminal pair method, a coaxial cable is used for the electrical wiring leading to the measurement portion of each current probe and each voltage probe, and the first movable arm On the side, the first current probe and the first voltage probe are supported in a state where the outer conductors of the respective coaxial cables are electrically connected by lead wires, and the second On the movable arm side, the second current probe and the second voltage probe are supported in a state where the outer conductors of the respective coaxial cables are electrically connected by lead wires. The outer conductor of the one coaxial cable on the movable arm side and the outer conductor of the one coaxial cable on the second movable arm side are electrically connected to each other via a metal coil spring. It is characterized by being.
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り、上記第1の電圧プローブにおける同軸ケーブルの外部導体と、上記第2の電圧プローブにおける同軸ケーブルの外部導体との間に上記コイルバネが介装されていることが好ましい。 In the present invention, the first current probe supported on the first movable arm side and the first voltage probe are both on the high potential side and the second current arm supported on the second movable arm side. Both the current probe and the second voltage probe are on the low potential side, and the coil spring is between the outer conductor of the coaxial cable in the first voltage probe and the outer conductor of the coaxial cable in the second voltage probe. It is preferable to be interposed.
また、上記コイルバネを保護するうえで、上記第1の可動アームと上記第2の可動アームとの間には、上記コイルバネの伸び量を所定範囲内に制限する上記コイルバネよりも強靱なワイヤが掛け渡されていることが好ましい。 In order to protect the coil spring, a wire stronger than the coil spring that limits the extension amount of the coil spring within a predetermined range is hung between the first movable arm and the second movable arm. It is preferable that it is passed.
本発明によれば、各同軸ケーブルの外部導体の相互を電気的に接続するため、可動アーム間に配線されるリード線に代えて、金属製のコイルバネを採用したことにより、各可動アームの離間距離をコイルバネの最大伸び量の範囲まで広げることができる。 According to the present invention, in order to electrically connect the outer conductors of the coaxial cables to each other, a metal coil spring is used in place of the lead wire wired between the movable arms, thereby separating the movable arms. The distance can be extended to the range of the maximum extension amount of the coil spring.
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。 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.
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。
First, the configuration of the circuit board inspection apparatus of the present invention will be schematically described with reference to FIG. 1A. This circuit board inspection apparatus is an inspection apparatus called an XY type or flying type, and is basically As a simple configuration, the
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。
For example, a microcomputer is used as the
測定部20は、先の図4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。
As described above with reference to FIG. 4, the
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。
The
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。このうち、先の図4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。 As the inspection probe, four probes P1 to P4 based on the four-terminal pair method shown in FIG. 1B are used. Among these, as described in FIG. 4, P1 and P2 are current probes included in the measurement current path for the sample DUT to be measured, and P3 and P4 are voltage probes included in the voltage detection path of the sample DUT to be measured. It is.
電流プローブP1,P2,電圧プローブP3,P4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。 Probes having the same structure may be used for the current probes P1, P2, and the voltage probes P3, P4. In the description, when it is not necessary to distinguish between these probes, they may be simply referred to as probes.
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。
The probes P1, P2, P3, and P4 are connected to the
先の図4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。
Referring to FIG. 4, the current probe P1 of the current probes P1 and P2 is connected to the Hc terminal of the
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。
Similarly, of the voltage probes P3 and P4, the voltage probe P3 is connected to the Hp terminal of the
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ている。
Each of the inner conductors IL of the coaxial cables C1 to C4 has one end connected to the
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ている。
Similarly, the outer conductors S of the low potential side coaxial cables C2 and C4 are also connected to each other by the
本発明では、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とを相互に電気的に接続するため、リード線ではなく金属製のコイルバネ5aを用いる。
In the present invention, the outer conductors S of the high potential side coaxial cables C1 and C3 and the outer conductors S of the low potential side coaxial cables C2 and C4 are electrically connected to each other. The
この実施形態では、高電位側の電圧プローブP3における同軸ケーブルC3の外部導体Sと、低電位側の電圧プローブP4における同軸ケーブルC4の外部導体Sとの間にコイルバネ5aが介装され、これにより、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とがコイルバネ5aを介して相互に電気的に接続される。
In this embodiment, a
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を所定方向に移動可能な可動アーム31,32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行う。
In the present invention, the probes P1 to P4 for measurement by the four-terminal pair method are supported by
そのため、この実施形態では、図2に示すように、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を他方の可動アーム31側に取り付ける。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the high potential side current probe P1 and the high potential side voltage probe P3 are attached to the one
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間をリード線5により接続するとともに、同軸ケーブルC3の外部導体Sと同軸ケーブルC4の外部導体Sとの間をコイルバネ5aにより接続する。
And after connecting each probe P1-P4 to the
これによれば、可動アーム31,32の離間距離が、コイルバネ5aの最大伸び量の範囲まで広げられるため、その範囲内において、被測定試料DUTのプロービング箇所である端子部間のピッチの変化に対応することができる。
According to this, since the separation distance of the
なお、本明細書において、コイルバネ5aの最大伸び量とは、そのバネ弾性が損なわれることなく(バネ弾性がいわゆる「へたる」ことなく)伸ばすことが可能なもっとも大きな伸び量である。
In the present specification, the maximum extension amount of the
また、コイルバネ5aは、その軸線方向長さが、無負荷状態(自然状態)から縮められたときには圧縮バネ(押しバネ)として作用し、無負荷状態から伸ばされたときには引張バネ(引きバネ)として作用するコイルバネであることが好ましいが、圧縮バネもしくは引張バネが用いられてもよい。
The
また、コイルバネ5aを保護する(伸ばした際に上記の「へたり」が生じないようにする)ため、可動アーム31,32との間に、図示しないが、コイルバネ5aの伸び量を所定範囲内に制限するコイルバネ5aよりも強靱なワイヤを掛け渡すことが好ましい。
Further, in order to protect the
また、一方の可動アームと他方の可動アームとに、それぞれ電流プローブと電圧プローブとを支持させることを前提として、場合によっては、それらの高電位側と低電位側とを入れ替えてもよく、このような態様も本発明に含まれる。 Further, on the assumption that one movable arm and the other movable arm support the current probe and the voltage probe, respectively, the high potential side and the low potential side may be interchanged in some cases. Such an embodiment is also included in the present invention.
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
5a コイルバネ
10 制御部
20 測定部
31,32 可動アーム
41,42 移動機構
A 被検査回路基板
P1,P2 電流プローブ
P3,P4 電圧プローブ
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
1
3 Current detection means (Ammeter)
5 Lead
FC feedback control circuit DUT DUT
Claims (3)
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、
上記第1の可動アーム側に、上記第1の電流プローブと上記第1の電圧プローブとが、それらの各同軸ケーブルの外部導体間をリード線により電気的に接続された状態で支持されているとともに、
上記第2の可動アーム側に、上記第2の電流プローブと上記第2の電圧プローブとが、それらの各同軸ケーブルの外部導体間をリード線により電気的に接続された状態で支持されており、
上記第1の可動アーム側のうちの一方の上記同軸ケーブルの外部導体と、上記第2の可動アーム側のうちの一方の上記同軸ケーブルの外部導体とが、金属製のコイルバネを介して互いに電気的に接続されていることを特徴とする回路基板検査装置。 A measurement unit including a measurement signal source and a voltage detection unit; first and second current probes included in a measurement current path between the measurement signal source and the sample to be measured; the voltage detection unit; and the sample to be measured. The first and second voltage probes included in the voltage detection path between the first and second movable arms which are attached to the predetermined probe and are driven in an arbitrary direction by the moving mechanism, and the measurement unit. In the circuit board inspection apparatus comprising: a control unit that calculates a parameter of the sample to be measured based on the measurement signal and controls the movement of each movable arm via the moving mechanism;
In order to perform the measurement by the four-terminal pair method, a coaxial cable is used for the electrical wiring leading to the measurement unit of each current probe and each voltage probe.
On the first movable arm side, the first current probe and the first voltage probe are supported in a state where the outer conductors of the respective coaxial cables are electrically connected by lead wires. With
The second current probe and the second voltage probe are supported on the second movable arm side in a state where the outer conductors of the respective coaxial cables are electrically connected by lead wires. ,
The outer conductor of one of the coaxial cables on the first movable arm side and the outer conductor of the one coaxial cable on the second movable arm side are electrically connected to each other via a metal coil spring. Circuit board inspection apparatus, characterized in that the circuit board inspection apparatus is connected to each other.
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JP5611023B2 (en) | 2014-10-22 |
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