JP3797529B2

JP3797529B2 - 導通状態検知機能付き集積回路

Info

Publication number: JP3797529B2
Application number: JP14044899A
Authority: JP
Inventors: 薫足立
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: JP2000329825A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田付けした集積回路の導通状態検査装置に係り、特に集積回路自身が導通状態を検知する機能を備えた、導通状態検知機能付き集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子製品の機能を満たすために回路基板に半田付けしたＩＣやＬＳＩ等の集積回路は常に正常に半田付けされた状態で出荷しなくてはならない。しかし、プリント基板表面に残った汚れや、リフロー半田付け法を用いた場合の素子が傾いて付く不具合のために半田付けの不良が発生する。更に、近年のＬＳＩに代表される高密度の集積回路では半田付けする端子の数が多く密集しているのと、半田付けするＬＳＩ自体の数が多くなっており、その半田付けする端子の数量に比例して発生する端子と基板のパターン間の半田付けの導通不良や、端子間どうしのショートによる不具合が増加している。
【０００３】
従来は、基板半田付け終了後に該基板用の専用テスターを用いて機能のチェックを行うと同時に前記半田付け状態の良否検査を行っていた。また、出荷後の回路基板の動作を保証するために、製品に振動や温度ストレスを所定の方法に従って印加した後に前記専用テスターを用いて機能のチェックを行うスクリーニング試験を実施していた。
【０００４】
また、論理集積回路における短絡検出方法として特開平４−１８４２７１号の広報に示されているとおり、ハイレベルとローレベルの２つの論理値で動作する論理集積回路における入力の電圧を観測して、前記ハイレベルとローレベルとの中間の電圧を検出して短絡状態を検出する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の専用テスターを用いる方法では、正常であるか否かは検出できるものの、不具合の内容や不良箇所の特定は知ることができなかった。したがって、不具合の内容や不良箇所の特定を行うためには、測定された不良情報をもとに熟練者が多数の集積回路で構成された回路を上流側へ逆上って徐々に調査しなくてはならないという困難が伴っていた。
【０００６】
また、特開平４−１８４２７１号の公報に示されている方法ではハイレベルとローレベルの２つの論理値で動作する論理回路における信号線間のショート（短絡）にしか対応できないという不具合があった。
また、半田付けの不良で、集積回路の端子と基板のパターンとが接触はしているものの機械的に半田が溶着していない場合には、組み立て後の検査では合格したが出荷後の使用中に環境の変化により接触不良となる不具合が発生する。この発生したり発生しなかったりという不具合は、事象の特定に困難をきわめるとともにたいへん危険な結果を生じる可能性が高かった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、集積回路内部に設けられた導通状態検知機能を用いて集積回路の出力端子の電流値を観測することにより、端子間どうしの短絡はもとより半田付け不良や経年劣化等による導通不良、断線を、集積回路を実装してある状態で常に観測し続けることが可能となり、前述の不良内容を集中管理することによって容易に短絡と断線の場所を特定することが可能となる。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、他の回路と接続されている集積回路の複数の出力ラインそれぞれに設けられ、各出力ラインにおける出力電流を測定する電流測定手段と、前記複数の出力ラインそれぞれに設けられ、前記測定した電流値と、前記出力ラインの導通状態を判断する閾値とを比較する比較手段と、前記複数の出力ラインそれぞれに設けられ、前記比較の結果に基づいて導通状態を判定する判定手段と、前記各判定手段からの判定結果を受けて、その結果を集計して正常であることや異常であることの情報に加えて事象が発生している場所及び該事象の内容を外部に伝達する伝達手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、前記目的を達成するために請求項２に記載の発明は、請求項１の発明に加えて、前記各判定手段は、前記比較の結果に基づいて前記出力ラインの短絡と断線と正常との少なくともいずれか１つの導通状態を判定することを特徴としている。また、前記目的を達成するために請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の発明に加えて、前記伝達手段は、前記各判定手段が判定した前記出力ラインの短絡、断線又は正常の少なくともいずれか１つの情報を、他の集積回路に出力することを特徴としている。
【００１０】
また、前記目的を達成するために請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３の発明に加えて、前記集積回路の出力ラインの出力電圧が変化すると所定の時間幅を有するパルスを発生するパルス発生手段と、前記測定した電流値を、前記パルスのタイミングで保持する保持器と、を備え、前記各比較手段は、前記保持した電流値と、予め記憶されている閾値とを比較することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、他の回路と接続されている集積回路の出力ラインにおける出力電流を測定し、該測定した電流値と前記出力ラインの導通状態を判断する閾値とを比較し、前記比較の結果に基づいて導通状態を判定する判定手段とを備え、該判定結果の情報を他の集積回路に出力する出力手段を備えたので、集積回路の端子間どうしの短絡や半田付け不良や経年劣化等による導通不良、断線を集積回路を実装してある状態で常に観測し続けることが可能となり、容易に短絡と断線の場所を特定することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る導通不良検知機能付き集積回路の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は本発明に係る導通不良検知機能付き集積回路を実装した実施の形態を示す図である。
【００１３】
同図によれば、本発明に係る導通状態検知機能付き集積回路１０が端子１２を介して他の集積回路１４、１４と配線パターン１８、１８…によって電気的に接続されている。集積回路１０の内部は、導通状態検知機能付き集積回路１０の本来の機能を果たす回路部である集積回路部２０と、集積回路出力ラインの導通不具合を検知する機能を備えた導通検知部２２、２２、…と、導通検知の判定を行う際の判断基準となる閾値を生成する閾値生成部２４と、前記導通検知部２２で検知した結果を集計して正常であることや異常であることの情報に加えて事象が発生している場所及び詳細な内容情報を外部に伝達する伝達手段２６とから構成されている。集積回路部２０の出力ラインには論理回路のバッファアンプや３ステートのバッファアンプ等が備えられている。
【００１４】
また、導通検知部２２の内部には、集積回路出力ラインに流れる出力電流値のみを測定して測定結果を出力する電流測定部３０と、集積回路出力ラインが短絡状態であるか否かを判断する短絡判断部３４と、短絡状態を判断したら短絡状態を記憶する（ラッチする）とともに伝達手段等からの信号でリセットすることが可能なフリップフロップ３６と、断線であるか否かを判断する断線判断部３８と、集積回路出力ラインの電圧の立ち上がりを検出した後に所定の時間が経過したことを示す信号を出力するタイマー４０と、断線判定部４２と、断線状態を記憶するとともにリセットすることが可能なフリップフロップ４４と、正常判定部４６と、断線状態を記憶するとともにリセットすることが可能なフリップフロップ４８とから構成されている。
【００１５】
なお、短絡判断部３４は、閾値生成部２４から得ている短絡を判定する閾値ＨＴと電流測定部３０の出力値とを比較して前記電流測定部３０からの出力値の方が大きい場合に短絡と判断して、集積回路出力ラインが短絡状態であることを示す信号をフリップフロップ３６を介して伝達手段２６に出力する機能を備えている。この場合短絡判断部３４は短絡を判断しているとともに、短絡を判定している。
【００１６】
また、断線判断部３８は、閾値生成部２４から得ている断線を判定する閾値ＬＴと電流測定部３０の出力値とを比較して前記電流測定部３０からの出力値の方が小さい場合に断線の可能性があると判断して、集積回路出力ラインが断線の疑いがあることを示す信号を断線判定部４２とフリップフロップ４４とを介して伝達手段２６に出力する機能を備えている。
【００１７】
断線判定部４２はタイマー４０の信号と断線判断部３８の信号との論理積をとっており、集積回路出力ラインの電圧レベルがＬｏからＨｉに上昇した時点から所定の時刻（ΔＴ秒）経過した場合において、断線判断部３８からの出力が断線の疑いを示す状態である場合に、集積回路出力ラインが断線していると判断する。
【００１８】
正常判定部４６はタイマー４０の信号と短絡判断部３４の出力信号を反転器５０によって反転した反転信号と断線判断部３８の反転信号との論理積をとっており、集積回路出力ラインの電圧レベルがＬｏからＨｉに上昇した時点から所定の時刻（ΔＴ秒）経過した場合において短絡判断部３４からの出力が短絡を示していない場合と断線判断部３８からの出力が断線の疑いを示す状態でない場合に、集積回路出力ラインが正常であると判断する。
【００１９】
上記のとおり構成された導通不良検出機能付き集積回路の動作について説明する。
図２は、図１に示した導通状態検知機能付き集積回路１０の動作を示すタイミングチャートである。
同図は、集積回路出力ラインの導通状態が正常時の場合と、該出力ラインが断線時（オープン）の場合と、該出力ラインが短絡（ショート）時の場合に於ける「集積回路出力電圧」と、「電流測定部出力値」と、「タイマー出力」と、「短絡判定」と、「断線判定」と、「正常判定」の状態遷移とタイミングを示している。
【００２０】
図２によれば、時刻Ｔ１で「集積回路出力電圧」がＬｏレベルからＨｉレベルに変化し始めると集積回路出力ラインに電流が流れる。この時の電流値Ｉ（Ａ）は、集積回路出力ライン上の容量ＣＳ（Ｆ）と、接続されている他の集積回路１４の内部に備えられている負荷抵抗ＲＳとによって定まり、下式（１）にて求めることができる。
【００２１】
【数１】
Ｉ＝ＣＳ×ｄＶ／ｄｔ＋Ｖ／ＲＳ（Ａ） …（１）
ＣＳ：集積回路出力ライン上の全容量（Ｆ）
Ｖ：集積回路出力電圧（Ｖ）
ＲＳ：集積回路出力ラインの負荷抵抗（Ω）
時刻Ｔ２になるとタイマー４０は集積回路出力ラインの出力がＨｉレベルになったことを検知するとともにΔＴ秒のタイマーを起動する。Ｔ３でΔＴ秒のタイマーが Non Active の状態からオーバータイムの状態になると、短絡判断部３４と断線判定部４２と正常判定部４６は以下の判定を行う。
【００２２】
短絡判断部３４は、閾値ＨＴと電流測定部３０の出力値とを比較するが、電流測定部出力値の電圧は閾値ＨＴ以下であるので短絡状態とは判断しない。したがって、短絡状態を示す出力を行わない。
また、断線判断部３８は、閾値ＬＴと電流測定部出力値の電圧とを比較しており、判定する時刻Ｔ３では電流測定部３０からの出力値の方が大きいので断線状態とは判断しない。したがって、断線状態を示す出力は行わない。
【００２３】
断線判定部４２では、タイマー４０の信号と断線判断部３８の出力信号との論理積をとるが、この場合には断線判断部３８からの断線信号が出力されていないので断線判定部４２は断線を示す信号を出力しない。
正常判定部４６では、タイマー４０の信号と断線判断部３８の反転信号と短絡判断部３４の反転信号との論理積をとる。この場合にはタイマー４０の出力と断線判断部３８からの断線信号の反転信号が出力されているとともに、短絡判断部３４からの短絡信号の反転出力が出力されており、正常判定部４６は正常を判断する条件を満たしているので、正常を示す出力をＴ３からＴ４にかけて行う。フリップフロップ４８は正常判定部４６の正常出力を記憶するが、伝達手段２６が前記正常を認知したらリセットを行う。このようにして伝達手段２６は集積回路出力ラインが正常であることを知ることが可能となる。
【００２４】
もし、集積回路出力ラインが断線している場合には以下に示す結果が得られる。
時刻Ｔ６で「集積回路出力電圧」がＬｏレベルからＨｉレベルに変化し始めると時刻Ｔ７でタイマー４０が起動し、時刻Ｔ８でタイマー４０がオーバータイムとなる。
【００２５】
短絡判断部３４は、電流測定部出力値が閾値ＨＴを超えていないので前述の正常の場合と同様に短絡状態を示す出力を行わない。
電流Ｉは、集積回路出力ラインが断線していることにより上記式（１）のＣＳが零であるとともにＲＳの値が無限大であるので流れない。したがって、断線判断部３８は閾値ＬＴと電流測定部出力値とを比較の結果、時刻Ｔ８において電流測定部出力値の方が閾値ＬＴよりも小さいので断線状態と判断する。
【００２６】
断線判定部４２では、タイマー４０の信号と断線判断部３８の信号との論理積をとる。この場合には判定する全ての条件が成立しているので断線判定部４２は断線を示す信号を出力する。フリップフロップ４４は、リセット信号を受け取るまで断線状態を示す信号を保持する。このようにして伝達手段２６は集積回路出力ラインが断線状態であることを知ることが可能となる。そして伝達手段２６は通信等の手段を用いて他の集積回路や図示しないＣＰＵ等に該集積回路の該集積回路出力ラインが断線していることを知らせる。ＣＰＵ等の処理装置は不具合の箇所と内容から対処内容を判断して図示しない表示手段にエラーメッセージの表示を行うとともに、該集積回路の該集積回路出力ラインの断線の影響で何らかの危険性のある箇所の動作を停止させる処理を行う。
【００２７】
もし、集積回路出力ラインが短絡して、負荷抵抗ＲＳ≒０（Ω）になっている場合には以下に示す結果が得られる。
時刻Ｔ１１で「集積回路出力電圧」がＬｏレベルからＨｉレベルに変化し始めると電流測定部の出力値は急増し、短絡判断部３４は、電流値測定部出力値が閾値ＨＴを超えていることから短絡状態を示す出力を行う。フリップフロップ３６は、リセット信号を受け取るまで短絡状態を示す信号を保持する。このようにして伝達手段２６は集積回路出力ラインが短絡状態であることを知ることが可能となる。そして伝達手段２６は通信等の手段を用いて他の集積回路や図示しないＣＰＵ等に該集積回路の該集積回路出力ラインが短絡していることを知らせる。ＣＰＵ等の処理装置は、不具合の箇所と内容から対処内容を判断して図示しない表示手段にエラーメッセージの表示を行うとともに、該集積回路の該集積回路出力ラインの短絡の影響で何らかの危険性のある箇所の動作を停止させる処理を行う。
【００２８】
また、断線判断部３８は、閾値ＬＴと電流測定部３０の出力値とを比較しており、判定する時刻Ｔ１３では電流測定部３０からの出力値の方が大きいので断線状態とは判断しない。したがって、断線状態を示す出力は行わない。
断線判定部４２では、タイマー４０の信号と断線判断部３８の信号との論理積をとるが、この場合には断線判断部３８からの信号が出力されていないので断線判定部４２は断線を示す信号を出力しない。
【００２９】
正常判定部４６では、タイマー４０の信号と断線判断部３８の反転信号と短絡判断部３４との論理積をとるが、この場合にも短絡判断部３４からの反転出力が出力されていないので正常を示す出力を行わない。
上述のようにして導通状態検知機能付き集積回路の短絡や断線状態を検出して他の集積回路にその情報を出力することが可能となるので、回路基板の組み立て工程後に半田不良等の不具合チェックを特別なテスターを必要とせずに実施することが可能となる。また、経年辺変化による導通不良や断線を、集積回路を実装してある状態で常に観測し続けることが可能となり、上記の不良内容を集中管理することによって短絡と断線の場所を容易に特定できるので、該集積回路を使用した装置の保守点検が正確且つ容易に実施することが可能となる。
【００３０】
以下に本発明に係る導通不良検知機能付き集積回路の他の実施の形態を示す。
図３にサンプルホールド機能を用いた導通状態検知機能付き集積回路の他の実施の形態を示す。
同図によれば、本発明に係る導通状態検知機能付き集積回路５１が端子１２を介して他の集積回路１４、１４と配線パターン１８、１８…によって電気的に接続されている。集積回路５１の内部は、導通状態検知機能付き集積回路５１の本来の機能を果たす回路部である集積回路部２０と、集積回路出力ラインの導通不具合を検知する機能を備えた導通検知部５２、５２、…と、導通検知の判定を行う際の判断基準となる閾値を生成する閾値生成部２４と、前記導通検知部５２で検知した結果を集計して正常であることや異常であることの情報に加えて事象が発生している場所と詳細な内容情報を外部に伝達する伝達手段２６とから構成されている。
【００３１】
導通検知部５２の内部には、集積回路出力ラインに流れる出力電流値のみを測定して測定結果を出力する電流測定部３０と、集積回路部のバッファ出力がＬｏからＨｉに変化し始めたことを検出して、この時刻から所定の時間の幅を持ったパルスを出力するタイミング発生器５４と、測定した電流値を積分するとともに一定期間データを保持する保持器であるサンプルホールド５６と、正常と断線と短絡とを判断する比較器５８とから構成されている。なお、本実施の形態では測定した電流値を積分して一定期間データを保持しているが、本発明はこれに限定されるものではなく測定した電流値を積分せずに一定期間データを保持しても本発明の目的は達成される。
【００３２】
図４は、図３に示した導通状態検知機能付き集積回路５１の動作を示すタイミングチャートである。
同図は、集積回路出力ラインの導通状態が正常時の場合と、該出力ラインが断線時（オープン）の場合と、該出力ラインが短絡（ショート）時の場合に於ける「集積回路出力電圧」と、「タイミング発生器出力値」と、「電流測定部出力値」と、「サンプルホールド電圧」と、「短絡判定」と、「断線判定」と、「正常判定」の状態遷移とタイミングを示している。
【００３３】
図４によれば、時刻Ｔ２１で「集積回路出力電圧」がＬｏレベルからＨｉレベルに変化し始めると集積回路出力ラインには式（１）に示した電流が流れ、タイミング発生器５４は時間幅ｔ（秒）のタイミングパルスを発生する。そしてサンプルホールド５６内の積分電圧は電流検出部出力値を積分して徐々に増加してゆく。
【００３４】
時刻Ｔ２２になるとタイミングパルスがＬｏになり、このダウンエッジを捕らえてサンプルホールド５６内の積分電圧を入力から切り離して電圧値を保持する。
この時の保持電圧ＶＳ（Ｖ）を比較器５８内部にて判断し、下記の式に示される場合分けを行うことによって事象を判定できる。
【００３５】
【数２】
ＶＳ＜ＬＴ判定：断線 …（２）
ＨＴ≧ＶＳ≧ＬＴ判定：正常 …（３）
ＨＴ＜ＶＳ判定：短絡 …（４）
ＶＳ：サンプルホールド保持電圧（Ｖ）
ＨＴ：短絡を判定する閾値（Ｖ）
ＬＴ：断線を判定する閾値（Ｖ）
上記の式（２）〜（４）の判断によって伝達手段２６は集積回路出力ラインの異常とその状態を知ることが可能となる。そして伝達手段２６は通信等の手段を用いて他の集積回路や図示しないＣＰＵ等に該集積回路の該集積回路出力ラインが異常であることを知らせる。ＣＰＵ等の処理装置は不具合の箇所と内容から対処内容を判断して図示しない表示手段にエラーメッセージの表示を行うとともに、該集積回路の該集積回路出力ラインの異常の影響で何らかの危険性のある箇所の動作を停止させる指令を出力する。
【００３６】
なお、本発明の導通状態検知機能付集積回路の実施の形態では、本発明をＬＳＩ等の集積回路の出力ラインの導通検知に用いた例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、回路基板の入出力部に導通状態検知機能を設けるか又は導通状態検知専用の素子を設けて他の回路基板との導通状態を検知してもよいし、複数の機器間の通信インターフェースの導通検知に用いても、また、一般に使用されているバスバッファ素子に導通検知機能を設けても、バスのコネクタに導通状態検知機能を備えても本発明の目的は達成される。
【００３７】
また、本発明の導通状態検知機能付集積回路の実施の形態では、短絡を判断する閾値及び断線する閾値を可変することについて言及していないが、集積回路の集積回路出力ラインの出力電圧に応じて前記閾値を変化させることによってアナログ出力回路の導通状態を検出することも可能となる。
更に、断線、短絡又は正常の状態を出力することに加えて該出力手段を情報の入出力が可能な構成として、集積回路実装後に該情報の入出力手段を用いて外部の素子から集積回路の出力ラインの負荷インピーダンス（上記式（１）のＣＳ値やＲＳ値に相当）に応じて短絡又は断線を判断する閾値の設定を変更自在又はプログラミング可能にしておくと汎用性が拡大する。そして、各集積回路の導通状態を集中管理することで各素子の導通状態が常時観測可能になるとともに履歴を記憶して修理時に役立てることができる。なお、前記情報の入出力手段はＩ／Ｏポートを用いてもよいし、パラレル又はシリアルの通信手段を用いてもよい。回路基板上の配線スペースを有効に活用するためには、シリアルのパケット転送手段等を用い、各素子間の接続方法もデージーチェイン等の接続方法を用いるとよい。各集積回路の集中管理は、集中管理専用の情報処理装置を用いてもよいし装置に備えられている情報処理装置を用いてもよいが、ユーザーが容易に前記閾値や情報管理方法、情報表示出力方法をプログラミング可能にしておくことにより、更に汎用性が増す。また、集積回路部のバッファアンプの入力部と出力部との状態を検知して前記情報の入出力手段を用いて外部の素子に集積回路部のバッファアンプのトラブルを外部に伝達してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る導通不良検知機能付き集積回路によれば、他の回路と接続されている集積回路の出力ラインにおける出力電流を測定し、該測定した電流値と前記出力ラインの導通状態を判断する閾値とを比較し、前記比較の結果に基づいて導通状態を判定する判定手段とを備え、該判定結果の情報を他の集積回路に出力する出力手段を備えたので、集積回路の端子間どうしの短絡や半田付け不良や経年劣化等による導通不良、断線を集積回路を実装してある状態で常に観測し続けることが可能となり、容易に短絡と断線の場所を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導通不良検知機能付き集積回路を実装した実施の形態を示す図
【図２】図１に示した導通状態検知機能付き集積回路の動作を示すタイミングチャート
【図３】本発明に係るサンプルホールド機能を用いた導通状態検知機能付き集積回路の実施の形態を示す図
【図４】図３に示した導通状態検知機能付き集積回路の動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１０…導通状態検知機能付き集積回路、１２…端子、１４…他の集積回路、２０…集積回路部、２２…導通検知部、２４…閾値生成部、２６…伝達手段、３０…電流測定部、３４…短絡判断部、３８…断線判断部、４２…断線判定部、４６…正常判定部、５２…導通検知部、５４…タイミング発生器、５６…サンプルホールド、５８…比較器

Claims

他の回路と接続されている集積回路の複数の出力ラインそれぞれに設けられ、各出力ラインにおける出力電流を測定する電流測定手段と、
前記複数の出力ラインそれぞれに設けられ、前記測定した電流値と、前記出力ラインの導通状態を判断する閾値とを比較する比較手段と、
前記複数の出力ラインそれぞれに設けられ、前記比較の結果に基づいて導通状態を判定する判定手段と、
前記各判定手段からの判定結果を受けて、その結果を集計して正常であることや異常であることの情報に加えて事象が発生している場所及び該事象の内容を外部に伝達する伝達手段と、
を備えたことを特徴とする導通状態検知機能付き集積回路。
前記各判定手段は、前記比較の結果に基づいて前記出力ラインの短絡、断線又は正常の少なくともいずれか１つの導通状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の導通状態検知機能付き集積回路。
前記伝達手段は、前記各判定手段が判定した前記出力ラインの短絡、断線又は正常の少なくともいずれか１つの情報を、他の集積回路に出力することを特徴とする請求項２に記載の導通状態検知機能付き集積回路。
前記集積回路の出力ラインの出力電圧が変化すると所定の時間幅を有するパルスを発生するパルス発生手段と、
前記測定した電流値を、前記パルスのタイミングで保持する保持器と、
を備え、
前記各比較手段は、前記保持した電流値と、予め記憶されている閾値とを比較することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の導通状態検知機能付き集積回路。