JP5430500B2 - 回路基板検査装置 - Google Patents

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おいて、４端子対法による測定を可能とする技術に関するものである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。図４に、４端子対法の接続状態を模式的に示す。

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。

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）。

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。

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。

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。

ところで、Ｘ−Ｙ型回路基板装置では、例えば特許文献１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。

このように、各可動アームが自由に移動可能であるため、従来のＸ−Ｙ型回路基板装置では、各プローブＰ１〜Ｐ４の同軸ケーブルＣ１〜Ｃ４のすべての外部導体Ｓを各プローブの基端付近でリード線５にて短絡する４端子対法による測定を物理的に行うことができない。

特開２００２−１４１３２号公報

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おいて、４端子対法による測定を可能とすることにある。

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解析および／または良否判別を行うとともに、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、上記第１の可動アーム側に、上記第１の電流プローブおよび上記第１の電圧プローブが支持され、上記第２の可動アーム側に、上記第２の電流プローブおよび上記第２の電圧プローブが支持され、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、４端子対法により上記各同軸ケーブルの外部導体のすべてが上記プローブの基端付近でリード線により接続されており、上記制御部は、上記各可動アームの間隔を常にそれらの間に掛け渡されている上記リード線の配線長の範囲内として、上記移動機構を介して上記各可動アームの移動を制御することを特徴としている。

本発明の好ましい態様によれば、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る。

また、本発明の好ましい態様によれば、上記可動アームの間隔が、上記リード線の配線長以上に広がらないようにするため、上記可動アーム間に、上記リード線の配線長よりも短いワイヤ等の上記リード線よりも強靱な連結手段が設けられる。

本発明によれば、４端子対法によって同軸ケーブルの外部導体同士がプローブの基端付近でリード線で接続された第１，第２の電流プローブと第１，第２の電圧プローブのうちの、第１の電流プローブおよび上記第１の電圧プローブを一方の第１の可動アーム側に支持させ、残りの第２の電流プローブおよび第２の電圧プローブを他方の第２の可動アーム側に支持させ、各可動アームの間隔を常にそれらの間に掛け渡されているリード線の配線長の範囲内として、各可動アームの移動を制御するようにしたことにより、Ｘ−Ｙ型回路基板検査装置においても、４端子対法による測定を行うことができる。

（ａ）Ｘ−Ｙ型回路基板検査装置の基本的な構成を示す模式図、（ｂ）４端子対法によるプローブの構成例を示す模式図。 本発明の実施形態を示す模式図。 ４端子法の接続状態を示す模式図。 ４端子対法の接続状態を示す模式図。

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。

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。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。

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、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）を演算し、その良否判定等を行う。

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。

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。

図１（ｂ）に示す検査プローブのうち、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。

電流プローブと電圧プローブには、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、電流プローブ，電圧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。

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。

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）側として電流計のＬｃ端子側に接続される。

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Ｐ３は低電位側として電圧検出系のＬｐ端子側に接続される。

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、同軸ケーブルＣ１〜Ｃ４の各外部導体（シールド被覆線）Ｓ同士は、各プローブＰ１〜Ｐ４の基端ｂ側付近においてリード線５により接続され、相互に短絡されている。

本発明では、この４端子対法による検査プローブ（Ｐ１〜Ｐ４）を所定方向に移動可能な可動アームに支持させて、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可能とする。

そのため、この実施形態では、図２に示すように、４本のプローブを２つに分け、高電位側の電流プローブＰ１と高電位側の電圧プローブＰ３と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と低電位側の電圧プローブＰ４とを他方の可動アーム３１側に取り付ける。

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各外部導体Ｓを露出させて、その各外部導体Ｓ同士を、もしくは測定部２０に接続する前にあらかじめ露出された各外部導体Ｓ同士を、図１（ｂ）に示すように、プローブの基端ｂ側付近でリード線５により接続する。

この態様では、図２に示すように、各可動アーム３１，３２の間に、一部のリード線、この実施形態では電圧プローブＰ３，Ｐ４間のリード線５ａが掛け渡されることになり、これでは、可動アーム３１，３２を任意に移動させた場合、リード線５ａが断線することがあり得る。

この点を考慮して、この実施形態において、制御部１０は、可動アーム３１，３２の間隔を、常に、それらの間に掛け渡されているリード線５ａの配線長の範囲内として、移動機構４１，４２を介して可動アーム３１，３２の移動範囲を制御するようにしている。

このように、この実施形態によれば、可動アーム３１，３２の間に掛け渡されているリード線５ａの配線長の範囲内で、可動アーム３１，３２を移動させるようにしていることにより、被測定試料ＤＵＴの形状や大きさ等に対する対応性が良好となる。

なお、リード線５ａの断線に対する保護対策として、図示しないが、可動アーム３１，３２の間隔がリード線５ａの配線長以上に広がらないようにするため、可動アーム３１，３２間に、リード線５ａの配線長よりも短いワイヤ等の強靱な連結手段を設けることが好ましい。

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い。

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
１０ 制御部
２０ 測定部
３１，３２ 可動アーム
４１，４２ 移動機構
Ａ 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

Claims (3)

1. 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解析および／または良否判別を行うとともに、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、
   上記第１の可動アーム側に、上記第１の電流プローブおよび上記第１の電圧プローブが支持され、上記第２の可動アーム側に、上記第２の電流プローブおよび上記第２の電圧プローブが支持され、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、４端子対法により上記各同軸ケーブルの外部導体のすべてが上記プローブの基端付近でリード線により接続されており、
   上記制御部は、上記各可動アームの間隔を常にそれらの間に掛け渡されている上記リード線の配線長の範囲内として、上記移動機構を介して上記各可動アームの移動を制御することを特徴とする回路基板検査装置。
2. 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ることを特徴とする請求項１に記載の回路基板検査装置。
3. 上記可動アームの間隔が、上記リード線の配線長以上に広がらないようにするため、上記可動アーム間に、上記リード線の配線長よりも短いワイヤ等の上記リード線よりも強靱な連結手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板検査装置。

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