JP6520127B2 - 基板検査装置、基板検査方法及び基板検査用治具 - Google Patents

Description

本発明は、基板に形成される配線の良否を判断するための基板検査装置、基板検査方法及び基板検査用治具に関し、より詳しくは、基板に形成される配線の良否をTDR（Time Domain Reflectometry：時間領域反射率測定）測定方法を用いて、効率良く基板の配線の良否を判断する基板検査装置、基板検査方法及び基板検査用治具に関する。

従来、基板上に形成される配線は、この基板に載置されるICや半導体部品又はその他の電子部品に電気信号を送受信するために用いられる。このような配線は、近年の電子部品の微細化に伴って、より微細に且つ複雑に形成されるようになるとともにより低抵抗に形成されている。

このように基板上に設けられる配線には、クロック信号を入出力するための信号配線が設けられる場合があり、このような信号配線の良否を判断する場合には、TDR測定方法を用いて行われる場合がある。

TDR測定方法について簡単に説明する。TDR測定方法を用いた検査方法では、検査対象となる配線の一方端から検査信号のパルス波を入力するとともに、この配線の一方端から出力信号を検出する。そして、この検出された検出信号を基に、配線の良否を判断するように行われる。一般的には、良好な状態に形成される基板を準備しておき、この基板の配線におけるTDR測定方法を行った際の出力信号の出力値や出力波形を測定する。この測定された出力値や出力波形を基準として、検査対象の配線の測定値や測定波形と比較することで、この検査対象の配線の良否を判断する。

ここで、例えば特許文献１に開示されるプリント基板検査装置では、TDRを用いてプリント基板内の検査部位の良否判定を精度良く容易に行うことを目的としており、プリント基板の基準波形と乖離幅が十分では無く良否判定が困難な場合に、短絡／開放等検査部位の状態に応じて測定波形と基準波形との乖離幅が大きくなるように出力インピーダンスを設定することで問題点を解決している。

また、特許文献２に開示される回路モジュールでは、TDRによる非破壊検査において、近接した故障部位であってもオープン又はショートの故障個所を精度良く区別することができる技術が開示されている。この回路モジュール技術では、通常の信号伝送路とこの信号伝送路よりも信号伝送路が長い故障解析用の信号伝送とを選択可能に構成されている。

なお、このTDR測定方法を用いて検査する被検査対象物として基板を例示するが、特段限定されるものではなく、プリント配線基板、フレキシブル基板、セラミック多層配線基板、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ用の電極板、及び半導体パッケージ用のパッケージ基板やフィルムキャリアなど種々の基板や、半導体ウェハや半導体チップやCSP(Chip size package)などの半導体装置を対象とすることができる。

特開2009−294101号公報 特開2013−197999号公報

しかしながら、これらの特許文献に開示される技術は、検査精度を向上されることはできても、検査時間の短縮を図ることはできなかった。特に、大量生産される基板を検査する場合には、検査時間を短縮して如何に大量の基板の検査を実施するかが極めて重要であり、検査効率の向上が求められている。現状では、長い検査時間が必要なTDR検査は、抜き取り検査でしか実施されておらず、量産される基板の検査には不適当であった。また、TDR測定に用いられる部材や機器は、極めて高精度な仕様を要求されるものが多く、特に、微細な配線の測定を行う検査装置（又は測定装置）を製造する場合には、入出力信号を送受信するために信号切り替えを行うための精度の高い電子部品（例えば、マルチプレクサ等）を用いる必要があり、多数の配線を検査する場合には、測定対象となる配線に夫々に電子部品が必要であり、多数の配線が検査対象となる場合には極めて高価な装置となる問題を有していた。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、大量生産される基板の配線に対して、TDR測定による検査を実施する場合に、検査効率の良い基板検査方法及び基板検査装置を提供する。

請求項１記載の発明は、基板に形成された配線の良否を検査する基板検査装置であって、前記検査を実施するために、TDR測定用の検査信号を供給する電源手段と、前記検査信号の反射された反射信号を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された反射信号を基に、前記検査対象部の良否を判定する判定手段と、前記検査が実施される際に、検査対象となる複数の配線を直列接続させるとともに該直列接続された配線の一端と、前記電源手段及び前記測定手段とを接続する接続手段とを有することを特徴とする基板検査装置を提供する。
請求項２記載の発明は、前記測定手段が測定する反射信号を時間情報とともに格納する記憶手段を備え、前記判定手段は、前記反射信号の異常を検出した際に、該異常と前記記憶手段に格納される時間情報を特定し、該時間情報から検査対象の複数の配線から一の配線を特定することを特徴とする請求項１の基板検査装置を提供する。
請求項３記載の発明は、基板に形成された配線の良否を検査する方法であって、検査対象となる複数の配線を直列接続し、前記直列接続された配線の一端から、TDR測定を実施するための検査信号を入力し、前記配線の一端から前記検査信号の反射信号を検出し、前記反射信号を基に、前記直列接続された配線の良否を判定する基板検査方法を提供する。
請求項４記載の発明は、基板に形成された配線の良否を検査する基板検査装置と基板を電気的に接続する治具であって、前記検査を実施するためのTDR測定用の検査信号を前記基板の配線の一端へ供給する第一接続部と、前記配線の一端と他の配線の一端を導通接続する第二接続部を有することを特徴とする基板検査用治具を提供する。

請求項１及び３に記載の発明によれば、検査対象となる複数の配線を直列接続し、その一端からTDR測定検査を実施するための検査信号を入力し、該一端から反射される反射信号を受信する。この反射信号を基に直列接続された複数の配線の良否を検査することできる。このため、TDR測定検査の検査対象となる複数の配線を直列接続することで、一度に検査することができ、検査時間の短縮を図ることができる。また、複数の配線を検査する場合であっても、配線に対して検査信号を供給する端子は一つで実施することができるため、高価な電子部品を数多く備える必要が無くなる。

また更に、基板に設けられる配線を直列接続することで、大量の基板の検査を実施する場合であっても、上記の如き検査時間の短縮を図り且つ基板毎の複数の配線に対して一度にTDR測定検査を実施することが可能となるため、抜き取り検査では無く、全ての基板に対してTDR測定検査を実施することができる。

請求項２記載の発明によれば、記憶手段に反射信号を時間情報とともに格納し、判定手段がこれらを基に良否の判定を実施することができるため、異常を検出した場合の時間情報を特定することでき、この時間情報を基に直列接続された配線の不良個所を特定することができる。

請求項４記載の発明によれば、TDR測定を行う基板検査装置と検査対象となる基板を電気的に接続することができるとともに、このTDR測定検査を効率良く実施することができる。

本発明に関する基板検査装置の概略を示す一実施形態である。 本発明に関する基板検査装置が基板の検査を実施する場合の一実施形態を示す概略図である。 本発明の基板検査装置の測定手段が受信する反射信号から得られる抵抗値を時間軸で示したグラフである。（ａ）は基板の配線の基準（良好な場合）を示し、（ｂ）と（ｃ）は夫々配線に異常がある場合を示している。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本発明に係る基板検査装置の一実施形態を示す概略図である。本発明に係る基板検査装置１は、電源手段２、測定手段３、判定手段４、記憶手段５、接続手段６、制御手段７を少なくとも備えている。本発明の基板検査装置１は、上記の如く、基板に設けられる配線の良否を判定するために用いられるが、基板の配線に限定されず、TDR測定方法を用いて導通状態の良否を判定することができる検査対象物に適用することができる。

電源手段２は、検査を実施するために、TDR測定用の検査信号を供給する。この基板検査装置１が行う検査とは、配線の導通又は短絡異常を検出するための検査である。この電源手段２は、例えば、パルス発生器を用いることができ、このパルス発生器により発生するパルス波を検査信号として用いることができる。この電源手段２のTDR測定用の検査信号は、例えば、50GHzのパルス波を用いることができるが特に限定されるものではなく、検査対象の基板の配線に応じて調整される。

測定手段３は、電源手段２から供給される検査信号の反射された反射信号を測定する。この測定手段３は、電源手段２の検査信号が検査対象となる配線へ供給され、その検査対象の配線の終端にて反射された反射波を反射信号として測定する。この測定手段３には、反射信号を受信することができる機器が採用されることになるが、反射信号を基に抵抗値情報を算出したり、この抵抗値情報を後述する時間情報と合わせて表示したりすることのできるオシロスコープを採用することができる。

この測定手段３は、この反射信号を時間情報とともに測定する。測定手段３が反射信号と時間情報を合わせて測定することにより、反射信号の時間的変化を測定することができるようになる。本発明は、この時間的変化を利用して検査時間を短縮して検査を行う。なお、測定手段３が行う測定結果は、後述する判定手段４や記憶手段５へ送信される。

判定手段４は、測定された反射信号を基に、検査対象部の良否を判定する。この判定手段４は、測定手段３にて測定された反射信号とともに時間情報を受信し、反射信号の時間的な変化を検出して、検査対象の配線の良否を判定する。この判定手段４が行う具体的な判定方法には、予め設定される基準値と測定された反射信号とを比較して実施することができる。なお、この判定手段４が行う判定は、測定手段３からの反射信号を受信するとともに行うこともできるし、後述する記憶手段５に測定手段３からの反射信号等の情報を格納しておき、この記憶手段５に格納された情報を再度読み込み実施することもできる。

判定手段４は、基準値と測定された反射信号を比較し、この反射信号が基準値と同じ又は基準値に対して所定幅の中にあることを確認した場合には、検査対象が良好（良好状態）である旨判定する。これに対し、判定手段４は、基準値と反射信号を比較し、反射信号が基準値と大きく異なる個所又は基準値の所定幅から外側に位置する箇所を検出すると、検査対象の配線に異常（不良状態）ありと判定することになる。このように判定手段４は、配線の良好・異常状態（良否）の判定を行う。

この判定手段４の判定のための基準値の設定方法は特に限定されるものでは無いが、例えば、良好に形成される配線が作成される基板を準備し、実際にこの基板の配線を測定して得られた測定値を基準値として設定する方法もある。また、基板の配線を作成するための設計データを基に、良好状態の配線から得られる理論値を基に基準値を設定することもできる。

記憶手段５は、電源手段２が供給する検査信号に関する情報や測定手段３が測定する反射信号の情報や時間情報を格納する。この記憶手段５は、反射信号情報や時間情報を関連付けて格納しておくことで、判定手段４が、反射信号の異常を検出した際に、該異常と前記記憶手段に格納される時間情報を特定し、この時間情報から検査対象の配線（複数の配線）のから異常個所を特定することができる。

接続手段６は、検査対象となる複数の配線を直列接続させるとともに、直列接続された配線の一端と、電源手段２及び測定手段３とを接続する。この接続手段６は、検査対象物（直列接続された複数の配線）の一端と、電源手段２と測定手段３とを接続する第一接続部６１を有している。この第一接続部６１は、検査対象の配線の一端と接続されるプローブと、このプローブと電源手段２と測定手段３とを接続するためのケーブルを有している。これらのプローブとケーブルは、例えばインピーダンスが一定となるように形成され、TDR測定ができるものが採用される。

この接続手段６は、検査対象となる複数の配線を直列接続する第二接続部６２を有している。この第二接続部６２は、検査対象となる複数の配線を、夫々が直列接続されるように接続する。この第二接続部６２は、一の配線の一端と他の一の配線の一端とを電気的に接続し、また、他の一の配線の他端と更に他の一の配線の一端とを接続する。このように夫々の配線の端部同士を接続することで直列接続を行う。なお、第一接続部６１が一端に接続される配線では、その配線の他端に第二接続部６２が接続されることになる。

第二接続部６２は、所定の二つの配線の端部同士を接続することで二つの配線を直列接続することで、検査対象である複数の配線を直列接続された一つの検査対象とする。この第二接続部６２には、例えばインピーダンスが一定となる同軸ケーブルを用いることができる。

第一接続部６１と第二接続部６２は、夫々インピーダンスが一定である必要があるが、第一接続部６１と第二接続部６２が同じインピーダンスにて設定されることが好ましい。検査対象となる複数の配線をTDR測定した場合に、第一接続部６１と第二接続部６２の影響が同じ結果となり、判定手段４が反射信号を基に判定を行う場合の処理を簡便にすることができる。なお、第一接続部６１と第二接続部６２には、例えば、50Ω同軸ケーブルを用いて利用することができる。

図１では、第一接続部６１と第二接続部６２を備える接続手段６として、検査対象の基板と、電源手段２、測定手段３、判定手段４や記憶手段５等を有するテスタ部８を接続する治具８が設けられている。接続手段６をこの治具８にて設けることにより、検査対象の基板が変更された場合であっても、この治具８を変更された基板に応じて設計（基板の配線の位置に応じて、第一接続部６１と第二接続部６２の位置を設計）することで、簡便に対応することができる。

上記の治具８には、第一接続部６１と第二接続部６２が設けられていることを説明したが、他の電気的な検査（導通・絶縁検査）を行うために、配線上に設定される検査点に対して導通接触するための接触子を備えることもできる。

制御手段７は、電源手段２、測定手段３、判定手段４と記憶手段５の動作を促し制御する。この制御手段７が各手段の動作を促し制御を行うことで、検査対象となる配線のTDR測定検査を実施することになる。この制御手段７が行う具体的な動作は、電源手段２に対してTDR測定のための検査信号の供給を行うよう命令を出したり、測定手段３に対して測定する反射信号を受信して測定するよう命令を出したりする。

また、この制御手段７は、判定手段４に対して、反射信号を基に検査対象の配線の良否を判定するよう命令を出す。この場合、判定手段４が基準値と反射信号を比較して良否判定する場合には、制御手段７は、判定手段４に対して、反射信号と基準値を比較し、大きく異なる個所を検出するよう命令を行う。なお、判定手段４はこの判定結果を記憶手段５へ送信し、記憶手段５はこの判定結果や反射信号を受信し記憶する。制御手段７は、記憶手段５に格納される検査情報を基に検査を実施するように、各手段を動作させたり、この記憶手段５へ判定結果や検査結果を格納させたりするよう促す。
以上が本発明に係る基板検査装置の概略構成の説明である。

次に、本基板検査装置１が行うTDR測定検査の方法について説明する。図２は、検査対象の基板ＣＢが本基板検査装置１に準備された状態を示す模式図である。図２で示される基板ＣＢには、TDR測定検査の対象となる3本の配線Ｗ１、配線Ｗ２と配線Ｗ３が示されている。なお、図２では、基板ＣＢには3本の配線しか描かれていないが、実際の基板ＣＢには他の複数の配線が形成される。

図２で示される実施形態では、配線Ｗ１の一端Ｗ１１が第一接続部６１により電源手段２と測定手段３と導通接続されている。また、配線Ｗ１の他端Ｗ１２と配線Ｗ２の一端Ｗ２１が第二接続部６２にて導通接続されている。また、配線Ｗ２の他端Ｗ２２と配線Ｗ３の一端Ｗ３１とが第二接続部６２にて導通接続されている。つまり、この実施形態の検査対象の配線は、配線Ｗ１、配線Ｗ２と配線Ｗ３が夫々第二接続部６２により直列接続されている。この実施形態では、第一接続部６１と第二接続部６２（第二接続部６２ａと第二接続部６２ｂ）を有する接続手段６が、上記の如き基板ＣＢと接続が可能なように治具８が設計されている。

実際の検査が実施される場合には、基板ＣＢの検査が実施される基板載置台（図示せず）に基板ＣＢが載置される。次に、載置された基板ＣＢに対して、この基板ＣＢの検査に対応する治具８が接続されることになる。基板ＣＢに治具８が接続されると検査が実施されることになる。また、実際の検査が実施される前には、この基板ＣＢに設けられる3本の配線の良好な状態での基準値が記憶手段５には予め格納される。

次に、基板ＣＢに治具８が接続されると、制御手段７はこの基板ＣＢの検査を実施するよう電源手段２に命令を行う。電源手段２は、制御手段７からのこの命令を受け取ると、TDR測定用の検査信号を接続手段６の第一接続部６１へ供給する。第一接続部６１へ検査信号が供給されると、この検査信号は、基板ＣＢの配線Ｗ１の一端Ｗ１１から配線Ｗ１へ供給され、配線Ｗ１の他端Ｗ１２を通り、第二接続部６２ａを介して、配線Ｗ２の一端Ｗ２１から配線Ｗ２へ供給され、更には、この配線Ｗ２の他端Ｗ２２を通り、第二接続部６２ｂを介して、配線Ｗ３の一端Ｗ３１から配線Ｗ３へ供給され、配線Ｗ３の他端Ｗ３２にて検査信号が反射されることになる。この反射された検査信号は、反射信号として、上記の順序と逆に第一接続部６１へ戻り、後述する測定手段３へ至ることになる。

制御手段７は、電源手段２が供給する検査信号の反射信号を受信するよう測定手段３に命令を行う。測定手段３は、制御手段７からの命令を受け取ると、反射信号を受信する。測定手段３は、この反射信号を受信するととともに、この反射信号に付随する時間情報も取得する。測定手段３は、反射信号及び時間情報を記憶手段５へ送信する。記憶手段５は、測定手段３から送信されたこれらの情報を格納する。

制御手段７は、記憶手段５に格納される反射信号及び時間情報を基に、検査対象の配線（配線Ｗ１・配線Ｗ２と配線Ｗ３）の良否判定を実施するよう判定手段４へ命令を行う。判定手段４は、記憶手段５に格納される反射信号と基準値を比較して、検査対象の良否判定を実施する。

この判定手段４が行う判定について具体的に説明する。図３は、時間情報を基に反射信号を表示したグラフである。この図３では、（ａ）には判定手段４が比較対象とする基準値（良好状態）が示されている。図３（ｂ）には配線Ｗ３に不良が存在する場合を示している。図３（ｃ）には配線Ｗ２に不良が存在する場合を示している。この図３で示されるグラフでは、縦軸に抵抗値、横軸に時間を設定している。

図３（ａ）で示される良好な場合では、検査開始後、第一接続部６１の抵抗値Ｚ１が表示され、次に、配線Ｗ１の抵抗値Ｚ２が表示され、その後、第二接続部６２ａの抵抗値Ｚ３が表示され、次いで、配線Ｗ２の抵抗値Ｚ４が表示される。また更に、配線Ｗ２と配線Ｗ３を接続する第二接続部６２ｂの抵抗値Ｚ５が表示され、次に、配線Ｗ３の抵抗値Ｚ６が表示されることになる。この場合、第一接続部６１と第二接続部６２が同じインピーダンス値を取るように設定しておくことで、時間情報を基に反射信号を時系列に整理（表示）した際に、検査対象物（配線Ｗ１、配線Ｗ２と配線Ｗ３）を容易に検出して、良否の判定を行うことができる。なお、この場合、配線Ｗ１の基準値として抵抗値Ｚ２、配線Ｗ２の基準値として抵抗値Ｚ４、配線Ｗ３の基準値として抵抗値Ｚ６を設定したり、これらの抵抗値Ｚ２・Ｚ４・Ｚ６の±15％を許容範囲として設定したりすることができる。

実際に基板ＣＢの検査を実施した場合に、この図３（ａ）で示されるグラフと同じ又は略同じ軌跡又は、図３（ａ）で示されるグラフの許容範囲（例えば、±15％）として設定される範囲内に、測定手段３が受信した反射信号が存在する場合には、判定手段４は、検査対象物（配線Ｗ１、配線Ｗ２と配線Ｗ３）が良好状態であると判定することになる。

図３（ｂ）に示される場合では、配線Ｗ３の抵抗値Ｚ６が表示される箇所において、図３（ａ）で示される配線Ｗ３の抵抗値Ｚ６とは異なる挙動を示している。これは、この配線Ｗ３の一部に導通不良や短絡不良等の異常が存在していることを示している。このため、判定手段４は、基準値と比較して、この配線Ｗ３の抵抗値Ｚ６が大きく異なる状態であることを検出することになる。なお、この判定手段４が行う判定は、配線毎に良否判定を行う方法を採用することもできるし、検査対象物の異常を検出した場合に、異常の箇所の特定を行う方法を採用することもできる。

図３（ｃ）に示される場合では、配線Ｗ２の抵抗値Ｚ４が表示される箇所において、図３（ａ）で示される配線Ｗ２の抵抗値Ｚ４とは異なる挙動を示している。この図３（ｃ）で示される場合には、この配線Ｗ２以降の第二接続部６２ｂや配線Ｗ３の抵抗値が算出されていないことから、この配線Ｗ２が断線（導通異常）を有している可能が高い。このように配線Ｗ３の抵抗値が測定されていない場合であっても、配線Ｗ２に異常を有していることから基板ＣＢとしては不良基板であることを判定することができる。この場合も、判定手段４は、上記の如く、検査対象物の異常の有無を検出した後に箇所（場所）を特定する方法を採用することもできるし、各配線の良否を判定して検査対象物の良否を判定することもできる。

１・・・・・基板検査装置
２・・・・・電源手段
３・・・・・測定手段
４・・・・・判定手段
５・・・・・記憶手段
６・・・・・接続手段
６１・・・・第一接続部
６２・・・・第二接続部
７・・・・・制御手段
８・・・・・治具
ＣＢ・・・・基板

Claims (4)

1. 基板に形成された配線の良否を検査する基板検査装置であって、
   前記検査を実施するために、TDR測定用の検査信号を供給する電源手段と、
   前記検査信号の反射された反射信号を測定する測定手段と、
   前記測定手段で測定された反射信号を基に、検査対象の配線の良否を判定する判定手段と、
   前記検査が実施される際に、検査対象となる複数の配線を直列接続させるとともに該直列接続された配線の一端と、前記電源手段及び前記測定手段とを接続する接続手段と、
   前記測定手段が測定する反射信号を時間情報とともに格納する記憶手段とを備え、
   前記判定手段は、前記反射信号の異常を検出した際に、該異常と前記記憶手段に格納される時間情報を特定し、該時間情報から検査対象の複数の配線から一の配線を特定することを特徴とする基板検査装置。
2. 基板に形成された配線の良否を検査する方法であって、
   検査対象となる複数の配線を直列接続し、
   前記直列接続された配線の一端から、TDR測定を実施するための検査信号を入力し、
   前記配線の一端から前記検査信号の反射信号を検出し、
   前記反射信号を基に、前記直列接続された配線の良否を判定し、
   前記反射信号を時間情報とともに記憶手段に格納し、
   前記判定において前記反射信号の異常を検出した際に、該異常と前記記憶手段に格納される時間情報を特定し、該時間情報から検査対象の複数の配線から一の配線を特定する基板検査方法。
3. 基板に形成された配線の良否を検査する基板検査装置であって、
   前記検査を実施するために、TDR測定用の検査信号を供給する電源手段と、
   前記検査信号の反射された反射信号を測定する測定手段と、
   前記測定手段で測定された反射信号を基に、検査対象の配線の良否を判定する判定手段と、
   前記検査が実施される際に、検査対象となる複数の配線を直列接続させるとともに該直列接続された配線の一端と、前記電源手段及び前記測定手段とを接続する接続手段とを有し、
   前記接続手段は、
   前記直列接続された配線の一端と前記電源手段及び前記測定手段とを接続する第一接続部と、
   前記検査対象となる複数の配線を直列接続する第二接続部とを有し、
   前記第一接続部と前記第二接続部とは、夫々インピーダンスが一定であることを特徴とする基板検査装置。
4. 基板に形成された配線の良否を検査する基板検査装置と基板を電気的に接続する治具であって、
   前記検査を実施するためのTDR測定用の検査信号を前記基板の配線の一端へ供給する第一接続部と、
   前記配線の他端と他の配線の一端を導通接続することにより複数の配線を直列接続する第二接続部とを有し、
   前記第一接続部と前記第二接続部とは、夫々インピーダンスが一定であることを特徴とする基板検査用治具。

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