(57)【要約】【課題】ＴＤＲを用いて精度良くプリント基板の検査部位の良否を判定するプリント基板検査装置を提供する。【解決手段】プリント基板上の配線パターンと接触させたプローブ３２を介して、プリント基板にパルス発生器４１で発生したパルス波が印加される。このとき、オシロスコープ４６によって、プリント基板によって反射されたパルス波が検出される。波形演算部５１は、オシロスコープ４６によって測定された電圧波形に基づいて、パルス発生器４１の出力ノード４２からプリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を算出する。判定部５３は、検査用のプリント基板に対するインピーダンスの微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め算出されたインピーダンスの微分波形との比較に基づいて、検査用のプリント基板の良否を判定する。【選択図】図１
2010261769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触するためのプローブと、
前記プローブを介して前記検査部位に印加するためのパルス波を発生するパルス発生器と、
前記プリント基板によって反射された前記パルス波を検出するために、前記パルス発生器と前記プローブとの間の前記パルス波の経路上の第１のノードの電圧を測定する測定機と、
前記測定機によって測定された電圧波形に基づいて、前記第１のノードから前記プリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を算出する波形演算部と、
検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め算出された前記インピーダンスの微分波形との比較に基づいて、前記検査用のプリント基板の良否を判定する判定部とを備える、プリント基板の検査装置。
【請求項２】
プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触するためのプローブと、
前記プローブを介して前記検査部位に印加するためのパルス波を発生するパルス発生器と、
前記プリント基板によって反射された前記パルス波を検出するために、前記パルス発生器と前記プローブとの間の前記パルス波の経路上の第１のノードの電圧を測定する測定機と、
前記測定機によって測定された電圧波形に基づいて、電圧の微分波形および前記第１のノードから前記プリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を算出する波形演算部と、
前記測定機によって測定された電圧が基準電圧を超える時間帯では、検査用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め算出された前記電圧の微分波形との比較に基づいて前記プリント基板の良否を判定し、前記測定機によって測定された電圧が前記基準電圧以下の時間帯では、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と、前記参照用のプリント基板に対して予め算出された前記インピーダンスの微分波形との比較に基づいて前記プリント基板の良否を判定する判定部とを備える、プリント基板の検査装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形と前記参照用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形との差の絶対値が、前記検査部位からの前記パルス波の反射が観測される時刻以降の少なくとも１時点で第１の閾値を超えている場合に、前記検査部位が不良であると判定する、請求項２に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形と前記参照用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形との差の絶対値が、前記プローブからの前記パルス波の反射が観測される時刻より後であり、かつ、前記検査部位からの前記パルス波の反射が観測される時刻より前である少なくとも１時点で第１の閾値を超えている場合に、前記検査用のプリント基板の検査部位以外の部位が不良である判定する、請求項２に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形と前記参照用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形との差の絶対値が、前記プローブからの前記パルス波の反射が観測される時刻付近で第１の閾値を超えている場合に、前記プローブと前記配線パターンとの接触が不良であると判定する、請求項２に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項６】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と前記参照用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形との差の絶対値が、前記検査部位からの前記パルス波の反射が観測される時刻以降の少なくとも１時点で第２の閾値を超えている場合に、前記検査部位が不良であると判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項７】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と前記参照用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形との差の絶対値が、前記プローブからの前記パルス波の反射が観測される時刻より後であり、かつ、前記検査部位からの前記パルス波の反射が観測される時刻より前である少なくとも１時点で第２の閾値を超えている場合に、前記検査用のプリント基板の検査部位以外の部位が不良である判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と前記参照用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形との差の絶対値が、前記プローブからの前記パルス波の反射が観測される時刻付近で第２の閾値を超えている場合に、前記プローブと前記配線パターンとの接触が不良であると判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項９】
前記判定部は、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と、前記参照用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形との差の絶対値が、いずれの時点においても第２の閾値以下の場合に前記プリント基板は良好であると判定する、請求項１に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項１０】
前記判定部は、前記測定機によって測定された電圧が基準電圧を超えたいずれの時点においても、前記検査用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形と、前記参照用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形との差の絶対値が第１の閾値以下であり、かつ、前記測定機によって測定された電圧が前記基準電圧以下であるいずれの時点においても、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と、前記参照用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形との差の絶対値が第２の閾値以下である場合に、前記プリント基板は良好であると判定する、請求項２に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項１１】
前記判定部は、前記インピーダンスの微分波形および前記電圧の微分波形に基づいて前記プリント基板が良好であると判定した場合に、前記検査用のプリント基板に対する前記電圧波形と前記参照用のプリント基板に対する前記電圧波形との差の絶対値が、少なくとも１時点で第３の閾値を超えているとき、前記プローブと前記配線パターンとの接触が不良であると判定する、請求項１０に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項１２】
検査用のプリント基板上の検査部位と接続されている配線パターンにプローブを接触させるステップと、
パルス発生器によって発生したパルス波を前記プローブを介して前記検査部位に印加するステップと、
前記プリント基板から反射された前記パルス波を検出するために、前記パルス発生器と前記プローブとの間の前記パルス波の経路上の第１のノードの電圧を測定するステップと、
前記測定するステップで測定された電圧波形に基づいて、前記第１のノードから前記プリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を算出するステップと、
前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め算出された前記インピーダンスの微分波形との比較に基づいて、前記検査用のプリント基板の良否を判定するステップとを備える、プリント基板の検査方法。
【請求項１３】
検査用のプリント基板上の検査部位と接続されている配線パターンにプローブを接触させるステップと、
パルス発生器によって発生したパルス波を前記プローブを介して前記検査部位に印加するステップと、
前記プリント基板から反射された前記パルス波を検出するために、前記パルス発生器と前記プローブとの間の前記パルス波の経路上の第１のノードの電圧を測定するステップと、
前記測定するステップで測定された電圧波形を微分することによって、電圧の微分波形を算出するステップと、
前記測定するステップで測定された電圧波形に基づいて、前記第１のノードから前記プリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を算出するステップと、
前記測定するステップで測定された電圧が基準電圧を超える時間帯では、前記検査用のプリント基板に対する前記電圧の微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め測定された前記電圧の微分波形との比較に基づいて前記プリント基板の良否を判定し、前記測定するステップで測定された電圧が前記基準電圧以下の時間帯では、前記検査用のプリント基板に対する前記インピーダンスの微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め算出された前記インピーダンスの微分波形との比較に基づいて前記プリント基板の良否を判定するステップとを備える、プリント基板の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプリント基板の検査部位の短絡または断線などを電気的に検査する検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ball  Grid  Array）やＳＯＪ（Small  Outline  J-leaded）などの半導体パッケージでは、ハンダ接続部の目視が困難である。そこで、このような半導体パッケージでは、バウンダリスキャン、Ｘ線検査、またはＴＤＲ（Time  Domain  Reflectometer：時間領域反射率計）などを用いて半田付け検査が行なわれる。
【０００３】
たとえば、特開平９−６１４８６号公報（特許文献１）はＴＤＲを用いて半田付け検査を行う技術について開示する。この技術では、高周波パルス発生装置により発生したパルス波が、高周波プローブを介して基板のランドから基板配線に印加される。このとき、オシロスコープは、パルス波の伝播経路の線路インピーダンスの差異により生じる反射波の波形、特に集積回路装置の端子と基板との半田接続部の開放状態と短絡状態との相違による反射波の波形の顕著な差異を計測する。そして、波形分析装置は、波形の計測結果を分析することによって、半田接続部の良否状態を識別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６１４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の半導体パッケージの検査方法のうち、バウンダリスキャンは、半導体装置の内部にスキャン用の回路を必要とするため、半導体装置の大型化や生産コストの上昇につながってしまう。また、高周波回路では、バウンダリスキャンを利用することができない。
【０００６】
また、Ｘ線による半田付け検査は、スキャン精度が粗い点が問題である。たとえば、ＢＧＡパッケージの場合には、実際に検査したい半田ボールの微小な亀裂などによる接続不良箇所をＸ線検査によって見つけるのは極めて困難である。
【０００７】
これらの方法と比べて、ＴＤＲを用いた方法は、簡便に半田付けの良否を判定できる。ＴＤＲによる測定では、上記の文献のように、プリント基板上のビアなどにプローブを介して高速立ち上がり波形のパルスを入力する。そして、入力したパルスの反射波形を、予め測定した参照用のプリント基板についての反射波形と比較することによって、プリント基板の良否を判定する。
【０００８】
ところが、パルス波の入力点であるプローブから検査対象のＢＧＡパッケージまでの距離が長い場合や、プローブとＢＧＡパッケージとの間に低インピーダンス素子が介在した場合などには、入力したパルスの波形がなまるために精度の高い測定が困難になる。
【０００９】
また、プリント基板とプローブとの接触が不良の場合にも、入力したパルス波が減衰するため精度の高い測定が困難になる。極端な場合には、検査用のプリント基板が良品であってもプローブの接触不良が原因で不良と判定することがある。
【００１０】
この発明の目的は、ＴＤＲを用いて精度良くプリント基板の検査部位の良否を判定するプリント基板検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は要約すればプリント基板の検査装置であって、プローブと、パルス発生器と、測定機と、波形演算部と、判定部とを備える。プローブは、プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触する。パルス発生器は、プローブを介して検査部位に印加するためのパルス波を発生する。測定機は、プリント基板によって反射されたパルス波を検出するために、パルス発生器とプローブとの間のパルス波の経路上の第１のノードの電圧を測定する。波形演算部は、測定機によって測定された電圧波形に基づいて、第１のノードからプリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を算出する。判定部は、検査用のプリント基板に対するインピーダンスの微分波形と、参照用のプリント基板に対して予め算出されたインピーダンスの微分波形との比較に基づいて、検査用のプリント基板の良否を判定する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、第１のノードからプリント基板側を見たインピーダンスの微分波形を利用することによって、精度良くプリント基板の検査部位の良否を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に従うプリント基板検査装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のプリント基板検査装置１のうちインターフェース部３０の概略的な構成を示す図である。
【図３】図２のインターフェース部３０の一部の拡大図である。
【図４】従来のＴＤＲによるプリント基板２０の検査方法の問題点を説明するための図である。
【図５】図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
【図６】図１のプリント基板検査装置１による良否判定方法の原理を説明するための図である。
【図７】図６のＢＧＡパッケージ１０の半田接続状態が不良の場合に観測される電圧波形の一例を示す図である。
【図８】電圧波形からインピーダンス波形への変換方法を説明するための図である。
【図９】具体的なインピーダンス波形の一例について説明するための図である。
【図１０】インピーダンス波形の他の例について説明するための図である。
【図１１】図１のプリント基板検査装置１を用いた検査手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１１のステップＳ９の波形比較の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１３】電圧の微分波形の一例を示す図である。
【図１４】電圧の微分波形とインピーダンスの微分波形との比較例を示す図である。
【図１５】電圧の微分波形とインピーダンスの微分波形との他の比較例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に従うプリント基板の検査手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１５】
［実施の形態１］
（プリント基板の検査装置１の構成）
図１は、この発明の実施の形態１に従うプリント基板検査装置１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、プリント基板検査装置１は、時間領域反射率計（ＴＤＲ）４０と、インターフェース部３０と、コンピュータ５０とを含む。
【００１６】
ＴＤＲ４０は、急峻な立上がりのパルス波を出力するパルス発生器４１と、パルス発生器４１の出力ノード４２における電圧波形を測定する測定機としてのオシロスコープ４６とを含む。パルス発生器４１およびオシロスコープ４６は、高周波ケーブル３７によってインターフェース部３０のコネクタ３５と接続される。パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０を介してプリント基板（図２の参照符号２０）に印加される。オシロスコープ４６は、パルス発生器４１の出力ノード４２の電圧波形を測定することによって、パルス波がプリント基板２０によって反射されることによって生じた反射波を検出する。オシロスコープ４６によって測定された電圧波形は、デジタル変換されてコンピュータ５０に出力される。
【００１７】
図２は、図１のプリント基板検査装置１のうちインターフェース部３０の概略的な構成を示す図である。図２は、さらに、検査対象であるプリント基板２０の概略的な構成も併せて示す。
【００１８】
図３は、図２のインターフェース部３０の一部の拡大図である。図２、図３では、断面部分にハッチングを付している。
【００１９】
図２、図３を参照して、プリント基板２０は、絶縁性の基板２１に配線パターンが形成されたプリント配線板２０Ａに、多数の電子部品が実装されたものである。配線パターンは、スルーホールに埋め込まれた導電層２２や、導電層２２に接続されたランド２３，２４などを含む。
【００２０】
プリント基板検査装置１は、プリント配線板２０Ａに実装された電子部品の半田接続状態の良否を検査する。図２には、検査対象の１つとして、ＢＧＡによって実装されたＩＣ（Integrated  Circuit）パッケージ１０（ＢＧＡパッケージ１０とも称する）が示されている。ＢＧＡは、パッケージの裏面に格子状に形成された半田ボール１１によって実装する方式である。ＢＧＡパッケージでは、半田接続部がパッケージの裏面にあるために、目視による半田接続部の検査が困難である。そこで、プリント基板検査装置１は、検査部位である半田ボール１１の接続状態の良否を時間領域反射率測定（ＴＤＲ法）によって検査する。
【００２１】
インターフェース部３０は、絶縁性の基板３３と、基板３３上に形成された配線パターン３４と、複数のプローブ３２と、複数のプローブ３２が埋め込まれた絶縁性のブロック３１とを含む。プローブ３２は、プリント基板２０の複数の検査部位を一度に検査するために複数個設けられている。また、ＴＤＲ測定では高周波のパルス波を伝達するためにグランドラインが重要である。このため、プローブ３２は、検査装置１のグランドと測定対象であるプリント基板２０のグランドとを接続するために、さらに複数個設けられている。
【００２２】
プローブ３２は、円筒部３２Ａと、円筒部３２Ａの両端に挿入された第１、第２の接触子３２Ｂ，３２Ｃと、接触子３２Ｂ，３２Ｃの間に設けられたバネ部材３２Ｄとを含む。第１の接触子３２Ｂは、検査対象のプリント基板２０のランド２４と電気的に接触する。良好な電気的接触を得るために、接触子３２Ｂの端部は王冠状に突出した形状を有する。第２の接触子３２Ｃは、基板３３に形成された配線パターン３４と電気的に接触する。接触子３２Ｃは、配線パターン３４を介してコネクタ３５に接続される。
【００２３】
バネ部材３２Ｄは、接触子３２Ｂ，３２Ｃを円筒部３２Ａの両端から突出するように付勢する。これによって、プローブ３２とプリント基板２０のランド２４との間、およびプローブ３２と配線パターン３４との間の電気的接触を確実にする。
【００２４】
なお、配線パターン３４が形成された基板３３は、検査対象のプリント基板２０に応じて交換可能な構成となっている。検査用のプリント基板２０を交換したとき、確実に電気的接触が取れるように、配線パターン３４の表面は金メッキされていることが好ましい。
【００２５】
再び図１を参照して、インターフェース部３０は、さらに、リレーなどの複数のスイッチ３６を含む。各スイッチ３６は、各プローブ３２と個別に対応し、各プローブ３２とコネクタ３５とを接続する配線パターン３４に設けられる。コンピュータ５０は、スイッチ３６の接続を切替えることによって、ＴＤＲ４０に接続されるプローブ３２を順次切替える。こうして、プリント基板検査装置１は、各プローブ３２に接続された図２のＩＣパッケージ１０の複数の半田接続部１１の良否を順々に検査する。
【００２６】
次に、コンピュータ５０の構成について説明する。コンピュータ５０は、中央処理装置、メモリ回路、および信号の入出力のためのインターフェース回路などを含む。機能的に見ると、コンピュータ５０は、測定制御部５４と、波形演算部５１と、記憶部５２と、判定部５３とを含む。
【００２７】
測定制御部５４は、パルス発生器４１がパルス波を出力するタイミングを制御する。さらに、測定制御部５４は、インターフェース部３０のスイッチ３６を切替えることによって、検査対象の半田ボール１１とＴＤＲ４０とを選択的に接続する。こうして、パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０の配線パターン３４、プローブ３２、図２の検査用のプリント基板２０の配線パターンを介して、検査部位である半田ボール１１に到達する。半田ボール１１の接続状態に応じて生じた反射波は逆の経路をたどってパルス発生器４１に戻り、オシロスコープ４６によって検出される。
【００２８】
波形演算部５１は、オシロスコープ４６によって測定された電圧波形のデータに基づいた種々の波形を生成する。波形演算部５１は、第１、第２の微分演算部５５，５７とインピーダンス変換部５６とを含む。
【００２９】
第１の微分演算部５５は、オシロスコープ４６によって測定された電圧波形のデータを時間微分する。微分演算部５５に入力された電圧波形はデジタルデータであるので、微分は差分商で近似できる。
【００３０】
インピーダンス変換部５６は、オシロスコープ４６によって測定された電圧波形のデータに基づいて、パルス発生器４１の出力ノード４２から測定対象であるプリント基板側を見たインピーダンスの波形を算出する。電圧波形からインピーダンス波形への変換方法については後述する。
【００３１】
第２の微分演算部５７は、インピーダンス変換部５６によって算出されたインピーダンス波形を時間微分する。インピーダンス波形はデジタルデータとして与えられるので、微分は差分商で近似できる。
【００３２】
記憶部５２は、良好な参照用のプリント基板に対してＴＤＲ４０によって測定された電圧波形を参照用の電圧波形として記憶する。さらに記憶部５２は、参照用の電圧波形の微分波形、および参照用の電圧波形に基づいて算出されたインピーダンスの微分波形を記憶する。
【００３３】
判定部５３は、検査用のプリント基板に対して測定された電圧波形、電圧の微分波形、およびインピーダンスの微分波形を、記憶部５２に記憶された参照用のプリント基板に対する電圧波形、電圧の微分波形、およびインピーダンスの微分波形とそれぞれ比較する。波形比較の結果に基づいて、判定部５３は、プローブ３２の接触の良否および検査部位の良否の判定を行なう。良否判定基準の詳細については後述する。プリント基板の検査装置１は、このように電圧の微分波形およびインピーダンスの微分波形に基づいた良否判定を行なうので、従来よりも精度良く検査部位の良否判定を行なうことができる。
【００３４】
（従来のプリント基板の検査方法の問題点）
次に、従来のＴＤＲ法によるプリント基板検査法と対比しながら、図１のプリント基板検査装置１によるプリント基板の良否の判定方法について詳しく説明する。
【００３５】
図４は、従来のＴＤＲによるプリント基板２０の検査方法の問題点を説明するための図である。図４を参照して、プリント基板２０は、配線パターン２５と、グランドパターン２７と、配線パターン２５およびグランドパターン２７間に接続されたＢＧＡパッケージ１０およびコンデンサ２６とを含む。検査対象であるＢＧＡパッケージ１０の接続状態を検査するために、パルス発生器４１から出力されたパルス波は、インターフェース部３０の配線パターン３４、プローブ３２、および配線パターン２５を順に通過してＢＧＡパッケージ１０に到達する。そして、パルス波がＢＧＡパッケージ１０によって反射された反射波は、入力パルス波の経路を逆に辿ってＴＤＲ４０に到達し、オシロスコープ４６によって測定される。
【００３６】
図５は、図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
図５（Ａ）は、パルス発生器４１から出力されたパルス波の波形の一例を示す。図５（Ａ）の時刻ｔ１で立上がるパルス波の大きさは４００ｍＶｐｐ（ｐｐはピーク・ツー・ピークを表わす）程度である。
【００３７】
図５（Ｂ）は、オシロスコープ４６によって測定された電圧波形の一例を示す。実際にＴＤＲ４０から出力されたパルス波は、プリント基板２０に実装された多数の素子によって反射される。さらに、反射波にはパターン配線のインピーダンスや長さも関係するので、図４のオシロスコープ４６によって測定される反射波は、図５（Ｂ）に示すように複雑な波形６６となる。そこで、従来のＴＤＲは、検査用のプリント基板に対して測定された電圧波形と予め測定した参照用のプリント基板に対して測定された電圧波形とを比較することによって、プリント基板の良否を判定する。
【００３８】
たとえば、検査用のプリント基板に対して測定された電圧波形と参照用のプリント基板に対して測定された電圧波形との乖離が一瞬でも閾値（たとえば、５０ｍＶ程度）以上になれば、プリント基板２０は異常と判定される。また、閾値より低い乖離幅でも閾値時間以上（たとえば、２００〜４００ｐ秒程度）乖離し続けた場合に、プリント基板２０は異常と判定される。
【００３９】
なお、これらの乖離幅の閾値の設定する際には、量産時の多数の正常なプリント基板に対して測定した波形からデータの標準偏差を求め、その標準偏差に基づいて閾値を設定するのが望ましい。実際に多数の良品のプリント基板を用いて電圧波形のばらつきを計算したところ、ＴＤＲ４０から出力したパルスの大きさの１％程度が標準偏差に等しい。たとえば、４００ｍＶｐｐのパルスの場合には、標準偏差σは４ｍＶ程度になる。したがって、乖離幅の閾値は少なくとも３σ＝１２ｍＶ以上に設定する必要がある。
【００４０】
ここで、図４に示すように、測定対象であるＢＧＡパッケージ１０とプローブ３２との間にコンデンサ２６が設けられている場合には、入射パルス波の高周波成分がコンデンサ２６によって反射される。この結果、コンデンサ２６から先に進むパルス波の高周波成分が減衰するので、図５（Ｂ）の破線の波形６７に示すように、コンデンサ２６よりも遠方であるＢＧＡパッケージ１０からの反射波の波形が小さくなる。結果として、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否の判定が困難になる。
【００４１】
また、測定したいＢＧＡパッケージ１０までの配線パターン２５が長くなるにつれて、測定対象のＢＧＡパッケージ１０に高速立ち上がり波形のパルス波が到達する前にパルス波の高周波成分がより減衰するので、ＢＧＡパッケージ１０からの反射波形が小さくなる。このため、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否の判定が困難になる。
【００４２】
さらに、プローブ３２と配線パターン２５との接触不良もプリント基板の良否判定を困難にする原因の１つである。プローブ３２の接触不良の場合は接触抵抗が数十Ωとなり、ＴＤＲ波形の乖離は容易に上記の１２ｍＶを超えるため、単純に電圧の比較を行うだけでは、良品であっても不良と判定してしまう。
【００４３】
図５（Ｃ）は、プローブ３２が接触不良の場合に測定された電圧波形の一例である。図５（Ｃ）には、プローブ３２の接触が良好な場合に測定された電圧波形６８とプローブ３２の接触が不良の場合に測定された電圧波形６９とが対比して示されている。
【００４４】
図５（Ｃ）に示すように、プローブ３２が接触不良の場合は、プローブ３２とプリント基板２０との間の接触抵抗が大きくなるので、接触抵抗分の電圧差がオフセットとして波形に現れる。このため、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態が良好なプリント基板２０を不良と誤判定する可能性がある。なお、プローブ３２の接触が不良の場合は、接触が良好な場合と比較して波形の凹凸などの全体の傾向はあまり変わらない。
【００４５】
（プリント基板の検査装置１による良否判定方法の原理）
以上説明したような従来技術の問題点を克服するために、図１のプリント基板検査装置１は、測定した電圧波形を電圧の微分波形およびインピーダンスの微分波形に変換し、これらの微分波形に基づいてプリント基板２０の良否を判定する。これによって、従来では良否判定が困難であった場合、たとえば、コンデンサなどが介在することによって入力パルス波が減衰する場合にも、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態の良否を正確に判定できる。さらに、プローブの接触不良による誤判定を防止することができる。以下、この良否判定方法の原理について説明する。
【００４６】
図６は、図１のプリント基板検査装置１による良否判定方法の原理を説明するための図である。図６を参照して、プリント基板２０は、配線パターン２５と、グランドパターン２７と、配線パターン２５およびグランドパターン２７間に接続されたＢＧＡパッケージ１０、コンデンサ２６，２６Ｂ，２６Ｃ、およびＩＣパッケージ２８とを含む。ＢＧＡパッケージ１０の接続状態を検査するために、パルス発生器４１から出力されたパルス波は、高周波ケーブル３７、インターフェース部３０の配線パターン３４、およびプローブ３２を順に通過して、配線パターン２５に印加される。このとき、測定対象のＢＧＡパッケージ１０からの反射波８７の他に、コンデンサ２６Ｂからの反射波８８や、コンデンサ２６ＣおよびＩＣパッケージ２８からの反射波８９が発生する。そして、これらの反射波８７，８８，８９が合成された合成波が入力パルス波の経路を逆に辿ってＴＤＲ４０に到達する。オシロスコープ４６には、これらの反射波８７，８８，８９の合成波が入力される。
【００４７】
まず、検査部位であるＢＧＡパッケージ１０の半田の接続状態が不良の場合について説明する。この場合、ＢＧＡパッケージ１０からの反射波８７の波形が変化するので、他の部位からの反射波８８，８９との合成波の波形が変化する。この結果、オシロスコープ４６によって測定される電圧波形は、ＢＧＡパッケージからの反射波が観測される時刻以降に変化が生じる。
【００４８】
図７は、図６のＢＧＡパッケージ１０の半田接続状態が不良の場合に観測される電圧波形の一例を示す図である。図７において、実線のグラフ８５は参照用のプリント基板の電圧波形を示し、破線のグラフ８６は検査用のプリント基板の電圧波形を示す。
【００４９】
図６、図７を参照して、時刻ｔ１でパルス発生器４１から出力されるパルス波が立上がる。ここで、ＴＤＲ４０からプローブ３２までのパルス波の伝播時間をＴａとし、ＴＤＲ４０からＢＧＡパッケージ１０までのパルス波の伝播時間をＴｂ（ただし、Ｔｂ＞Ｔａ）とする。そうすると、ＴＤＲ４０は、時刻ｔ１から２×Ｔａだけ時間が経過した時刻ｔ２にプローブ３２からの反射を観測し、時刻ｔ１から２×Ｔｂだけ時間が経過した時刻ｔ３にＢＧＡパッケージ１０からの反射を観測する。なお、時刻ｔ２およびｔ３で観測される反射は、入力パルス波の立上がり部分の反射である。
【００５０】
ＢＧＡパッケージ１０の半田接続部の接続状態が不良の場合には、ＢＧＡパッケージ１０からの反射波の波形が変化するので、多数の部位からの反射波の合成波として観測される電圧波形も時刻ｔ３以降に変化する。したがって、図７に示すように、時刻ｔ３以降に参照用のプリント基板について予め測定した電圧波形８５と検査用のプリント基板に対して測定した電圧波形８６とに乖離が生じる。
【００５１】
この乖離は、ＴＤＲ４０によって測定された電圧波形の微分波形について比較するとより顕著になる。なぜなら、多数の部位からの反射波の合成波として観測される電圧波形は、その変曲点の位置についても時刻ｔ３以降に変化する。そして、この変曲点の位置の変化は、電圧の微分波形の極大点および極小点の位置の変化として明瞭に観測できるからである。具体的な微分波形の例については、図１３〜図１５を参照して後述する。
【００５２】
次に、ＢＧＡパッケージ１０の半田接続状態は良好であるが、プローブ３２の接触状態が不良の場合について説明する。この場合、時刻ｔ２以降に、参照用のプリント基板に対して予め測定した電圧波形８５と検査用のプリント基板に対して測定した電圧波形８６とに乖離が生じる。この点では、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態が不良の場合と同様である。しかしながら、電圧の微分波形の特徴は、ＢＧＡパッケージ１０の接続状態が不良の場合と異なる。プローブ３２が接触不良の場合には、検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とで電圧の微分波形に乖離が生じるのは、主として時刻ｔ２の近傍である。それ以降の時刻については、電圧の微分波形に乖離はほとんど生じない。この理由は次のとおりである。
【００５３】
プローブ３２の接触が不良の場合、プローブ３２の接触抵抗のためにプリント基板に印加されたパルス波の大きさが減少するので、プリント基板２０の各部位からの反射波の合成波は、全体としての大きさが縮小する。したがって、プローブ３２からの反射波が観測される時刻ｔ２にＴＤＲ４０によって測定される電圧波形の傾きに変化が生じるが、その時刻より後のプリント基板の各部位からの反射波の合成波の傾きにはほとんど変化が生じない。このため、ＴＤＲ４０によって測定される電圧の微分波形と参照用のプリント基板における電圧の微分波形とは、主としてプローブ３２からの反射波が観測される時刻ｔ２近傍で乖離が生じるが、その時刻ｔ２より後には乖離がほとんど生じない。
【００５４】
ただし、ＴＤＲ４０によって得られた測定電圧の変化が大きくなるにつれて（電圧の時間微分の絶対値が大きくなるにつれて）、プローブからの反射が観測される時刻ｔ２より後であっても、検査用のプリント基板に対する電圧の微分波形と参照用のプリント基板に対する電圧の微分波形とに乖離が生じるようになる。この結果、プリント基板の良否判定の精度が低下する。そこで、プリント基板の検査装置１では、測定した電圧波形をインピーダンス波形に変換し、得られたインピーダンスの微分波形に基づいた判定も行なっている。以下に示すように、インピーダンスの微分波形を用いることによって、プローブの接触不良の影響を完全に除去することができる。
【００５５】
図８は、電圧波形からインピーダンス波形への変換方法を説明するための図である。図８を参照して、オシロスコープ４６によって測定しているパルス発生器４１の出力ノード４２の電圧をｖ（ｔ）、出力ノード４２から負荷側（プリント基板側）に向けて流れる電流をｉ（ｔ）とする。ｖ（ｔ）、ｉ（ｔ）は時間ｔの関数である。パルス発生器４１からステップ電圧Ｖｉｎのパルス波がプリント基板に出力されると、電圧ｖ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）は時間ｔとともに変化する。この場合、パルス発生器４１の出力ノード４２から負荷側（プリント基板側）を見たインピーダンスｚ（ｔ）は、
z(t)＝v(t)／i(t)＝v(t)×Zs／(Vin−v(t))                            …(1)
と表わされる。ただし、上式（１）において、Ｚｓはパルス発生器４１の出力インピーダンスである。
【００５６】
プリント基板検査装置１は、測定された電圧波形ｖ（ｔ）を用いて、上式（１）に従ってインピーダンス波形ｚ（ｔ）を算出する。この場合のインピーダンス波形ｚ（ｔ）は、プリント基板に印加されたパルス波が反射される各反射場所におけるインピーダンスを反映した値となっている。以下、典型的な場合のインピーダンス波形ｚ（ｔ）について説明する。
【００５７】
図９は、具体的なインピーダンス波形の一例について説明するための図である。図９は図６を簡略化した図である。図９に示すように、高周波ケーブル３７、インターフェース部３０の配線パターン３４、およびプリント基板２０の配線パターン２５のいずれの特性インピーダンスの大きさもＺ０とする。さらに、プローブ３２の接触状態は良好であり、その接触抵抗は無視できるものとする。さらに、検査部位であるＢＧＡパッケージ１０の半田接続部のインピーダンスをＺＬとする。さらに、パルス発生器４１の出力インピーダンスＺｓは、特性インピーダンスＺ０に等しいものとする。すなわち、ＴＤＲ測定の基準インピーダンスはＺ０である。
【００５８】
まず、パルス波が立上がった直後の電圧ｖ（ｔ）は、
v(t)＝Vin×Z0／(Zs＋Z0)＝Vin／2                                    …(2)
と表わされる。したがって、このときのインピーダンスｚ（ｔ）は、式（１）、（２）から、
z(t)＝Zs＝Z0                                                      …(3)
となる。
【００５９】
印加されたパルス波はＢＧＡパッケージ１０の半田接続部で反射される。この場合、反射係数Γ１は、
Γ1＝(ZL-Z0)／(ZL＋Z0)                                            …(4)
と表わされるので、反射波がパルス発生器４１まで戻ってきた時刻より後の電圧ｖ（ｔ）は、
v(ｔ)＝(1＋Γ1)×Vin／2＝ZL×Vin／(ZL＋Z0)                        …(5)
と表わされる。この場合のインピーダンスｚ（ｔ）は、式（１）、（５）から、
z(t)＝ZL                                                          …(6)
となり、検査部位のインピーダンスＺＬに等しくなる。
【００６０】
図１０は、インピーダンス波形の他の例について説明するための図である。図１０の例では、図６のプリント基板２０の配線パターン２５の特性インピーダンスがＺ１であり、基準インピーダンスＺ０と異なっている。図１０のその他のパラメータは、図９の場合と同じである。
【００６１】
図１０の場合、プローブ３２の位置でインピーダンスが不整合であるので、この位置で入射されたパルス波の一部が反射する。プローブ３２の位置での反射係数Γ０は、
Γ0＝(Z1−Z0)／(Z1+Z0)                                            …(7)
と表わされる。この場合、パルス発生器４１側からプリント基板２０側への透過係数は、１＋Γ０になる。
【００６２】
プリント基板２０側へ透過したパルス波はＢＧＡパッケージ１０の半田接続部で反射される。ＢＧＡパッケージ１０の半田接続部の位置での反射係数Γ２は、
Γ2＝(ZL-Z1)／(ZL＋Z1)                                            …(8)
と表わされる。この後、パルス波は再びプローブ３２の位置に戻り、パルス波の一部は反射され一部は透過する。このときの反射係数は−Γ０であり、透過係数は１−Γ０である。したがって、ＢＧＡパッケージ１０で反射されたパルス波がパルス発生器４１まで戻ってきた時刻より後に測定される電圧ｖ（ｔ）は、
v(t)＝[1＋(1＋Γ0)×(1−Γ0)×Γ2］×Vin／2                        …(9)
と表わされる。したがって、この場合のインピーダンスｚ（ｔ）は、式（１）、（９）から、
z(t)＝[1＋(1−Γ0×Γ0)×Γ2］×Zs／[1−(1−Γ0×Γ0)×Γ2］      …(10)
となり、検査部位のインピーダンスＺＬを反映したものになるが上式(6)より複雑になる。
【００６３】
プリント基板２０の配線パターン２５の特性インピーダンスは、接地ノードＧＮＤからの距離、隣接する配線からの距離、および配線の曲がり方などによって各位置で異なるため、実際には単一のインピーダンスＺ１では表せない。よって、実際の配線パターンは、特性インピーダンスが異なる配線を無数につなぎ合わせたものであり、反射点も無数に存在する。実際に測定される電圧波形ｖ（ｔ）は、これらの無数の反射点からの反射波を合成したものであるので、式（９）よりも一層複雑になる。この結果、インピーダンス波形ｖ（ｔ）も、多数の反射点のインピーダンスを反映したものではあるが、式（１０）よりもさらに複雑である。
【００６４】
このように、実際のプリント基板では、各場所のインピーダンスを正確に求めることは困難である。そこで、実施の形態１のプリント基板検査装置１は、各場所のインピーダンスに代えて式（１）のインピーダンスｚ（ｔ）を近似的に用いてプリント基板の良否を判定する。このとき、良品の参照用のプリント基板と検査用のプリント基板との波形比較によってプリント基板の良否が判定されるので、各場所の正確なインピーダンスを評価しなくても問題は生じない。
【００６５】
さて、図１のプリント基板の検査装置１は、式（１）に従って算出したインピーダンス波形ｚ（ｔ）をさらに時間微分する。そして、検査装置１は、検査用のプリント基板に対するインピーダンスｚ（ｔ）の微分波形を参照用のプリント基板に対するインピーダンスｚ（ｔ）の微分波形と比較することによってプリント基板の良否を判定する。
【００６６】
ここで、プローブ３２が接触不良の場合に生じるプローブ３２の接触抵抗は、一定のインピーダンスである。したがって、インピーダンスの微分波形を用いることによって接触抵抗の影響をほぼ完全に除去できる。この結果、プリント基板検査装置１は、プローブ３２が接触不良であっても高精度にプリント基板の良否判定を行なうことができる。
【００６７】
ただし、オシロスコープ４６によって測定された電圧ｖ（ｔ）の上限値は入力パルス電圧Ｖｉｎであるのに対して、式（１）に従って得られるインピーダンスｚ（ｔ）の大きさは、電圧ｖ（ｔ）が入力パルス電圧Ｖｉｎに近付くほど大きくなって発散する。たとえば、検査部位が開放状態に近いような高インピーダンスを有する場合、検査部位に入射されたパルス波は全反射される。この結果、ＴＤＲ４０で測定された電圧ｖ（ｔ）はパルス発生器４１で発生するステップ電圧Ｖｉｎに近い値になるので、インピーダンスｚ（ｔ）は極めて大きな値になる。
【００６８】
このようにインピーダンスｚ（ｔ）の大きさには上限値がない。このため、インピーダンスｚ（ｔ）の微分波形を用いてプリント基板の良否を判定する場合、オシロスコープ４６によって測定される電圧ｖ（ｔ）の大きさが大きくなるにつれて、良否判定の閾値を変更する必要が生じる。この結果、閾値の設定に多くの時間がかかるという問題がある。
【００６９】
さらに、測定電圧ｖ（ｔ）が入力パルス電圧Ｖｉｎに近付くにつれて、量子化誤差が拡大されるためにインピーダンスｚ（ｔ）のばらつきも大きくなってしまうという問題がある。この結果、良品のプリント基板を不良品と誤判定する場合も生じる。
【００７０】
そこで、図１の判定部５３は、ＴＤＲ４０で得られる測定電圧ｖ（ｔ）が一定の基準電圧（たとえば、入力パルス電圧Ｖｉｎの３／４）を超えた場合には、電圧の微分波形を用いてプリント基板の良否を判定する。測定電圧ｖ（ｔ）の上限値は入力パルス電圧Ｖｉｎであるので発散することがない。したがって、検査部位が高インピーダンスの場合でも一律の判定閾値を設定することができる。
【００７１】
一方、判定部５３は、測定電圧ｖ（ｔ）が一定の基準電圧（たとえば、入力パルス電圧Ｖｉｎの３／４）以下の場合には、インピーダンスの微分波形を用いて良否判定を行なう。この場合、プローブ３２の接触不良の影響を完全に除去することができる。また、このように適用する測定電圧ｖ（ｔ）の範囲に上限を設けることによって、インピーダンスの微分波形を用いる場合に対しても一律の判定閾値を設定することができる。
【００７２】
（プリント基板の検査装置１によるプリント基板の検査手順）
図１１は、図１のプリント基板検査装置１を用いた検査手順を示すフローチャートである。以下、図１、図１１を参照して、具体的な検査手順について説明する。図１１の検査手順は、各プローブ３２をプリント基板の各検査部位の近傍のランドと接触させた後に開始される。
【００７３】
ステップＳ１で、測定制御部５４は、複数の高周波スイッチ３６のうち、検査部位である図２のＢＧＡパッケージ１０のいずれか１つの半田ボール１１に接続された高周波スイッチ３６がオン状態になるように切替えられる。これによって、測定部位であるＢＧＡパッケージ１０の半田ボール１１とＴＤＲ４０とがプローブを介して接続される。
【００７４】
次のステップＳ２で、測定制御部５４は、パルス発生器４１に立上がりの急峻なパルス波を発生させる。発生したパルス波は、インターフェース部３０を介して検査用のプリント基板に印加される。
【００７５】
次のステップＳ３で、オシロスコープ４６は、検査用のプリント基板に入力されたパルス波の反射波を検出するために、パルス発生器４１の出力ノード４２の電圧波形を測定する。オシロスコープ４６で測定された電圧波形は、デジタル変換されてコンピュータ５０に入力される。
【００７６】
次のステップＳ４で、コンピュータ５０の波形演算部５１は、前述の式（１）に従って、測定された電圧波形ｖ（ｔ）をインピーダンス波形ｚ（ｔ）に変換する。
【００７７】
次のステップＳ５で、波形演算部５１は、電圧波形ｖ（ｔ）を移動平均する。たとえば、ｍ個（ｍ＝２ｐ＋１、ｐは１以上の整数）のデータで移動平均を行なうとき、移動平均後の電圧＜ｖ（ｔ）＞は、
<v(t)>＝(v(t+p)＋…＋v(t+1)＋v(t)＋v(t-1)＋…＋v(t-p))／m          …(11)
と表わされる。ただし、式（１１）において時間の刻み幅ΔｔをΔｔ＝１としている。次の時間ステップにおける移動平均後の電圧＜ｖ（ｔ＋１）＞は、現在の時間ステップにおける移動平均の値に、１個の電圧データを加算するとともに１個の電圧データを減算することによって、
<v(t+1)>＝<v(t)>＋(v(t+p+1)−v(t-p))／m                            …(12)
のように簡単に計算することができる。移動平均は必ずしも必要なステップではないが、測定電圧をアナログ値からデジタル値に変換する際に生じる量子化誤差などのために電圧波形データにばらつきが大きい場合には電圧波形データの移動平均を行なったほうが望ましい。
【００７８】
次のステップＳ６で、波形演算部５１は、電圧波形ｖ（ｔ）の微分波形を算出する。ｍ個のデータで電圧波形ｖ（ｔ）の移動平均を行なう場合、電圧の微分ｄｖ（ｔ）／ｄｔは、
dv(t)/dt＝[[v(t+m)＋…＋v(t+1)]−[v(t-1)＋…＋v(t-m)]]／2m        …(13)
と表わされる。ただし、式（１３）において時間の刻み幅ΔｔをΔｔ＝１としている。次の時間ステップにおける電圧の微分ｄｖ（ｔ＋１）／ｄｔは、現在の時間ステップにおける電圧の微分に、２個の電圧データを加算するとともに２個の電圧データを減算することによって、
dv(t+1)/dt＝dv(t)/dt＋[v(t+m+1)−v(t+1)−v(t)＋v(t-m)]／2m        …(14)
のように簡単に計算することができる。
【００７９】
次のステップＳ７で、波形演算部５１は、インピーダンス波形ｚ（ｔ）の微分波形を算出する。ステップＳ６の場合と同様に、インピーダンスの微分波形を計算するときにインピーダンス波形の移動平均を併せて行なう。
【００８０】
次のステップＳ８で、コンピュータ５０の記憶部５２に記憶された参照用のプリント基板の電圧波形データ、電圧の微分波形データ、およびインピーダンスの微分波形データが読み出される。これらの微分波形データは、良品のプリント基板に対して予め測定した電圧波形から算出されたものである。
【００８１】
次にステップＳ９で、判定部５３は、検査用のプリント基板に対する電圧波形、電圧の微分波形、およびインピーダンスの微分波形と、参照用のプリント基板に対する電圧波形、電圧の微分波形、およびインピーダンスの微分波形とをそれぞれ比較する。波形比較の結果に基づいて、判定部５３は、プローブ３２の接触の良否および検査部位の良否の判定を行なう。
【００８２】
図１２は、図１１のステップＳ９の波形比較の詳細な手順を示すフローチャートである。図１、図１２を参照して、ステップＳ１０１で、判定部５３は、検査用のプリント基板に対して得られた各波形データの時間補正を行なう。
【００８３】
ＴＤＲ４０の電源を入れたばかりのときや外気温が変化したときなどには、パルス波の伝搬速度が変化する。このため、検査用のプリント基板に対して測定した波形と、参照用のプリント基板についての波形とに時間的なずれが生じる場合がある。そこで、検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とでデータを比較する場合には時間補正を行なう必要がある。
【００８４】
具体的な時間補正の方法として、たとえば、パルス発生器４１からのパルス印加後、プローブからの反射が観測される直前までの波形が、検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とで一致するように時間軸が調整される。
【００８５】
また、測定時間を短縮するためにプローブからの反射が観測される直前までの波形を検出していない場合には、次のような時間補正方法を用いることができる。すなわち、まず、検査用プリント基板に対して測定した波形と参照用プリント基板に対して測定した波形との差が最も小さくなる時間補正量を、複数の検査部位（すなわち、ＢＧＡパッケージのピン）ごとに仮の補正量として求める。次に、各検査部位における仮の時間補正量のメジアンを検査用のプリント基板に対する最終的な時間補正量として、全ての検査部位に対して適用する。これによって、時間軸のずれに起因したプリント基板の良否の誤判定を防止することができる。
【００８６】
次のステップＳ１０２からステップＳ１０９において、検査用のプリント基板に対する波形と参照用のプリント基板に対する波形とを時間ごとに比較する。波形比較を行なうデータ区間である比較時間は、プローブ３２からの反射が観測される直前の時刻から検査部位である図２のＢＧＡパッケージ１０の半田接続部から反射が観測される後の時刻までである。まず、ステップＳ１０２で、図１の判定部５３は、パラメータｔを比較時間の最初の時刻（開始時刻）に設定する。
【００８７】
次のステップＳ１０３で、判定部５３は、時刻ｔにおいて検査用のプリント基板に対して測定された電圧が基準電圧を超えているか否かを判定する。たとえば、基準電圧はパスル発生器４１から出力された電圧Ｖｉｎの３／４に設定される。
【００８８】
測定電圧が基準電圧以下の場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、判定部５３は、その時刻ｔにおいて、検査用のプリント基板に対するインピーダンスの微分値と参照用のプリント基板に対するインピーダンスの微分値とを比較する（ステップＳ１０４）。この結果、検査用のプリント基板に対するインピーダンスの微分値と参照用のプリント基板に対するインピーダンスの微分値との乖離（すなわち、両者の差の絶対値）が閾値ＴＨ１を超えている場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、判定部５３はそのときの時刻ｔを乖離時刻として記憶する（ステップＳ１０５）。
【００８９】
一方、測定電圧が基準電圧を超えている場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、判定部５３は、その時刻ｔにおいて、検査用のプリント基板に対する電圧の微分値と参照用のプリント基板に対する電圧の微分値とを比較する（ステップＳ１０６）。この結果、検査用のプリント基板に対する電圧の微分値と参照用のプリント基板に対する電圧の微分値との乖離（すなわち、両者の差の絶対値）が閾値ＴＨ２を超えている場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、判定部５３はそのときの時刻ｔを乖離時刻として記憶する（ステップＳ１０７）。
【００９０】
以上で時刻ｔにおける波形比較が終了する。判定部５３は、パラメータｔが比較区間の最後の時刻（終了時刻）に達していなければ（ステップＳ１０８でＮＯ）、パラメータｔを１ステップ（Δｔ）進め（ステップＳ１０９）、次の時刻ｔ＋ΔｔにおいてステップＳ１０３以降の波形比較のステップを再び行なう。一方、パラメータｔが比較区間の最後の時刻（終了時刻）に到達した場合（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、判定部５３は、波形比較のステップＳ１０３〜Ｓ１０９を終了し、処理をステップＳ１１０以下に進める。
【００９１】
さて、上記の波形比較のステップにおいて電圧またはインピーダンスの微分波形に乖離があった場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、次のステップＳ１１１で、判定部５３は記憶した乖離時刻を読み出す。そして、その次のステップＳ１１２で、判定部５３は、乖離時刻が、プローブ３２からの反射が観測される時刻近傍（たとえば、図７の時刻ｔ２）のみであるか否かを判定する。この場合の反射時刻とは、パルス発生器４１から入射されたパルス波の立上がり部分の反射が観測される時刻を意味する。乖離時刻がプローブ３２からの反射時刻近傍のみである場合（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、判定部５３は、検査部位である図２のＢＧＡパッケージの半田接続部は接続状態は良好であるが、プローブ３２の接触不良であると判定して（ステップＳ１１３）処理を終了する。
【００９２】
一方、乖離時刻がプローブ３２からの反射時刻近傍のみでない場合（ステップＳ１１２でＮＯ）、判定部５３は、乖離時刻が検査部位からの反射が観測される時刻以降（たとえば、図７の時刻ｔ３以降）か否かを判定する（ステップＳ１１４）。そして、乖離時刻が検査部位からの反射が観測される時刻以降の場合（ステップＳ１１４でＹＥＳ）、判定部５３は、検査部位である図２のＢＧＡパッケージ１０の半田接続状態が不良であると判定して（ステップＳ１１５）処理を終了する。これに対して、乖離時刻がプローブ３２からの反射時刻より後であり、検査部位からの反射が観測される時刻よりも前の場合には、判定部５３は、検査部位以外の部分が不良である判定して（ステップＳ１１６）処理を終了する。
【００９３】
次に、上記の波形比較のステップにおいて電圧またはインピーダンスの微分波形に乖離がなかった場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、判定部５３は、検査用のプリント基板に対する電圧波形と参照用のプリント基板に対する電圧波形とを比較する（ステップＳ１１７）。そして、判定部５３は、これらの電圧波形の乖離（すなわち、両波形の差の絶対値）が閾値ＴＨ３を超えているか否かを判定する。
【００９４】
ステップＳ１１７での判定の結果、電圧波形の乖離が少なくとも１時点で閾値ＴＨ３を超えている場合には（ステップＳ１１７でＹＥＳ）、判定部５３は、検査部位である図２のＢＧＡパッケージの半田接続部の接続状態は良好であるが、プローブ３２の接触不良であると判定して（ステップＳ１１３）処理を終了する。一方、ステップＳ１１７での判定の結果、電圧波形の乖離がいずれの時点においても閾値ＴＨ３以下の場合に（ステップＳ２１でＮＯ）、判定部５３は検査部位は良好と判定して（ステップＳ１１８）処理を終了する。
【００９５】
ここで、実際にプローブ３２の接触不良の場合には、図２のプローブ３２とプリント基板２０の配線パターンとの接触抵抗は数十Ωになる。ＴＤＲ４０から出力されたパルス波の大きさの標準偏差を考慮して閾値ＴＨ３を１２ｍＶ程度に設定した場合には、乖離幅は１２ｍＶの閾値ＴＨ３よりも十分に大きくなるので、電圧波形によって容易に接触不良と判定できる。
【００９６】
（プリント基板の検査装置１による測定例）
以下、図１３〜図１５を参照して、プリント基板検査装置１によって実際に測定した波形の例について説明する。
【００９７】
図１３は、電圧の微分波形の一例を示す図である。図１３において、上段のグラフは図１のオシロスコープ４６で測定された電圧波形を示し、下段のグラフは上段のグラフを時間微分した電圧の微分波形を示す。そして、図１３の実線６１，７１は良品のプリント基板を測定した場合を示し、図１３の破線６２，７２はプローブが接触不良の状態で良品のプリント基板を測定した場合を示す。図１３の一点鎖線６３，７３は不良品のプリント基板を測定した場合を示す。
【００９８】
まず、実線６１，７１のグラフ（良品）と一点鎖線６３，７３のグラフ（不良品）とを比較する。この場合、良品の電圧波形６１と不良品の電圧波形６３との乖離幅はあまり大きくないが、良品の電圧の微分波形７１と不良品の電圧の微分波形７３との乖離幅は大きい。しかも、電圧の微分波形の乖離は一部の時間帯に限らず生じている。したがって、電圧の微分波形の乖離幅が閾値を超えていることおよびその時間帯を判定することによって、プリント基板の良否を容易に判定できる。
【００９９】
次に、実線６１，７１のグラフ（良品）と破線６２，７２のグラフ（接触不良）とを比較する。この場合、良品の電圧波形６１とプローブが接触不良の場合の電圧波形６２との乖離幅が大きい。したがって、従来のＴＤＲを用いた方法では良品のプリント基板を不良と誤判定する場合があった。
【０１００】
これに対して、良品の電圧の微分波形７１とプローブが接触不良の場合の電圧の微分波形７２とは、プローブからの反射の観測時刻の近傍で乖離しているが、その他の時間帯での乖離幅は小さい。したがって、図１３の例の場合に限って言えば、電圧の微分波形の乖離幅が閾値を超える時間帯がプローブからの反射の観測時刻の近傍に限られることを判定することによって、プローブの接触不良を容易に判定できる。
【０１０１】
図１４は、電圧の微分波形とインピーダンスの微分波形との比較例を示す図である。
図１４は、上から順に、オシロスコープ４６で測定された電圧波形、この電圧波形をインピーダンス変換した波形、電圧の微分波形、およびインピーダンスの微分波形が示される。ここで、図１４の実線８１，９１，１０１，１１１は良品のプリント基板を測定した場合であり、図１４の破線８２，９２，１０２，１１２はプローブが接触不良の状態で良品のプリント基板を測定した場合である。図１４の例の場合には、電圧の微分波形のみでは正確な良否判定が困難であり、インピーダンスの微分波形を用いることによって正確な良否判定が可能になる。
【０１０２】
まず、実線８１，９１で示される電圧およびインピーダンスの波形（良品）と破線８２，９２で示される電圧およびインピーダンスの波形（接触不良）とを比較する。この場合、良品の電圧波形８１と接触不良の場合の電圧波形８２とには接触不良による抵抗分の乖離が発生し、その乖離幅は測定された電圧の大きさに応じて変化する。これに対して、インピーダンス波形では、良品のインピーダンス波形９１と接触不良の場合のインピーダンス波形９２との接触抵抗に起因した乖離幅はほぼ一定となる。
【０１０３】
次に、上記の実線８１，９１の波形（良品）をそれぞれ微分した微分波形１０１，１１１（実線）と、上記の破線８２，９２の波形（接触不良）をそれぞれ微分した微分波形１０２，１１２（破線）とを比較する。良品の電圧の微分波形１０１と接触不良の場合の電圧の微分波形１０２とでは、プローブからの反射が観測される時刻付近で乖離が生じるともに、さらに、測定電圧の変動が他よりも大きい部分（電圧の時間微分が他よりも大きい部分）１０３でも乖離が生じている。これに対して、良品のインピーダンスの微分波形１１１と接触不良の場合のインピーダンスの微分波形１１２とでは、プローブからの反射時刻付近でのみ乖離が発生している。
【０１０４】
以上から、特に測定電圧が大きく変化する波形を判定する場合には、インピーダンスの微分波形を用いたほうが電圧の微分波形を用いるよりも、接触抵抗の影響をより完全に取除くことができる。この結果、プリント基板の判定精度を向上させることができる。
【０１０５】
図１５は、電圧の微分波形とインピーダンスの微分波形との他の比較例を示す図である。
【０１０６】
図１５は、上から順に、オシロスコープ４６で測定された電圧波形、この電圧波形をインピーダンス変換した波形、電圧の微分波形、およびインピーダンスの微分波形が示される。図１５の実線１２１，１３１，１４１，１５１は第１のプリント基板を測定した場合であり、図１５の破線１２２，１３２，１４２，１５２は第１のプリント基板と異なる第２のプリント基板を測定した場合である。第１および第２のプリント基板はいずれも良品で、プローブの接触状態も良好である。
【０１０７】
ここで、図１５の例の場合は、図１４の例の場合に比べて、測定対象の回路が高周波的に開放されているために高インピーダンスであり、これによりオシロスコープ４６によって測定された電圧が図１４の場合の測定電圧に比べて高い点に特徴がある。この結果、オシロスコープ４６によって測定される電圧が入力パルス電圧Ｖｉｎのおよそ３／４を超えると、インピーダンスのばらつきが大きくなるために良品のプリント基板を不良品と誤判定する場合が生じる。以下、図１５を参照して具体的に説明する。
【０１０８】
まず、実線１２１，１３１で示される電圧およびインピーダンスの波形（第１の良品のプリント基板）と破線１２２，１３２で示される電圧およびインピーダンスの波形（第２の良品のプリント基板）とを比較する。この場合、２枚のプリント基板の電圧波形には乖離がほとんど生じていない。これに対して、インピーダンスの波形では、図の時間軸の後半において測定電圧が大きくなるにつれて、インピーダンス波形に現れる量子化誤差が大きくなるために２枚のプリント基板でインピーダンスの波形に乖離が生じている。
【０１０９】
次に、上記の実線１２１，１３１の波形（第１のプリント基板）をそれぞれ微分した微分波形１４１，１５１（実線）と、上記の破線１２２，１３２の波形（第２のプリント基板）をそれぞれ微分した微分波形１４２，１５２（破線）とを比較する。この場合、２枚のプリント基板では電圧の微分波形に乖離はほとんど生じていない。これに対して、図の時間軸の後半において測定電圧が大きくなるにつれて２枚のプリント基板でインピーダンスの微分波形に乖離が生じている。
【０１１０】
以上から、入力パルス電圧のおよそ３／４を超えるような電圧が測定される場合に、インピーダンスの微分波形を比較することによってプリント基板の良否判定を行なうと、良品を不良品と判断する誤判定が起きやすくなる。そこで、実施の形態１のプリント基板検査装置１の判定部５３は、図１２のステップＳ１０３に示すように、ＴＤＲ４０で得られる測定電圧ｖ（ｔ）が基準電圧（たとえば、入力パルス電圧Ｖｉｎの３／４）を超えるか否かをまず判定する。この結果、判定部５３は、測定電圧が基準電圧を超えた場合には、電圧の微分波形について検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とで乖離が生じているか否かを判定する。一方、判定部５３は、測定電圧が基準電圧以下の場合には、インピーダンスの微分波形について検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とで乖離が生じているか否かを判定する。
【０１１１】
なお、上記の方法に代えて、電圧の微分波形およびインピーダンスの微分波形のそれぞれの乖離量を組み合わせて、たとえばそれぞれの値に重み関数を掛けて加算したものと閾値とを比較することによって、プリント基板の良否判定を行なう方法も考えられる。しかしながら、この方法では、良否判定のための閾値を設定するのに良品のプリント基板に対するばらつきデータが必要となるなどのために時間がかかる。実施の形態１のプリント基板検査装置１では、測定された電圧が予め定められた基準電圧より高いか低いかで電圧の微分波形とインピーダンス微分波形のどちらを用いるかを切り替えることにより、プリント基板の良否を簡便に高精度に判定することができる。
【０１１２】
また、プリント基板が良品でプローブ３２が接触不良の場合は、図１４のインピーダンス波形９２で示すように、プローブ３２からの反射波を観測した時刻よりも後の時刻で、プローブ３２の接触抵抗が参照用のプリント基板に対するインピーダンス波形９１に一律に加算される。この点を利用すれば、以下に示すように、プローブ３２の接触不良による影響を取除くことができる。
【０１１３】
具体的には、まず、プローブ３２からの反射を観測した時刻よりも後の時刻において、検査用のプリント基板に対するインピーダンス波形と参照用のプリント基板に対するインピーダンス波形との差を求める。検査用のプリント基板が良品であるがプローブの接触不良が生じている場合には、両インピーダンス波形の差は時刻によらずほぼ一定の値となる。このインピーダンスの差が、参照用のプリント基板のインピーダンス波形に一律に加算されたプローブの接触抵抗に相当する。
【０１１４】
次に、プローブ３２からの反射を観測した時刻よりも後の時刻に対して、検査用のプリント基板のインピーダンス波形から接触抵抗に相当する上記のインピーダンスの差を減算する。この後、減算後のインピーダンス波形を電圧波形に再変換する。この結果、良品のプリント基板であるがプローブの接触不良が生じている場合、再変換後に得られた電圧波形は、プローブの接触不良がないときの電圧波形に等しくなる。
【０１１５】
このようにしてプローブの接触不良の影響を除去した後に、変換後の電圧波形またはその微分波形と参照用プリント基板の電圧波形またはその微分波形とを比較することによって、検査用のプリント基板の良否判定を行なう。具体的には、検査用のプリント基板の波形と参照用プリント基板の波形との差が、１時点でも閾値を越えた場合に不良と判定する。なお、検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とでインピーダンス波形の差が一定の値にならないことによっても、プリント基板を不良と判定できる。
【０１１６】
上記の方法によれば、良否判定にインピーダンスを用いていないので、検査対象のインピーダンスの大きさに応じて閾値を変更しなくてよいという利点がある。しかしながら、上記の方法の場合、電圧波形をインピーダンス波形に変換した後にさらに電圧波形に再変換する必要があるので、計算が煩雑であり判定に時間がかかるという欠点がある。これに対して、実施の形態１のプリント基板検査装置１によれば、プローブが接触不良の場合であっても短時間で正確に検査用プリント基板の良否を判定することができる。
【０１１７】
（変形例）
以下、実施の形態１の変形例について述べる。実施の形態１では、オシロスコープ４６によってパルス発生器４１の出力ノード４２の電圧を測定していたが、電圧の測定場所は必ずしも出力ノード４２に限定する必要はない。パルス発生器４１の出力ノード４２とプローブ３２との間のパルス波の経路上にオシロスコープ４６を接続し、接続点（第１のノード）の電圧に基づいてプリント基板２０からの反射波を検出することも可能である。
【０１１８】
また、実施の形態１では、検査用のプリント基板に対する微分波形と参照用のプリント基板に対する微分波形とを比較するときに、波形の乖離幅が閾値ＴＨ１またはＴＨ２を超えるか否かを判定していた。これに対して、微分波形の極大点および極小点を抽出し、抽出した極大点および極小点の位置が検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とで略一致するか否かを判定することによっても検査用のプリント基板の良否を判定することができる。
【０１１９】
［実施の形態２]
通常、検査対象であるプリント基板のほとんどが良品であり、また、プローブの接触状態も良好である場合がほとんどである。そこで、実施の形態２では、良品のプリント基板のみをすばやく選び出すための検査手順を示す。
【０１２０】
なお、以下の検査手順では、検査用のプリント基板に対する波形データと参照用のプリント基板に対する波形データとで時間軸にずれが生じている場合を考慮して、検査用のプリント基板の時間軸を徐々にシフトさせながら両波形データを比較している。
【０１２１】
図１６は、この発明の実施の形態２に従うプリント基板の検査手順を示すフローチャートである。図１、図１６を参照して、まず、ステップＳ２０１で、判定部５３は、時間軸のシフト量を０（初期値）に設定する。
【０１２２】
次のステップＳ２０２で、判定部５３は、波形比較を行なう比較時間の最初の時刻（開始時刻）にパラメータｔを設定する。比較時間は、図２のプローブ３２からの反射が観測される直前の時刻から検査部位である図２のＢＧＡパッケージ１０の半田接続部から反射が観測される後の時刻までである。
【０１２３】
次のステップＳ２０３で、判定部５３は、設定された時刻ｔにおいて検査用のプリント基板に対して測定された電圧が基準電圧を超えているか否かを判定する。基準電圧は、たとえば、図１のパスル発生器４１から出力されたパルス電圧Ｖｉｎの３／４に設定される。
【０１２４】
測定電圧が基準電圧以下の場合（ステップＳ２０３でＮＯ）、判定部５３は、設定時刻ｔにおいて、検査用のプリント基板に対するインピーダンスの微分値と参照用のプリント基板に対するインピーダンスの微分値との乖離幅が、閾値ＴＨ１を超えるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。一方、測定電圧が基準電圧を超えている場合（ステップＳ２０３でＹＥＳ）、判定部５３は、設定時刻ｔにおいて、検査用プリント基板に対する電圧の微分値と参照用のプリント基板に対する電圧の微分値との乖離幅が、閾値ＴＨ２を超えるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。
【０１２５】
上記の比較の結果、乖離幅が閾値ＴＨ１以下である場合（ステップＳ２０４でＮＯ）、または乖離幅が閾値ＴＨ２以下である場合（ステップＳ２０５でＮＯ）、判定部５３はパラメータｔが比較区間の最後の時刻（終了時刻）に達していなければ（ステップＳ２０６でＮＯ）、パラメータｔを１ステップ（Δｔ）進める（ステップＳ２０７）。そして、判定部５３は、新たな時刻ｔ＋ΔｔにおいてステップＳ２０３以降の波形比較を再び行なう。最終的に、比較時間内のいずれの時刻においても乖離幅が閾値ＴＨ１またはＴＨ２以下であれば（すなわち、ステップＳ２０６でＹＥＳの場合）、判定部５３は、プリント基板を良品と判定して（ステップＳ２０８）処理を終了する。
【０１２６】
一方、上記の比較の結果、乖離幅が閾値ＴＨ１またはＴＨ２を超えている場合（ステップＳ２０４またはＳ２０５でＹＥＳ）、判定部５３は、現在の設定時刻ｔで波形比較を打ち切り、それより後の時刻における波形比較を行なわない。そして、判定部５３は、時間シフト量が上限値に達していなければ（ステップＳ２０９でＮＯ）、時間シフト量を正負両方向に１ステップΔｔ増やす（ステップＳ２１０）。そして、各時間シフト量に対して、判定部５３は、パラメータｔを比較時間の最初の時刻（開始時刻）に戻し（ステップＳ２０２）、ステップＳ２０３以降の波形比較を再び行なう。最終的に、時間シフト量の上限値に達しても、乖離幅が閾値ＴＨ１またはＴＨ２を超えていれば（すなわち、ステップＳ２０９でＹＥＳの場合）、判定部５３は、プリント基板を不良品と判定して（ステップＳ２１１）処理を終了する。
【０１２７】
ステップＳ２１１で不良品と判定されたプリント基板に対しては、実施の形態１の図１２で説明したより精密な良否判定を行なう。この場合、パルス波の伝搬速度の変化まで考慮した時間補正（図１２のステップＳ１０１）が行なわれる。
【０１２８】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２９】
１  プリント基板検査装置、１０  ＢＧＡパッケージ、１１  半田ボール（半田接続部）、２０  プリント基板、２０Ａ  プリント配線板、２５  配線パターン、３０  インターフェース部、３２  プローブ、３７  高周波ケーブル、４０  ＴＤＲ（時間領域反射率計）、４１  パルス発生器、４２  出力ノード、４６  オシロスコープ、５０  コンピュータ、５１  波形演算部、５２  記憶部、５３  判定部、５４  測定制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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