(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号端子に保護ダイオードを内部に有する電子部品を搭載したプリント基板に対し、当該プリント基板表面に現れた回路パターンにプローブを接触させ、前記信号端子を介して前記保護ダイオードに順方向となる電圧を印加して電気的特性値を取得し、取得した電気的特性値を用いて端子浮き検査をする検査方法において、
前記プリント基板に対して搭載された電子部品を引き離す方向或いは押し上げる方向に交互に振動を与え、
前記振動に同期して、振動が電子部品を引き離す方向であるときに複数回、前記保護ダイオードに対して当該保護ダイオードのポテンシャルバリアを超える電圧のパルス信号を、前記プローブを介して印加し、
当該プローブを流れる電気的特性を測定することを特徴とする検査方法。
【請求項２】
請求項１において、前記プローブを流れる電気的特性の測定は、前記パルス信号が立ち上がった後、前記プローブを流れる電流値が定常値に至ったタイミングを予め指定して測定することを特徴とする検査方法。
【請求項３】
請求項１において、前記プローブを流れる電気的特性の測定は、前記パルス信号の1周期の範囲内において、正負の最大値を測定することを特徴とする検査方法。
【請求項４】
信号端子に保護ダイオードを内部に有する電子部品を搭載したプリント基板に対し、当該プリント基板表面に現れた回路パターンにプローブを接触させ、前記信号端子を介して前記保護ダイオードに順方向となる電圧を印加して電気的特性値を取得し、取得した電気的特性値を用いて端子浮き検査をする検査装置において、
前記プリント基板に対して搭載された電子部品を引き離す方向或いは押し上げる方向に交互に振動を与える振動機構と、
前記振動に同期して、振動が電子部品を引き離す方向であるときに複数回、前記保護ダイオードに対して当該保護ダイオードのポテンシャルバリアを超える電圧のパルス信号を、前記プローブを介して印加するテスタとを有し、
前記テスタは当該プローブを流れる電気的特性を測定することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣパッケージ等の電子部品をプリント基板に実装した際の端子浮きを検査する検査方法、および、この検査方法を実施するために用いる検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板に電子部品が確実に半田付けされているか否かを検査する方法として、電子部品の保護ダイオードを導通状態にし、その導通状態を示す電気的パラメータに基づいて端子浮きを判別する検査方法が用いられている。
例えば、特許文献１においては、保護ダイオード（または寄生ダイオード、以下総称して保護ダイオードと称する）の順方向の閾値電圧よりもやや高い電圧を印加して、電流値を測定している。端子浮きが無ければ或いは接合状態が良好であれば、検出された電流は保護ダイオードの順方向特性で定まる所定の範囲内に収まる。また、断線状態であれば、検出された電流は所定範囲を大きく下回ることになり、端子浮きを判別することができる。
【０００３】
さらに、特許文献２においては、プリント基板のパターン上にバイパスコンデンサや浮遊容量が存在し、これらによる時定数により検査時間が延びることを抑制するため、直流電圧に対して浮遊容量等の持つ時定数よりも十分小さい周期を持つ交流電圧を重ね合わせて、浮遊容量等の影響を受けずに短時間で端子浮きを判別する検査方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１-４７０９号
【特許文献２】特開平１１-２４８７８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の端子浮き検査方法には、以下の問題点がある。すなわち、保護ダイオードに対して順方向に電流を流すために電流量が大きくなりすぎて電子部品を壊すことになってしまうことを避けるため、印加できる電圧値を大きくすることが出来ない。特許文献２によると、０．７ボルトの直流電圧に０．１ボルト（１ＫＨｚ）の交流電圧が利用されている。ダイオードはキャリアの移動に最低限必要な電圧（ポテンシャルバリア）があり、順バイアスで使用する場合は、順方向電圧分の電圧降下が生じる。従って、検査に利用できる電圧は印加した電圧よりもさらに小さくなる。また、保護ダイオードは、ツェナー特性については、保証されているが、順バイアスに対し、どのような特性を示すのかは保証がない。従って、大きな電流を流してしまう可能性もある。電流値測定のために、１オーム程度の小さな抵抗を用いて両端の電圧を測定するが、このような小さな電圧では有意義な検出データを得ることが困難である。
【０００６】
また、端子浮きは、実際に浮いていて導通が無い状態であるだけではなく、半田溶融しておらず、プリント基板と電子部品が半田により濡れた状態で接続されていない場合や、電気的な接続はしているがクラックが入っている場合もある。このような場合には、電子部品の端子とプリント基板のパターン間の接続抵抗は正常なものよりも高い抵抗値を示すが、一応は導通するため、接続抵抗をきめ細かく測定しないと、端子浮きを検出することはできない。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、保護ダイオードに大きな電圧を印加した上で電子部品の端子浮きについての検査を行うことが可能な検査方法および検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成すべく、本発明では、信号端子に保護ダイオードを内部に有する電子部品を搭載したプリント基板に対し、当該プリント基板表面に現れた回路パターンにプローブを接触させ、前記信号端子を介して前記保護ダイオードに順方向となる電圧を印加して電気的特性値を取得し、取得した電気的特性値を用いて端子浮き検査をする検査方法において、前記プリント基板に対して搭載された電子部品を引き離す方向或いは押し上げる方向に交互に振動を与え、前記振動に同期して、振動が電子部品を引き離す方向であるときに複数回、前記保護ダイオードに対して当該保護ダイオードのポテンシャルバリアを超える電圧のパルス信号を、前記プローブを介して印加し、当該プローブを流れる電気的特性を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
保護ダイオードに大きな電圧を印加した上で、電子部品の端子とプリント基板のパターン間の接続抵抗を大きな電流値により測定可能であるため、電子部品の端子浮きについての検査をより正確に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電子部品のテストを行う様子を示す図である。
【図２】測定波形を示す図である。
【図３】探針装置を示す図である。
【図４】振動機構を示す図である。
【図５】検査装置を示す図である。
【図６】パルス波形と振動の時間関係を示す図である。
【図７】設定、検査ルーチンを示す図である。
【図８】判定ルーチンを示す図である。
【図９】測定波形を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、入力、出力、或いは入出力端子１０２（信号端子）に保護ダイオード１０１が内部に設けられている電子部品１００を示している。保護ダイオード１０１は、アバランシェ降伏の現象を積極的に利用して，この機能に特化したダイオードである。信号用のダイオードとは違い、順方向電圧に対する応答性能は保証されたものではないが、０．１ｍｓｅｃ前後のオーダであり低速である。
【００１２】
図１Ｂは、保護ダイオード１０１に対してテストを行う様子を示している。図において、端子１０２に接続されたプリント基板１０３上のパターン（パッド又はランド等）１０１０４にプローブ１０５を押し当て、抵抗（１.３オーム）１０６を介して保護ダイオード１０１に対して順方向となる電圧Ｖ（２．８ボルト）を、電圧供給端ｘ−ｙに印加している。このときの抵抗１０６における電圧降下を測定した結果を図２に示す。
【００１３】
図２において、波形α（図２Ｂ）は電圧Ｖの波形、波形ａは電圧Ｖの観測波形であり、波形ｂは抵抗両端の観測波形である。波形ａは、波形αに対して時定数をもって立ち上がっている。これは、電圧供給端ｘ−ｙの間に存在する、電子部品１００内部の回路や、経路途中の抵抗、容量の影響による。波形ａの立ち上がり期間ｐ１において、波形ｂはこれに追従する。これは、保護ダイオード１０１が導通しておらずコンデンサのように機能するからである。その後、時点ｔ１において保護ダイオードが導通する。期間ｐ２において、期間p１の間に保護ダイオード１０１に蓄積された電荷が放電されるため、波形ｂは０レベルを下回り逆方向に振れる。その後、期間ｐ３の過渡期ののち、時点ｔ３（２５０ｍｓｅｃ）以降に定常状態の電圧値を示す。この例の場合は、０．０３ボルトであり、抵抗１０６が１.３オームであるので、３９０ｍＡの電流が流れている。電子部品にもよるが数十乃至数百ｍＡ程度の電流値は、電子部品に対してダメージを与える可能性があるため、長く流しておくことはできない。
【００１４】
本実施例においては、波形ａとして、保護ダイオード１０１の定常状態に至るよりも短いパルス幅を持つパルス信号ｃ（図２Ｃ）を用いることとする。また、プリント基板１０３に対して振動を与えて、プリント基板のパターンから浮いている端子を振動により跳ね上げることにより、断線状態を確認する。この際にプリント基板１０３に対して与えられる振動は、パルス信号ｃと同じかその数倍の波長の振動を用いる。尚、プリント基板１０３の共振周波数は、数百ＭＨｚのオーダであるため（ガラス基板）、プリント基板に与えられた振動は、ほぼどの地点においてもほぼ同様の振動振幅状態にあると予想できる。
【００１５】
図３は、本実施例に係る探針装置１を示している。探針装置１は、上下に配置された４角形状のテーブル２ａ、２ｂと、テーブル２a、２ｂの４隅に設けられたガイド３と、ガイド３に沿ってスライドする上冶具取付板４ａ及び下冶具取付板４ｂとを有している。上冶具取付板４ａと下冶具取付板４ｂの夫々に対して、ガイド３に沿って上下動可能とするために、モータ５ａ、５ｂと、モータ５ａ、５ｂにより回転駆動されるボールネジ６ａ、６ｂが設けられている。モータ５ａ、５ｂを駆動させるとボールネジ６ａ、６ｂが回転し、これに螺合した上冶具取付板４ａ及び下冶具取付板４ｂが上昇・下降する。上冶具取付板４ａ及び下冶具取付板４ｂに夫々取り付けられる冶具７ａ、７ｂは、検査対象のプリント基板１０３上に搭載された電子部品１００における入力、出力、入出力端子、接地端子、および電源端子に接続されプリント基板１０３の表面に現れたパターン（パット゛或いはランド）にそれぞれ接触するプローブ１０５が多数取り付けられている。冶具７ａ、７にはさらに振動機構９が取り付けられており、プリント基板１０３に対してプローブ１０５が押し当てられるのに並行して、プリント基板１０３に接触し振動を与える。尚、振動機構９がプリント基板１０３の上下に配置されているのは、電子部品１００がプリント基板１０３の両面に配置されているからである。
【００１６】
図４は、振動機構９の拡大断面図である。振動機構９は、固定冶具８（図３においては、冶具７ａ、７に固定した）に正極、負極のバネ式の端子１０ａ、１０ｂを介して振動体１１を接続したものであり、振動体１１にはプリント基板１０３を保持する保持材料１２が取り付けられている。振動機構９に電圧を印加すると、電子部品１００をプリント基板１０３から引き離す方向にプリント基板１０３を押す。電圧印加が止まると、端子１０ａ、１０ｂにより復帰する。これにより、１回の振動を発生する。
【００１７】
次に、検査装置２０の回路構成について、図５を用いて説明する。検査装置２０は、探針装置１、計算機３０、テスタ２０を備えている。計算機３０は、ＣＰＵ３１、ＲＡＭ３２、ＲＯＭ３３及び各種外部インターフェイス３５，３６，３７を備えている。第１インターフェイス３５は、外部接続用のインターフェイスであり、他の計算機や表示画面や入力装置（図示せず）が接続される。第２インターフェイス３６は、振動機構９を制御するインターフェイス、第３インターフェイス３７はテスタ４０を制御するインターフェイスである。ＲＯＭ３３には、後述するプログラムが格納されており、また、ＲＡＭ３２には、検査する対象となるプリント基板上のパターンの位置と、そのパターンが電源、或いは接地（グランド）であるか、または電子部品の入力、出力或いは入出力端子のいずれに接続されているかを示すデータ３７が格納されている。テスタ４０は第３インターフェイス３６から指定されたプリント基板１０３の位置に対応するプローブ１０５に対して、指定されたタイミング、印加時間でパルス状の電圧を印加し、また抵抗１０４を介してプローブ上の信号を電圧信号にして読み取るものである。振動機構９は、第２インターフェイス３５により指定されたタイミング、時間間隔でプリント基板１０３に対して振動を与える。
【００１８】
図６は、パルス波形と振動の時間関係を示す図である。図６Ａは、振動のパターンを示しており、第２インターフェイス３５から振動機構９に与える制御電圧ｄを示している。図６Ｂは、第３インターフェイス３６からテスタ４０に対して指示するパルスｃのタイミング、印加時間、電圧値を示している。これらは、振動機構９への制御電圧ｄに同期して与えられる。図中、ｒ0〜ｒ5は、第１インターフェイス３４を介して外部の計算機または入力装置（図示せず）から指定されるパラメータであり、振動機構９による制御電圧印加開始時点Ｔ０から経過時間を示している。ｒ０は、振動機構９による機械応答遅れを調整するパラメータであり、ｒ１からｒ５は、パルス周期とデューティを示している。
【００１９】
制御電圧を印加すると（オン状態）、図４において図面下向きに振動機構９が動作して、電子部品１００をプリント基板１０３から引き離すように作用させる。制御電圧の印加を止めると（オフ状態）、プリント基板１０３は電子部品１００を下から押し上げるように作用させる。
【００２０】
Ｖ０も第１インターフェイス３４から与えられるパラメータであり、パルスｃの電圧値を示している。また、パルスｃが印加されている期間(ｒ１、ｒ３、ｒ５)の範囲内でどの時点で、抵抗１０５により得られる電圧値を測定するか否かも第１インターフェイスを介してパラメータＧとして与えられ、テスタに設定される。具体的には、パルスｃの立ち上がりからの経過時間がパラメータＧである。
【００２１】
パラメータＧのタイミングとしては、図２Ｃにおいて期間ｐ３の範囲内おけるタイミング（波形ｃの立下りの直前）である。テスタ４０は、このパラメータＧに基づき、指定されたプリント基板１０３のパターン位置に対応するプローブ１０５を用いてテストを行う。
【００２２】
図７は、計算機３０のフローを示す図である。図７Ａは、テスタ４０への設定ルーチンである。計算機３０は、第１インターフェイス３４から各パラメータを入力し、検査すべきプリント基板１０３の位置情報（データ３７、図５）とともにテスタ４０のメモリ４１に設定する。
【００２３】
図７Ｂは、検査フローを示しており、まず、振動機構９への制御電圧をオンオフして、プリント基板１０３の振動を開始する。振動しばらく行った後、振動機構９への制御電圧をオンにするとこれに同期して、テスタ４０に測定指示を行う（計算機３０の命令処理時間は、数１００ｎｓｅｃなのでステップｓ１とｓ２は同時と見て良い）。テスタ４０への指示は、１つのプローブ１０５に対してである。テスタ４０は、設定ルーチンにより予め設定されたパラメータを用いて測定を開始する。一回の振動に対して数回（実施例では３回）測定した後、プリント基板１０３を元の状態にし、これを数回（実施例では３回）繰り返す。
【００２４】
この動作を、電子部品１００の検査対象となる全ての端子１０２について行う。検査が終了すると、テスタ４０から電気的特性値を測定結果として入手する。そして、抵抗１０５により得られた電圧を端子１０２の接続抵抗を表す電気的特性として、その値最大値、最小値、平均値を求めて第１インターフェイスを介して外部に出力する。本実施例では、振動機構による振動の周期は１．５ｍｓｅｃであり、パルス信号ｃの周期（ｔ１＋ｔ２）は０．４ｍｓｅｃである。
【００２５】
図８は、プリント基板１０３の良否を判定する判定フローを示したものである。最初に電子部品を実装した欠陥のないプリント基板に対して図７の検査フローによる検査を行い、その後に試験対象のプリント基板１０３の検査を図７の検査フローに従い同様にして行う。そして、夫々により、得られた最大値、最小値、平均値を比較して、試験対象のプリント基板１０３の良否判定を行う。
【００２６】
最大値、最小値、平均値として検出された値は、電子部品１００の端子１０２とプリント基板１０３のパターン間の接続抵抗の値に対応するものであるため、欠陥のないプリント基板に対して許容範囲を下回る小さな値を示すプリント基板１０３は、接続抵抗が正常よりも高く端子浮きがあるものとして、不良判定される。
【００２７】
本実施例においては、パルス波形ｃを用いて、０．１ｍｓｅｃオーダの短い時間内に限って保護ダイオード１０１を通電させるため、電子部品に対する負荷が少ないという効果がある。抵抗１０４に従来と比較して大きな検出値が表れるため、検出制度があがるという効果がある。
【００２８】
また、そのパルス信号ｃも、振動機構９と同期して与えているため、プリント基板１０３を電子部品１００から引き離す方向に移動させる瞬間を捉えて、導通状態を取得することになり、端子浮きがある場合の検出確度が高められるという効果がある。
【００２９】
上記実施例においては、保護ダイオード１０１を定常状態にして測定を行ったが、保護ダイオード１０１の過渡的な状態における検査を行う実施例を以下に示す。
図９において、図９Ｂは電圧供給端ｘ−ｙの間に与える保護ダイオード１０１に対して、定常状態に達するよりも短いパルス周期の波形βを示しており、図９Ａはパルス信号βを与えたときの観測波形ｅを抵抗１０４の両端の観測波形ｆを示す。パルス信号ｅの立ち上がり直後の期間ｐａにおいては、図２に示した期間ｐ１と同じく保護ダイオード１０１はコンデンサとして働く。その後時点ｔｂにおいて、保護ダイオード１０１が導通する。その後期間ｐｂにおいて、過渡的な応答を示す。時点ｔｃにおいてパルス信号ｅが立ち下がると、保護ダイオード１０１に蓄積されたキャリアより０ボルトを大きく下回る波形が期間ｐｃにおいて観測される。その後、期間ｐｄにおいて徐々に０ボルトに降下する波形がみられる。この期間においては、保護ダイオードが非通電状態となり電圧供給端間ｘ−ｙ（図1）間の容量が放電している。パルス信号ｅが立ち上がる時点ｔｅ以降、ｐａからｐｄまでの波形が繰り返される。ここで、一回目のパルスよりも２回目以降のパルスにおいて、保護ダイオード１０１が導通した際の波形が安定して同じ波形を示している。
【００３０】
このように短い時間周期でパルス信号ｅを与えたときの波形上の電圧をサンプリングして検出結果とする。具体的には、期間ｐａの正のピーク電圧と期間pcの負のピークを取得する。或いは期間ｐｄの正のピーク値又は期間ｐｂにおける負のピークを取得しても良い。
【００３１】
正負のピーク電圧を取得するには、先の実施例におけるテスタ４０の設定ルーチン（図７Ａ）において、測定するタイミング（パラメータＧ）を指定する代わりにテスタ４０に対して期間（ｐａ〜ｐｄ）を定めて、正或いは負のいずれかのピーク値の測定を行うように設定する。ピーク値を取得するには、テスタ４０において短い周期でサンプリングした計測値を順次比較して絶対値が大きいもののみを残す回路構成を採用すればよい。他のタイミング等のパラメータは先の実施例と同様である。この結果、検査ルーチン（図７Ｂ）において先の実施例と同様に、振動機構９にパルス信号ｅが与えられて、電子部品１００から離れる方向にプリント基板１０３を押している期間において、いくつかのパルスについて抵抗１０６の両端で正負ピーク電圧を計測する。テスタ４０からは、先の実施例と同様に、期間ｐａ（或いはｐｄ）における最大値、最小値、平均値と、期間ｐｃ（或いはｐｂ）の最大値、最小値、平均値が、計算機２０により求められる。そして、判定フロー（図８）に従い、プリント基板１０３の良否が判定される。
【００３２】
本実施例によれば、保護ダイオード１０１に対しては、高い電圧を掛けた状態でありながら、その過渡応答を利用しているため、抵抗１０４に表れる信号値は大きいが、保護ダイオード１０１は深い導通状態に至っておらず、電子部品１００に対する負荷が少ないという効果がある。
【００３３】
上記実施例においては、期間ｐａ（或いはｐｄ）における最大値、最小値、平均値、期間ｐｃ（或いはｐｂ）における最大値、最小値、平均値を求めたが、テスタ４０において正負のピーク間の電圧値に対する最大値、最小値、平均値を出力しても良い。また、テスタは、期間Ｐ１〜ｐｄの夫々の中で最大値を測定するものの代わりに、期間Ｐ１〜ｐｄを指定せずパルスの１周期の中でのサンプル測定値のうち単に正側の最大値、負側の最大値を残すようにして、測定するものでも良い。
【符号の説明】
【００３４】
１    探針装置
９    振動機構
２０  検査装置
３０  計算機
４０  テスタ
１００  電子部品
１０１  保護ダイオード
１０３  プリント基板
１０５  プローブ
１０６  抵抗
【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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