(57)【要約】【課題】測定対象として異なる電極配置を有する被測定基板部の測定を容易に行なうことのできる基板接続検査装置を提供する。【解決手段】基板接続検査装置１は、ＴＤＲ測定器３、信号分配基板部５および中継基板部２１を備えている。信号分配基板部５は、信号分配基板本体７、中継基板プローブ９および高周波リレー１１を備え、中継基板部２１は、中継基板本体２３および被測定基板プローブ２５を備えている。被測定基板プローブ２４は、測定対象とされる被測定基板部３１に形成された電極３７の配置に対応するように配設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定器本体と、
前記測定器本体に電気的に接続され、前記測定器本体から送られる信号を分配する信号分配基板部と、
前記信号分配基板部と測定に係る被測定基板部との間に配置される中継基板部と
を有し、
前記信号分配基板部は、前記中継基板部に電気的に接続される複数の第１プローブを備え、
前記中継基板部は、
複数の前記第１プローブに電気的に接続される中継基板本体と、
前記中継基板本体に電気的に接続され、測定に係る被測定基板部の電極の配置に対応するように配置されてそれぞれ所定の電極に接触する複数の第２プローブと
を備えた、基板接続検査装置。
【請求項２】
複数の前記第１プローブのそれぞれは、
測定に係る被測定基板部の電極に接触する第１端部と、
前記第１端部と反対側に位置する第２端部と
を有し、
前記第１端部が収縮可能とされ、
前記第１端部の長さを調整することにより前記第１プローブの長さを所定の長さに設定する第１プローブ長さ調整部を備えた、請求項１記載の基板接続検査装置。
【請求項３】
前記第２端部は前記信号分配基板部に固定された、請求項２記載の基板接続検査装置。
【請求項４】
複数の前記第１プローブは、
前記測定器本体から送られる信号を伝達する信号プローブと、
接地電位に固定された接地電位プローブと
を含み、
前記接地電位プローブは前記信号プローブを取り囲むように配置された、請求項１〜３のいずれかに記載の基板接続検査装置。
【請求項５】
前記信号分配基板部では、前記測定器本体から送られる信号を前記第１プローブへ送るマイクロストリップラインおよびストリンプラインのいずれかによる配線構造が形成され、
前記中継基板部では、前記第１プローブから送られる信号を前記第２プローブへ送るマイクロストリップラインおよびストリンプラインのいずれかによる配線構造が形成された、請求項１〜４のいずれかに記載の基板接続検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板接続検査装置に関し、特に、半導体装置を実装した実装基板と半導体装置との接続部分を検査するための基板接続検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のパッケージの一形態に、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ：Ball Grid ArRay）がある。ボールグリッドアレイでは、パッケージの底面にはんだボールがグリッド状に配設されており、このはんだボールを介してプリント基板等との接続が行われる。また、他の形態として、ＳＯＪ（Small Outline J-leaded）がある。ＳＯＪでは、パッケージにおいて互いに対向する側部から突出した複数のリードがパッケージの底面に向かって内側に曲げられており、その曲げられた部分がプリント配線基板にはんだ付けされる。
【０００３】
このようなパッケージでは、プリント基板（実装基板）とのはんだによる接続部分の接続状態を目視では確認することはできず、たとえば、Ｘ線による検査が行われる。しかしながら、Ｘ線では、スキャン精度が荒く、実際に検査したい接続部分の微小な亀裂等による接続不良箇所を見つけるのは極めて困難である。
【０００４】
そこで、このようなパッケージとプリント基板との接続部分の検査手法として、電気的な検査が重要度を増してきている。たとえば、特許文献１では、ＴＤＲ（Time Domain Reflectmetry：時間領域反射測定装置）を利用したはんだ付け検査装置が提案されている。ＴＤＲを利用した検査手法では、高周波プローブをを介して、パッケージが実装されたプリント基板に立ち上がりの急峻なパルス波を印加し、その反射特性によってはんだボール等の接続部分の接続信頼性が検査されることになる。
【０００５】
プリント基板上の多数のＢＧＡや回路を測定するため、百ピン以上の多ピンのプローブを用い、一括して測定することによって測定時間の短縮を図っている。また、ＴＤＲ測定器の出力は１〜２チャネルあり、この出力を切り替え分配することで、数百程度存在するピン（プローブ）にパルス波が送られる。出力の切り替えには主にリレーが用いられる。プローブは、測定対象のプリント基板の電極構造（配置）に対応するように製作されている。このＴＤＲによる測定手法の他には、バウンダリスキャンを用いた検査手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
従来の基板接続検査装置は、電気的特性を測定するＴＤＲ測定器と、ＴＤＲ測定器から送られるパルス信号を分配して出力する信号分配基板部とを備えている。信号分配基板部には、測定対象のプリント基板の電極配置に対応したプローブが配設されている。したがって、信号分配基板部としては、プリント基板の電極配置に対応した測定対象ごとに信号分配基板部を用意する必要がある。また、信号分配基板部には、パルス信号を分配する高周波リレー等が搭載されている。信号分配基板部とＴＤＲ測定器とは、同軸ケーブルによって接続されている。この同軸ケーブルと信号分配基板部との接続箇所は、十数か所存在する。
【０００８】
このため、電極配置が異なるプリント基板を測定しようとして、信号分配基板部を取り替えようとすると、同軸ケーブルと信号分配基板部との取り外しと取り付け作業に時間を要することになる。また、新たな信号分配基板部のセッティングにも時間を要することになる。
【０００９】
本発明は、測定対象として異なる電極配置を有するプリント基板を含む被測定基板部の測定を容易に行なうことのできる基板接続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】
【００１０】
本発明に係る基板接続検査装置は、測定器本体と信号分配基板部と中継基板部とを有している。信号分配基板部は、測定器本体に電気的に接続され、測定器本体から送られる信号を分配する。中継基板部は、信号分配基板部と測定に係る被測定基板部との間に配置される。信号分配基板部は、中継基板部に電気的に接続される複数の第１プローブを備えている。中継基板部は、複数の第１プローブに電気的に接続される中継基板本体と、中継基板本体に電気的に接続され、測定に係る被測定基板部の電極の配置に対応するように配置されてそれぞれ所定の電極に接触する複数の第２プローブとを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る基板接続検査装置によれば、種類が異なる被測定基板部を測定しようとする際に、その種類に対応した中継基板部に取り替えるだけでよく、信号分配基板部の煩雑な取替え作業を行う必要がなくなる。その結果、測定対象として、より多くの種類の被測定基板部を容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板接続検査装置を示す分解正面図である。
【図２】同実施の形態において、信号分配基板部を示す底面図である。
【図３】同実施の形態において、中継基板部を示す部分上面図である。
【図４】同実施の形態において、図３に示す断面線ＩＶ−ＩＶにおける部分断面図である。
【図５】同実施の形態において、信号分配基板部を示す部分底面図である。
【図６】同実施の形態において、基板接続検査装置による検査方法を説明するための正面図である。
【図７】同実施の形態において、ＴＤＲ測定器から送られるパルス信号を示すグラフである。
【図８】同実施の形態において、反射波の測定結果の一例を示すグラフである。
【図９】同実施の形態において、基準波形に対する反射波形のずれの一態様を示すグラフである。
【図１０】同実施の形態において、基準波形に対する反射波形のずれの他の態様を示すグラフである。
【図１１】同実施の形態において、中継基板プローブの配置構造の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に係る基板接続検査装置について説明する。図１に示すように、基板接続検査装置１は、ＴＤＲ測定器３、信号分配基板部５および中継基板部２１を備えている。信号分配基板部５は、信号分配基板本体７、中継基板プローブ９および高周波リレー１１を備え、中継基板部２１は、中継基板本体２３および被測定基板プローブ２５を備えている。
【００１４】
各部の構造について詳しく説明する。図１および図２に示すように、信号分配基板部５では、信号分配基板本体７の一方の表面に高周波配線１３が形成されて、高周波リレー１１が実装されている。信号分配基板本体７の他方の表面には、中継基板プローブ９が立設されている。ＴＤＲ測定器３から送られるパルス信号は高周波リレー１１によって分岐され、分岐されたパルス信号は高周波配線１３を介して対応する中継基板プローブ９へ送られる。
【００１５】
高周波配線１３は、複数の層（多層配線）に分かれることなく、高周波リレー１１が実装された信号分配基板部５の表面において単層態様にて形成されている。これは、高周波のパルス信号が多層配線間をヴィアを介して流れることによるパルス信号の劣化をできるだけ防ぐためである。高周波配線１３の配線構造として、マイクロストリップラインおよびストリンプラインのいずれかによる配線構造が望ましい。高周波配線１３と中継基板プローブ９とは、信号分配基板本体７を貫通するヴィア１５によって電気的に接続されている。
【００１６】
中継基板プローブ９は、信号分配基板部５と中継基板部２１とを電気的に接続するプローブである。図３、図４および図５に示すように、中継基板プローブ９の配置構造として、たとえば、１本の信号プローブ９ａを、それぞれ接地電位に固定された２本のＧＮＤプローブ９ｂにより挟み込むように配置したＧＳＧ構造が採用されている。本基板接続検査装置１では、中継基板プローブ９の一端部は収縮可能とされ、他端部は信号分配基板本体７に立設されている。
【００１７】
中継基板部２１では、中継基板本体２２の一方の表面に電極２３が形成されている。電極２３は、中継基板プローブ９の配置に対応するように形成されている。測定時には、この電極２３に中継基板プローブ９の一端部が接触することになる。中継基板本体２２の他方の表面には、高周波配線２６が形成され、その高周波配線２６に被測定基板プローブ２４が立設されている。高周波配線２６の配線構造として、マイクロストリップラインおよびストリンプラインのいずれかによる配線構造が望ましい。
【００１８】
図１に示すように、被測定基板プローブ２４は、測定対象とされるプリント配線基板を含む被測定基板部３１に形成された電極３７の配置に対応するように配設されている。高周波配線２６と電極２３とは、中継基板本体２２を貫通するヴィア２５によって電気的に接続されている。本基板接続検査装置１では、被測定基板プローブ２４の一端部は収縮可能とされ、他端部は中継基板本体２２に固定されている。また、電極２３は、ヴィア２５のランドとして形成されている。
【００１９】
なお、測定対象とされる被測定基板部３１では、プリント配線板等の被測定基板本体３３の一方の表面にボールグリッドアレイＩＣ３５がはんだ付けされている。被測定基板本体３３の他方の表面には、ボールグリッドアレイＩＣ３５の所定のはんだボールと電気的に接続される電極３７が形成されている。
【００２０】
次に、各プローブについてさらに詳しく説明する。まず、被測定基板プローブ２４は被測定基板部３１の電極３７の配置に対応させて配設されている。被測定基板部３１は、測定対象とされるプリント基板であり、家電製品や車載製品等に内蔵されているプリント基板である。これらのプリント基板には高周波用の機能が付加されているわけではなく、また、その電極３７も検査のために別途設けられた電極だけではない。
【００２１】
本基板接続検査装置１では、このような電極３７だけではなく、被測定基板部３１の電気配線のために設けられたヴィアや電子部品をはんだ付けする際のパッドなどを利用する。被測定基板プローブ２４は、これらの配置に対応して配設する必要があり、被測定基板プローブ２４の配置構造として、高周波特性を確保するためのＧＳＧ構造を採用することが難しい場合が多い。そのため、被測定基板プローブ２４としては、その長さができるだけ短いプローブを適用することが望ましい。
【００２２】
一方、被測定基板プローブが被測定基板部に接触する際の圧力（接圧）が低い場合や、被測定基板部の被測定基板本体が元来有している歪によって、被測定基板プローブが被測定基板部に良好に接触せず、接触不良が発生する場合がある。
【００２３】
このような接触不良を防止するには、被測定基板プローブ２４を収縮可能として、その稼動長さを１．２ｍｍ以上にすることが望ましい。また、被測定基板部３１では、はんだ付け等を行う際にフラックス等が使用されるため、このフラックスが電極３７に付着する場合がある。このような場合に電気的な接触を確保するため、被測定基板プローブ２４の接圧を高くする必要があり、その接圧を０．９８Ｎ以上にすることが望ましい。このような制約から、被測定基板プローブ２４としては、全長が１１ｍｍ前後、稼動長が１〜２ｍｍ程度、接圧が０．９８Ｎ〜２．００Ｎのプローブが望ましい。
【００２４】
次に、中継基板プローブ９は、信号分配基板部５と中継基板部２１とを電気的に接続するプローブである。信号分配基板部５と中継基板部２１では、パッドとして、汚染されていない専用の金めっき製のパッドが適用される。また、電極の構造として、高周波特性が保持された構造が適用されている。さらに、信号分配基板本体７と中継基板本体２２とが元来それぞれ有する歪も小さな状態で利用することができる。このため、中継基板プローブ９としては、その接圧を任意に選択することができ、被測定基板ブローブよりも選択肢が広い。
【００２５】
次に、上述した基板接続検査装置による被測定基板部の測定について説明する。図６に示すように、測定を行なう際には、まず、信号分配基板部５の中継基板プローブ９が対応する中継基板部２１の電極２３に接触する態様で、信号分配基板部５に中継基板部２１が取付けられる。また、このとき、必要に応じて、ばね１９を含む中継基板プローブ長さ調整機構１７によって、中継基板プローブ９の長さが調整される。
【００２６】
次に、その中継基板部２１の被測定基板プローブ２４が対応する被測定基板部３１の電極３７に接触するように、中継基板部２１に被測定基板部３１が取付けられ、基板押え機構４１によって、被測定基板部３１が中継基板部２１の側に付勢される。このとき、ばね２８を含む被測定基板プローブ長さ調整機構２７によって、被測定基板プローブ２４の長さが調整される。
【００２７】
次に、図７に示すように、ＴＤＲ測定器３から高速に立ち上がるパルス信号５１を発生させ、発生したパルス信号５１は、信号分配基板部５の中継基板プローブ９および中継基板部２１の被測定基板プローブ２４を経て、被測定基板部３１へ送られる。被測定基板プローブ２４では、被測定基板部３１へ送られたパルス信号が反射されて戻ってきた電圧が同時に検知され、ＴＤＲ測定器３によって、その検知された電圧に基づいて反射波形が観測される。観測された反射波形によって、被測定基板部の良否が判定されることになる。すなわち、事前に測定した良品の被測定基板部の反射波形に対して、測定対象の被測定基板部の反射波形がずれていなければ、その被測定基板部は良品であると判定される。
【００２８】
ここで、その反射波形のズレについて説明する。図８に示すように、ＴＤＲ測定器３によって測定される反射波形は、縦軸が電圧で横軸が時間である。良品であるか不良品であるかの判定に際しては、電圧および時間の双方が判断されて、良品の反射波形に対して、電圧および時間のいずれか一方でもずれた場合（ずれ５３）には、その被測定基板部は不良品と判定されることになる。
【００２９】
反射波形はＴＤＲ測定器３によって測定されるため、その測定系の経路の長さ５２（図７参照）が変化すると、測定される反射波形に時間のずれ５３（図８参照）が発生する。ＴＤＲを利用した測定では、測定系の距離精度や時間精度が重要になる。これは、被測定基板部３１へのパルス信号の到達時間が変化すれば、仮に、測定対象の被測定基板部が良品であったとしても、反射波形を比較する際に、この被測定基板部を不良品と判定してしまうからである。
【００３０】
実際の測定では、温度等の条件によって測定系の線路長５２が熱膨張により変化する。また、パルス発生源であるＴＤＲ測定器３自体も半導体スイッチを利用しているため、温度によってパルス信号が立ち上がるタイミングなどがずれる場合がある。これらは、反射波形が時間軸方向にずれてしまう要因となる。
【００３１】
ＴＤＲ測定器３から出力されるパルス信号は、ＴＤＲ測定器３と被測定基板部３１との間（測定系の線路）を、電磁波の伝播する速度で伝播して、被測定基板部３１に到達する。一方、被測定基板部１において反射される反射波は、パルス信号と同じ測定系の線路を伝搬してＴＤＲ測定器３に到達する。
【００３２】
ここで、電磁波の伝播速度をａ（ｍ／ｓ）とし、測定系の線路長をｂ（ｍ）とすると、ＴＤＲ測定器３からパルス信号が出力されてから反射波がＴＤＲ測定器３により観測されるまでの時間ｔ（ｓ）は、関係式ｔ＝ａ×２ｂによって求められる。この関係式は、測定系の線路の長さ（距離）が変化しても、パルス信号の立ち上がりタイミング（時間）が変化しても、その変化は反射波形が時間軸方向へずれてしまう誤差となることを意味する。
【００３３】
このような変化は、ＴＤＲ測定器３によって観測される反射波の反射波形に基づいて行う被測定基板部の良否判定に大きな影響を与えることになる。一方、このような変化（誤差）を、時間軸方向にマージンを有するようにソフトウェアのアルゴリズムを変更しようとすると、そのマージンの分だけ測定精度を下げることになる。
【００３４】
上述した基板接続検査装置１では、中継基板プローブ９の長さを稼動長の範囲内で所定の長さに設定することで、測定系の線路の長さ（距離）や、パルス信号の立ち上がりタイミング（時間）の変化に対してこれを補正することができる。測定の経験上、マージンの幅は２０ｐ程度必要とされる。光の進む速度を２．９９８×１０11ｍｍ／ｓとすると、時間２０ｐＳに相当する長さ（距離）は約３ｍｍになる。そうすると、中継基板プローブ９の稼動範囲は３．５ｍｍ以上必要とされる。
【００３５】
ここで、中継基板プローブ９の長さを変えることによる補正の一例について説明する。良品の被測定基板部の反射波形を基準波形とし、その良品の被測定基板を測定して観測される反射波形が基準波形と重なるように、中継プローブ９の長さを調整する。まず、図９に示すように、測定される反射波形６２が、基準波形６１に対して時間軸の負の方向にずれて観測される場合には、反射波形を時間軸の正の向にずらして基準波形と一致させるために、中継基板プローブ長さ調整機構１７によって、中継基板プローブ９の長さがより長くなるように調整する。一方、図１０に示すように、測定される反射波形６２が、基準波形６１に対して時間軸の正の方向にずれて観測される場合には、反射波形を時間軸の負の向にずらして基準波形と一致させるために、中継基板プローブ長さ調整機構１７によって、中継基板プローブ９の長さがより短くなるように調整する。
【００３６】
中継基板プローブ９は、測定系の線路の一部になるため、その特性インピーダンスを測定系の特性インピーダンスに合わせる必要がある。上述した基板接続検査装置１では、特性インピーダンスを合わせる中継基板プローブ９の配置構造として、ＧＳＧ構造が採用されている。ＧＳＧ構造のすべての中継基板プローブ９が、同時に同じ量だけその長さが調整されることで、稼動長さに関係なく特性インピーダンスが保持されることになる。中継基板プローブ９の長さは、中継基板プローブ長さ調整機構１７として、ばね１９によって信号分配基板本体７から離れる態様で付勢される中継基板本体２２を、ナットを締めたり緩めたりして、信号分配基板本体７と中継基板本体２２との間隔を変えることによって所定の長さに調整されることになる。
【００３７】
上述した基板接続検査装置１によれば、このようなインピーダンス整合が図られる信号分配基板部５に加えて、測定対象の被測定基板部の種類に対応した中継基板部２１を備え、その中継基板部２１を被測定基板部３１と信号分配基板部５との間に介在させている。これにより、種類が異なる被測定基板部を測定しようとする際に、その種類に対応した中継基板部２１に取り替えるだけでよく、同軸ケーブルと信号分配基板部との取り外しや取り付け作業等を行う等の信号分配基板部の煩雑な取替え作業を行う必要がなくなる。その結果、測定対象として、より多くの種類の被測定基板部を容易に測定することができる。
【００３８】
しかも、この基板接続検査装置１では、高周波信号を分配するための高周波リレー等が必要とされるためにコストを要する信号分配基板部５を共通化することができる。これにより、多くの種類の被測定基板部をより低コストで測定することができる。また、信号分配基板部５として多層構造の基板を適用する必要がないため、多層構造に伴って配線が複雑になることもなく、高周波特性を悪化させることもない。
【００３９】
さらに、上述した基板接続検査装置１は、中継基板プローブ９の長さを変える中継基板プローブ長さ調整機構１７を備えている。これにより、測定系の線路長５２の変化やパルス信号の立ち上がるタイミングの変化に対して、良品の被測定基板部の反射波形が基準波形に一致するように、中継基板プローブ長さ調整機構１７によって、中継基板プローブ９の長さが調整される。その結果、本来良品である被測定基板部を不良品であると誤って判定することがなくなり、より精度の高い良品判定を行うことができる。
【００４０】
なお、上述した基板接続検査装置１では、中継基板プローブ長さ調整機構１７として、ナットの締め付け量によって、中継基板プローブ９の長さを調整する場合を例に挙げて説明したが、この他に、たとえば、メカニカルステージを用いて中継基板プローブ９の長さを調整するようにしてもよい。
【００４１】
また、中継基板プローブ９の配置構造として、ＧＳＧ構造を例に挙げて説明した。中継基板プローブ９の配置構造としては、中継基板プローブ９の特性インピーダンスを測定系の特性インピーダンスに整合させることができる配置構造であれば、ＧＳＧ構造に限られない。中継基板プローブ９のうち、パルス信号が伝達される信号プローブを中心として、点対称になる位置に接地電位に固定されたＧＮＤプローブを配置させる構造でもよい。このような配置構造とすることで、ＧＮＤプローブの数を２本、４本あるいは６本以上配置させることができる。
【００４２】
また、図１１に示すように、信号プローブ９ｃを中心とする円周７１に沿って複数のＧＮＤプローブ９ｄを等間隔（距離７３）になるように配置してもよい。領域的に可能な限りより多くのＧＮＤプローブ９ｄを設けることで高周波特性を向上させることができる。さらに、中継基板プローブとして、一端部が収縮可能とされ、他端部は信号分配基板本体７に固定されている中継基板プローブ９を例に挙げて説明したが、両端部が収縮可能な中継プローブを適用してもよい。また、被測定基板プローブについても、一端部が収縮可能とされ、他端部は中継基板本体２２に固定されている被測定基板プローブ２４を例に挙げて説明したが、両端部が収縮可能な被測定基板プローブを適用してもよい。
【００４３】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、半導体装置を実装した実装基板と半導体装置との接続部の検査に有効に利用される。
【符号の説明】
【００４５】
１  基板接続検査装置、３  ＴＤＲ測定器、５  信号分配基板部、７  信号分配基板本体、９  中継基板プローブ、９ａ  信号プローブ、９ｂ  ＧＮＤプローブ、９ｃ  信号プローブ、９ｄ  ＧＮＤプローブ、１１  高周波リレー、１３  高周波配線、１５  ヴィア、１７  中継基板プローブ長さ調整機構、１９  ばね、２１  中継基板部、２２  中継基板本体、２３  電極、２４  被測定基板プローブ、２５  ヴィア、２６  高周波配線、２７  被測定基板プローブ長さ調整機構、２８  ばね、３１  被測定基板部、３３  被測定基板本体、３５  ボールグリッドアレイＩＣ、３７  電極、４１  基板押さえ機構、５１  パルス信号、５２  測定系の線路長、５３  ずれ、６１  基準波形、６２  測定波形、７１  円周、７３  距離。
【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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