(57)【要約】【課題】ＴＤＲ測定の位置検出分解能の範囲内に設けられているスルーホールと電子部品の接続部とのうち、どちらかが断線している場合に断線箇所を特定する。【解決手段】一実施の形態によるプリント基板２０の検査方法では、ＴＤＲ測定によって、互いに近接するスルーホール２２および電子部品１０の接続部１１のうちいずれか一方で断線していると判定された場合に、スルーホール２２に導電性物質６１が注入される。そして、導電性物質６１の注入後にＴＤＲ法によってプリント基板２０の断線部を再測定し、再測定結果に基づいてスルーホール２２および電子部品１０の接続部１１のどちらが断線しているかが判定される。【選択図】図４
2015007552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板の検査方法であって、
前記プリント基板は、
スルーホールを含む配線パターンと、
前記スルーホールを覆うように前記配線パターンに接続された電子部品とを含み、
前記スルーホールと前記電子部品の接続部とは、ＴＤＲ（Time  Domain  Reflectometry）法の分解能の範囲内にあり、
ＴＤＲ法によって前記プリント基板を測定する第１の測定ステップと、
前記第１の測定ステップの測定結果に基づいて、前記プリント基板に断線が生じているか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第１の判定ステップによって、前記スルーホールおよび前記電子部品の接続部のいずれか一方で断線していると判定された場合に、前記スルーホールに導電性物質を注入するステップと、
前記導電性物質の注入後に、ＴＤＲ法によって前記プリント基板の前記スルーホールおよび前記電子部品の接続部を再測定する第２の測定ステップと、
前記第２の測定ステップの測定結果に基づいて、前記スルーホールおよび前記電子部品の接続部のどちらが断線しているかを判定する第２の判定ステップとを備える、プリント基板の検査方法。
【請求項２】
前記第１および第２の測定ステップの各々は、
信号生成器で生成したステップ電圧を、プローブを介して前記配線パターン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ステップ電圧を、前記プローブを介して検出するステップとを含む、請求項１に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項３】
前記第１の判定ステップは、
参照用プリント基板について予めＴＤＲ測定を行った結果と、検査用プリント基板での前記第１の測定ステップの測定結果とを比較し、ある検査部位からの反射が検出される第１の時刻までは、前記参照用プリント基板のインピーダンスと前記検査用プリント基板のインピーダンスとの差が第１の基準値以内であり、前記第１の時刻以降に前記検査用プリント基板のインピーダンスが前記第１の基準値を超えて増大している場合に、前記検査部位が断線していると判定するステップを含む、請求項２に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項４】
前記第２の判定ステップは、
前記スルーホールからの反射が検出される第２の時刻において、前記第１の測定ステップでの測定結果に基づく前記検査用プリント基板のインピーダンスと、前記第２の測定ステップでの測定結果に基づく前記検査用プリント基板のインピーダンスとの差が、第２の基準値以内の場合に前記電子部品の接続部が断線していると判定し、前記第２の測定ステップでの測定結果に基づく前記検査用プリント基板のインピーダンスが前記第２の基準値を超えて減少している場合に、前記スルーホールが断線していると判定するステップを含む、請求項３に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項５】
前記第２の判定ステップは、
ＴＤＲ測定によって参照用プリント基板から検出された反射波形と、前記電子部品が接続されていない参照用プリント基板からＴＤＲ測定によって検出された反射波形とに基づいて、前記スルーホールの抵抗値を複数仮定した場合における、各抵抗値に対応する複数の反射波形を合成するステップと、
前記第２の測定ステップで検出された反射波形と合成された複数の反射波形との比較に基づいて、前記スルーホールと前記電子部品の接続部とのどちらで断線が生じているかを判定するステップとを含む、請求項３に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項６】
前記第２の判定ステップは、さらに、
前記第２の測定ステップでの測定結果に基づく反射波の微分波形またはインピーダンスの微分波形と、前記参照用プリント基板に対するＴＤＲ測定結果に基づく反射波の微分波形またはインピーダンスの微分波形とを比較することにより、前記導電性物質が過剰に充填されているか否かを判定するステップを含む、請求項４または５に記載のプリント基板の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の不良箇所を電気的に検査する検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在エレクトロニクス分野においてプリント基板は必要不可欠である。通常、プリント基板には、多層の配線パターン間を接続するために、表面をメッキしたスルーホールが形成されている。スルーホールは、熱衝撃等を受け続けると熱応力の影響を受けて、断線し不良に至る場合がある。同様に、電子部品のはんだ接続箇所も熱応力の影響を受けやすく、断線し不良に至る場合がある。
【０００３】
このようなプリント基板の不良個所を電気的に検査する方法として、バウンダリースキャンなどのＩＣＴ（In-Circuit  Tester）や、ＴＤＲ法（Time  Domain  Reflectometry：時間領域反射率測定法）などが一般に知られている。ＴＤＲ法を用いた検査法は、ＩＣＴに比べて予め検出回路を内蔵する必要がなく、さらには断線位置を特定することが可能になるという利点がある（たとえば、特開２０１０−１６４４２７号公報（特許文献１）および特開平９−０６１４８６号公報（特許文献２）などを参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６４４２７号公報
【特許文献２】特開平９−０６１４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＤＲ測定による位置検出には１〜２ｍｍ程度の誤差があり、この誤差範囲が位置検出の分解能となっている。したがって、この分解能の範囲内に複数の断線箇所がある場合には、従来のＴＤＲ法ではどこで断線しているかを特定することは困難である。
【０００６】
たとえば、スルーホールを覆うようにＢＧＡ（Ball  Grid  Array）パッケージが実装されている場合には、従来のＴＤＲ法を用いる限り、スルーホールの断線かＢＧＡの断線かを識別することが困難である。この場合、断線箇所がＢＧＡパッケージで覆われているので、ＢＧＡパッケージを取り外さない限り、目視や抵抗測定器（電気テスター）によって断線箇所を特定することもできない。
【０００７】
この発明は上記の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、ＴＤＲ測定の位置検出分解能の範囲内に設けられているスルーホールと電子部品の接続部とのうち、どちらかが断線している可能性がある場合に、どちらで断線しているかを容易に特定することが可能なプリント基板の検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施の形態によるプリント基板の検査方法では、ＴＤＲ測定によって、互いに近接するスルーホールおよび電子部品の接続部のうちいずれか一方で断線していると判定された場合に、スルーホールに導電性物質が注入される。そして、導電性物質の注入後にＴＤＲ法によってプリント基板の断線部を再測定し、再測定結果に基づいてスルーホールおよび電子部品の接続部のどちらが断線しているかが判定される。
【発明の効果】
【０００９】
上記の実施の形態によれば、ＴＤＲ測定による位置検出の分解能の範囲内に設けられたスルーホールと電子部品の接続部とのうちどちらで断線が生じているかを、ＴＤＲ測定を応用することにより検出可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１によるプリント基板の検査方法で用いられる検査装置の全体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のインターフェース部、および検査対象のプリント基板の概略的な構成を示す図である。
【図３】図２のプリント基板の一部の拡大図である。
【図４】スルーホールへの導電性物質の注入方法を説明するための図である。
【図５】スルーホールに導電性物質を過剰に注入した場合について説明するための図である。
【図６】スルーホールに導電性ゲルを注入する方法について説明するための図である。
【図７】実施の形態１による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８】プリント基板の等価回路を模式的に表わした図である。
【図９】ＴＤＲ測定機の出力電圧と検出電圧との関係を説明するための図である。
【図１０】被測定物のインピーダンスの等価回路図である。
【図１１】良品のプリント基板の場合のＴＤＲの測定波形と、スルーホールの完全断線時のＴＤＲ測定波形とから合成された合成波形の例を示す図である。
【図１２】実施の形態２による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】
【００１１】
以下、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。
【００１２】
＜実施の形態１＞
［プリント基板検査装置の全体構成］
図１は、実施の形態１によるプリント基板の検査方法で用いられる検査装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１を参照して、プリント基板検査装置１は、プリント基板の電気的な異常、特に電子部品のはんだ接続部の断線およびスルーホールの断線などを検査する。プリント基板検査装置１は、ＴＤＲ測定機４０と、インターフェース部３０と、制御部としてのコンピュータ５０とを含む。
【００１４】
ＴＤＲ測定機４０は、急峻な立上がりのステップ電圧（パルス波）を出力する信号発生器４１と、信号発生器４１から出力されたステップ電圧（パルス波）の立上がり部分の反射波形を測定するオシロスコープ４６とを含む。信号発生器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。信号発生器４１から出力されたステップ電圧（パルス波）は、インターフェース部３０およびプローブ３２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、ステップ電圧（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、プローブ３２およびインターフェース部３０を介して検出する。オシロスコープ４６によって検出された反射波は、デジタル変換されてコンピュータ５０に入力される。
【００１５】
図２は、図１のプリント基板検査装置１のインターフェース部３０、および検査対象のプリント基板２０の概略的な構成を示す図である。図２では、断面部分にハッチングが付されている。
【００１６】
図２を参照して、プリント基板２０は、配線パターンが形成された絶縁性の基板２１（すなわち、プリント配線板）上に、多数の電子部品が実装されたものである。配線パターンの途中には、表面がメッキされたスルーホール２２が設けられている。スルーホールによって多層の配線パターン間が電気的に接続される。
【００１７】
図２では、さらに、ＩＣ（Integrated  Circuit）パッケージ１０（ＢＧＡパッケージ１０とも称する）がスルーホール２２の近傍に実装されている様子が示されている。ＩＣパッケージ１０は、パッケージの裏面に格子状に形成されたはんだボール１１によって配線パターンにはんだ接続される。このような実装方式をＢＧＡ（Ball  Grid  Allay）と称する。ＢＧＡでは、はんだ接続部がパッケージの裏面にあるために、目視によるはんだ接続状態の検査が困難である。さらに、図２の場合には、スルーホール２２がＩＣパッケージ１０によって覆われているために、スルーホール２２の断線の有無を目視や電気テスター等で検査することも困難である。
【００１８】
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、プリント基板２０の検査部位近傍の配線パターンおよびスルーホール２２などに接触させるための複数のプローブ３２と、複数のプローブ３２が埋め込まれた図示しない絶縁性のブロックとを含む。プローブ３２は、プリント基板２０の複数の検査部位を一度で検査するために複数個設けられているが、１個のプローブを複数個所に順次接触させて検査する構成も可能である。なお、複数のプローブ３２のうちの１つは、プリント基板２０のアースと接続するために用いてもよい。
【００１９】
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に個別に対応し、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の経路に設けられる。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、ＴＤＲ測定機４０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の複数の検査箇所を順々に検査する。
【００２０】
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（ＣＰＵ：Central  Processing  Unit）、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５３と、記憶部５２と、判定部５１とを含む。これらの機能は、コンピュータ５０によってプリント基板の検査プログラムが実行されることによって実現される。
【００２１】
測定制御部５３は、信号発生器４１がステップ電圧（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５３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、検査部位とＴＤＲ測定機４０とを選択的に接続する。こうして、信号発生器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およびプローブ３２を順に通過してプリント基板の検査部位に到達する。プリント基板からの反射波は逆の経路をたどって信号発生器４１に戻り、オシロスコープ４６によって検出される。
【００２２】
記憶部５２は、正常な参照用プリント基板を用いて予め測定した反射波の電圧波形を基準波形として記憶する。基準波形は、多数の参照用プリント基板で測定された反射波形の平均値とするのが好ましい。さらに、記憶部５２には、その基準波形を、信号発生器４１からプリント基板側を見たインピーダンスに変換した波形、さらにそれらの波形の微分波形を記憶しておくのが好ましい。
【００２３】
判定部５１は、検査用プリント基板についてのＴＤＲ測定結果と、参照用プリント基板についてのＴＤＲ測定結果とを比較することによって、検査用プリント基板に断線が生じているか否かを判定する。検査用プリント基板上のある検査部位で断線が生じ、当該検査部位のインピーダンスが増加している場合には、当該検査部位からの反射が検出される時刻以降において、検出された反射波の電圧が参照用プリント基板の場合に比べて増加する。
【００２４】
ＴＤＲによって測定した反射波形を、信号発生器４１から検査対象のプリント基板側を見たインピーダンス波形に変換し、変換後のインピーダンス波形を参照用プリント基板についてのインピーダンス波形と比較することによって、検査用プリント基板の断線を検出することもできる。
【００２５】
具体的に、信号発生器４１の出力電圧（ステップ電圧値）をＶａとし、信号発生器４１の出力インピーダンスをＺ０とし、測定した反射電圧を時間ｔの関数としてＶｂ（ｔ）とすれば、プリント基板側を見たインピーダンスＺ１（ｔ）は、
Ｚ１（ｔ）＝Ｖｂ（ｔ）×Ｚ０／（Ｖａ−Ｖｂ（ｔ））      …(1)
で表される。なお、信号発生器４１の出力インピーダンスをＺ０は、高周波ケーブル３７の特性インピーダンスに等しく設定される。
【００２６】
上記の場合、ある検査部位からの反射波が検出される時刻以降において、検査用プリント基板でのインピーダンスが、参照用プリント基板でのインピーダンスに比べて増加している場合に、当該検査部位が断線していると判定できる。この場合、たとえば、多数の参照用プリント基板について測定された測定値の３σ（σは標準偏差）を基準値として、検査用プリント基板で検出されたインピーダンス値と参照用のインピーダンス値との差がこの基準値を超えている場合に断線と判定するのが望ましい。
【００２７】
ＴＤＲ測定による反射波の微分波形またはインピーダンス波形の微分波形によって、検査用プリント基板と参照用プリント基板とを比較するようにしてもよい。ある検査部位が断線している場合には、電圧波形またはインピーダンス波形は、当該検査部位からの反射が検出される時刻以降で参照用プリント基板の場合に比べて全体的に増加する。これに対して、微分波形の場合には、当該検査部位からの反射が検出される時刻付近でのみ検査用プリント基板と参照用プリント基板とで違いが生じるので、断線した部位の位置判定が容易になる。特にプローブの接触不良の場合にはプローブからの反射が検出される時刻付近でのみ微分波形に異常が生じるので、プローブの接触不良とプリント基板の断線とを区別して検出するのが容易になる。
【００２８】
微分波形を用いると、さらに、短絡故障など断線以外の故障を断線故障と区別して検出できる。プリント基板に短絡故障が生じている場合には、短絡経路を介して入射ステップ電圧（パルス波）が伝搬し、その反射波形が正常な反射波形に合成された波形をＴＤＲ測定機で測定することになる。このため、検査用プリント基板と参照用プリント基板とで、当該短絡箇所が検出される時刻以降の微分波形が全く異なるようになる。たとえば、極値をとる時刻が全く異なるようになるので、断線による故障と短絡故障とを容易に識別できる。
【００２９】
［スルーホールの断線か否かの見極め方法］
図３は、図２のプリント基板２０の一部の拡大図である。図３では、断面部分にハッチングが付されている。
【００３０】
図３を参照して、プリント基板上の断線原因の多くは、熱応力による疲労を受けやすいはんだ接続部やプリント基板のスルーホールである。たとえば、図３では、スルーホール２２の内壁面のメッキ部分で断線２３が生じている場合、およびＢＧＡパッケージ１０のはんだ接続部（はんだボール）１１で断線１２が生じている場合が示されている。
【００３１】
ここで、近年のＢＧＡパッケージでは、はんだボール間の間隔が０．６ｍｍピッチ程度の狭ピッチのものが増えている。そのため、スルーホール２２とはんだボール１１との間の距離が短くなる傾向にあり、その距離は１ｍｍ程度である。
【００３２】
一方、ＴＤＲでの位置検出には１ｍｍ程度の誤差がある。すなわち、１ｍｍ程度がＴＤＲ測定の分解能（位置検出精度）になっている。したがって、１ｍｍ程度以内で２箇所断線している可能性がある場合には、断線箇所の判別が困難である。図３の例では、スルーホール２２とＢＧＡパッケージ１０のはんだ接続部１１のうちいずれか一方で断線が生じている場合、どちらで断線が生じているのかをＴＤＲ測定で区別することは困難である。
【００３３】
特に、図３の場合には、スルーホール２２の上部にＩＣパッケージ１０が実装されているため、断線箇所を目視で確認することも困難であるし、スルーホール２２の両端に電気テスターのプローブを当てて、スルーホール２２の抵抗値を測定することによって断線の有無を検出することも困難である。このような問題は、ＢＧＡパッケージを実装している多くのプリント基板で共通する問題である。
【００３４】
本実施の形態のプリント基板の検査方法では、断線箇所がスルーホール２２であるか、はんだ接続部（はんだボール）１１であるかを見極めるため、液体、ゲル（ジェル）、ゾル、またはペーストなどの形態を有する導電性物質をスルーホール２２内に注入する。この結果、スルーホール２２が断線している場合には、スルーホール２２が一時的に導電状態になる。そして、導電性物質の注入後に再度、検査用プリント基板に対してＴＤＲ測定を行い、導電性物質の注入前と比べて検査部位のインピーダンスが低下していればスルーホール２２の断線と判断でき、インピーダンスに変化がなければはんだ接続部（はんだボール）１１の断線（もしくは、可能性は小さいが、両方の断線）と判断できる。
【００３５】
導電性物質として、液体、ゲル（ジェル）、ゾル、またはペーストなどの形態のものを利用するので、ＴＤＲ測定後に導電性物質を除去することができる。すなわち、本実施の形態のプリント基板の検査方法は、不良部位を保全した非破壊の検査方法である。したがって、導電性物質の除去後に、断面解析などの物理解析が可能である。
【００３６】
［導電性物質の注入方法］
図４は、スルーホール２２への導電性物質６１の注入方法を説明するための図である。図４では、導電性物質の流動性が高い（粘性が低い）場合の例を示している。たとえば、イオン性液体や導電性銀ペーストなどが例として挙げられる。
【００３７】
図４に示すように、プリント基板２０のＢＧＡパッケージ１０が実装されていない面から、スルーホール２２内に細針注射器６０により液体状の導電性物質６１が注入される。導電性物質６１が断線部に影響する程度により導電状態（すなわち、スルーホール２２の抵抗値）が変化する。
【００３８】
極めて少量の導電性物質６１を注入するため、導電性物質６１がスルーホール２２内にどのように充填されるか、その状態によりＴＤＲ測定結果が影響を受ける。したがって、導電性物質６１は少量から注入し、徐々に量を増やし、予め最大注入量を決めておくのが好ましい。導電性物質６１がスルーホール２２から漏れ出すのを防ぐためである。
【００３９】
最大注入量に関しては検査対象のプリント基板の厚み、スルーホールの直径、およびスルーホールの製造方法により異なるため、一律に決めることはできない。未実装のプリント基板で同じ箇所のスルーホールを用いて、スルーホールから導電性液が漏れずに、完全に満たされる量をあらかじめ測定しておくことが望ましい。注入量が極めて少量の場合もある。たとえば、スルーホールの半径が０．３ｍｍで長さが１ｍｍの場合には、注入量は０．０００２８ｃｃである。
【００４０】
図５は、スルーホール２２Ａに導電性物質６１を過剰に注入した場合について説明するための図である。
【００４１】
図５を参照して、スルーホール２２Ａに液体状の導電性物質６１を過剰に注入した場合には、導電性物質６１がスルーホール２２Ａより漏れ出し、他の回路（たとえば、隣接するスルーホール２２Ｂ）との間で短絡が発生することがある。この場合も、検査部位のインピーダンスが低下することがあるので、導電性物質６１の注入前に比べて検査部位のインピーダンスが低下したことによって単純にスルーホール断線と判定すると、誤判定の可能性がある。そのため、断線箇所の判定基準をより詳細に決める必要がある。
【００４２】
具体的に、液体状の導電性物質６１の場合には、スルーホール２２内に少しずつ導電性物質６１を注入して、注入する度にＴＤＲ測定を行うことが望ましい。導電性物質６１の注入量に伴ってスルーホール２２の断線の状態が改善することにより、参照用プリント基板でのＴＤＲ測定波形が参照用プリント基板でのＴＤＲ測定波形に近づいていくことが観察された場合には、スルーホール２２が断線していると判定できる。
【００４３】
ただし、断線したスルーホール２２の抵抗値が良品の参照用プリント基板でのスルーホール２２の抵抗値に最終的に一致することは少なく、若干の抵抗成分が残ることが多い。したがって、導電性物質注入後の検査用プリント基板のＴＤＲ測定結果が、参照用プリント基板のＴＤＲ測定結果に一致するか否かによって、スルーホール２２に断線が生じているか否かを判定することはできないことに注意する必要がある。
【００４４】
さらに望ましくは、ステップ電圧の反射波を微分した波形またはインピーダンス波形を微分した波形を用いて、参照用プリント基板と導電性物質注入後の検査用プリント基板とを比較する。導電性物質６１を過剰にスルーホール２２に注入した結果、他の回路との間に短絡が生じている場合には、微分波形が全く異なる（たとえば、極値を与える時刻が全く異なる）ので、導電性物質６１を過剰に注入したか否かを容易に判定できるからである。
【００４５】
図６は、スルーホール２２に導電性ゲル６２を注入する方法について説明するための図である。図６（Ａ）は導電性ゲル６２がスルーホール２２へ注入される前の状態を示し、図６（Ｂ）は導電性ゲル６２がスルーホール２２への注入された後の状態を示す。図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、導電性ゲル６２は、スルーホール２２の形状に合わせて円筒状に加工され、スルーホール２２内に押し込まれる。
【００４６】
導電性ゲル６２は、たとえば、心電図測定用など医療用電極として市販されているものと同じ材料のものを利用することができる。導電性ゲル６２であれば、スルーホール２２への注入後にスルーホール２２から漏れ出す可能性は低い。
【００４７】
導電性ゲル６２の直径は、スルーホール２２の内径よりも大きく形成されることが望ましい。たとえば、導電性ゲル６２の直径をスルーホールの内径プラス１０μｍとする。これによって、導電性ゲル６２がスルーホール２２の内壁面に密着しながら細長く変形して挿入されることになるので、スルーホール２２の断線部２３をより確実に導通させることができる。スルーホール２２への挿入を容易にするために、導電性ゲル６２の先端を円錐状に加工することも望ましい。
【００４８】
通常、スルーホールは、その内径が１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度で、０．１ｍｍ刻みで製造されている場合がほとんどである。スルーホールの長さ（すなわち、プリント基板の厚み）は、１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２ｍｍの場合が多い。したがって、導電性ゲル加工品をそのサイズで予め準備しておけば、ほとんどの場合で適用可能である。
【００４９】
［プリント基板の検査手順］
図７は、実施の形態１によるプリント基板の検査手順を示すフローチャートである。以下、図１、図２および図７を参照して、プリント基板の検査方法についてこれまでの説明を総括する。
【００５０】
まず、ＴＤＲ測定機４０によって多数の良品の参照用プリント基板に対してＴＤＲ測定が予め実行され、測定された反射波の波形の平均値が、参照用の反射波形として記憶部５２に記憶される（ステップＳ１００）。記憶部５２には、参照用の反射波形に対応するインピーダンス波形およびそれらの微分波形も記憶されている。
【００５１】
次に、ＴＤＲ測定機４０によって検査用プリント基板に対してＴＤＲ測定が行われる（ステップＳ１１０）。コンピュータ５０によって、測定された反射波の電圧波形がインピーダンス波形に変換され、さらにそれらの微分波形が生成される（ステップＳ１１５）。インピーダンス波形への変換は、前述の式（１）に従う。
【００５２】
次に、コンピュータ５０の判定部５１は、参照用プリント基板でのＴＤＲ測定結果と検査用プリント基板でのＴＲＤ測定結果との比較に基づいて、検査用プリント基板の断線の有無を判定する。具体的に、判定部５１は、ある検査部位からの反射が検出される時刻までは、参照用プリント基板のインピーダンスと検査用プリント基板のインピーダンスとに基準値Ｖｒ１以内の差しかなく、当該時刻以降に基準値Ｖｒ１を超えて検査用プリント基板のインピーダンスが増大している場合に、当該検査部位が断線していると判定する（ステップＳ１２０）。
【００５３】
上記の判定の結果、あるスルーホール２２と、そのスルーホール２２に近接した電子部品（ＩＣパッケージ１０）のはんだ接続部１１とのうちどちらかで断線が生じているが、その判別が困難であったとする（ステップＳ１２５でＹＥＳ）。この場合、当該スルーホール２２に導電性物質を注入するステップが実行される（ステップＳ１３０）。その後、ＴＤＲ測定機４０によって、導電性物質注入後の検査用プリント基板に対してＴＤＲ測定が実行される（ステップＳ１３５）。この場合、プローブの接触位置は当該スルーホール２２またはその近傍の配線パターンである。次にコンピュータ５０によって、測定された反射波の電圧波形がインピーダンス波形に変換され、さらにその反射波の微分波形および／またはインピーダンスの微分波形が生成される（ステップＳ１４０）。
【００５４】
次に、コンピュータ５０の判定部５１は、生成された検査用プリント基板での反射波の微分波形またはインピーダンスの微分波形と、参照用プリント基板でのＴＤＲ測定結果に基づく反射波の微分波形またはインピーダンスの微分波形とを比較する（ステップＳ１４５）。判定部５１は、スルーホール２２からの反射が検出される時刻以降で反射波の微分波形またはインピーダンスの微分波形が極値をとる時刻が、検査用プリント基板と参照用プリント基板とで大きく異なる場合には（ステップＳ１４５でＹＥＳ）、導電性物質６１または６２がスルーホール２２に過剰に注入されていると判定する（ステップＳ１５０）。この場合、スルーホール２２と他の部品とが短絡しているために、参照用プリント基板と導電性物質の注入後の検査用プリント基板とで、微分波形に大きな違いが生じることになる。
【００５５】
導電性物質の注入量が適正な場合には（ステップＳ１４５でＮＯ）、判定部５１は、導電性物質の注入前と注入後とで（すなわち、ステップＳ１１０のＴＤＲ測定結果とステップＳ１３５のＴＤＲ測定結果とで）、スルーホール２２からの反射が検出される時刻における検査用プリント基板のインピーダンスを比較する（ステップＳ１５０）。判定部５１は、注入前と注入後とで検査用プリント基板のインピーダンスの差が基準値Ｖｒ２以内の場合に、はんだ接続部１１が断線していると判定し、導電性物質の注入後の検査用プリント基板のインピーダンスが基準値Ｖｒ２を超えて減少している場合には、スルーホール２２が断線していると判定する。
【００５６】
なお、導電性物質６１が液体状の場合には、ステップＳ１３０においてスルーホール２２内に少しずつ導電性物質６１を注入して、注入する度にステップＳ１３５〜Ｓ１５５を実行し、注入量に伴って検査用プリント基板でのＴＤＲ測定波形が参照用プリント基板でのＴＤＲ測定波形に近づいていくか否かを観察するのが望ましい。
【００５７】
［実施の形態１の効果］
以上のとおり、実施の形態１のプリント基板の検査方法によれば、ＴＤＲ測定による位置検出の分解能の範囲内に設けられたスルーホールと電子部品の接続部とのいずれかで断線が生じており、しかも目視や電気テスターでの断線箇所の特定が困難な場合に、どちらで断線が生じているかがＴＤＲ法を応用することにより特定可能になる。他の効果として、スルーホールに注入された導電性物質が断線箇所の特定後に除去可能であるので、断線箇所を保全でき、後の物理解析が可能になる。
【００５８】
＜実施の形態２＞
実施の形態２によるプリント基板の検査方法では、導電性物質注入後の検査用プリント基板における断線箇所の特定方法が実施の形態１の場合と異なる。具体的には、良品の参照用プリント基板でのＴＤＲ測定波形とスルーホール断線時のＴＤＲ測定波形とを適切な割合で合成した合成波形を生成し、この合成波形と、導電性物質注入後の検査用プリント基板でのＴＤＲ測定波形とを比較する。以下、図面を参照して詳しく説明する。
【００５９】
［導電性物質注入後の断線箇所の特定方法について］
図８は、プリント基板２０の等価回路を模式的に表わした図である。
【００６０】
図８を参照して、電子部品の実装面側の配線パターン７１と実装面と反対側の配線パターン７０とが、スルーホール２２（抵抗値Ｒ）を介して接続されている。電子部品の実装面側の配線パターン７１には、電子部品（ＩＣパッケージ）１０がはんだ接続部（はんだボール）１１を介して接続されている。実装面と反対側の配線パターン７０には、スルーホール２２との接続部またはスルーホール２２に近接した位置にＴＤＲ信号（ステップ電圧）が入力される。スルーホール２２から配線パターン７０を見たインピーダンスをａ（ｔ）とし、スルーホール２２から配線パターン７１を見たインピーダンスをｂ（ｔ）とする。
【００６１】
図９は、ＴＤＲ測定機４０の出力電圧Ｖａと検出電圧Ｖｂとの関係を説明するための図である。図８および図９を参照して、ＴＤＲ測定機４０で検出される検出電圧Ｖｂ（ｔ）は、ＴＤＲ信号の波高値（ステップ電圧値）Ｖａと、ＴＤＲ測定機４０の出力インピーダンスＺ０と、被測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）とにより以下の式（２）によって表される。
【００６２】
Ｖｂ（ｔ）＝（Ｚ１（ｔ）×Ｖａ）／（Ｚ０＋Ｚ１（ｔ））      …(2)
ここで、ＴＤＲ装置はもともと電気回路上の位置によるインピーダンスＺ１の違いを、位置情報を時間情報（すなわちＴＤＲ信号の到達時間＋反射波がＴＤＲ装置に戻ってくるまでの時間）に置き換え、インピーダンスＺ１の時間変化として測定する装置である。本実施の形態の場合、被測定物はプリント基板上の回路であり、その配線の位置によりインピーダンスＺ１は変化する。そのため検出電圧Ｖｂ（ｔ）およびインピーダンスＺ１（ｔ）はステップ電圧の印加時刻からの経過時間ｔに応じて変化する。
【００６３】
一方、上式（２）において、ステップ電圧Ｖａと出力インピーダンスＺ０とは、ＴＤＲ測定機４０に応じて固定値が予め決まっている。
【００６４】
具体的に、市販されているＴＤＲ装置は５０Ω系の同軸ケーブル等に接続し被測定物を測定するため、５０Ωを規格化インピーダンスとして用いる場合が多い。そのため出力インピーダンスＺ０は５０Ωの場合がほとんどである。ただし必ず５０Ωである必要はなく、たとえば１００Ω系の配線を利用すれば出力インピーダンスＺ０は１００Ωでも問題はない。
【００６５】
ステップ電圧Ｖａはプリント基板２０に搭載されている電気回路や部品等に悪影響を及ぼさない程度の低電圧（たとえば、０．１Ｖ〜０．４Ｖ）である場合がほとんどである。
【００６６】
次に、スルーホール２２の抵抗値Ｒに応じた被測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）の計算方法について説明する。測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）が計算できれば、それに応じた検出電圧Ｖｂを計算できる。図８に示すように、ＴＤＲ信号は、電子部品の実装面と反対側のスルーホール２２に入力されるか、またはスルーホール２２の近傍の配線パターン７０に入力される。スルーホール２２は回路配線の途中にあり、ＴＤＲのステップ電圧信号はスルーホール２２に接続されている２つの配線パターン（図８の場合、実装面側の配線パターン７１と実装面と反対側の配線パターン）の両方に伝播する。この場合、被測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）は両方の配線パターンのインピーダンスの合成によって決まる。なお、両方の配線パターンのインピーダンスａ，ｂも位置により変化するので、それぞれの位置情報を時間情報に置き換えてａ（ｔ），ｂ（ｔ）と表している。
【００６７】
図１０は、被測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）の等価回路図である。
図８〜図１０を参照して、ＴＤＲ測定機４０から見ると、配線パターン７０のインピーダンスａ（ｔ）と、互いに直列接続されたスルーホール２２（抵抗値Ｒ）および配線パターン７１のインピーダンスｂ（ｔ）とが、並列接続されていることになる。したがって、被測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）は、
Ｚ１（ｔ）＝｛ａ（ｔ）×（ｂ（ｔ）＋Ｒ）｝／（ａ（ｔ）＋ｂ（ｔ）＋Ｒ）  …(3)
で表される。
【００６８】
スルーホール２２が完全に断線しているときには、抵抗値Ｒは非常に大きな値になる。このとき、被測定物のインピーダンスＺ１（ｔ）は、
Ｚ１（ｔ）＝ａ（ｔ）      …(4)
となるので、このときの検出電圧をＶｂ∞（ｔ）とすれば、式（２）を用いて配線パターン７０のインピーダンスａ（ｔ）は、
ａ（ｔ）＝Ｖｂ∞（ｔ）×Ｚ０／（Ｖａ−Ｖｂ∞（ｔ））      …(5)
によって与えられることがわかる。
【００６９】
一方、プリント基板２０が良品のとき、スルーホール２２の抵抗値はほぼ０Ωとみなすことができる（Ｒ≒０）。このときの検出電圧をＶｂ０（ｔ）とすると、式（３）および（２）からそれぞれ、
Ｚ１（ｔ）＝Ｖｂ０（ｔ）×Ｚ０／（Ｖａ−Ｖｂ０（ｔ））      …(6)
ｂ（ｔ）＝Ｚ１（ｔ）×ａ（ｔ）／（ａ（ｔ）−Ｚ１（ｔ））      …(7)
となる。したがって、式（５）および（６）で求めたａ（ｔ）およびＺ１（ｔ）を式（７）に代入することによって、配線パターン７１のインピーダンスｂ（ｔ）を計算することができる。
【００７０】
以上によって、配線パターン７０，７１のインピーダンスａ（ｔ），ｂ（ｔ）が判明したので、任意に与えられたスルーホール２２の抵抗値Ｒに対応する検出電圧Ｖｂ（t）を式（２）および（３）によって計算することができる。
【００７１】
上記において、スルーホール２２が完全に断線したときの検出電圧Ｖｂ∞（ｔ）は、ＩＣパッケージ１０を取り外したときの検出電圧Ｖｂ（ｔ）で代用できる。スルーホール２２とＩＣパッケージ１０のはんだ接続部１１とは、ＴＤＲ測定の分解能の範囲内に位置しているので、ＴＤＲ法によって検出される波形に大きな差がないからである。
【００７２】
図１１は、良品のプリント基板の場合のＴＤＲの測定波形８０と、スルーホールの完全断線時のＴＤＲ測定波形８１とから合成された合成波形８２の例を示す図である。
【００７３】
図１１を参照して、時刻ｔ０にステップ電圧がプリント基板に出力され、時刻ｔ１にスルーホールからの反射が観測されるとする。良品のプリント基板の場合のＴＤＲの測定波形８０と、スルーホールの完全断線時のＴＤＲの測定波形８１とから、与えられたスルーホールの抵抗値Ｒに対応するＴＤＲ波形８２が合成される。スルーホールの完全断線時の測定波形８１は、近接するＢＧＡパッケージを取り外したときのＴＤＲ測定波形によって代用できる。
【００７４】
実際に、断線箇所がスルーホールか、それとも近接するＢＧＡパッケージのはんだ接続部かを特定するためには、スルーホールの抵抗値Ｒを種々変化させて、各抵抗値Ｒに対応するＴＤＲ波形を合成する。合成した各抵抗値Ｒに対応するＴＤＲ波形と導電性物質注入後のＴＤＲ測定波形とを比較することにより、時刻ｔ１の近傍における導電性物質注入後のＴＤＲ測定波形が、合成したＴＤＲ波形のいずれかに所定の乖離幅以内で一致しているか否かを判定する。乖離が小さければスルーホールが断線していると判定することができる。一方、導電性物質を注入してもＴＤＲ測定波形がほとんど変化しない場合には、はんだ接続部が断線していると判定できる。反射波形の比較は電圧波形で行ってもよいし、インピーダンス波形に変換して行ってもよい。
【００７５】
なお、断線したスルーホールに導電性物質を注入しても元の非断線状態のスルーホールの抵抗値まで完全に戻らないことに注意すべきである。このため、各抵抗値Ｒに対応するＴＤＲ波形を合成して、合成したＴＤＲ波形と導電性物質の注入後のＴＤＲ測定波形と比較する必要がある。
【００７６】
さらに、実施の形態１で説明したように、電圧波形またはインピーダンス波形の微分波形を利用すれば、断線箇所の特定が容易になる。導電性物質を過剰に注入しためにスルーホールが他の回路と短絡した場合には、波形の傾向（微分波形）が全く異なるからである。
【００７７】
［プリント基板の検査手順］
図１２は、実施の形態２による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１２の検査手順では、図７のステップＳ１００とＳ１１０との間にステップＳ１０５が実行され、ステップＳ１５５に代えてステップＳ１６０およびＳ１６５が実行される。その他のステップは図７と共通するので、同一の参照符号（ステップ番号）を付して説明を繰り返さない場合がある。
【００７８】
図１、図２および図１２を参照して、まず、ステップＳ１００において、ＴＤＲ測定機４０によって多数の良品の参照用プリント基板に対してＴＤＲ測定が予め実行され、測定された反射波の波形の平均値が参照用波形Ａとして記憶部５２に記憶される（ステップＳ１００）。記憶部５２には、参照用波形Ａに対応するインピーダンス波形およびそれらの微分波形も記憶されている。
【００７９】
次のステップＳ１０５では、参照用プリント基板からＢＧＡパッケージ１０を取り外したものについて、ＴＤＲ測定機４０によってＴＤＲ測定が実行される（実際には、ＢＧＡパッケージ１０の実装前でありかつその他の部品の実装後の状態でＴＤＲ測定が行われる）。測定された反射波の波形の平均値が参照用波形Ｂとして記憶部５２に記憶される。記憶部５２には、参照用波形Ｂに対応するインピーダンス波形およびそれらの微分波形も記憶されている。
【００８０】
続くステップＳ１１０〜Ｓ１５０は図７の場合と同じである。ステップＳ１６０において、コンピュータ５０の判定部５１は、参照用波形Ａ，Ｂに基づいて、式（２）〜（７）で説明したように複数のスルーホールの抵抗値Ｒにそれぞれ対応するＴＤＲ波形を合成する。合成した波形は記憶部５２に記憶される。なお、ステップＳ１６０は、ステップＳ１０５の後であればいつでも実行することできる。
【００８１】
次のステップＳ１６５で、コンピュータ５０の判定部５１は、導電性物質注入後の検査用プリント基板のＴＤＲ測定波形と、合成した複数のＴＤＲ波形とを比較する。この結果、判定部５１は、スルーホール２２からの反射が観測される時刻ｔ１付近における導電性物質注入後のＴＤＲ測定波形が、合成したＴＤＲ波形のいずれかに所定の乖離幅以内で一致している場合には、スルーホール２２が断線していると判定する。一方、判定部５１は、時刻ｔ１付近における導電性物質注入後のＴＤＲ測定波形が、注入前のＴＤＲ測定波形と所定の乖離幅以内で変化していない場合には、ＢＧＡパッケージ１０のはんだ接続部１１が断線していると判定する。
【００８２】
今回開示された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】
【００８３】
１  プリント基板検査装置、１０  ＩＣパッケージ、１１  はんだボール（はんだ接続部）、２０  プリント基板、２２，２２Ａ，２２Ｂ  スルーホール、３２  プローブ、７０，７１  配線パターン、３７  高周波ケーブル、４０  ＴＤＲ測定機、４１  信号発生器、４６  オシロスコープ、５０  コンピュータ、５１  判定部、５２  記憶部、５３  測定制御部、６０  細針注射器、６１  導電性物質、６２  導電性ゲル。
【図１】
2015007552.tif 000003
【図２】
2015007552.tif 000004
【図３】
2015007552.tif 000005
【図４】
2015007552.tif 000006
【図５】
2015007552.tif 000007
【図６】
2015007552.tif 000008
【図７】
2015007552.tif 000009
【図８】
2015007552.tif 000010
【図９】
2015007552.tif 000011
【図１０】
2015007552.tif 000012
【図１１】
2015007552.tif 000013
【図１２】
2015007552.tif 000014