(57)【要約】【課題】既存の回路基板の構成に手を加えることなく不要な使用を遮蔽して精度の高い基板検査を行うようにすること。【解決手段】本発明は、所定の部品や配線３１、３３が形成されてなる回路基板１の検査を行う回路基板検査装置において、回路基板１と略平行に配置される支持基板５と、支持基板４が回路基板１と略平行に配置された状態で支持基板４の回路基板１側に設けられ、部品や配線３１、３３から発生する信号の変化を検出するコイル３２、３４と、支持基板４が回路基板１と略平行に配置された状態で支持基板４の回路基板１と反対側に形成される導体層４１とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の部品や配線が形成されてなる回路基板の検査を行う回路基板検査装置において、
前記回路基板と略平行に配置される支持基板と、
前記支持基板が前記回路基板と略平行に配置された状態で、前記支持基板の前記回路基板側に設けられ、前記部品や配線から発生する信号の変化を検出する信号変化検出手段と、
前記支持基板が前記回路基板と略平行に配置された状態で、前記支持基板の前記回路基板と反対側に形成される導体層と
を備えることを特徴とする回路基板検査装置。
【請求項２】
前記信号変化検出手段は、前記回路基板の駆動により発生する磁場を検出して誘導起電力を発生するコイル成分によって構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の回路基板検査装置。
【請求項３】
前記導体層は、前記信号変化検出手段と対応する位置以外に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の回路基板検査装置。
【請求項４】
所定の部品や配線が形成されてなる回路基板の検査を行う回路基板検査装置において、
前記回路基板と略平行に配置される支持基板と、
前記支持基板に設けられ、前記部品や配線から発生する信号の変化を検出する信号変化検出手段と、
前記支持基板の前記信号変化検出手段が設けられている周辺に形成される導体層と
を備えることを特徴とする回路基板検査装置。
【請求項５】
前記信号変化検出手段は、前記部品や配線から発生する信号の変化によって電位情報を生じさせるインピーダンス成分を有する
ことを特徴とする請求項４記載の回路基板検査装置。
【請求項６】
前記導体層と前記信号変化検出手段との隙間は、前記信号変化検出手段を中心として非対称に設けられている
ことを特徴とする請求項４記載の回路基板検査装置。
【請求項７】
前記導体層は、前記信号変化検出手段の外側で前記信号変化検出手段の部分を除く前記支持基板の全面に設けられている
ことを特徴とする請求項４記載の回路基板検査装置。
【請求項８】
前記導体層は、前記信号変化検出手段の外側で前記信号変化検出手段の部分を除く前記支持基板の一部に設けられている
ことを特徴とする請求項４記載の回路基板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路の異常、故障状態の検出、診断に関し、特にPWBAと称する回路基板で実現されている電子回路において、その回路の動作、性能の異常、故障を予測、検出しあるいは予防するために用いる回路基板検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ、複写機等の電子機器には、近年、性能、機能の向上に伴い、益々それらを実現するための様々な用途のアナログ、およびデジタルの電子回路がプリント基板の形で格納されてきている。
【０００３】
また、自動車や航空、ロボットや半導体設計装置等、他の産業機器においても動作制御等の手段として、信頼性が高く、高速・高精度での動作が可能な電子回路基板が数多く搭載されている。
【０００４】
これらの電子回路基板は、一連の機能を実現するために様々な形でケーブルを介して接続されることにより、所望のスペックが実現されている。このような基板が搭載される機器が使用される環境は、通常はオフィス内であったり、家屋内であったりするが、それ以外の過酷な環境下で使用される場合もあり、非常に多岐にわたっている。したがって、検出することが困難な様々な状態の異常、故障が発生し、その修復には多大な労力を要することになる。
【０００５】
また、通常の使用環境下で使用している場合でも、電子回路の異常、故障は発生し、その頻度は必ずしも低いとは言えず、検出箇所を特定できないこともしばしば生じている。さらに、電子回路基板に異常が発生した場合には、安全性やコストなどの面から早急な対応が求められる。また、これらの異常、故障に関する対応は、製品出荷時や、トラブル発生によって市場で回収されたPWBAの故障検査においても必要であり、いくつかの対応がなされている。
【０００６】
上述した対応の一例として、例えば、図９に示すような非特許文献１に開示される「渦電流探傷技術によるプリント配線の欠陥検出」では、ターゲットとする配線１１２を流れる電流から発生する磁場を検出する超小型でかつ独自の形状を有する磁界検出プローブ１１３を用いた非接触方法により、基板１の配線１１２を非接触スキャンする方式によって、現状の高密度配線プリント基板における配線の断線、線幅異常を主に、ＩＣ３の故障等も含めた基板１で発生する異常を検出する手法を、高速かつ機械的なストレスのない状態で実現しようとしている。
【０００７】
また、特許文献１では、各電子基板の電源電流を電源に並列接続した抵抗に流し、その両端の電位差から夫々の電子基板の電流情報を読み取って通常状態と比較して故障を判別する、ことで実現しようとしている（図１０参照）。
【０００８】
【非特許文献１】藤城  久、他２名、”渦電流探傷技術によるプリント配線の欠陥検出”、[online]、平成１４年、金沢大学工学部、[平成１５年９月２４日検索]、インターネット＜URL:http://magmac1.ec.t.kanazawa-u.ac.jp/magcap-j/research-j/ecta-j.html＞
【特許文献１】特開２０００−７４９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、複数のPWBAを接続して構成される電子回路基板において、故障検出装置に関する従来例では、以下に述べるような問題点が存在する。すなわち、従来例に示したような構成を含む故障検出装置は、複雑多岐にわたる様々な種類の回路基板の異常、故障を検査することが困難であるとともに、安価かつ小型に実現することが難しい。さらに、汎用的で簡単に検出できる装置構成とはなっていない。例えば、配線のオープン/ショート検出を行う装置で基板全体を検査しようとすると膨大な時間がかかり、かつ装置自体も高価なものになってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、所定の部品や配線が形成されてなる回路基板の検査を行う回路基板検査装置において、回路基板と略平行に配置される支持基板と、支持基板が回路基板と略平行に配置された状態で支持基板の回路基板側に設けられ、部品や配線から発生する信号の変化を検出する信号変化検出手段と、支持基板が回路基板と略平行に配置された状態で支持基板の回路基板と反対側に形成される導体層とを備えている。
【００１１】
また、本発明は、所定の部品や配線が形成されてなる回路基板の検査を行う回路基板検査装置において、回路基板と略平行に配置される支持基板と、支持基板に設けられ、部品や配線から発生する信号の変化を検出する信号変化検出手段と、支持基板の信号変化検出手段が設けられている周辺に形成される導体層とを備えている。
【００１２】
このような本発明では、支持基板における、回路基板の部品もしくは配線と対応する位置に信号変化検出手段が配置されていることから、この信号変化検出手段が配置された支持基板を回路基板と略平行に配置することで部品もしくは配線に対応して信号変化検出手段が位置合わせされ、回路基板に実装される部品や配線の検査を容易かつ的確に行うことができるようになる。また、支持基板に設けられた導体層によって、信号変化検出手段へ向かう不要な信号を遮蔽することができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本発明によれば、回路基板における異常、故障の有無、そして、故障箇所について、簡単かつ容易に、既存の回路基板の構成に手を加えることなく、しかも確実に検出することが可能となり、さらに検出対象部分について他の信号の干渉を抑えた高精度での検出が可能となる。これにより、汎用的な回路基板の異常箇所を精度良く検出する装置を提供するが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る回路基板検査装置を説明する模式図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。すなわち、この回路基板検査装置は、ＩＣ（集積回路）３５、コンデンサ３６等の部品や配線３１、３３が形成されている回路基板１の検査を行う際に用いられるもので、回路基板１と略平行に配置される支持基板４と、支持基板４の回路基板１側に設けられ、部品や配線３１、３３から発生する信号の変化を検出するコイル３２、３４と、支持基板４のコイル３２、３４が設けられていない側に形成される導体層４１とを備えている。
【００１５】
コイル３２、３４は回路基板１の部品や配線３１、３４から発生する信号の変化を検出する信号変化検出手段であり、回路基板１の駆動によって発生する磁場ＨA、ＨBを検出して誘導起電力ＶcA、ＶcBを発生する。
【００１６】
導体層４１は、支持基板４における少なくともコイル３２、３４と対応する位置以外に設けられている。この導体層４１は、コイル３２、３４に向かう不要な信号（磁界等）を遮断するシールドの役目を果たしている。これにより、コイル３２、３４はセンシングに必要な信号を的確に得ることが可能となる。
【００１７】
導体層４１としては、図１に示すような支持基板４の回路基板１と反対側の面に設けられている場合のほか、信号変化検出手段が設けられている層と同一の層に設けられていてもよい。つまり、信号変化検出手段として平面的な電極を用いる場合（インピーダンス成分を検出する場合）にはこの電極と同一層に導体層４１を設けるようにすれば、回路基板検査装置の製造を容易にすることができる。
【００１８】
ここで、本実施形態に係る回路基板検査装置を実現するための基本構成を説明する。図２は、本実施形態に係る回路基板検査装置の基本構成を説明する模式斜視図である。検査対象となる回路基板１に対して、可撓性を備えた板（例えば、フレキシブル基板）である支持基板４にコイル（図示せず）を設け、これを回路基板１に密着させる。そして、回路基板１に通電し、回路を駆動させて発せられる磁場を支持基板４に形成されたコイルで観測し、コイルの両端に発生する誘導起電力を端子７から得て解析することにより、回路基板１の駆動状態を知ろうとするものである。
【００１９】
図３（ａ）は回路基板上のある配線２１を流れる電流が発生する磁場をコイル２２で観測する例を示す模式図で、上が断面図、下が平面図である。図３（ｂ）は、配線２１を流れる電流の時間変動、図３（ｃ）は配線２１を流れる電流がコイル２２の包囲範囲内の任意の点に作る磁界の時間変動、図３（ｄ）はその時にコイル２２の両端Ａ、Ａ’に発生する誘導起電力の時間変動を示している。
【００２０】
配線２１を流れる電流の変動が図３（ｂ）のようである場合、それが発生する磁界はその強さは配線２１からの距離に反比例するものの、変化のタイミングは電流のそれと同じであり、図３（ｃ）のようになる。この場合、コイル２２の両端Ａ、Ａ’に発生する誘導起電力はコイル２２内部を通過する磁束の時間微分に比例することから、図３（ｄ）のように磁界の変化タイミングに合わせて誘導起電力Ｖcが生じる。
【００２１】
このようにコイル２２によって得た誘導起電力Ｖcの変化（正常時と異常時との変化）を捉えることで回路基板の異常を検出できるようになる。
【００２２】
本技術を実際に回路基板に適用する際には、一般的に図４に示すような構成とする。図４（ａ）は回路基板上の構成を示した模式図であり、上が断面図、下が平面図である。線３１および配線３３を流れる電流ＩA、ＩB、コイル３２およびコイル３４の包囲範囲内の任意の点を通過する磁界をＨA、ＨBとする。３５は回路基板上の配線からそれほど遠くない場所に実装されている搭載ＩＣであり、３６は同様にコンデンサである。
【００２３】
今、電流ＩAおよびＩBがそれぞれ図４（ｂ）、図４（ｃ）に示したように変化する場合を考えると、それぞれの電流がコイル３２およびコイル３４の包囲範囲内の任意の点に発生する磁界ＨA、ＨBは図４（ｄ）、図４（ｅ）の点線で示したようになる。これは図３（ｃ）と同様である。
【００２４】
ところが、実際にコイル３２およびコイル３４の包囲範囲内に流れ込む磁界は、電流ＩAおよびＩBによって発生するものばかりではなく、搭載部品であるＩＣ３５やコンデンサ３６など近傍の部品が駆動する際に発生する磁界や場合によっては近傍に形成された配線を流れる電流やその他の周辺素子によって発生している磁界なども流入している場合が一般的である。
【００２５】
図４（ｄ）および図４（ｅ）の実線波形はそのようにして電流ＩAおよびＩBで発生する磁界と近傍の部品や配線を流れる電流で発生する磁界とが重畳した状態を示している。したがって、図４（ｄ）および図４（ｅ）の点線で示した磁界の時間変動に対してコイル３２両端ＡおよびＡ’で発生する誘導起電力ＶcA、コイル３４の両端ＢおよびＢ’で発生する誘導起電力ＶcBを図４（ｆ）および図４（ｇ）で同様に点線で示すとすると、図４（ｄ）および図４（ｅ）の実線で示した磁界の時間変動に対する各コイルの誘導起電力の波形は図４（ｆ）および図４（ｇ）の実線で示したように、複数の信号が重畳した複雑な形状のものとなる。
【００２６】
そこで、本実施形態の回路基板検査装置では、図５に示すように、支持基板４上に形成したコイル３２、３４の層に対し、回路基板１と反対側に導体層４１を形成し、コイル３２、３４の包囲範囲とターゲットとなる配線３１、３３および回路基板１上に搭載されている部品領域には同サイズの空間をあける構成をとるようにする。あるいは、コイル３２、３４の包囲範囲とターゲットの配線３１、３３のみ同サイズの空間をあけるようにする。
【００２７】
今、図５（ｂ）、図５（ｃ）のように電流が配線３１、および配線３３に流れる場合、このように構成した支持基板４上に形成してあるコイル３２、３４に流れ込む磁界ＨA、ＨBは、図５（ｄ）、図５（ｅ）に示すように、基本的に電流ＩA、ＩBの変動に起因して発生した信号が検出の大部分を示すものとなる。したがって、夫々のコイル３２、３４から発生する誘導起電力信号ＶcA、ＶcBは図５（ｆ）、図５（ｇ）に示すように、磁界ＨA、ＨBの波形同様に電流ＩA、ＩBの変動に起因して変化する波形を出力する。
【００２８】
図５に示すような導体層４１を備える構成では、図４に示すような導体層がない構成に比べて不要な信号を導体層４１で遮蔽できることから、コイル３２、３４に流れ込む磁界ＨA、ＨBにノイズが少なく、夫々のコイル３２、３４から発生する誘導起電力信号ＶcA、ＶcBも信号変化を明確に捉えていることが分かる。なお、導体層４１を形成する領域は、観測したい信号の強度によって、他のＩＣ上にも空間を開けるなど適宜変更するようにする。
【００２９】
このようにコイル３２、３４で得られる誘導起電力信号ＶcA、ＶcBを用いて異常の検出を行うには、予め正常時の誘導起電力信号ＶcA、ＶcBを得ておき、検査を行った際の誘導起電力信号ＶcA、ＶcBが予め得てある正常時の誘導起電力信号ＶcA、ＶcBと異なっているか否かによって判定を行う。この判定は波形をモニタに出力してオペレータが目視で行っても、また両波形を比較器によって比較して判定を行ってもよい。
【００３０】
図６（ｂ）は、図６（ａ）において導体層５２を挿入した場合とそうでない場合において、単線路５１上を流れる電流の変動によって発生する単位時間あたりの磁界の強度変動dH/dtと単位時間あたりの電流の変動dI/dtとの関係を示したものである。
【００３１】
任意の点におけるdH/dtは、そこにコイルを設置した場合の誘導起電力と比例し、導体層５２を挿入した場合はそうでない場合よりも出力が小さくなることはよく知られている。これは導体層５２が磁界を吸収する性質があるためであるが、特にアルミニウムや銅のような非磁性体よりも鉄のような磁性体の方がその率は大きく、その割合は観測する信号にもよるが、非磁性体を挿入した場合のdH/dtの減少がおおよそ1/2から1/3程度であるのに対し、磁性体では１オーダー以上小さくなる。
【００３２】
したがって、磁界吸収効果を高めたい場合には導体層として磁性体を用いることが望ましい。一方、通常、フレキシブル基板の配線等に使用される金属は銅が一般的であるため、製造上の容易性を優先する場合には導体層として配線等と同じ非磁性体材料を用いるのが好ましい。
【００３３】
図７はコイル６１の周辺部を被って形成される導体層６３の境界部６２の形状について説明する模式図である。図７（ａ）では長方形の形状をしたコイル６１の外縁部と導体層６３の境界部６２の距離が四方とも全てa1であるのに対し、図７（ｂ）では四方の距離がそれぞれa1、a2、a3、a4で全て異なった値となっている。すなわち、コイル６１の外縁部と導体層６３の境界部６２との距離がコイル６１を中心として非対称になっている。
【００３４】
つまり、コイル６１と同一層に形成される導体層６３は常にコイル６１の外縁部と近接する領域まで形成されるが、コイル６１の外縁部と導体層６３の境界部６２との間の距離が均一でないことが望ましい。その理由はコイル６１内を通過する磁界によって発生する誘導起電力を打ち消す方向に逆磁場が発生するように導体層６３に渦電流が流れるからである。
【００３５】
したがって、図７（ａ）のようにコイル６１の外縁部と導体層６３の境界部６２の距離が四方とも均一である構成よりも、図７（ｂ）のように不均一な構成の方が、コイル６１に発生する誘導起電力が大きく、感度の高いセンシングを行うことが可能となる。
【００３６】
図８は、コイル６１の周囲に形成される導体プレーン６３の特殊な構成として、これまで述べてきたようにコイル構成外部すべてに導体層６３を形成するのではなく、対象外の信号が発生する磁界がコイル６１のセンシングに影響を及ぼす部分にのみ領域を絞って導体層６３を形成することを示している。
【００３７】
基本的には図８に示したようにコイル６１の周辺部にドーナツ状に導体層６３を形成する。この構成では限られた領域にコイル６１を配置する必要がある場合などに、導体層６３の構成によってコイル６１の配置領域が削減されてしまう可能性を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態の回路基板検査装置を説明する模式図である。
【図２】本実施形態に係る回路基板検査装置の基本構成を説明する模式斜視図である。
【図３】コイルによる観測例を説明する図である。
【図４】回路基板への適用例を説明する図である。
【図５】本実施形態の回路基板検査装置の適用例を説明する図である。
【図６】導体層による磁界の強度変動を説明する図である。
【図７】コイルと導体層との隙間を説明する図である。
【図８】他の導体層の例を説明する図である。
【図９】従来例（その１）を説明する図である。
【図１０】従来例（その２）を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…回路基板、４…支持基板、３１…配線、３２…コイル、３３…配線、３４…コイル、３５…ＩＣ、３６…コンデンサ、４１…導体層
【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】
2005134286.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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