(57)【要約】【課題】ＴＤＲを用いてプリント基板内の検査部位の良否判定を精度良く容易に行なうことができる検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】出力インピーダンスが可変のパルス発生器４１から出力されたパルス波を用いて時間領域反射率測定を行なう。検査用プリント基板の測定波形と参照用プリント基板の基準波形との乖離幅が十分でなく良否判定が困難な場合には、パルス発生器４１の出力インピーダンスを変更して再測定を行なう。短絡／開放など検査部位の状態に応じて測定波形と基準波形との乖離幅が大きくなるように出力インピーダンスを設定することにより、精度良く容易に良否判定を行なうことができる。【選択図】図１
2009294101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力インピーダンスを複数のインピーダンス値に設定可能なパルス発生器と、
前記パルス発生器から出力されたパルス波をプリント基板に形成された配線パターンを介して前記プリント基板の検査部位に伝送するために、前記配線パターンに前記パルス波を印加するためのプローブと、
前記プリント基板から前記プローブを介して反射された前記パルス波の反射波を測定する測定器と、
参照用プリント基板を用いて前記複数のインピーダンス値の各々に対して前記測定器で予め測定した複数の前記反射波の波形を記憶する記憶部と、
前記出力インピーダンスを前記複数のインピーダンス値のうちの第１のインピーダンス値に設定して、検査用プリント基板の前記反射波の波形を前記測定器で測定する波形測定部と、
前記検査用プリント基板に対して測定された前記反射波の波形と、前記出力インピーダンスを前記第１のインピーダンス値に設定して測定された前記参照用プリント基板の前記反射波の波形とを比較して、予め定める判定基準に従って、前記検査部位の正常／異常の判定または正常／異常の判定を留保する判定部とを備え、
前記判定部が判定を留保した場合に、前記波形測定部は、前記出力インピーダンスを前記第１のインピーダンス値と異なる第２のインピーダンス値に設定して、前記検査用プリント基板の前記反射波の波形を前記測定器で再測定し、前記判定部は、前記検査用プリント基板に対して再測定された前記反射波の波形と、前記出力インピーダンスを前記第２のインピーダンス値に設定して測定された前記参照用プリント基板の前記反射波の波形とを比較して、前記判定基準に従って前記検査部位を再判定する、プリント基板検査装置。
【請求項２】
前記判定基準は、
前記検査用プリント基板に対する前記反射波の波形と前記参照用プリント基板に対する前記反射波の波形との乖離幅の最大値が第１の規定値以下の場合に、前記検査部位を正常と判定する基準と、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きい値である第２の規定値以上の場合に、前記検査部位を異常と判定する基準と、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きく前記第２の規定値より小さい場合に判定留保とする基準とを含む、請求項１に記載のプリント基板検査装置。
【請求項３】
前記判定基準は、
前記検査用プリント基板に対する前記反射波の波形と前記参照用プリント基板に対する前記反射波の波形との乖離幅の最大値が第１の規定値以下の場合に、前記検査部位を正常と判定する基準と、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きい値である第２の規定値以上の場合に、前記検査部位を異常と判定する基準と、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きく前記第２の規定値より小さく、かつ、前記乖離幅が前記第１の規定値より大きい状態である乖離時間が規定時間以内の場合に、前記検査部位を正常と判定する基準と、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きく前記第２の規定値より小さく、かつ、前記乖離時間が前記規定時間より長い場合に判定留保とする基準とを含む、請求項１に記載のプリント基板検査装置。
【請求項４】
前記波形測定部は、前記判定部が判定を留保した場合で、かつ、前記検査用プリント基板に対する前記反射波の測定波形の電圧が前記参照用プリント基板に対する前記反射波の基準波形の電圧より高い場合に、前記第２のインピーダンス値を前記第１のインピーダンス値より大きい値に設定し、
前記波形測定部は、前記判定部が判定を留保した場合で、かつ、前記測定波形の電圧が前記基準波形の電圧より低い場合に、前記第２のインピーダンス値を前記第１のインピーダンス値より小さい値に設定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板検査装置。
【請求項５】
前記波形測定部は、前記第１のインピーダンス値を前記配線パターンの前記検査部位に近接した部分の特性インピーダンスに等しく設定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板検査装置。
【請求項６】
前記波形測定部は、前記検査部位からの前記反射波が観測される直前の時刻の前記測定器の測定電圧が、前記パルス発生器から出力されるパルス波の電圧振幅のほぼ半分になるように、前記第１のインピーダンス値を設定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板検査装置。
【請求項７】
前記パルス発生器および前記測定器は、特性インピーダンスが前記第１のインピーダンス値に等しく設定された伝送路を介して前記プローブと接続される、請求項５または６に記載のプリント基板検査装置。
【請求項８】
前記パルス発生器は、
第１、第２の主電極および制御電極を有するスイッチング素子と、
前記第１の主電極と電源ノードとの間に接続され、インピーダンス値が可変のインピーダンス部とを含み、
前記パルス発生器は、前記スイッチング素子を導通状態にする制御信号が前記制御電極に入力されることによって、前記第２の主電極から前記パルス波を出力する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプリント基板検査装置。
【請求項９】
検査用プリント基板の検査部位に前記検査用プリント基板の配線パターンを介してパルス波を伝送するために、可変の出力インピーダンスが第１のインピーダンス値に設定されたパルス発生器からパルス波を出力し、出力された前記パルス波を前記配線パターンに印加するステップと、
前記検査用プリント基板から反射された前記パルス波の反射波を測定するステップと、
前記検査用プリント基板に対して測定した前記反射波の波形と、前記検査用プリント基板の測定時と同一の値の出力インピーダンスで参照用プリント基板に対して予め測定された前記反射波の波形とを比較して、予め定める判定基準に従って前記検査部位の正常／異常または正常／異常の判定の留保を決定するステップと、
前記決定するステップで正常／異常の判定を留保した場合に、前記出力インピーダンスを前記第１のインピーダンス値と異なる第２のインピーダンス値に設定するステップとを備え、
前記決定するステップで正常／異常の判定を留保した場合に、前記第１のインピーダンス値に代えて設定された前記第２のインピーダンス値で、前記印加するステップ、前記測定するステップ、および前記決定するステップを再実行する、プリント基板検査方法。
【請求項１０】
前記決定するステップは、
前記検査用プリント基板に対する前記反射波の波形と前記参照用プリント基板に対する前記反射波の波形との乖離幅の最大値が第１の規定値以下の場合に、前記検査部位を正常と判定するステップと、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きい値である第２の規定値以上の場合に、前記検査部位を異常と判定するステップと、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きく前記第２の規定値より小さい場合に判定を留保するステップとを含む、請求項９に記載のプリント基板検査方法。
【請求項１１】
前記決定するステップは、
前記検査用プリント基板に対する前記反射波の波形と前記参照用プリント基板に対する前記反射波の波形との乖離幅の最大値が第１の規定値以下の場合に、前記検査部位を正常と判定するステップと、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きい値である第２の規定値以上の場合に、前記検査部位を異常と判定するステップと、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きく前記第２の規定値より小さく、かつ、前記乖離幅が前記第１の規定値より大きい状態である乖離時間が規定時間以内の場合に、前記検査部位を正常と判定するステップと、
前記乖離幅の最大値が前記第１の規定値より大きく前記第２の規定値より小さく、かつ、前記乖離時間が前記規定時間より長い場合に判定を留保するステップとを含む、請求項９に記載のプリント基板検査方法。
【請求項１２】
前記設定するステップは、
前記検査用プリント基板に対する前記反射波の測定波形の電圧が前記参照用プリント基板に対する前記反射波の基準波形の電圧より高い場合に、前記第２のインピーダンス値を前記第１のインピーダンス値より大きい値に設定するステップと、
前記測定波形の電圧が前記基準波形の電圧より低い場合に、前記第２のインピーダンス値を前記第１のインピーダンス値より小さい値に設定するステップとを含む、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のプリント基板検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板の検査部位の短絡または断線などを電気的に検査する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ball  Grid  Array）やＳＯＪ（Small  Outline  J-leaded）パッケージなどのようにハンダ接続部の目視が困難な電子部品に対して、ＴＤＲ（Time  Domain  Reflectometer：時間領域反射率計）を用いて半田付け検査を行なう方法が知られている。
【０００３】
たとえば、特開平９−６１４８６号公報（特許文献１）に開示される技術では、高周波パルス発生装置により発生したパルス波を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する。このとき、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オシロスコープで計測する。そして、波形の計測結果を波形分析装置で分析して、半田接続部の良否状態を識別する。
【０００４】
ＴＤＲによる測定技術は、ネットワークリンクケーブルの線路長および特性インピーダンスの検査にしばしば用いられる。たとえば、特開２００４−６４７５４号公報（特許文献２）は、リンクケーブルをネットワークから切断することなく検査する技術を開示する。この技術では、ＴＤＲは、第１のテストモードのときに第１のインピーダンスを有し、第２のテストモードのときに第２のインピーダンスを有する。第１のインピーダンスは、ネットワークに接続されていないネットワークリンクケーブルの公称特性インピーダンスと実質的に同じであり、第２のインピーダンスはネットワークに終端されているネットワークリンクケーブルのインピーダンスとは実質的に異なる。検査しているリンクケーブルがネットワークに接続されていない場合、ＴＤＲ回路のインピーダンスはリンクケーブルの特性インピーダンスに整合される。検査しているリンクケーブルがネットワークに終端されている場合、ＴＤＲ回路のインピーダンスはリンクケーブルとネットワークとが結合されたインピーダンスに不整合である。
【特許文献１】特開平９−６１４８６号公報
【特許文献２】特開２００４−６４７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プリント基板の良否判定にＴＤＲを用いる場合には、次のような問題がある。
第１に、プリント基板には、複雑な配線パターンが形成されるとともに、抵抗や半導体素子やコンデンサなどの多種類の電子部品が実装される。このため、ＴＤＲを用いて測定された反射波の波形はこれらの配線パターンや電子部品に起因した複雑な波形を示す点で問題となる。このような複雑な測定波形は、プリント基板の設計データからの予測が困難である。したがって、実際の量産品のプリント基板の良否判定では、標準品を用いて実測した既知の基準波形データと検査品の測定データとの比較によって良否判定を行なうことになる。このとき、基準波形データと測定データとの乖離が十分でないために容易に良否判定ができない場合がしばしば起こる。
【０００６】
第２に、上述のネットワークケーブルの測定の場合には、ＴＤＲ回路のインピーダンスをケーブルの特性インピーダンスに整合することが可能である。これに対して、プリント基板の場合には、ＴＤＲ回路とのインピーダンス整合は容易には行なえない点が問題となる。たとえば、デジタル信号系の素子は高インピーダンスであり、電源系やアナログ信号系の素子は低インピーダンスの場合が多い。また、配線パターンの線幅は回路内で変化するとともに、通常配線パターンには分岐点が多数存在する。したがって、配線パターンも単一の特性インピーダンスで特徴付けることができない。このように、プリント基板内の電子部品および配線のインピーダンスは様々な値を有するので、整合すべきインピーダンス自体を特定することが容易でない。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、ＴＤＲを用いてプリント基板内の検査部位の良否判定を精度良く容易に行なうことができる検査装置および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】
本発明は要約すれば、プリント基板検査装置であって、パルス発生器と、プローブと、測定器と、記憶部と、波形測定部と、判定部とを備える。パルス発生器は、出力インピーダンスを複数のインピーダンス値に設定可能である。プローブは、パルス発生器から出力されたパルス波をプリント基板に形成された配線パターンを介してプリント基板の検査部位に伝送するために、配線パターンにパルス波を印加するために用いられる。測定器は、プリント基板からプローブを介して反射されたパルス波の反射波を測定する。記憶部は、参照用プリント基板を用いて複数のインピーダンス値の各々に対して測定器で予め測定した複数の反射波の波形を記憶する。波形測定部は、出力インピーダンスを複数のインピーダンス値のうちの第１のインピーダンス値に設定して、検査用プリント基板の反射波の波形を測定器で測定する。判定部は、検査用プリント基板に対して測定された反射波の波形と、出力インピーダンスを第１のインピーダンス値に設定して測定された参照用プリント基板の反射波の波形とを比較して、予め定める判定基準に従って、検査部位の正常／異常の判定または正常／異常の判定を留保する。
【０００９】
判定部が判定を留保した場合に、波形測定部は、出力インピーダンスを第１のインピーダンス値と異なる第２のインピーダンス値に設定して、検査用プリント基板の反射波の波形を測定器で再測定する。判定部は、検査用プリント基板に対して再測定された反射波の波形と、出力インピーダンスを第２のインピーダンス値に設定して測定された参照用プリント基板の反射波の波形とを比較して、判定基準に従って検査部位を再判定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、出力インピーダンスが可変のパルス発生器から出力されたパルス波を用いて時間領域反射率測定を行なう。検査用プリント基板に対する反射波の測定波形と参照用プリント基板に対する反射波の基準波形との乖離幅が十分でなく良否判定が困難な場合には、パルス発生器の出力インピーダンスを変更して再測定を行なう。したがって、短絡／開放など検査部位の状態に応じて、測定波形と基準波形との乖離幅が大きくなるよう出力インピーダンスを設定して、精度良く容易に良否判定を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の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】
図１は、本発明の実施の形態による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。
【００１３】
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、制御部としてのコンピュータ５０とを含む。以下、プリント基板検査装置１の各構成について説明する。
【００１４】
時間領域反射率計（ＴＤＲ）は、出力インピーダンスが可変のパルス発生器４１と、パルス発生器４１から出力されたパルス波の反射波の波形を測定する測定器としてのオシロスコープ４６とを含む。パルス発生器４１とオシロスコープ４６とは、高周波ケーブル３７を用い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、パルス波がプリント基板２０によって反射されて生じた反射波を、インターフェース部３０を介して検出する。なお、オシロスコープ４６に代えてＡ／Ｄ（Analog  to  Digital）コンバータを用いてもよい。この場合、Ａ／Ｄコンバータから出力されたデジタルデータを元に、コンピュータ５０が反射波の波形を解析する。
【００１５】
パルス発生器４１は、スイッチング素子としてのトランジスタ４３と、電源ノードＶＤＤとトランジスタ４３の一方の主電極との間に接続されるインピーダンス部４２とを含む。トランジスタ４３の他方の主電極は、高周波ケーブル３７を介してインターフェース部３０と接続される。トランジスタ４３は、コンピュータ５０から制御信号を制御電極に受けて、オフ状態からオン状態に切替わる。これによって、パルス波がパルス発生器４１から出力される。できるだけ急峻な立上がりのパルス波が得られるように、トランジスタ４３は高速なスイッチング特性を有していることが望ましい。トランジスタ４３として、たとえば電界効果トランジスタを用いることができる。
【００１６】
インピーダンス部４２は、コンピュータ５０の制御によってインピーダンス値が変化する。図１の場合、インピーダンス部４２は、複数（少なくとも３個以上）の抵抗素子４４と、これらの複数の抵抗素子４４との接続を切替えるためのスイッチ４５とを含む。スイッチ４５の切替は、コンピュータ５０によって制御される。インピーダンス部４２を可変抵抗器で構成することもできる。
【００１７】
次に、インターフェース部３０について説明する。
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の概略的な構成も合わせて示す。
【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、配線パターンが形成された絶縁性の基板２１（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に接続されるランド２３，２４などを含む。
【００２０】
本実施の形態では、電子部品の一例として、ＢＧＡによって実装されたＩＣ（Integrated  Circuit）パッケージ１０がプリント配線板２０Ａに装着される。ＢＧＡは、パッケージの裏面に、はんだボール１１を格子状に形成することによって実装する方式である。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。そこで、プリント基板検査装置１を用いて、検査部位であるはんだボール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。
【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、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のはんだ接続部１１の良否を順次検査する。
【００２６】
次に、図１を参照して、コンピュータ５０の機能について説明する。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。機能的にみると、コンピュータ５０は、波形測定部５１と、記憶部５２と、判定部５３とを含む。
【００２７】
波形測定部５１は、既に説明したように、インピーダンス部４２のスイッチ４５の接続の切替を制御することによって、パルス発生器４１の出力インピーダンスを所望の値に設定する。また、波形測定部５１は、トランジスタ４３をオフ状態からオン状態に切替える制御信号を出力することによって、パルス発生器４１からパルス波を出力させる。また、波形測定部５１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、検査対象のはんだボール１１とＴＤＲ４０とを電気的に接続する。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、検査部位であるはんだボール１１に到達する。はんだボール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】
記憶部５２は、標準品の参照用のプリント基板を用いて測定した反射波の波形を基準波形として記憶する。基準波形は、インピーダンス部４２の複数の抵抗素子４４にそれぞれ設定した場合について測定される。
【００２９】
判定部５３は、検査用のプリント基板に対して測定した反射波の波形と、検査用のプリント基板の測定時と同一の値の出力インピーダンスで予め測定された基準波形とを比較する。波形比較の結果に基づいて、判定部５３は、予め定める判定基準に従って、検査部位の正常／異常の判定または判定の留保を決定する。この良否判定の基準について次に説明する。
【００３０】
図４は、パルス発生器４１の出力波形およびプリント基板２０からの反射波形の一例を示す図である。図４の（Ａ）は、図１のパルス発生器４１から出力されたパルス波の電圧の時間変化を示す。また、図４の（Ｂ）は、図１のオシロスコープ４６で測定された電圧の時間変化を示す。同図において、参照用プリント基板に対して得られた基準波形（実線）と検査用プリント基板に対して得られた測定波形（破線）とを重ねて示している。
【００３１】
通常、プリント基板には多種類の電子部品が多数個実装される。また、プリント基板の配線パターンは場所によって幅や長さが様々であり、配線の分岐もある。したがって、プリント基板に入射されたパルス波は、プリント基板内の様々な場所でインピーダンスの違いに起因して反射されることになる。この結果、オシロスコープ４６で測定される波形は、図４（Ｂ）に示すような複雑な波形になり、波形の予測は困難である。そこで、同一の条件で測定された基準波形と測定波形とを比較して良否判定を行なう。
【００３２】
測定波形の良否判定では、基準波形と測定波形との乖離幅ＤＶに着目する。乖離幅ＤＶは、基準波形の電圧と測定波形の電圧との電圧差の絶対値である。乖離幅ＤＶの最大値が第１の規定値以内に収まっている場合、検査用プリント基板の検査部位は正常と判定される。第１の規定値は実質的にほぼ０の小さな値に設定されるので、乖離幅ＤＶの最大値が第１の規定値以内の場合、基準波形と測定波形とが略一致することになる。一方、基準波形と測定波形とが異なるために、乖離幅ＤＶの最大値が第２の規定値以上となる場合、検査部位は異常と判定される。乖離幅ＤＶが第１の規定値より大きく第２の規定値より小さい場合、判定部５３は、正常／異常の判定を留保する。ここで、第１、第２の規定値は、多数の参照用のプリント基板を用いて反射波の基準波形を多数回測定し、測定された基準波形のばらつきに基づいて決定される。たとえば、４００ｍＶの振幅のパルス波を入力した場合には、第２の規定値は５０ｍＶ程度に設定される。この場合、乖離幅が一瞬でも５０ｍＶ以上となれば、検査部位は異常と判定されることになる。
【００３３】
乖離幅ＤＶに基づいて判定を留保した場合に、さらに、基準波形と測定波形との乖離時間ＤＴを用いて良否判定を行なうこともできる。乖離時間ＤＴは、基準波形と測定波形とが一致しない時間、すなわち、乖離幅ＤＶが第１の規定値を超える時間である。乖離幅ＤＶが第１の規定値より大きく第２の規定値より小さい場合で、かつ、乖離時間ＤＴが規定時間に満たない場合は正常と判定される。乖離幅ＤＶが第１の規定値より大きく第２の規定値より小さい場合で、かつ、乖離時間ＤＴが規定時間以上となる場合は判定が留保される。規定時間も、多数回測定された基準波形のばらつきに基づいて決定される。たとえば、規定時間として２００〜４００ｐ秒が選択される。
【００３４】
判定部５３が判定を留保した場合、波形測定部５１は、パルス発生器４１の出力インピーダンスの値を変更する。そして、波形測定部５１は、変更後の出力インピーダンスのパルス発生器４１から出力されたパルス波の反射波形をオシロスコープ４６によって再測定する。出力インピーダンスを変更する理由は、検査部位が異常の場合の乖離幅ＤＶを大きくして良否判定を容易にするためである。次に、具体的な数値を用いて、パルス発生器４１の出力インピーダンスの違いによる乖離幅ＤＶの変化について説明する。
【００３５】
図５は、図１のプリント基板検査装置１を用いたプリント基板２０の測定の具体例を説明するための図である。
【００３６】
図５を参照して、プリント基板２０は、特性インピーダンスＺ１＝２００Ωの配線パターン２５と、グランドパターン２７と、配線パターン２５の一端とグランドパターン２７との間に接続された抵抗値ＺＬ＝２００Ωの素子２６とを含む。配線パターン２５の他端には、プリント基板検査装置１のプローブ３２が接触する。
【００３７】
素子２６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を順に通過して素子２６に到達する。実際には、配線パターン３４とパルス発生器４１との間には高周波ケーブル３７があるけれども、高周波ケーブルの特性インピーダンスは配線パターン３４の特性インピーダンスに等しいとして、図５では考慮していない。
【００３８】
パルス発生器４１から配線パターン３４に入力されるパルス波の電圧Ｖｉｎは、パルス発生器４１のインピーダンス部４２の抵抗値Ｒ（図５の例では、Ｒ＝２００Ω、６００Ω、５０Ωに切替可能）に応じて変わる。すなわち、電源電圧をＥ（図５の例では、Ｅ＝２Ｖ）とし、配線パターン３４の特性インピーダンスをＺ０としたとき、入力パルス波の電圧Ｖｉｎは、
Ｖｉｎ＝Ｅ×Ｚ０／（Ｒ＋Ｚ０）                                    …(1)
で表わされる。なお、上式（１）からＺ０は、
Ｚ０＝Ｖｉｎ×Ｒ／（Ｅ−Ｖｉｎ）                                  …(2)
と導かれる。
【００３９】
配線パターン３４の特性インピーダンスＺ０は、検査部位の素子２６に接続された配線パターン２５の特性インピーダンスＺ１に整合させる（Ｚ０＝Ｚ１＝２００Ω）。これによって、配線パターン３４と配線パターン２５との接続部であるプローブ３２からの入力パルス波の反射を低減させることができる。この結果、上式(1)にほぼ等しい電圧が素子２６に印加されることになる。
【００４０】
素子２６に到達したパルス波は、以下の式（３）の反射率ρ１で反射される。
ρ１＝（ＺＬ−Ｚ１）／（ＺＬ＋Ｚ１）                              …(3)
素子２６の接続状態が正常の場合、素子２６と配線パターン２５とは整合しているので、上式（３）で反射率ρ１＝０となり、素子２６による反射はない。素子２６の接続が断線している場合（ＺＬ＝∞）、素子２６によるパルス波の反射率ρ１は１になる。また、素子２６の両端が短絡している場合（ＺＬ＝０）、素子２６によるパルス波の反射率ρ１は−１になる。
【００４１】
素子２６の接続状態が異常の場合に素子２６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パルス発生器４１に到達する。パルス発生器４１に到達したパルス波は、反射されて再びプリント基板２０のほうへ戻る。このとき、パルス発生器４１による反射波の反射率ρ２は、
ρ２＝（Ｒ−Ｚ０）／（Ｒ＋Ｚ０）                                  …(4)
で表わされる。インピーダンス部４２の抵抗値Ｒと配線パターン３４の特性インピーダンスＺ０が整合している場合にはパルス発生器４１による反射は生じない。
【００４２】
素子２６とパルス発生器４１とで反射を繰返す多重反射が生じる場合に、最終的にオシロスコープ４６で観測される電圧は、素子２６が断線状態（ＺＬ＝∞）のとき、電源電圧Ｅに等しく２Ｖになる。また、素子２６が短絡状態（ＺＬ＝０）のとき、最終的にオシロスコープ４６で観測される電圧は、０Ｖになる。
【００４３】
図６は、図５の場合にオシロスコープ４６で測定される測定波形を模式的に示す図である。以下、図５、図６を参照して、パルス発生器４１の出力インピーダンスの値Ｒを変えた場合に観測される測定波形と基準波形との乖離幅ＤＶを、次の（Ａ）〜（Ｇ）の場合に分けて説明する。
【００４４】
（Ａ）Ｒ＝２００Ω、ＺＬ＝２００Ωの場合
この場合、図６（Ａ）に示すように、時刻ｔ１でトランジスタ４３がオンになると、上式（１）に従った電圧１Ｖが配線パターン３４に印加される。時刻ｔ２は、配線パターン２５に到達したパルス波が反射されて、パルス発生器４１まで戻ったときの時刻である。前述のように、配線パターン３４と配線パターン２５とは整合しているので、配線パターン２５によって反射波は生じない。したがって、時刻ｔ２では、観測される電圧に変化が生じない。時刻ｔ３は、素子２６に到達したパルス波が反射されて、パルス発生器４１にまで戻ったときの時刻である。図６（Ａ）の場合は、素子２６の抵抗ＺＬ＝２００Ωと配線パターン２５の特性インピーダンスＺ１とが等しいので、素子２６による反射波は生じない。したがって、時刻ｔ３でも観測される電圧に変化は生じない。この図６（Ａ）の波形が、パルス発生器４１の出力インピーダンスが２００Ωの場合の基準波形になる。
【００４５】
（Ｂ）Ｒ＝２００Ω、ＺＬ＝∞（開放）の場合
この場合、図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３までは図６（Ａ）と同様である。時刻ｔ３になると、素子２６による反射波が観測される。ＺＬ＝∞（開放）の場合の反射率ρ１は１であるので、反射波の電圧は１Ｖになる。また、パルス発生器４１の出力インピーダンスと配線パターン３４の特性インピーダンスＺ０とが等しいので、パルス発生器４１による反射は生じない。したがって、時刻ｔ３以降、入射波の電圧１Ｖに反射波の電圧１Ｖを加えた２Ｖの電圧が観測されることになる。この結果、図６（Ａ）の基準波形と図６（Ｂ）の測定波形との乖離幅ＤＶは、ＤＶ＝１Ｖになる。
【００４６】
（Ｃ）Ｒ＝２００Ω、ＺＬ＝０（短絡）の場合
この場合、図６（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３までは図６（Ａ）と同様である。時刻ｔ３になると、素子２６による反射波が観測される。ＺＬ＝０（短絡）の場合の反射率ρ１は−１であるので、反射波の電圧は−１Ｖになる。また、パルス発生器４１の出力インピーダンスと配線パターン３４の特性インピーダンスＺ０とが等しいので、パルス発生器４１による反射は生じない。したがって、時刻ｔ３以降、入射波の電圧１Ｖに反射波の電圧−１Ｖを加えた０Ｖの電圧が観測される。この結果、図６（Ａ）の基準波形と図６（Ｃ）の測定波形との乖離幅ＤＶは、ＤＶ＝１Ｖになる。
【００４７】
（Ｄ）Ｒ＝６００Ω、ＺＬ＝２００Ωの場合
この場合、図６（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１で、上式（１）に従って電圧０．５Ｖが配線パターン３４に印加される。図６（Ａ）と同様に整合が取れている場合には、時刻ｔ２およびｔ３で観測される電圧に変化が生じない。したがって、この図６（Ｄ）の波形が、パルス発生器４１の出力インピーダンスが６００Ωの場合の基準波形になる。
【００４８】
（Ｅ）Ｒ＝６００Ω、ＺＬ＝∞（開放）の場合
この場合、素子２６における反射率ρ１は、上式（３）に従ってρ１＝１であり、パルス発生器４１における反射率ρ２は上式（４）に従ってρ２＝０．５である。したがって、パルス波は多重反射することになる。図６（Ｅ）に示すように、時刻ｔ３までは図６（Ｄ）と変化がないが、時刻ｔ３以降、多重反射によって最終的に観測される電圧は２Ｖになる。したがって、図６（Ｄ）の基準波形と図６（Ｅ）の測定波形との乖離幅ＤＶは、ＤＶ＝１．５Ｖになる。このように、検査部位が開放している場合に観測される乖離幅ＤＶは、
ＤＶ＝（１−Ｚ０／（Ｚ０＋Ｒ））×Ｅ                              …(5)
となるので、パルス発生器４１の出力インピーダンスＲを増加させるほど、乖離幅ＤＶが大きくなる。
【００４９】
（Ｆ）Ｒ＝５０Ω、ＺＬ＝２００Ωの場合
この場合、図６（Ｆ）に示すように、時刻ｔ１で、上式（１）に従って電圧１．６Ｖが配線パターン３４に印加される。図６（Ａ）と同様に整合が取れている場合には、時刻ｔ２およびｔ３で観測される電圧に変化が生じない。したがって、この図６（Ｆ）の波形が、パルス発生器４１の出力インピーダンスが５０Ωの場合の基準波形になる。
【００５０】
（Ｇ）Ｒ＝５０Ω、ＺＬ＝０（短絡）の場合
この場合、素子２６における反射率ρ１は、上式（３）に従ってρ１＝−１であり、パルス発生器４１における反射率ρ２は上式（４）に従ってρ２＝−０．６である。したがって、パルス波は多重反射することになる。図６（Ｇ）に示すように、時刻ｔ３までは図６（Ｆ）と変化がないが、時刻ｔ３以降、多重反射によって最終的に観測される電圧は０Ｖになる。したがって、図６（Ｆ）の基準波形と図６（Ｇ）の測定波形との乖離幅ＤＶは、ＤＶ＝１．６Ｖになる。このように、検査部位が短絡している場合に観測される乖離幅ＤＶは、
ＤＶ＝（Ｚ０／（Ｚ０＋Ｒ））×Ｅ                                    …(6)
となるので、パルス発生器４１の出力インピーダンスＲを減少させるほど、乖離幅ＤＶが大きくなる。
【００５１】
図７は、プリント基板検査装置１による測定手順を示すフローチャートである。以下、図１、図７を参照して、これまでの説明を総括してプリント基板検査装置１による検査手順を説明する。
【００５２】
ステップＳ１で、コンピュータ５０の波形測定部５１は、パルス発生器４１の出力インピーダンスを種々の値に設定して、設定された各インピーダンス値に対して参照用のプリント基板の反射波の波形を測定する。測定された波形は基準波形として、コンピュータ５０の記憶部５２に記憶される。
【００５３】
次のステップＳ２で、コンピュータ５０の波形測定部５１は、パルス発生器４１の出力インピーダンスを初期値に設定して、パルス発生器４１によってパルス波を検査用のプリント基板に印加する。波形測定部５１は、オシロスコープ４６によって検査用のプリント基板から反射された反射波の波形を測定する。ここで、出力インピーダンスの初期値の設定方法については、図８を参照して後述する。
【００５４】
次のステップＳ３で、判定部５３は、検査用プリント基板の測定時と同一の値の出力インピーダンスで予め測定された基準波形を記憶部５２から読み出す。判定部５３は、読み出した参照用プリント基板に対する基準波形と検査用プリント基板に対する測定波形とを比較する。
【００５５】
次のステップＳ４で、判定部５３は、基準波形と測定波形との乖離幅（電圧差の絶対値）を算出する。そして、次のステップＳ５で乖離幅の最大値が第１の規定値以下か否かを判定する。乖離幅が第１の規定値以下の場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、判定部５３は検査部位を正常と判定し（ステップＳ６）、検査手順が終了する。乖離幅が第１の規定値を超える場合には（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ７に進む。
【００５６】
ステップＳ７で、判定部５３は、乖離幅の最大値が第２の規定値以上か否かを判定する。乖離幅が第２の規定値以上の場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、判定部５３は検査部位を異常と判定し（ステップＳ８）、検査手順が終了する。乖離幅が第２の規定値未満の場合には（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ９に進む。
【００５７】
ステップＳ９で、判定部５３は、基準波形と測定波形との乖離時間（乖離幅が第１の規定値を超える時間）を確認する。そして、次のステップＳ１０で乖離時間が規定時間以内か否かを判定する。乖離時間が規定時間以内の場合には（ステップＳ１０でＹＥＳ）、判定部５３は検査部位を正常と判定し（ステップＳ１１）、検査手順が終了する。乖離時間が規定時間を越える場合には（ステップＳ１０でＮＯ）、判定部５３は正常／異常の判定を留保して、ステップＳ１２に進む。
【００５８】
ステップＳ１２で、判定部５３は、基準波形の電圧と測定波形の電圧とのどちらが高いか否か、すなわち、波形の乖離の方向を確認する。検査部位が断線または断線しかかっている場合には、検査部位によるパルス波の反射率が正になるので、通常、測定波形の電圧は基準波形の電圧より高くなる。逆に、検査部位が短絡または短絡しかかっている場合には、検査部位によるパルス波の反射率が負になるので、測定波形の電圧は基準波形の電圧よりも低くなる。そこで、波形の乖離の方向を確認することによって、パルス発生器４２の出力インピーダンスの変更の基準とする。
【００５９】
次のステップＳ１３で、判定部５３が測定波形の電圧が基準波形の電圧よりも高いと判定した場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、検査部位は開放の方向にある。この場合、ステップＳ１４に進んで、波形測定部５１は、インピーダンス部４２の抵抗値を上げるようにスイッチ４５を切替える。逆に、判定部が測定波形の電圧が基準波形の電圧より低いと判定した場合には（ステップＳ１３でＮＯ）、検査部位は短絡の方向にある。この場合、ステップＳ１５に進んで、波形測定部５１は、インピーダンス部４２の抵抗値を下げるようにスイッチ４５を切替える。このように抵抗値を変更することによって、乖離幅がより大きくなるので、検査部位の良否判定が容易になる。
【００６０】
ステップＳ１４，Ｓ１５でインピーダンス部４２の抵抗値を変更した後、ステップＳ２に戻り、変更した抵抗値で検査用プリント基板を再測定する。
【００６１】
なお、上記検査手順で、ステップＳ９〜ステップＳ１１を省略して、ステップＳ７でＮＯの場合にステップＳ１２に進むようにしてもよい。
【００６２】
図８は、プリント基板の配線パターンが複数に分岐している場合の検査方法について説明するための図である。図８を参照して、プリント基板２０Ｂは、図５のプリント基板２０に代えて、特性インピーダンスがそれぞれＺ１，Ｚ２，Ｚ３の配線パターン２５，２８，２９を含む。配線パターン２９の一端にプローブ３２が接触し、配線パターン２９の他端で配線パターン２５と２８とに分岐する。配線パターン２５の終端とグランドパターン２７との間に検出対象である素子２６が接続される。図８のその他の点については図５と共通するので、同一または対応する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００６３】
実際の測定では、図２に示すように、検査対象の素子の近傍のコンタクトホールの導電層２２を利用してプローブ３２を接触させる。したがって、図５のように、プローブ３２と検査対象の素子２６との間には分岐がない場合がほとんどであり、配線の分岐の影響が問題とならない場合が多い。
【００６４】
一方、図８のように、プリント基板の配線パターンに分岐がある場合には、複数の反射波が測定されるので、反射波の波形はより複雑になる。たとえば、図６（Ｅ），（Ｇ）の場合のように多重反射が生じる場合には、多重反射の成分は小さなリンキング程度にしか見えない。したがって、最初に現れる反射波の識別がより重要になる。もっとも、図８に示すように、検査部位（素子２６）に接続される配線パターン２５のほうが、他の配線パターン２８よりも短い場合が通常である。この場合、検査部位（素子２６）からの反射が先に観測されるので、配線パターン２８に接続された素子からの反射は測定に影響しない。
【００６５】
最初に現れる反射波の基準波形に対する乖離の方向は、検査部位が開放状態か短絡状態かによって異なる。検査部位が開放状態の場合には、基準波形の電圧よりも高くなり、検査部位が短絡方向の場合には、基準波形の電圧よりも低くなる。したがって、検査部位からの最初の反射波形が観測される時刻（図４の場合に時刻ｔ２）の直前の電圧（図４の場合の電圧Ｖｍ）は、パルス発生器４１の電源電圧Ｅ（出力パルスの電圧振幅）のほぼ半分にすることが好ましい。なぜなら、直前の電圧が０Ｖまたは電源電圧Ｅのいずれかに偏りすぎると、偏った方向への乖離の判定が困難になるからである。
【００６６】
上記の観点から、検査部位からの反射波形が観測される時刻の直前の電圧が、パルス発生器４１の電源電圧Ｅ（出力パルスの電圧振幅）のほぼ半分になるように、インピーダンス部４２の抵抗値の初期値を設定する。このため、たとえば、図５のように配線パターンに分岐がない場合には、インピーダンス部４２の抵抗値の初期値を、検査部位（素子２６）の近傍の配線パターン２５の特性インピーダンスＺ１に等しく設定する。または、標準的な出力インピーダンス５０Ωを用いて予備的に反射を測定し、このときに反射波が観測される直前の電圧Ｖｍを用いて、前述の式（２）に従ってインピーダンス部４２の抵抗値の初期値Ｒ１を次式（７）のように設定してもよい。
【００６７】
Ｒ１＝Ｖｍ×５０／（Ｅ−Ｖｍ）                                  …(7)
また、図８のようにプリント基板２０Ｂの配線パターンに分岐がある場合には、分岐点より先の配線パターン２５，２８の特性インピーダンスの合成インピーダンスに、インピーダンス部４２の抵抗値の初期値を合わせる。この場合、分岐点より先の配線パターン２５，２８の特性インピーダンスが大きく違わない場合がほとんどであるので、測定上問題にはならない。
【００６８】
以上のとおり、本実施の形態のプリント基板検査装置１によれば、出力インピーダンスが可変のパルス発生器４１から出力されたパルス波を用いて時間領域反射率測定を行なう。検査用プリント基板の測定波形と参照用プリント基板の基準波形との乖離幅が十分でなく良否判定が困難な場合には、パルス発生器４１の出力インピーダンスを変更して再測定を行なう。したがって、短絡／開放など検査部位の状態に応じて設定された最適な出力インピーダンスを用いることにより、測定波形と基準波形との乖離幅が大きくなるようにして、精度良く容易に良否判定を行なうことができる。
【００６９】
また、パルス発生器４１の出力インピーダンスの初期値は、検査部位からの反射波が観測される直前の測定電圧が、パルス発生器４１の出力パルスの電圧振幅のほぼ半分になるように設定する。これによって、検査部位が短絡／開放のいずれの異常の場合にも測定波形と基準波形との乖離を明瞭に観測することができる。
【００７０】
また、上記の方法で測定波形と基準波形との乖離幅の測定精度を高めることによって、完全な断線や短絡でない微妙な接続不良の場合の検出も可能になる。
【００７１】
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。本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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態による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】パルス発生器４１の出力波形およびプリント基板２０からの反射波形の一例を示す図である。
【図５】図１のプリント基板検査装置１を用いたプリント基板２０の測定の具体例を説明するための図である。
【図６】図５の場合にオシロスコープ４６で測定される測定波形を模式的に示す図である。
【図７】プリント基板検査装置１による測定手順を示すフローチャートである。
【図８】プリント基板の配線パターンが複数に分岐している場合の検査方法について説明するための図である。
【符号の説明】
【００７３】
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、２０，２０Ｂ  プリント基板、２２  コンタクトホールの導電層、２３，２４  ランド、２５，２８，２９  配線パターン、２６  素子、２７  グランドパターン、３０  インターフェース部、３２  プローブ、３４  配線パターン、３６  スイッチ、４１  パルス発生器、４２  インピーダンス部、４２  パルス発生器、４３  トランジスタ、４６  オシロスコープ、５０  コンピュータ、５１  波形測定部、５２  記憶部、５３  判定部、ＤＴ  乖離時間、ＤＶ  乖離幅、ＶＤＤ  電源ノード。
【図１】
2009294101.tif 000003
【図２】
2009294101.tif 000004
【図３】
2009294101.tif 000005
【図４】
2009294101.tif 000006
【図５】
2009294101.tif 000007
【図６】
2009294101.tif 000008
【図７】
2009294101.tif 000009
【図８】
2009294101.tif 000010