プリント基板の検査装置および検査方法
【課題】パルスの印加箇所に直列にダイオードが設けられている場合のように、従来、ＴＤＲによる検査ができなかったプリント基板に対しても検査を可能にする。
【解決手段】ＴＤＲを利用したプリント基板の検査装置１において、パルス発生器４１は、オフセット電圧生成部６１からプローブ３２を介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、プローブ３２を介してプリント基板に印加するためのパルス波を生成する。測定機４２は、プリント基板によってパルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する。判定部５１は、検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、検査用のプリント基板の良否を判定する。
【解決手段】ＴＤＲを利用したプリント基板の検査装置１において、パルス発生器４１は、オフセット電圧生成部６１からプローブ３２を介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、プローブ３２を介してプリント基板に印加するためのパルス波を生成する。測定機４２は、プリント基板によってパルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する。判定部５１は、検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、検査用のプリント基板の良否を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板の検査において、プリント基板とそれに実装されている部品の接合部分の目視が困難な場合、バウンダリスキャンやＸ線による検査が行われる。しかしながら、バウンダリスキャンはコストがかかることや、高周波回路での利用できないといったデメリットがある。Ｘ線による検査は、スキャン精度が十分でないために、微小な亀裂などによる接続不良箇所を見つけることが困難であるといったデメリットがある。
【０００３】
上記の検査法に比べて簡単かつ高精度な方法として、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry：時間領域反射測定装置）を利用した接続異常部の検査法が知られている。
【０００４】
たとえば、特開平９−６１４８６号公報（特許文献１）に記載された半田付け検査装置は、高周波パルス波を発生するパルス発生装置と、パルス波を基板のランドに印加する高周波プローブと、反射波形を計測するオシロスコープと、オシロスコープで計測された波形を分析する波形分析装置と、高周波プローブを基板の所望のランドに移動・接触させるＸＹ駆動機構と、これを制御するＸＹ駆動機構制御装置とを備える。
【０００５】
特開２００９−２９４１０１号公報（特許文献２）では、量産に対応して測定時間を短縮するために、複数のプローブと判定部とを備えた半田付け検査装置が提案されている。判定部は、回路からの反射波形を測定して基準波形と比較することによって良品であるか不良品であるかを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６１４８６号公報
【特許文献２】特開２００９−２９４１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＴＤＲの測定において、プリント基板のパッドに高速立ち上がりパルスを入力する場合、その入力パルスの波形は０Ｖを基準にしている。このため、たとえば、パルスが入力されるパッドと直列にダイオードが設けられている場合に、ダイオードの順方向降下電圧よりもパルスの振幅が小さければ、入力したパルスがダイオードによって反射されてしまう。この場合、ダイオードから先にある部品に対してＴＤＲ検査を実施することができないという不具合が生じる。このようなパッドに直接に接続されたダイオードの例としてブートストラップ駆動回路に用いられるダイオードが挙げられる。
【０００８】
この発明の目的は、パルスの印加箇所と直列にダイオードが設けられている場合のように、従来、ＴＤＲによる検査ができなかったプリント基板に対してもＴＤＲ検査を可能にするプリント基板の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】
【０００９】
この発明は一局面においてプリント基板の検査装置であって、プローブと、直流電源と、パルス発生器と、測定機と、判定部とを備える。プローブは、プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触するために設けられる。直流電源は、プローブを介してプリント基板に印加するためのオフセット電圧を生成する。パルス発生器は、直流電源からプローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、プローブを介してプリント基板に印加するためのパルス波を生成する。測定機は、プリント基板によってパルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する。判定部は、検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、検査用のプリント基板の良否を判定する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、直流電源からプローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、パルス波がプローブを介してプリント基板にさらに印加される。そして、そのときのパルス波の反射に基づく電圧波形が検出される。このようにオフセット電圧を印加することによって、従来のＴＤＲ装置では検査できなかったプリント基板に対しても、接続状態の検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の一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】図１のオフセット電圧生成部６１の機能について説明するための図である。
【図５】ブートストラップ駆動回路の構成を示す図である。
【図６】パルス発生器４１から出力されるパルス波の電圧波形、およびプローブ３２を介してプリント基板２０に入力されるパルス波の電圧波形を示す図である。
【図７】オフセット電圧生成部６１のより詳しい構成を示すブロック図である。
【図８】図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
【図９】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】
【００１２】
以下、この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。
【００１３】
［プリント基板検査装置の構成］
図１は、この発明の実施の一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、コンピュータ５０と、オフセット電圧生成部６１と、コンデンサ６２とを含む。オフセット電圧生成部６１とコンデンサ６２とによって、パルス波形変形部６０が構成される。
【００１４】
（ＴＤＲ）
ＴＤＲ４０は、急峻な立ち上がりのパルス波を出力するパルス発生器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機としてのオシロスコープ４２とを含む。パルス発生器４１およびオシロスコープ４２は、コンデンサ６２および高周波ケーブル３７を介してインターフェース部３０と接続される。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の入力パッド（ランドなど）に印加される。オシロスコープ４２は、入力パルス波がプリント基板２０に形成された回路の各場所で反射されることによって生じた反射波を、インターフェース部３０を介して検出する。オシロスコープ４２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に出力される。
【００１５】
（インターフェース部）
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には、さらに、検査対象であるプリント基板２０の概略的な構成も併せて示される。
【００１６】
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。
【００１７】
図２、図３を参照して、プリント基板２０は、絶縁性の基板２１に配線パターンが形成されたプリント配線板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に接続されたランド２３，２４などを含む。
【００１８】
プリント基板検査装置１は、プリント配線板２０Ａに実装された電子部品の半田接続状態の良否を検査する。図２には、検査対象の１つとしてＩＣ（Integrated Circuit）パッケージ１０が示されている。ＩＣパッケージ１０は、パッケージの裏面に形成された半田１１によって基板２１に形成されたランド２３と接続される。
【００１９】
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。
【００２０】
なお、ＴＤＲ測定では高周波のパルス波を伝達するためにグランドラインが重要である。このため、プローブ３２は、検査装置１のグランドと測定対象であるプリント基板２０のグランドとを接続するために、さらに複数個設けられている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
再び図１を参照して、インターフェース部３０は、さらに、リレーなどによって構成された複数のスイッチ３６を含む。各スイッチ３６は、各プローブ３２と個別に対応し、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に挿入される。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を介してプリント基板２０に実装された電子部品の接続状態を検査する。
【００２５】
（コンピュータ）
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（メモリ回路）５２と、判定部５１とを含む。測定制御部５３および判定部５１の機能は、プログラムに従って動作するＣＰＵ５４によって実現される。
【００２６】
測定制御部５３は、パルス発生器４１からのパルス波の出力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ＴＤＲ４０とを選択的に接続する。
【００２７】
記憶部５２は、接続状態が良好な参照用のプリント基板に対してＴＤＲ検査を行なうことによって得られた電圧波形を基準波形として記憶する。
【００２８】
判定部５１は、検査用のプリント基板に対して測定した電圧波形と、予め測定された基準波形とを比較する。判定部５１は、波形比較の結果に基づいて、検査部位の良否を判定する。
【００２９】
［オフセット電圧生成部の構成および動作］
（オフセット電圧生成部の概略）
オフセット電圧生成部６１は、パルス発生器４１からインターフェース部３０に至るパルス波の伝送経路に接続される。図１に示すように、このパルス波の伝送経路にはコンデンサ６２が挿入されている。オフセット電圧生成部６１は、コンデンサ６２よりもインターフェース部３０寄りの位置でパルス波の伝送経路と接続される。これに対して前述のオシロスコープ４２は、コンデンサ６２よりもパルス発生器４１寄りの位置でパルス波の伝送経路と接続される。
【００３０】
オフセット電圧生成部６１は、直流電圧（オフセット電圧とも称する）を生成して、生成した直流電圧を高周波ケーブル３７およびインターフェース部３０を介してプリント基板に出力する。ＴＤＲによる検査時には、オフセット電圧生成部６１から出力された直流電圧がプローブ３２を介してプリント基板２０に印加された状態で、さらに、パルス発生器４１から出力されたパルス波がプリント基板２０に印加される。オフセット電圧生成部６１から出力される直流電圧の大きさは調整可能である。
【００３１】
なお、オフセット電圧生成部６１から出力される直流電圧はコンデンサ６２によって遮断されるので、パルス発生器４１およびオシロスコープ４２には印加されない。
【００３２】
（オフセット電圧生成部の機能）
オフセット電圧生成部６１からプリント基板に直流電圧を印加する必要がある典型的な場合は、パルス波の伝送経路に直列にダイオードが設けられている場合である。以下、その理由を具体的に説明する。
【００３３】
図４は、図１のオフセット電圧生成部６１の機能について説明するための図である。
図４の例では、プリント基板２０は、配線パターン２５と、グランドパターン２８と、入力パッド２４と、配線パターン２５に接続された電子部品２７およびダイオード２６とを含む。電子部品２７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、パルス波形変形部６０、高周波ケーブル３７、インターフェース部３０内の配線パターン３４、プローブ３２、入力パッド２４、配線パターン２５、およびダイオード２６を順に通過して電子部品２７に到達する。そして、パルス波が電子部品２７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ＴＤＲ４０に到達し、オシロスコープ４２によって検出される。
【００３４】
ここで、図４に例示したような入力パッド２４と直列に設けられたダイオード２６を含む回路の典型例として、次の図５に示すブートストラップ方式のゲート駆動回路が挙げられる。
【００３５】
図５は、ブートストラップ方式のゲート駆動回路の構成を示す図である。図５を参照して、ゲート駆動回路によってＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１，Ｑ２のゲートが駆動される。プリント基板２０には、複数のパッドＰＤ１〜ＰＤ３と、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、コンデンサＣ１と、制御ＩＣ２９とが設けられる。ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２は、パッドＰＤ２，ＰＤ３間に直列に接続される。パッドＰＤ２には高電圧が与えられ、パッドＰＤ３は接地に接続される。
【００３６】
図５において、ダイオードＤ３が図４のダイオード２６に相当し、パッドＰＤ１が図４の入力パッド２４に相当する。ＴＤＲ検査時には、パッドＰＤ１にプローブ３２を接触させ、パルス波が入力される。
【００３７】
制御ＩＣ２９は、高電圧側のＩＧＢＴＱ１のゲートを駆動するための高電圧側回路と、低電圧側のＩＧＢＴＱ２のゲートを駆動するための低電圧側回路とを含む。低電圧側回路は、ＶＣＣ端子とＣＯＭ端子間の電圧によって動作し、高電圧側回路は、ＶＢ端子とＶＳ端子との間に接続されたブートストラップコンデンサＣ１によって駆動される。ゲート駆動信号は、ＬＯ端子およびＨＯ端子からそれぞれ出力される。
【００３８】
コンデンサＣ１は、ＩＧＢＴＱ１がオフでありＩＧＢＴＱ２がオンのときに、パッドＰＤ１に接続された電源によって充電される。ＩＧＢＴＱ１がオンでありＩＧＢＴＱ２がオフのときには、ＶＢ端子の電圧は、コンデンサＣ１の充電電圧とパッドＰＤ２に供給される高電圧との和に等しくなる。このとき、ダイオードＤ３によって、ＶＢ端子からパッドＰＤ１への電流が阻止される。
【００３９】
再び図４を参照して、入力パッド２４にプローブ３２を接触させて半田接続状態のＴＤＲ検査を行なうとき、パッドＰＤ１に直列に接続されたダイオード２６がパルス波を完全に反射する場合がある。具体的には、パルス波の振幅がダイオード２６の順方向降下電圧（シリコンの場合、約０．６Ｖ）より小さければ、ダイオード２６によってパルス波が完全に反射される。この結果、ダイオード２６よりも先に設けられた電子部品２７のＴＤＲ検査ができなくなる。このような場合でもＴＤＲ検査が行なえるようにするために、オフセット電圧生成部６１によって、ダイオード２６の順方向降下電圧を超えるオフセット電圧がプリント基板２０の入力パッド２４に印加される。これによって、パルス波がダイオード２６を通過できるようにする。
【００４０】
図６は、パルス発生器４１から出力されるパルス波の電圧波形、およびプローブ３２を介してプリント基板２０に入力されるパルス波の電圧波形を示す図である。図６の波線のグラフ８３がパルス発生器４１の出力波形を示し、実線のグラフ８４がプリント基板２０に入力されるパルス波形を示す。
【００４１】
図４、図６を参照して、配線パターン２５にダイオードが挿入されている場合、図６の波線のグラフ８３で示すパルス発生器４１の出力（４００ｍＶｐｐ程度、ｐｐはピーク・ツー・ピークを表わす）だけではダイオードの順方向降下電圧（シリコンダイオードで０．６Ｖ程度）より低いため、パルス波はダイオード２６より先に伝播することが出来ない。このため、ダイオード２６より先に実装されている電子部品２７の接続状態を検査することができない。
【００４２】
そこで、オフセット電圧生成部６１から８００ｍＶｐｐの直流電圧が出力される。この場合、図６の実線のグラフ８４で示すように、プローブ３２を介してプリント基板２０に入力される波形の最低電圧が８００ｍＶとなり、電圧最大が１２００ｍＶとなる。これによりダイオード２６の順方向降下電圧よりも高い電圧をプリント基板２０に印加することが可能となる。
【００４３】
なお、パルス波の最低電圧を０Ｖとし、最大電圧をダイオード２６の順方向降下電圧よりも高い１２００ｍＶにしても、ダイオード２６の影響を除去できない。なぜなら、ダイオードがオフ状態からオン状態に変化するスイッチング速度は、ＴＤＲに用いられる高速パルスの立上がり速度よりも遅いので、ダイオード２６からの反射波が生じるからである。したがって、安定した状態でＴＤＲ検査を行なうためには、順方向降下電圧よりも高いオフセット電圧を印加することによってダイオード２６が導通した状態で、パルス波をさらに印加する必要がある。
【００４４】
（オフセット電圧生成部の詳細な構成）
測定精度の観点からは、オフセット電圧生成部６１の出力電圧を、複数の検査用のプリント基板のいずれに対しても同一の値に設定することは望ましくない。図４のダイオード２６のＶ−Ｉ特性には個体ごとにばらつきがあり、このＶ−Ｉ特性のばらつきによってパルス波の通過特性および反射特性が変化するからである。
【００４５】
ダイオード２６のＶ−Ｉ特性のばらつきの影響を除去するために、図４のオフセット電圧生成部６１には、オフセット電圧を出力したときに、プローブ３２を介してプリント基板２０に供給される直流電流を検出する電流検出部（図７の参照符号６５）が設けられる。オフセット電圧の大きさは、印加されたオフセット電圧の大きさ（Ｖ）と検出された直流電流との大きさ（Ｉ）の比であるインピーダンス値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）が所定の基準インピーダンスに等しくなるように調整される。ここで、基準インピーダンスは、参照用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形（基準波形）を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと、検出された直流電流の大きさとの比である。これによって、ダイオード２６のばらつきの影響を除去して、検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と基準波形とを比較することができ、結果として測定精度を向上させることができる。
【００４６】
図７は、オフセット電圧生成部６１のより詳しい構成を示すブロック図である。図７を参照して、オフセット電圧生成部６１は、直流電源６３と、電圧検出部６４と、電流検出部６５と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）６６と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６７と、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ：Digital-to-Analog Converter）６８とを含む。
【００４７】
直流電源６３は、オフセット電圧を生成して出力する。電圧検出部６４は、直流電源６３から出力されるオフセット電圧（直流電圧）を検出する。電流検出部６５は、直流電源６３から出力される直流電流を検出する。ＡＤＣ６６は、電圧検出部６４によって検出された電圧値（Ｖ）および電流検出部６５によって検出された電流値（Ｉ）をデジタルデータに変換してＣＰＵ６７に出力する。
【００４８】
ＣＰＵ６７は、電圧検出部６４によって検出された電圧値（Ｖ）と電流検出部６５によって検出された電流値（Ｉ）との比であるインピーダンス値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を算出する。そしてＣＰＵ６７は算出したインピーダンス値（Ｒ）に基づいて、直流電源６３の電圧レベルを調整するための制御信号（レベル調整信号）を出力する。ＤＡＣ６８は、ＣＰＵ６７から出力されたレベル調整信号をアナログデータに変換して、直流電源６３に供給する。直流電源６３は、レベル調整信号に応じて、出力するオフセット電圧の大きさを変化させる。このように、ＣＰＵ６７は、電圧検出部６４および電流検出部６５の検出結果に基づいてオフセット電圧の大きさを調整するオフセット電圧調整部として機能する。
【００４９】
なお、コンピュータ５０を構成するＣＰＵ５４と別個にＣＰＵ６７を設けるのでなく、ＣＰＵ５４がオフセット電圧の大きさを調整するためのレベル調整信号を生成するようにしてもよい。この場合、ＡＤＣ６６およびＤＡＣ６８は、コンピュータ５０に内蔵されている。そして、電圧検出部６４および電流検出部６５の検出結果はコンピュータ５０に取り込まれ、内蔵のＡＤＣ６６によってデジタル値に変換される。
【００５０】
［プリント基板の検査方法の詳細］
（プリント基板の良否判定の基準について）
図８は、図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
【００５１】
図８（Ａ）には、図４のパルス発生器４１から出力されたパルス波の波形の一例が示される。図８（Ａ）の時刻ｔ１で立ち上がるパルス波の大きさは４００ｍＶｐｐ程度である。既に説明したように、このパルス電圧に、図４のオフセット電圧生成部６１から出力された直流電圧が加算されてプリント基板２０に印加される。
【００５２】
図８（Ｂ）には、オシロスコープ４２によって測定された反射波の波形８１の一例が示される。
【００５３】
図４、図８（Ｂ）を参照して、実際のプリント基板では、ＴＤＲ４０から出力されたパルス波はプリント基板２０に実装された多数の素子によって反射される。さらに、反射波には配線のインピーダンスや配線長も関係するので、オシロスコープ４２によって測定される反射波は、図８（Ｂ）に示すように複雑な波形８１となる。そこで、測定用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形と予め測定した参照用のプリント基板による基準波形とを比較することによってプリント基板の良否が判定される。
【００５４】
たとえば、測定波形と基準波形との電圧の乖離が一瞬でも閾値（たとえば、５０ｍＶ程度）以上になれば、プリント基板２０は異常と判定される。また、閾値より低い乖離幅でも閾値時間以上（たとえば、２００〜４００ｐ秒程度）乖離し続けた場合に、プリント基板２０は異常と判定される。異常波形の例として図８（Ｂ）に波形８２を示す。
【００５５】
なお、これらの乖離幅の閾値の設定する際には、量産時の複数の正常なプリント基板に対して測定した波形からデータの標準偏差を求め、その標準偏差に基づいて閾値を設定するのが望ましい。実際に多数の良品のプリント基板を用いて反射波の波形のばらつきを計算したところ、ＴＤＲ４０から出力したパルスの大きさの１％程度が標準偏差に等しくなった。たとえば、４００ｍＶｐｐのパルスの場合には、標準偏差σは４ｍＶ程度になる。したがって、乖離幅の閾値は少なくとも３σ＝１２ｍＶ以上に設定する必要がある。
【００５６】
（検査手順のフローチャート）
図９は、プリント基板の検査手順を示すフローチャートである。
【００５７】
図４、図７、図９を参照して、図９の検査手順は、プローブ３２をプリント基板２０の検査部位の近傍に設けられたランド（入力パッド）２４に接触させた後に開始される。なお、図１の複数のスイッチ３６のうち検査部位の近傍に配置されたものはオン状態であるとする。
【００５８】
ステップＳ１で、ＣＰＵ６７は、オフセット電圧生成部６１の出力（オフセット電圧（Ｖ））を初期値に設定する。
【００５９】
次のステップＳ２で、オフセット電圧生成部６１に設けられた電圧検出部６４および電流検出部６５は、オフセット電圧生成部６１から出力される電圧値（Ｖ）および電流値（Ｉ）をそれぞれ検出する。
【００６０】
次のステップＳ３で、ＣＰＵ６７は、インピーダンス値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を計算する。
次のステップＳ４で、ＣＰＵ６７は、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとを比較する。基準インピーダンスは、参照用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形（基準波形）を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと、検出された直流電流の大きさとの比である。ＣＰＵ６７は、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとが一致しなければステップＳ５へ処理を進めてオフセット電圧の大きさを調整し、一致すればオフセット電圧の大きさの調整は完了したとしてステップＳ８へ処理を進める。
【００６１】
まず、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとが一致しない場合（ステップＳ５）について説明する。この場合、インピーダンス値（Ｒ）が基準インピーダンスより大きければ（ステップＳ５でＹＥＳ）、ＣＰＵ６７は、直流電源６３から出力するオフセット電圧（Ｖ）を上昇させ（ステップＳ６）、その後、処理をステップＳ１に戻す。インピーダンス値（Ｒ）が基準インピーダンスよりも小さければ(ステップＳ５でＮＯ）、ＣＰＵ６７は、直流電源６３から出力するオフセット電圧（Ｖ）を下降させ（ステップＳ７）、その後、処理をステップＳ１に戻す。
【００６２】
次に、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとが一致した場合について説明する。この場合、ステップＳ８において、測定制御部５３は、オフセット電圧生成部６１からオフセット電圧が出力された状態で、さらに、パルス発生器４１からパルス波を出力させる。出力されたパルス波は、インターフェース部３０を介して検査用のプリント基板２０に印加される。
【００６３】
次のステップＳ９で、オシロスコープ４２は、プリント基板２０からパルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する。オシロスコープ４２で検出された電圧波形は、コンピュータ５０に取込まれた後にデジタル変換される。
【００６４】
次のステップＳ１０で、コンピュータ５０の判定部５１は、検査用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形（測定波形）と、予め参照用のプリント基板で測定した電圧波形（基準波形）とを比較する。電圧波形の比較結果に基づいて、判定部５１は、検査部位の良否の判定を行なう。
【００６５】
［まとめ］
以上のとおり、プリント基板の検査装置１によれば、ダイオードの順方向降下電圧よりも高い値に調整されたオフセット電圧がプリント基板に印加された状態で、さらにパルス波がプリント基板に印加される。この結果、プローブ３２と検査部位との間の配線パターンにダイオードが挿入されているために、従来のＴＤＲ装置では検査できなかった場合でも、半田接続状態の検査が可能になる。
【００６６】
さらに、オフセット電圧生成部６１から出力されるオフセット電圧の大きさは、オフセット電圧の大きさと電流検出部６５によって検出された直流電流との比であるインピーダンス値が所定の基準インピーダンスに等しくなるように調整される。ここで、基準インピーダンスは、参照用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比である。このように、検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とでインピーダンスの大きさを揃えることによって、ＴＤＲ検査の精度を向上させることができる。
【００６７】
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】
【００６８】
１ プリント基板検査装置、２０ プリント基板、２０Ａ プリント配線板、２４，ＰＤ１ 入力パッド（ランド）、２６，Ｄ１ ダイオード、３０ インターフェース部、３２ プローブ、３７ 高周波ケーブル、４１ パルス発生器、４２ 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 パルス波形変形部、６１ オフセット電圧生成部、６２，Ｃ１ コンデンサ、６３ 直流電源、６４ 電圧検出部、６５ 電流検出部、６７ ＣＰＵ（オフセット電圧調整部）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板の検査において、プリント基板とそれに実装されている部品の接合部分の目視が困難な場合、バウンダリスキャンやＸ線による検査が行われる。しかしながら、バウンダリスキャンはコストがかかることや、高周波回路での利用できないといったデメリットがある。Ｘ線による検査は、スキャン精度が十分でないために、微小な亀裂などによる接続不良箇所を見つけることが困難であるといったデメリットがある。
【０００３】
上記の検査法に比べて簡単かつ高精度な方法として、ＴＤＲ（Time Domain Reflectometry：時間領域反射測定装置）を利用した接続異常部の検査法が知られている。
【０００４】
たとえば、特開平９−６１４８６号公報（特許文献１）に記載された半田付け検査装置は、高周波パルス波を発生するパルス発生装置と、パルス波を基板のランドに印加する高周波プローブと、反射波形を計測するオシロスコープと、オシロスコープで計測された波形を分析する波形分析装置と、高周波プローブを基板の所望のランドに移動・接触させるＸＹ駆動機構と、これを制御するＸＹ駆動機構制御装置とを備える。
【０００５】
特開２００９−２９４１０１号公報（特許文献２）では、量産に対応して測定時間を短縮するために、複数のプローブと判定部とを備えた半田付け検査装置が提案されている。判定部は、回路からの反射波形を測定して基準波形と比較することによって良品であるか不良品であるかを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−６１４８６号公報
【特許文献２】特開２００９−２９４１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＴＤＲの測定において、プリント基板のパッドに高速立ち上がりパルスを入力する場合、その入力パルスの波形は０Ｖを基準にしている。このため、たとえば、パルスが入力されるパッドと直列にダイオードが設けられている場合に、ダイオードの順方向降下電圧よりもパルスの振幅が小さければ、入力したパルスがダイオードによって反射されてしまう。この場合、ダイオードから先にある部品に対してＴＤＲ検査を実施することができないという不具合が生じる。このようなパッドに直接に接続されたダイオードの例としてブートストラップ駆動回路に用いられるダイオードが挙げられる。
【０００８】
この発明の目的は、パルスの印加箇所と直列にダイオードが設けられている場合のように、従来、ＴＤＲによる検査ができなかったプリント基板に対してもＴＤＲ検査を可能にするプリント基板の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】
【０００９】
この発明は一局面においてプリント基板の検査装置であって、プローブと、直流電源と、パルス発生器と、測定機と、判定部とを備える。プローブは、プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触するために設けられる。直流電源は、プローブを介してプリント基板に印加するためのオフセット電圧を生成する。パルス発生器は、直流電源からプローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、プローブを介してプリント基板に印加するためのパルス波を生成する。測定機は、プリント基板によってパルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する。判定部は、検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、検査用のプリント基板の良否を判定する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、直流電源からプローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、パルス波がプローブを介してプリント基板にさらに印加される。そして、そのときのパルス波の反射に基づく電圧波形が検出される。このようにオフセット電圧を印加することによって、従来のＴＤＲ装置では検査できなかったプリント基板に対しても、接続状態の検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の一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】図１のオフセット電圧生成部６１の機能について説明するための図である。
【図５】ブートストラップ駆動回路の構成を示す図である。
【図６】パルス発生器４１から出力されるパルス波の電圧波形、およびプローブ３２を介してプリント基板２０に入力されるパルス波の電圧波形を示す図である。
【図７】オフセット電圧生成部６１のより詳しい構成を示すブロック図である。
【図８】図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
【図９】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】
【００１２】
以下、この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。
【００１３】
［プリント基板検査装置の構成］
図１は、この発明の実施の一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、コンピュータ５０と、オフセット電圧生成部６１と、コンデンサ６２とを含む。オフセット電圧生成部６１とコンデンサ６２とによって、パルス波形変形部６０が構成される。
【００１４】
（ＴＤＲ）
ＴＤＲ４０は、急峻な立ち上がりのパルス波を出力するパルス発生器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機としてのオシロスコープ４２とを含む。パルス発生器４１およびオシロスコープ４２は、コンデンサ６２および高周波ケーブル３７を介してインターフェース部３０と接続される。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の入力パッド（ランドなど）に印加される。オシロスコープ４２は、入力パルス波がプリント基板２０に形成された回路の各場所で反射されることによって生じた反射波を、インターフェース部３０を介して検出する。オシロスコープ４２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に出力される。
【００１５】
（インターフェース部）
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には、さらに、検査対象であるプリント基板２０の概略的な構成も併せて示される。
【００１６】
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。
【００１７】
図２、図３を参照して、プリント基板２０は、絶縁性の基板２１に配線パターンが形成されたプリント配線板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に接続されたランド２３，２４などを含む。
【００１８】
プリント基板検査装置１は、プリント配線板２０Ａに実装された電子部品の半田接続状態の良否を検査する。図２には、検査対象の１つとしてＩＣ（Integrated Circuit）パッケージ１０が示されている。ＩＣパッケージ１０は、パッケージの裏面に形成された半田１１によって基板２１に形成されたランド２３と接続される。
【００１９】
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。
【００２０】
なお、ＴＤＲ測定では高周波のパルス波を伝達するためにグランドラインが重要である。このため、プローブ３２は、検査装置１のグランドと測定対象であるプリント基板２０のグランドとを接続するために、さらに複数個設けられている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
再び図１を参照して、インターフェース部３０は、さらに、リレーなどによって構成された複数のスイッチ３６を含む。各スイッチ３６は、各プローブ３２と個別に対応し、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に挿入される。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を介してプリント基板２０に実装された電子部品の接続状態を検査する。
【００２５】
（コンピュータ）
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（メモリ回路）５２と、判定部５１とを含む。測定制御部５３および判定部５１の機能は、プログラムに従って動作するＣＰＵ５４によって実現される。
【００２６】
測定制御部５３は、パルス発生器４１からのパルス波の出力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ＴＤＲ４０とを選択的に接続する。
【００２７】
記憶部５２は、接続状態が良好な参照用のプリント基板に対してＴＤＲ検査を行なうことによって得られた電圧波形を基準波形として記憶する。
【００２８】
判定部５１は、検査用のプリント基板に対して測定した電圧波形と、予め測定された基準波形とを比較する。判定部５１は、波形比較の結果に基づいて、検査部位の良否を判定する。
【００２９】
［オフセット電圧生成部の構成および動作］
（オフセット電圧生成部の概略）
オフセット電圧生成部６１は、パルス発生器４１からインターフェース部３０に至るパルス波の伝送経路に接続される。図１に示すように、このパルス波の伝送経路にはコンデンサ６２が挿入されている。オフセット電圧生成部６１は、コンデンサ６２よりもインターフェース部３０寄りの位置でパルス波の伝送経路と接続される。これに対して前述のオシロスコープ４２は、コンデンサ６２よりもパルス発生器４１寄りの位置でパルス波の伝送経路と接続される。
【００３０】
オフセット電圧生成部６１は、直流電圧（オフセット電圧とも称する）を生成して、生成した直流電圧を高周波ケーブル３７およびインターフェース部３０を介してプリント基板に出力する。ＴＤＲによる検査時には、オフセット電圧生成部６１から出力された直流電圧がプローブ３２を介してプリント基板２０に印加された状態で、さらに、パルス発生器４１から出力されたパルス波がプリント基板２０に印加される。オフセット電圧生成部６１から出力される直流電圧の大きさは調整可能である。
【００３１】
なお、オフセット電圧生成部６１から出力される直流電圧はコンデンサ６２によって遮断されるので、パルス発生器４１およびオシロスコープ４２には印加されない。
【００３２】
（オフセット電圧生成部の機能）
オフセット電圧生成部６１からプリント基板に直流電圧を印加する必要がある典型的な場合は、パルス波の伝送経路に直列にダイオードが設けられている場合である。以下、その理由を具体的に説明する。
【００３３】
図４は、図１のオフセット電圧生成部６１の機能について説明するための図である。
図４の例では、プリント基板２０は、配線パターン２５と、グランドパターン２８と、入力パッド２４と、配線パターン２５に接続された電子部品２７およびダイオード２６とを含む。電子部品２７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、パルス波形変形部６０、高周波ケーブル３７、インターフェース部３０内の配線パターン３４、プローブ３２、入力パッド２４、配線パターン２５、およびダイオード２６を順に通過して電子部品２７に到達する。そして、パルス波が電子部品２７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ＴＤＲ４０に到達し、オシロスコープ４２によって検出される。
【００３４】
ここで、図４に例示したような入力パッド２４と直列に設けられたダイオード２６を含む回路の典型例として、次の図５に示すブートストラップ方式のゲート駆動回路が挙げられる。
【００３５】
図５は、ブートストラップ方式のゲート駆動回路の構成を示す図である。図５を参照して、ゲート駆動回路によってＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）Ｑ１，Ｑ２のゲートが駆動される。プリント基板２０には、複数のパッドＰＤ１〜ＰＤ３と、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、コンデンサＣ１と、制御ＩＣ２９とが設けられる。ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２は、パッドＰＤ２，ＰＤ３間に直列に接続される。パッドＰＤ２には高電圧が与えられ、パッドＰＤ３は接地に接続される。
【００３６】
図５において、ダイオードＤ３が図４のダイオード２６に相当し、パッドＰＤ１が図４の入力パッド２４に相当する。ＴＤＲ検査時には、パッドＰＤ１にプローブ３２を接触させ、パルス波が入力される。
【００３７】
制御ＩＣ２９は、高電圧側のＩＧＢＴＱ１のゲートを駆動するための高電圧側回路と、低電圧側のＩＧＢＴＱ２のゲートを駆動するための低電圧側回路とを含む。低電圧側回路は、ＶＣＣ端子とＣＯＭ端子間の電圧によって動作し、高電圧側回路は、ＶＢ端子とＶＳ端子との間に接続されたブートストラップコンデンサＣ１によって駆動される。ゲート駆動信号は、ＬＯ端子およびＨＯ端子からそれぞれ出力される。
【００３８】
コンデンサＣ１は、ＩＧＢＴＱ１がオフでありＩＧＢＴＱ２がオンのときに、パッドＰＤ１に接続された電源によって充電される。ＩＧＢＴＱ１がオンでありＩＧＢＴＱ２がオフのときには、ＶＢ端子の電圧は、コンデンサＣ１の充電電圧とパッドＰＤ２に供給される高電圧との和に等しくなる。このとき、ダイオードＤ３によって、ＶＢ端子からパッドＰＤ１への電流が阻止される。
【００３９】
再び図４を参照して、入力パッド２４にプローブ３２を接触させて半田接続状態のＴＤＲ検査を行なうとき、パッドＰＤ１に直列に接続されたダイオード２６がパルス波を完全に反射する場合がある。具体的には、パルス波の振幅がダイオード２６の順方向降下電圧（シリコンの場合、約０．６Ｖ）より小さければ、ダイオード２６によってパルス波が完全に反射される。この結果、ダイオード２６よりも先に設けられた電子部品２７のＴＤＲ検査ができなくなる。このような場合でもＴＤＲ検査が行なえるようにするために、オフセット電圧生成部６１によって、ダイオード２６の順方向降下電圧を超えるオフセット電圧がプリント基板２０の入力パッド２４に印加される。これによって、パルス波がダイオード２６を通過できるようにする。
【００４０】
図６は、パルス発生器４１から出力されるパルス波の電圧波形、およびプローブ３２を介してプリント基板２０に入力されるパルス波の電圧波形を示す図である。図６の波線のグラフ８３がパルス発生器４１の出力波形を示し、実線のグラフ８４がプリント基板２０に入力されるパルス波形を示す。
【００４１】
図４、図６を参照して、配線パターン２５にダイオードが挿入されている場合、図６の波線のグラフ８３で示すパルス発生器４１の出力（４００ｍＶｐｐ程度、ｐｐはピーク・ツー・ピークを表わす）だけではダイオードの順方向降下電圧（シリコンダイオードで０．６Ｖ程度）より低いため、パルス波はダイオード２６より先に伝播することが出来ない。このため、ダイオード２６より先に実装されている電子部品２７の接続状態を検査することができない。
【００４２】
そこで、オフセット電圧生成部６１から８００ｍＶｐｐの直流電圧が出力される。この場合、図６の実線のグラフ８４で示すように、プローブ３２を介してプリント基板２０に入力される波形の最低電圧が８００ｍＶとなり、電圧最大が１２００ｍＶとなる。これによりダイオード２６の順方向降下電圧よりも高い電圧をプリント基板２０に印加することが可能となる。
【００４３】
なお、パルス波の最低電圧を０Ｖとし、最大電圧をダイオード２６の順方向降下電圧よりも高い１２００ｍＶにしても、ダイオード２６の影響を除去できない。なぜなら、ダイオードがオフ状態からオン状態に変化するスイッチング速度は、ＴＤＲに用いられる高速パルスの立上がり速度よりも遅いので、ダイオード２６からの反射波が生じるからである。したがって、安定した状態でＴＤＲ検査を行なうためには、順方向降下電圧よりも高いオフセット電圧を印加することによってダイオード２６が導通した状態で、パルス波をさらに印加する必要がある。
【００４４】
（オフセット電圧生成部の詳細な構成）
測定精度の観点からは、オフセット電圧生成部６１の出力電圧を、複数の検査用のプリント基板のいずれに対しても同一の値に設定することは望ましくない。図４のダイオード２６のＶ−Ｉ特性には個体ごとにばらつきがあり、このＶ−Ｉ特性のばらつきによってパルス波の通過特性および反射特性が変化するからである。
【００４５】
ダイオード２６のＶ−Ｉ特性のばらつきの影響を除去するために、図４のオフセット電圧生成部６１には、オフセット電圧を出力したときに、プローブ３２を介してプリント基板２０に供給される直流電流を検出する電流検出部（図７の参照符号６５）が設けられる。オフセット電圧の大きさは、印加されたオフセット電圧の大きさ（Ｖ）と検出された直流電流との大きさ（Ｉ）の比であるインピーダンス値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）が所定の基準インピーダンスに等しくなるように調整される。ここで、基準インピーダンスは、参照用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形（基準波形）を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと、検出された直流電流の大きさとの比である。これによって、ダイオード２６のばらつきの影響を除去して、検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と基準波形とを比較することができ、結果として測定精度を向上させることができる。
【００４６】
図７は、オフセット電圧生成部６１のより詳しい構成を示すブロック図である。図７を参照して、オフセット電圧生成部６１は、直流電源６３と、電圧検出部６４と、電流検出部６５と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）６６と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６７と、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ：Digital-to-Analog Converter）６８とを含む。
【００４７】
直流電源６３は、オフセット電圧を生成して出力する。電圧検出部６４は、直流電源６３から出力されるオフセット電圧（直流電圧）を検出する。電流検出部６５は、直流電源６３から出力される直流電流を検出する。ＡＤＣ６６は、電圧検出部６４によって検出された電圧値（Ｖ）および電流検出部６５によって検出された電流値（Ｉ）をデジタルデータに変換してＣＰＵ６７に出力する。
【００４８】
ＣＰＵ６７は、電圧検出部６４によって検出された電圧値（Ｖ）と電流検出部６５によって検出された電流値（Ｉ）との比であるインピーダンス値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を算出する。そしてＣＰＵ６７は算出したインピーダンス値（Ｒ）に基づいて、直流電源６３の電圧レベルを調整するための制御信号（レベル調整信号）を出力する。ＤＡＣ６８は、ＣＰＵ６７から出力されたレベル調整信号をアナログデータに変換して、直流電源６３に供給する。直流電源６３は、レベル調整信号に応じて、出力するオフセット電圧の大きさを変化させる。このように、ＣＰＵ６７は、電圧検出部６４および電流検出部６５の検出結果に基づいてオフセット電圧の大きさを調整するオフセット電圧調整部として機能する。
【００４９】
なお、コンピュータ５０を構成するＣＰＵ５４と別個にＣＰＵ６７を設けるのでなく、ＣＰＵ５４がオフセット電圧の大きさを調整するためのレベル調整信号を生成するようにしてもよい。この場合、ＡＤＣ６６およびＤＡＣ６８は、コンピュータ５０に内蔵されている。そして、電圧検出部６４および電流検出部６５の検出結果はコンピュータ５０に取り込まれ、内蔵のＡＤＣ６６によってデジタル値に変換される。
【００５０】
［プリント基板の検査方法の詳細］
（プリント基板の良否判定の基準について）
図８は、図４の各部の電圧波形の一例を示す図である。
【００５１】
図８（Ａ）には、図４のパルス発生器４１から出力されたパルス波の波形の一例が示される。図８（Ａ）の時刻ｔ１で立ち上がるパルス波の大きさは４００ｍＶｐｐ程度である。既に説明したように、このパルス電圧に、図４のオフセット電圧生成部６１から出力された直流電圧が加算されてプリント基板２０に印加される。
【００５２】
図８（Ｂ）には、オシロスコープ４２によって測定された反射波の波形８１の一例が示される。
【００５３】
図４、図８（Ｂ）を参照して、実際のプリント基板では、ＴＤＲ４０から出力されたパルス波はプリント基板２０に実装された多数の素子によって反射される。さらに、反射波には配線のインピーダンスや配線長も関係するので、オシロスコープ４２によって測定される反射波は、図８（Ｂ）に示すように複雑な波形８１となる。そこで、測定用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形と予め測定した参照用のプリント基板による基準波形とを比較することによってプリント基板の良否が判定される。
【００５４】
たとえば、測定波形と基準波形との電圧の乖離が一瞬でも閾値（たとえば、５０ｍＶ程度）以上になれば、プリント基板２０は異常と判定される。また、閾値より低い乖離幅でも閾値時間以上（たとえば、２００〜４００ｐ秒程度）乖離し続けた場合に、プリント基板２０は異常と判定される。異常波形の例として図８（Ｂ）に波形８２を示す。
【００５５】
なお、これらの乖離幅の閾値の設定する際には、量産時の複数の正常なプリント基板に対して測定した波形からデータの標準偏差を求め、その標準偏差に基づいて閾値を設定するのが望ましい。実際に多数の良品のプリント基板を用いて反射波の波形のばらつきを計算したところ、ＴＤＲ４０から出力したパルスの大きさの１％程度が標準偏差に等しくなった。たとえば、４００ｍＶｐｐのパルスの場合には、標準偏差σは４ｍＶ程度になる。したがって、乖離幅の閾値は少なくとも３σ＝１２ｍＶ以上に設定する必要がある。
【００５６】
（検査手順のフローチャート）
図９は、プリント基板の検査手順を示すフローチャートである。
【００５７】
図４、図７、図９を参照して、図９の検査手順は、プローブ３２をプリント基板２０の検査部位の近傍に設けられたランド（入力パッド）２４に接触させた後に開始される。なお、図１の複数のスイッチ３６のうち検査部位の近傍に配置されたものはオン状態であるとする。
【００５８】
ステップＳ１で、ＣＰＵ６７は、オフセット電圧生成部６１の出力（オフセット電圧（Ｖ））を初期値に設定する。
【００５９】
次のステップＳ２で、オフセット電圧生成部６１に設けられた電圧検出部６４および電流検出部６５は、オフセット電圧生成部６１から出力される電圧値（Ｖ）および電流値（Ｉ）をそれぞれ検出する。
【００６０】
次のステップＳ３で、ＣＰＵ６７は、インピーダンス値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を計算する。
次のステップＳ４で、ＣＰＵ６７は、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとを比較する。基準インピーダンスは、参照用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形（基準波形）を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと、検出された直流電流の大きさとの比である。ＣＰＵ６７は、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとが一致しなければステップＳ５へ処理を進めてオフセット電圧の大きさを調整し、一致すればオフセット電圧の大きさの調整は完了したとしてステップＳ８へ処理を進める。
【００６１】
まず、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとが一致しない場合（ステップＳ５）について説明する。この場合、インピーダンス値（Ｒ）が基準インピーダンスより大きければ（ステップＳ５でＹＥＳ）、ＣＰＵ６７は、直流電源６３から出力するオフセット電圧（Ｖ）を上昇させ（ステップＳ６）、その後、処理をステップＳ１に戻す。インピーダンス値（Ｒ）が基準インピーダンスよりも小さければ(ステップＳ５でＮＯ）、ＣＰＵ６７は、直流電源６３から出力するオフセット電圧（Ｖ）を下降させ（ステップＳ７）、その後、処理をステップＳ１に戻す。
【００６２】
次に、算出したインピーダンス値（Ｒ）と基準インピーダンスとが一致した場合について説明する。この場合、ステップＳ８において、測定制御部５３は、オフセット電圧生成部６１からオフセット電圧が出力された状態で、さらに、パルス発生器４１からパルス波を出力させる。出力されたパルス波は、インターフェース部３０を介して検査用のプリント基板２０に印加される。
【００６３】
次のステップＳ９で、オシロスコープ４２は、プリント基板２０からパルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する。オシロスコープ４２で検出された電圧波形は、コンピュータ５０に取込まれた後にデジタル変換される。
【００６４】
次のステップＳ１０で、コンピュータ５０の判定部５１は、検査用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形（測定波形）と、予め参照用のプリント基板で測定した電圧波形（基準波形）とを比較する。電圧波形の比較結果に基づいて、判定部５１は、検査部位の良否の判定を行なう。
【００６５】
［まとめ］
以上のとおり、プリント基板の検査装置１によれば、ダイオードの順方向降下電圧よりも高い値に調整されたオフセット電圧がプリント基板に印加された状態で、さらにパルス波がプリント基板に印加される。この結果、プローブ３２と検査部位との間の配線パターンにダイオードが挿入されているために、従来のＴＤＲ装置では検査できなかった場合でも、半田接続状態の検査が可能になる。
【００６６】
さらに、オフセット電圧生成部６１から出力されるオフセット電圧の大きさは、オフセット電圧の大きさと電流検出部６５によって検出された直流電流との比であるインピーダンス値が所定の基準インピーダンスに等しくなるように調整される。ここで、基準インピーダンスは、参照用のプリント基板からの反射波に基づく電圧波形を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比である。このように、検査用のプリント基板と参照用のプリント基板とでインピーダンスの大きさを揃えることによって、ＴＤＲ検査の精度を向上させることができる。
【００６７】
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】
【００６８】
１ プリント基板検査装置、２０ プリント基板、２０Ａ プリント配線板、２４，ＰＤ１ 入力パッド（ランド）、２６，Ｄ１ ダイオード、３０ インターフェース部、３２ プローブ、３７ 高周波ケーブル、４１ パルス発生器、４２ 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 パルス波形変形部、６１ オフセット電圧生成部、６２，Ｃ１ コンデンサ、６３ 直流電源、６４ 電圧検出部、６５ 電流検出部、６７ ＣＰＵ（オフセット電圧調整部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触するためのプローブと、
前記プローブを介してプリント基板に印加するためのオフセット電圧を生成する直流電源と、
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、前記プローブを介してプリント基板に印加するためのパルス波を生成するパルス発生器と、
プリント基板によって前記パルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する測定機と、
検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、前記検査用のプリント基板の良否を判定する判定部とを備える、プリント基板の検査装置。
【請求項２】
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加されているときに、前記直流電源からプリント基板に流れる直流電流を検出する電流検出部と、
印加されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比に基づいて、前記直流電源からプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整するオフセット電圧調整部とをさらに備え、
前記パルス発生器は、前記直流電源から出力するオフセット電圧の大きさが調整された後に、前記パルス波をプリント基板に印加する、請求項１に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項３】
前記オフセット電圧調整部は、前記直流電源から前記検査用のプリント基板にオフセット電圧を印加したときに、印加したオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比であるインピーダンス値を算出し、算出したインピーダンス値が所定の基準インピーダンスに等しくなるように、前記検査用のプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整し、
前記基準インピーダンスは、前記参照用のプリント基板に対する電圧波形を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比である、請求項２に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項４】
前記プローブの接触箇所と前記検査部位との間の配線パターンには、前記プローブ側がアノードとなるようにダイオードが設けられており、
前記直流電源からプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさは、前記ダイオードの順方向降下電圧よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項５】
前記パルス発生器から前記プローブに至る前記パルス波の伝送経路に挿入されたコンデンサをさらに備え、
前記測定機は、前記コンデンサよりも前記パルス発生器寄りの位置で前記伝送経路に接続され、
前記直流電源は、前記コンデンサよりも前記プローブ寄りの位置で前記伝送経路に接続される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項６】
プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンにプローブを接触させるステップと、
前記プローブを介してプリント基板に、直流電源によって生成されたオフセット電圧を印加するステップと、
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、前記プローブを介してプリント基板にパルス発生器によって生成されたパルス波をさらに印加するステップと、
プリント基板によって前記パルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出するステップと、
検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、前記検査用のプリント基板の良否を判定するステップとを備える、プリント基板の検査方法。
【請求項７】
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加されているときに、前記直流電源からプリント基板に流れる直流電流を検出するステップと、
印加されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比に基づいて、前記直流電源からプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整するステップとをさらに備え、
前記パルス波を印加するステップでは、前記直流電源から出力するオフセット電圧の大きさが調整された後に、前記パルス波がプリント基板に印加される、請求項６に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項８】
前記調整するステップは、
前記直流電源から前記検査用のプリント基板にオフセット電圧を印加したときに、印加したオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比であるインピーダンス値を算出するステップと、
前記検査用のプリント基板に対して算出したインピーダンス値が所定の基準インピーダンスに等しくなるように、前記検査用のプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整するステップとを含み、
前記基準インピーダンスは、前記参照用のプリント基板に対する電圧波形を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比である、請求項７に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項１】
プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンと接触するためのプローブと、
前記プローブを介してプリント基板に印加するためのオフセット電圧を生成する直流電源と、
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、さらに、前記プローブを介してプリント基板に印加するためのパルス波を生成するパルス発生器と、
プリント基板によって前記パルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出する測定機と、
検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、前記検査用のプリント基板の良否を判定する判定部とを備える、プリント基板の検査装置。
【請求項２】
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加されているときに、前記直流電源からプリント基板に流れる直流電流を検出する電流検出部と、
印加されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比に基づいて、前記直流電源からプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整するオフセット電圧調整部とをさらに備え、
前記パルス発生器は、前記直流電源から出力するオフセット電圧の大きさが調整された後に、前記パルス波をプリント基板に印加する、請求項１に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項３】
前記オフセット電圧調整部は、前記直流電源から前記検査用のプリント基板にオフセット電圧を印加したときに、印加したオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比であるインピーダンス値を算出し、算出したインピーダンス値が所定の基準インピーダンスに等しくなるように、前記検査用のプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整し、
前記基準インピーダンスは、前記参照用のプリント基板に対する電圧波形を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比である、請求項２に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項４】
前記プローブの接触箇所と前記検査部位との間の配線パターンには、前記プローブ側がアノードとなるようにダイオードが設けられており、
前記直流電源からプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさは、前記ダイオードの順方向降下電圧よりも大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項５】
前記パルス発生器から前記プローブに至る前記パルス波の伝送経路に挿入されたコンデンサをさらに備え、
前記測定機は、前記コンデンサよりも前記パルス発生器寄りの位置で前記伝送経路に接続され、
前記直流電源は、前記コンデンサよりも前記プローブ寄りの位置で前記伝送経路に接続される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリント基板の検査装置。
【請求項６】
プリント基板上の検査部位に接続された配線パターンにプローブを接触させるステップと、
前記プローブを介してプリント基板に、直流電源によって生成されたオフセット電圧を印加するステップと、
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加された状態で、前記プローブを介してプリント基板にパルス発生器によって生成されたパルス波をさらに印加するステップと、
プリント基板によって前記パルス波が反射されることによって生じた電圧波形を検出するステップと、
検査用のプリント基板に対して検出された電圧波形と、参照用のプリント基板に対して検出された電圧波形との比較に基づいて、前記検査用のプリント基板の良否を判定するステップとを備える、プリント基板の検査方法。
【請求項７】
前記直流電源から前記プローブを介してプリント基板にオフセット電圧が印加されているときに、前記直流電源からプリント基板に流れる直流電流を検出するステップと、
印加されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比に基づいて、前記直流電源からプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整するステップとをさらに備え、
前記パルス波を印加するステップでは、前記直流電源から出力するオフセット電圧の大きさが調整された後に、前記パルス波がプリント基板に印加される、請求項６に記載のプリント基板の検査方法。
【請求項８】
前記調整するステップは、
前記直流電源から前記検査用のプリント基板にオフセット電圧を印加したときに、印加したオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比であるインピーダンス値を算出するステップと、
前記検査用のプリント基板に対して算出したインピーダンス値が所定の基準インピーダンスに等しくなるように、前記検査用のプリント基板に印加するオフセット電圧の大きさを調整するステップとを含み、
前記基準インピーダンスは、前記参照用のプリント基板に対する電圧波形を検出したときに設定されたオフセット電圧の大きさと検出された直流電流の大きさとの比である、請求項７に記載のプリント基板の検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１５４８６（Ｐ２０１３−１５４８６Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４９９８０（Ｐ２０１１−１４９９８０）
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月６日（２０１１．７．６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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