| 【発明の名称】 |
基板検査装置及び基板検査方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】山岡 秀嗣
|
| 【要約】 |
【課題】検査対象の基板への負担を減少させ、且つ、回り込み現象をキャンセルすることができる基板検査装置を提案する。
【解決手段】ＩＣを含む基板に、該基板の第１の端子４０ａと第２の端子４０ｂから正弦波信号を入力し、該基板の第３の端子４０ｃで検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定する基板検査装置。ＩＣは整流素子により保護された内部端子を有し、前記第１の端子と第２の端子は夫々ＩＣの所定の内部端子に接続されることにより、第１の端子と第２の端子に印加された正弦波信号は前記所定の内部端子の内部端子の整流素子により整流されて、高調波成分を付加される。この基板検査装置は、第３端子に近接させて第３の端子からの輻射波を検出するためのプローブ３０１を有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板上若しくは基板中の回路パターンの不良を検査する基板検査装置であって、検査対象の回路パターンに接続されている任意の２つの第１の端子と第２の端子の間に、交流成分を含む検査信号を印加する手段と、前記回路パターンに接続されている第３の端子において発生する検査出力信号を検出するプローブとを具備し、前記検査出力信号に基づいて前記回路パターンの良否を検査する基板検査装置。
【請求項２】 前記プローブは、微分回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
【請求項３】 前記微分回路はコンデンサと抵抗とにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板検査装置。
【請求項４】 前記プローブは前記第３の端子に近接はするが非接触のプローブであり、前記プローブの出力に並列に保護抵抗が接続されていることにより、前記プローブの出力は微分波形となることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項５】 前記第１の端子と第２の端子は、電源線とアース線とに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項６】 電源線につながる端子には前記検査信号の＋側を入力することを特徴とする請求項５に記載の基板検査装置。
【請求項７】 アース線につながる端子には前記検査信号の−側を入力することを特徴とする請求項５に記載の基板検査装置。
【請求項８】 前記回路パターンはＩＣパッケージ内の配線パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項９】 前記回路パターンはチップキャリヤパッケージ内の配線パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１０】 前記回路パターンはＩＣパッケージからチップキャリヤパッケージへのボンディングワイヤを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１１】 前記基板は電子回路を搭載し、前記電子回路は複数の外部端子を含み、前記複数の外部端子には整流素子を含む保護回路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１２】 前記検査信号は、高調波成分が少なく基本周波数成分を多く含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１３】 前記検査信号は、正弦波成分を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１４】 前記基板の端子はボールグリッドアレー端子であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１５】 前記プローブは、一端が解放された中空円柱構造を有することを特徴とする請求項１４に記載の基板検査装置。
【請求項１６】 前記基板は複数の端子を有し、前記第１と第２の端子以外の複数の端子の各々にプローブを接続し、全てのプローブの出力を選択マトリクス回路に接続したことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項１７】 電子回路を含む基板を、該基板の第１の端子と第２の端子から交流成分を含む検査信号を入力し、該基板の第３の端子で検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定する基板検査装置であって、前記電子回路は整流素子により保護された内部端子を有し、前記第１の端子と第２の端子は夫々前記電子回路の所定の内部端子に接続されることにより、第１の端子と第２の端子に印加された検査信号は前記所定の内部端子の内部端子の整流素子により整流され、前記基板検査装置は、前記第３端子に近接させて前記第３の端子からの輻射波を検出するためのプローブを有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１８】 前記検査信号は、高調波成分が少なく基本周波数成分を多く含むことを特徴とする請求項１７に記載の基板検査装置。
【請求項１９】 前記検査信号は、正弦波成分を含むことを特徴とする請求項１７に記載の基板検査装置。
【請求項２０】 整流素子により保護された内部端子を有する電子回路を含む基板を検査するために、前記電子回路の所定の内部端子に接続された、前記基板の第１の端子と第２の端子から交流成分を含む検査信号を入力し、前記基板の第３の端子で検査出力信号を検出し、検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定し、前記電子回路の整流素子は入力された検査信号を整流して前記第３の端子に出力することを特徴とする基板検査方法。
【請求項２１】 整流素子を内部に有する電子回路を含む基板を非接触で検査するために、前記電子回路の所定の内部端子に接続された、前記基板の第１の端子と第２の端子から基本周波数成分を多く含む検査信号を入力し、前記基板の第３の端子で検査出力信号を検出し、検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定する基板検査方法であって、前記検出工程において、前記第３端子に、前記第３の端子からの輻射波を検出するためのプローブを非接触で近接させることにより、前記第３の端子からの信号を微分することを特徴とする基板検査方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、検査信号を入力するための少なくとも２つのパッド（若しくは端子）を有した回路基板を検査する基板検査装置及び検査方法に関し、特に電子回路を実装された回路基板を検査する基板検査装置及び検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今、回路基板の実装技術の進歩と共に、種々のパッケージが提案されている。
【０００３】例えば所謂ＣＳＰ(Chip-Size Package)は、第１図に示すように、ＩＣチップの大きさに略等しいパッケージ１０を有し、その上面には、ＩＣチップ２０を搭載するスペースと、その上面において前記搭載スペースの周りに設けられた上面パッド群３０と、下面において設けられたパッド群であって、前記上面パッド群が所定の関係で結線されるように前もって配線された下面パッド群４０とを有する。
【０００４】このようなＣＳＰ１０は、ＩＣ（特にＶＬＳＩ）をＩＣパッケージ毎交換する必要のある電子装置の回路基板にＩＣを実装する場合に便利であるので近年多用されている。
【０００５】実装に際しては、そのＩＣチップ２０をＣＳＰ１０に搭載して、チップ上に設けられたパッド５０とパッケージ上のパッド３０とをワイヤボンディング技術により結線する。
【０００６】このようにＩＣチップを実装されたＣＳＰの基板検査を行うには、通常パッケージ１０のパッド３０の数に等しいプローブピン７０を有する検査治具６０（第３図）をＣＳＰ１０に近接させ、第２図に示すように、個々のプローブピン７０をパッド４０のそれぞれに接触させ、任意のピンから検査信号を印加して、他のピンから出力信号を拾って、その出力信号の振幅や周波数などから、ワイヤボンディング結線やパッケージ１０内の結線の断線やショート等を検査するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが第２図や第３図に示すような治具６０をＣＳＰに近接させて、複数のピンプローブをＣＳＰに接触させると、ＣＳＰ自体に大きな負担がかかり、場合によってはＣＳＰ自体が破損する懼れがある。
【０００８】上記の接触式の検査方式に対して、例えば、米国特許第５２５４９５３号などのような非接触式では、たしかに検査対象である基板への負担は少ないが、逆に、非接触式であるが故に、出力信号のレベルが非常に小さく、高度の信号処理技術を必要とするものであった。また、非接触方式では、基板上の検査目的以外の部分からの輻射波を拾ってしまい（第４図を参照）、この拾った輻射波と本来の検査対象部分からの輻射波の区別が困難である。区別が困難であるが故に、断線がある部分を正常と判定し、断線がない部分を断線ありと誤判断することもあった。
【０００９】尚、上記非接触式の検査方法に内在するところの、検査目的以外の部分からの輻射波を拾う現象を、本明細書では「回り込み」と呼ぶ。
【００１０】この加重負担の問題と回り込みの問題は、ＣＳＰに限られず、電子回路が搭載されたあらゆる種類の回路基板ににも起こり得ることである。
【００１１】
【課題を達成するための手段】本発明は、検査対象の基板に負担をかけず、且つ、回り込み現象にも耐性のある基板検査装置及び方法を提案するものである。
【００１２】上記課題を達成するために、請求項１に記載の、基板上若しくは基板中の回路パターンの不良を検査する基板検査装置は、検査対象の回路パターンに接続されている任意の２つの第１の端子と第２の端子の間に、交流成分を含む検査信号を印加する手段と、前記回路パターンに接続されている第３の端子において発生する検査出力信号を検出するプローブとを具備し、前記検査出力信号に基づいて前記回路パターンの良否を検査することを特徴とする。
【００１３】回路パターンには整流回路による保護回路が含まれているので、検査対象である基板内のこの保護回路による整流作用によって、基板内において検査信号に高調波成分が付加される。従って、検査出力信号中の高周波成分の例えば振幅の大小によって、回り込みによって発生する信号から、回路内を通ってきた検査信号を弁別することができる。
【００１４】第３の端子において検出された検査出力信号中の特に高い高周波成分を取り出すことにより、回り込みによる信号との弁別は更に容易となる。そこで、本発明の好適な一態様である請求項２に拠れば、前記プローブは微分回路を含婿とにより、検査信号から高調波成分のみを取り出す。
【００１５】本発明の好適な一態様である請求項３に拠れば、前記微分回路はコンデンサと抵抗とにより構成されている。
【００１６】本発明の好適な一態様である請求項４に拠れば、前記プローブは前記第３の端子に近接はするが非接触のプローブであり、前記プローブの出力に並列に保護抵抗が接続されていることにより、前記プローブの出力は微分波形となることを特徴とする。非接触プローブを用いることは、基板への負担減と、高調波成分の付加とを同時に成し遂げる。
【００１７】通常検査対象となる基板はＩＣなどの電子回路を含み、電子回路は２つの電源（例えばＶＣＣとＧＮＤ）を必要とする。電子回路の２つの電源は通常ダイオードによってバイパスされている。そこで、本発明の好適な一態様である請求項５に拠れば、前記第１の端子と第２の端子は、例えば電子回路の、電源線とアース線とに接続されている。
【００１８】本発明の好適な一態様である請求項６に拠れば、電源線につながる端子には前記検査信号の＋側を入力し、本発明の好適な一態様である請求項７に拠れば、アース線につながる端子には前記検査信号の−側を入力することを特徴とする。
【００１９】回路パターンの不良は基板内部の配線不良、基板上の配線不良、基板上の電子回路内部の不良などがある。そこで、本発明の好適な一態様である請求項８に拠れば、前記回路パターンはＩＣパッケージ内の配線パターンを含む。また、本発明の好適な一態様である請求項９に拠れば、前記回路パターンはチップキャリヤパッケージ内の配線パターンを含むことを特徴とする。また、本発明の好適な一態様である請求項１０に拠れば、前記回路パターンはＩＣパッケージからチップキャリヤパッケージへのボンディングワイヤを含むことを特徴とする。
【００２０】本発明の好適な一態様である請求項１１に拠れば、前記基板は電子回路を搭載し、前記電子回路は複数の外部端子を含み、前記複数の外部端子には整流素子を含む保護回路が設けられていることを特徴とする。
【００２１】回り込み信号と、検査対象の回路パターンによって生成された信号とを弁別するためには、本発明の好適な一態様である請求項１２のように、前記検査信号は、高調波成分が少なく基本周波数成分を多く含むことが好ましい。
【００２２】例えば、本発明の好適な一態様である請求項１３のように、前記検査信号は、正弦波成分を含むことが好ましい。
【００２３】また、例えば、本発明の好適な一態様である請求項１３によれば、前記基板の端子はボールグリッドアレー端子である。このＢＧＡ端子のためには、請求項１５のように、前記プローブは一端が解放された中空円柱構造を有することが好ましい。
【００２４】通常の基板は複数の端子を有する。このような基板を検査するときの検査効率を高めるために、本発明の好適な一態様である請求項１６に拠れば、前記基板は複数の端子を有し、前記第１と第２の端子以外の複数の端子の各々にプローブを接続し、全てのプローブの出力を選択マトリクス回路に接続したことを特徴とする。
【００２５】上記課題は、請求項１７の、電子回路を含む基板を、該基板の第１の端子と第２の端子から交流成分を含む検査信号を入力し、該基板の第３の端子で検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定する基板検査装置であって、前記電子回路は整流素子により保護された内部端子を有し、前記第１の端子と第２の端子は夫々前記電子回路の所定の内部端子に接続されることにより、第１の端子と第２の端子に印加された検査信号は前記所定の内部端子の内部端子の整流素子により整流され、前記基板検査装置は、前記第３端子に近接させて前記第３の端子からの輻射波を検出するためのプローブを有することを特徴とするような基板検査装置によっても達成される。
【００２６】上記課題は基板検査方法に係る発明によっても達成される。
【００２７】即ち、請求項２０によれば、整流素子により保護された内部端子を有する電子回路を含む基板を検査するための方法は、前記電子回路の所定の内部端子に接続された、前記基板の第１の端子と第２の端子から交流成分を含む検査信号を入力し、前記基板の第３の端子で検査出力信号を検出し、検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定し、前記電子回路の整流素子は入力された検査信号を整流して前記第３の端子に出力することを特徴とする。
【００２８】また、請求項２１の方法によれば、整流素子を内部に有する電子回路を含む基板を検査する方法は、前記電子回路の所定の内部端子に接続された、前記基板の第１の端子と第２の端子から基本周波数成分を多く含む検査信号を入力し、前記基板の第３の端子で検査出力信号を検出し、検出された検査出力信号に基づいて前記基板の良否を判定する基板検査方法であって、前記検出工程において、前記第３端子に、前記第３の端子からの輻射波を検出するためのプローブを非接触で近接させることにより、前記第３の端子からの信号を微分することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照しながら本発明を適用した基板検査システムを説明する。この基板検査システムはボールグリッドアレー（所謂BGA）のＣＳＰを用いた回路基板を検査対象とする。
【００３０】〈原理〉本実施形態の検査装置は、検査対象のＩＣやＬＳＩ回路の入出力端子に設けられた保護回路が通常ダイオードなどの整流素子を有していることを利用する。
【００３１】第５図は、通常のＩＣやＬＳＩ回路の入出力端子における保護回路の構成を説明するものである。
【００３２】ＩＣやＬＳＩ回路は通常プロセスの相違に係わらず、第５図のような構成の保護回路を有する。即ち、ＶＣＣ（１００）とGND（１０１）の電源線の間には保護ダイオード１０２が逆方向に挿入されている。また、入力信号線１１０や出力信号線１２０には、同じく、第６図や第７図に示されてように保護ダイオード１１１，１１２と１２１と１２２とが設けられている。
【００３３】これらの整流ダイオードは、入力の検査信号を整流する。即ち、整流ダイオードは、検査信号の逆バイアス成分をカットするので、カットされた部分に高調波信号が付加されることになる。本検査システムは、この高調波は成分を利用する。
【００３４】本検査システムは、検査対象の基板を検査するために、検査信号入力系２００と検査信号ピックアップ系３００とを有する。
【００３５】検査信号入力系２００は、第８図に示すように、検査信号発生器２０１と、保護抵抗２０２と、２つの電源線の夫々の電源端子に接触させる２つのプローブピンとを有する。この２つのプローブピンから対応する端子に検査信号を入力する。
【００３６】一方、検査信号ピックアップ系３００は、上記電源端子以外の端子に近接させる非接触式のプローブ等を有する。このプローブを検査対象の端子に近接させて、このプローブにおいて出力信号を拾うものである。この被接触式プローブ以降が、第９図のように、本検査装置の検査信号ピックアップ系３００を構成する。
【００３７】第８図は検査信号入力系２００の構成を説明する。同図において、入力系２００は信号源２０１と電流制限回路２０２とを有する。検査信号は、交流成分を有すればよく、その周波数、振幅、波形を実質的に問わない。電流制限回路２０２は、本例では抵抗を用いている。入力系２００はプローブピン２０３，２０４とを有し、第８図に示すように、プローブピン２０３には検査信号の＋側が、プローブピン２０４には検査信号の−側が流れる。
【００３８】一方、ピックアップ系は、第９図に示すように、電極３０１と、電極３０１が拾った信号を増幅する増幅器３０２と、増幅された信号の低周波成分をカットオフするＨＰＦ３０３と、そのフィルタ信号をＣＲＴ上に映し出すオシロスコープ３０４と、フィルタされた信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３０５と、出力のデジタル信号を内蔵のメモリに取り込むコンピュータ３０６とからなる。
【００３９】電極３０１は例えば平板状の形状を有し、基板側に近接することはあっても、そのパッドに接触することはない。
【００４０】第６図に示すように、検査信号の＋信号をパッド４０ａに印加し、−信号をパッド４０ｂに印加し、また、第７図に示すように、電極３０１を検査対象のパッド４０ｃに近接させると、第８図のような回路網が成立する。即ち、第８図に於いて、プローブ２０３はパッド４０ａに接触し、プローブ２０４はパッド４０ｂに接触する。また、電極３０１はパッド４０ｃに非接触で近接する。検査信号はプローブ２０３から入力し、ＣＳＰパッケージ内を流れてダイオード１０２と、ダイオード１１１と１１２とで構成するブリッジとに入力する。容易にわかるように、ダイオード１０２と、ダイオード１１１と１１２とで構成するブリッジとは半波整流回路を構成する。
【００４１】この半波整流回路は、入力される検査信号が第９図の曲線４００のような例えば正弦波であれば、ダイオード１０２と、ダイオード１１１と１１２とにより、この正弦波信号４００を半波整流して、信号４０１に変形する。この信号はＩＣパッケージ内を抜けてＣＳＰ１０のパッド４０ｃに現れる。この信号は、パッド４０ｃから輻射波を発して、この輻射波は電極３０１によって受信される。ところで、電極３０１はパッド４０ｃと共にコンデンサを構成し、この容量成分はピックアップ系の抵抗と共に微分回路を構成するようになるから、曲線４０２のような波形の信号を電極３０１は検出する。電極３０１が検出した信号はＨＰＦ３０２により高周波成分を検出されるので、その高周波成分は第９図のようなパルス状の信号４０３へと変形される。
【００４２】高周波信号４０３はパルス性の信号なので、そのピーク値の検出は容易である。また、信号４０３のパルス間の時間幅は、検査信号４００の半周期の時間幅に相当する。
【００４３】もしも、第８図のＡ点で断線があれば、出力信号４０３には、検査信号４００の基本周波数成分も高調波成分も減少するので、出力信号４０３を検査することにより、ＣＳＰ内の断線ＩＣ内の断線などを確実に検出することができる。
【００４４】保護抵抗３１０の抵抗値５１０Ω、電極３０１による容量を５０ｆＦ、検査信号４００の印加電圧を２００Ｈｚ、４ＶPP、オフセット１Ｖとすると、約６ＫＨｚの高周波数の信号４０３が確認された。
【００４５】ここで、検査信号４００の回り込み現象について考察する。検査信号４００はパッド４００から入力されるが、この入力信号４００は回り込み現象によって、例えば、回路内の点Ｂにおいて検出される。この回り込み信号を電極３０１が拾ってしまい、断線がＡにおいて存在しているにもかかわらず、断線無しと誤検出される懼れがある。しかしながら、前述したように、本システムでは、断線がない場合には、検査信号の基本周波数よりもかなり高い周波数成分が検出されることがわかっているから、基本周波数成分に近い回り込み信号を拾ったからといって、断線無しと誤判定することはない。
【００４６】〈実際の検査システム〉第６図，第７図の検査装置はＣＳＰの端子が少数の場合に有効であったが、実際にはＣＳＰの端子若しくはパッド数は多数である。この場合には、検査の効率化を達成するには、複数の電極を用いることが好ましい。しかし、一回に測定するパッドは１つで十分であり、増幅器やフィルタなどは１セットで済むので、代わりに、切換装置が必要となる。
【００４７】第１０図は、複数の電極を用意した場合における、その切換装置の構成を示したものである。複数の電極３０１ａ，３０１ｂ，…の夫々に対して保護抵抗３１０ａ，３１０ｂ，…を設け、更に、スイッチ３１１ａ，３０１ｂ，…を接続する。各スイッチは２接点（接点Ａと接点Ｂ）スイッチであり、検査対象の電極のスイッチのみを接点Ａとし、その他のスイッチは全て接点Ｂ側に設定する。このスイッチの設定はコンピュータ３０６によって行われる。
【００４８】第１１図は、複数の電極３０１を設けた治具１０００の斜視図である。図面で情報からの輻射波を電極が受信するものとする。治具１０００の裏面において、個々の電極からはリード線１００１，…が配線されている。治具１０００に設けられたリード線１００１の各々には保護抵抗３１０が設けられている。
【００４９】電極の構造は種々可能であるが、パッドの表面形状に合わせるのが好ましい。例えば、上記実施形態ではＢＧＡを用いているので、電極はＢＧＡの形状に合わせて第１２図，第１３図のように略円柱形若しくは半球形にするのがよい。
【００５０】〈変形例〉変形１上記実施形態の検査システムでは、非接触式のプローブを用いていた。これは、このようなプローブを用いることにより、プローブによって形成される容量により微分回路が構成されて、より大きな振幅の高い高周波成分が形成されるからである。高周波成分を形成させる理由は、出力信号中において、回り込みによる基本周波数成分から弁別するためである。従って、保護回路のダイオードによる整流作用によって、入力検査信号の基本周波数とは異なる高調波成分が形成されるならば、そのような保護回路を有する半導体回路我見沙汰意匠である場合には、敢えて非接触プローブを用いて微分信号を形成しなくとも、十分に弁別を行うことができる。
【００５１】変形２また、プローブ３０１を接触型としてもく、その場合には、プローブ内に微分回路を設ける。
【００５２】変形３上記実施形態では、ＣＳＰパッケージやパッドがＢＧＡであるものに本発明を適用していたが、本発明はそれらに適用されるだけではなく、およそいかなるタイプのパッケージや形状の基板に適用可能である。また、パッドもＢＧＡに限られず、平板状であってもよい。
【００５３】変形例４また、電極３０１は非接触センサとして機能するが、回り込み信号をこの電極が拾うのを防止するために、電極の周りに、本出願人による特願平８−１０４１４８号に従ったシールドを設けると効果的である。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の基板検査装置及び検査方法により、回り込み現象をキャンセルことができて精度の高い基板検査を行うことができる。
【００５５】またさらに、非接触式のプローブを用いることにより、回り込み現象のキャンセルと検査対象への負荷の減少とを同時に達成することができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】５９４１５７１４２
【氏名又は名称】オー・エイチ・ティー株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１２年１月７日（２０００．１．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０１３０６
【弁理士】
【氏名又は名称】丸山 幸雄
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４４０６（Ｐ２００１−１９４４０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１５６４（Ｐ２０００−１５６４） |
|