CN101799507A - 印刷线路板检查装置和检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷线路板检查装置和检查方法，使第1探针与作为检查对象的印刷线路板的基准面接触，使第2探针与上述印刷线路板的线路接触，通过上述第2探针对上述线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性，对上述印刷线路板的所有线路进行上述测量，将此值存储到存储单元中，比较事先测量的良品的测量值和上述测量的测量值，上述比较结果，只要1个存在差异就进行短路线路的确定，使上述第1和第2探针与每个上述确定出的短路线路接触，测量上述短路线路间的电阻值，比较上述测量的电阻值和基准值，检测印刷线路板的电路绝缘不良。从而，与印刷线路板的线路所具有的电容值无关，能够容易地发现短路线路。

Description

印刷线路板检查装置和检查方法

技术领域

本发明涉及印刷线路板检查装置和检查方法，尤其是涉及用于发现印刷线路板中电路(线路)的绝缘不良的印刷线路板检查装置和检查方法。

背景技术

通常，印刷线路板，具有多个使用通孔等进行电连接的电路，制造出的印刷线路板电路是否按照设计正确地形成，即，为了使印刷线路板中的电路避免断线而产生导通不良、或与其他电路短路而产生绝缘不良，需要在电气方面检查是否按照设计形成。

作为绝缘检查(短路检查)的电气检查方法，众所周知有在成为检查对象的电路间施加电压，根据此时的电压和测量出的电流求出电路间的绝缘电阻，绝缘电阻为基准值以下时，判断此部分为绝缘不良的位置的方法。

但是，运用上述检查方法时，在线路数为n的印刷线路板中，绝缘检查的组合数量为n(n-1)/2，例如，对于具有1000个线路的印刷线路板的情况，需要进行499500次绝缘检查，存在花费大量检查时间这样的问题。因此，众所周知有并不检查线路间的所有组合的绝缘，只对有短路可能性的接近线路间进行绝缘检查的方法(例如专利文献1)。

另外，除上述技术之外，众所周知有测量印刷线路板上的线路、与覆盖GND线路和电源线路等印刷线路板整体这样的线路或者印刷线路板外部基准面之间的电容，将其与良品的电容值进行比较，来检查绝缘的方法(例如专利文献2、3)。

可是，在测量上述电容的检查方法中，由于不能在线路间施加高电压，所以难以发现以高电阻短路的线路。因此，提出了对线路施加矩形脉冲，通过分析电压的过渡特性来判断绝缘不良的方法(例如专利文献4～6)。

专利文献1：日本特开昭63-206667号公报

专利文献2：日本特开昭52-096358号公报

专利文献3：日本特公平04-017394号公报

专利文献4：日本特开平06-109796号公报

专利文献5：美国专利第5438272号说明书

专利文献6：美国专利第6573728号说明书

但是，在上述专利文献4～6所述的检查方法中，印刷线路板中具有小电容的电路(以下，称为“线路”)和具有大电容的线路短路时，由于具有小电容的线路的测量值大幅地增加，但具有大电容的线路的测量值的增加量很微小，能够容易地判断出具有小电容的线路产生短路，但存在难以确定与哪一个电路短路这样的问题。

另外，同样，具有小电容的线路和具有大电容的线路以高电阻短路时(例如，与电路短路相关的状态)，由于具有小电容的线路的测量值增加，但具有大电容的线路的测量值的增加量微小，能够容易地判断出具有小电容的线路短路，但存在难以确定与哪一个线路短路这样的问题。

发明内容

因此，本发明为了解决上述问题，其目的在于提供一种能够发现哪个线路和哪个线路短路的印刷线路板检查装置和检查方法。

本发明的上述以及其他目的和新特征，通过本说明书的说明和附图来明确。

在本申请公开的发明中，简单说明代表性的实施方式的概要如下。

即，本发明中的印刷线路板检查装置，具有：第1和第2探针，其用于与作为检查对象的印刷线路板的线路接触；测量单元，其通过上述第1或者第2探针，对上述印刷线路板的线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性和上述线路间的电阻值；以及存储单元，其存储由上述测量单元测量出的值，使上述第1探针与上述印刷线路板的基准面接触，使上述第2探针与上述印刷线路板的线路接触，通过上述第2探针对上述线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性，对上述印刷线路板的所有线路进行上述测量，将此值存储到上述存储单元中，对事先测量出的良品的测量值和上述测量出的测量值进行比较，上述比较结果，只要1个存在差异就进行短路线路的确定，使上述第1和第2探针与上述确定出的短路线路分别接触，测量上述短路线路间的电阻值，将上述测量出的电阻值和基准值比较。

另外，本发明中的印刷线路板检查方法，具有：使第1探针与作为检查对象的印刷线路板的基准面接触，使第2探针与上述印刷线路板的线路接触，通过上述第2探针对上述线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性的步骤；对上述印刷线路板的所有线路进行上述测量，将此值存储到存储单元中的步骤；对事先测量的良品的测量值和上述测量出的测量值进行比较的步骤；上述比较结果，只要1个存在差异就进行短路线路的确定的步骤；使上述第1和第2探针与上述确定出的短路线路分别接触，测量上述短路线路间的电阻值的步骤；以及对上述测量出的电阻值和基准值进行比较的步骤。

通过本发明的印刷线路板检查装置和检查方法，与线路具有的电容值无关，能够容易地发现哪个线路和哪个线路短路。

附图说明

图1是本发明一实施方式中的印刷线路板检查装置的构成例的图。

图2是表示在本发明一实施方式中，印刷线路板一个例子的俯视图。

图3是表示在本发明一实施方式中，印刷线路板上电路的模型的图。

图4是表示图3所示的电路的模型中，绝缘状态良好时的等价电路的电路图。

图5是表示在图3所示的电路模型中，绝缘状态不良时的等价电路的电路图。

图6是表示图4和图5所示的等价电路的电压和时间关系的曲线。

图7是表示本发明一实施方式中的印刷线路板检查方法流程的流程图。

图8是表示本发明一实施方式中，良品值为10pF的线路，以15MΩ与其他线路短路时短路后2个线路电容关系的曲线。

图中符号说明：1：探针；2：探针支持部；3：印刷线路板；4a，4b，4c，4d，4e，4f，4g：印刷线路板上的电路(线路)；5：基准面；6：移动机构部；7：测量部；8：存储部；9：控制部。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细的说明。并且，在用于说明实施方式的所有图中，原则上相同部件赋予相同的符号，省略其重复的说明。另外，只要不特殊声明，表示端子名的符号同时兼作布线名、信号名，对于电源也兼作其电压值。

图1表示本发明一实施方式中的印刷线路板检查装置的整体构成。本实施方式中的印刷线路板检查装置，例如，由2根探针1、探针支持部2、移动机构部6、测量部7、存储部8、控制部9等构成。

移动机构部6由各种电动机、驱动此电动机的电动机驱动装置等构成。在移动机构部6中通过探针支持部2安装有探针1，探针1可以在与印刷线路板3平行方向(XY方向)和垂直方向(Z方向)移动。并且，在本实施方式中，是以探针1为2根的情况为例进行说明的，也可以是3根以上。

测量部7由电压源、电流源、计量器等构成，与探针1相连接，通过在探针间流过电流、或施加电压，可以测量印刷线路板3内电路的电阻。另外，可以测量覆盖印刷线路板3内的GND线路或电源线路等印刷线路板整体这样的线路与被检查电路之间的电位差后，变换为电容成分。并且，没有覆盖上述印刷线路板整体这样的线路时，可以使用设置在印刷线路板外的导电性基准面5。

存储部8例如由RAM、硬盘等存储器构成，暂时存储测量出的值的运算结果等。

控制部9由CPU、RAM、ROM等构成，进行移动机构部6的驱动控制、或判断由测量部7测量出的电阻值或电容值等是否不良的处理等。并且，控制部9，可以通过在通常的计算机中内置实现上述功能或下述动作的程序来实现，该程序也能存储在软盘(注册商标)或硬盘等可以由计算机读出的存储介质中。另外，该程序也可以由互联网等通信机构中读出来。

图2是表示作为检测对象的印刷线路板的一个例子的俯视图。如图2所示，在作为检查对象的印刷线路板3中，形成了数量众多的由金属等导电材料形成的线路4a～4e。

下面，对本实施方式的印刷线路板检查装置中的绝缘检查动作的例子进行说明。首先，使用印刷线路板夹具(未图示)固定印刷线路板3。

接着，控制部9控制移动机构部6，使探针1之1(第1探针)与印刷线路板内或者印刷线路板外的基准面5接触。

另一探针1(第2探针)与线路上的检查点接触，对检查对象线路施加矩形脉冲电压V，对穿过(通过)在印刷线路板外设置的外部电容器C₀的信号(电压V₀)进行测量。对印刷线路板上所有线路进行该过程。将各线路的测量值与事先测量、登记的每个线路的良品值进行比较。其中，如果测量的电压V₀与良品值，对于所有线路都是相同值则判断为良品，只要存在1个不是相同值时，就判断为不良品。但是，由于存在不能断定印刷线路板上的哪个线路与哪个线路短路的情况，通过将1根探针与有短路可能性的线路上的检查点接触，另一根探针与其他线路接触后，测量上述探针间的电阻值，确定电阻值比事先设定的基准值(阈值)小的线路间为短路的线路。

下面，一边参照图3～图7一边对绝缘检查进行详细地说明。

如图3所示，在印刷线路板3上的线路中，具有相对于基准面5的电容为C₁的线路A(Net A)，和相对于基准面5的电容为C₂的线路B(NetB)，考虑线路A和线路B间的电阻值为R₁₂时的模型。

在印刷线路板3上的线路A和线路B的绝缘状态良好时，电阻值R₁₂变为非常大的值(理想的为无限大)。另外，由于基板外的外部电阻R₀使用非常大的值，线路A和线路B的绝缘状态良好时，图3的模型的等价电路变为图4。

假设线路A和线路B间的电容为C₁₂，外加电压V、线路A与线路B间的电压V₁₂能够由式(1)表示。

$V_{12}=V\frac{C_2{C}_0}{C_2{C}_{12}+C_1(C_2+C_{12})+C_0(C_2+C_{12})}$ ……式(1)

其中，由于C₁₂比C₁，C₂小，式(1)近似为式(2)。

$V_{12}=V\frac{C_0}{C_0+C_1}$ ……式(2)

另外，由于C₀与C₁，C₂相比非常大，由于V₁₂大致为外加电压V，如果外加电压V为高电压，线路A和线路B间的电压V₁₂也为高电压。

另外，印刷线路板上的线路A和线路B的绝缘状态不良的情况下的图3模型的等价电路变为图5，由于C₁₂比C₁，C₂小，施加电压V和线路A和线路B间电压V₁₂可以近似地由式(3)表示。

$V_{12}=V\frac{C_0}{C_0+C_1}{e}^{-\left(\frac{C_0+C_1+C_2}{C_2{R}_{12}(C_0-C_1)}\right)t}$ ……式(3)

式(1)，即使时间流逝，电压V₁₂也不变化，但式(3)，在指数部变为1后，随时间的流逝，电压V₁₂逐渐减少。式(1)和式(3)能够表达为图6的曲线。并且，在图6中，横轴表示经过时间t，纵轴表示线路A和线路B间的电压V₁₂，良品表示式(1)，短路表示式(3)的情况。

例如，V为250V，C₁为1000pF，C₂为1000pF，C₀为0.1μF，R₁₂为1GΩ时，式(3)中，1微秒后的V₁₂变为250V，但50毫秒后的V₁₂变为236V，100毫秒后V₁₂减少到224V。

因此，线路间被施加高电压，其特性根据线路间的绝缘状态而不同。

并且，虽然说明了线路A和线路B间的电压，但在实际检查中，由于并不测量线路间的电位差，而是根据穿过(通过)电容器C₀的信号得到，考虑通过电容器C₀的信号的电压V₀。

如图3所示，考虑印刷线路板上的电容为C₁的线路A和印刷线路板上的电容为C₂的线路B，线路A和线路B间的电阻值为R₁₂时的模型。其中，由于R₀为非常大的值，图3的模型的等价电路可以由图4所示。

这里，线路A和线路B完全短路时，线路A和线路B间的电阻R₁₂，变为0Ω或者接近0Ω的值。另一方面，线路A和线路B为良品时，R₁₂为数十～百MΩ以上，理想的情况变为无限大的电阻值。R₁₂的电阻值取无限大时，即，在线路A和线路B为良品的状态下，电位差V₀能够由式(4)表示，线路A的电容C₁能够由式(5)表示。

$V_0=\frac{C_1}{C_0+C_1}V$ ……式(4)

$C_1=\frac{V_0}{V-V_0}{C}_0$ ……式(5)

图7表示本实施方式的印刷线路板检查装置中的绝缘检查动作的例子。

如图7所示，首先，在步骤101中，检测良品的印刷线路板，获得所有线路测量值。各线路的测量值被换算成电容值，登记作为良品值(步骤102)。

然后，在步骤103中，测量作为检查对象的印刷线路板的所有线路，测量的值被换算成电容值。

然后，在步骤104中，按每个线路比较步骤102中登记的各线路的良品值(电容值)与步骤103中测量的各线路电容值。

其中，没有短路的线路的测量值与良品值变为相同。另外，短路时，测量值(电容值)增加，短路的线路之间变为相同电容。

另外，线路间以高电阻短路时，图3的模型等价电路能够由式(6)表示。

$V_0=\frac{C_1+C_2}{C_1+C_2+C_0}V-\frac{C_0{C}_2}{(C_0+C_1)\left(C_1+C_2+C_0\right)}V{e}^{-\left(\frac{C_1+C_2+C_0}{C_2{R}_{12}{C}_0+C_1}\right)t}$ ……式(6)

其中，如果考虑线路A和线路B以电阻值15MΩ高电阻短路，线路A的良品值为10pF时，线路A和线路B测量值的关系能够由式(6)求出，图6的曲线表示了上述关系。由图6知，以高电阻短路的2个线路不会变为相同电容。

另外，在短路的线路中，至少1个线路的电容值增加。例如，良品值为1pF电容的线路A和良品值为1pF的线路B短路时，线路A，线路B的电容C₁和C₂都变为2pF，线路A，线路B都增加了100％(2个线路的测量值增加)。可是，良品值为100pF电容的线路A和良品值为1pF的线路B短路时，线路A、线路B的电容C₁和C₂都变为101pF。与C₂的增加率大幅度地增加10000％，相反C₁的增加率不过1％。由于制造上偏差，电容自身误差也为几％的程度，不能由1％程度的增加判断为增加(只有1个线路测量值增加)。

根据上述内容，如果测量值和良品值对于所有线路都相同，就判断印刷线路板为良品，结束检查(步骤105)。

另一方面，只要存在1处测量值和良品值不同的线路时，就判断线路间存在短路，进入步骤106。

在步骤106中，线路间存在短路时，由于测量值增大的线路至少有1个，将测量值增加的线路判断为短路线路。另外，由于短路的线路之间都变为相同电容，提取与测量值增加的线路具有相同电容的线路作为短路候补(イ)。即使存在高电阻短路时，由于存在具有相同电容值的情况，提取与测量值增加了的线路具有相同电容的线路作为高电阻短路的候补(ロ)。

另外，尽管存在电容增大了的线路，但不存在相同电容的线路时，能够判断存在高电阻短路这样的情况，但是由于不能明确哪个线路和哪个线路以高电阻短路，所以进行高电阻短路的线路候补的筛选(步骤107)(ハ)。筛选高电阻短路的线路候补，如下进行。

考虑图3的模型，为了说明的方便，假设线路A的电容比线路B的电容大，测量出电容比线路B小的线路，由于赋予线路B的电容的变化小，所以将测量出电容比线路B小的线路从高电阻短路的候补中排除(A)。另外，如果是具有与线路B良品值同等值的线路，由于此线路的电容也变大，所以将具有与线路B良品值相同值的线路从高电阻短路的候补中排除(B)。并且，由图6知，由于高电阻短路的线路电容越大，线路B的变化率越大，使用事先设定的阈值和式(3)来筛选候补(C)。

例如，设定绝缘不良的阈值为15MΩ，即R₁₂＝15MΩ，线路B的良品值为10pF，线路B的测量值为22.5pF时，能够根据条件(A)将电容测量值比10pF小的线路从高电阻短路的候补中排除。另外，能够根据条件B从高电阻短路的候补中排除电容测量值为10pF的线路。并且能够根据条件(C)从高电阻短路的候补中排除不足约150pF的线路。由图8知，能够读取C₁＝22.5pF时的C₂的值约为150pF。并且，图8是表示良品值为10pF的线路以15MΩ与其他线路短路时短路后的2个线路的电容关系的曲线。

因此，能够从高电阻短路的候补中去除符合条件(A)或者条件(B)或者条件(C)的线路，能够将电容具有150pF以上的线路作为高电阻短路线路的候补。

因此，最终能够提取符合(イ)或者(ロ)或者(ハ)的条件的线路作为短路或者高电阻短路的线路的候补。结束短路或者高电阻短路的线路候补的提取后，将1根探针与有短路可能性的线路上的检查点接触，另一根探针与其他线路接触后，测量上述探针间的电阻值(步骤108)。在完全确定表示比事先设定的阈值小的电阻值的线路间作为短路的线路后，判断为不良品(步骤109)，结束检查。

并且，上述各步骤，可以由图1所示的本实施方式中的印刷线路板检查装置自动实施。即，包含CPU、RAM等的控制部9，具备执行上述各步骤的软件或者硬件，控制移动机构部6、测量部7等，执行上述各步骤。各步骤中的良品值、测量值、阈值、设定值等数据，存储在存储部8中。并且，控制部9执行的软件，也可以存储在存储部8中。

因此，通过本实施方式中的印刷线路板检查装置和检查方法，与线路电容的大小无关系，可以进行短路线路的发现、确定。另外，即使对于线路间的高电阻短路，也可以发现、确定。

以上，根据本发明的实施方式对本发明者提出的发明进行了具体的说明，但是，本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围当然可以进行各种变动。

(产业上的应用可能性)

本发明能够用于印刷线路板的检查。

Claims (10)

1.一种印刷线路板检查装置，其特征在于，具有：

第1和第2探针，其用于与作为检查对象的印刷线路板的线路接触；

测量单元，其通过上述第1或者第2探针，对上述印刷线路板的线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性和上述线路间的电阻值；以及

存储单元，其存储由上述测量单元测量出的值，

使上述第1探针与上述印刷线路板的基准面接触，使上述第2探针与上述印刷线路板的线路接触，通过上述第2探针对上述线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性，

对上述印刷线路板的所有线路进行上述测量，将此值存储到上述存储单元中，

对事先测量出的良品的测量值和上述测量出的测量值进行比较，

上述比较结果，只要1个存在差异就进行短路线路的确定，

使上述第1和第2探针与上述确定出的短路线路分别接触，测量上述短路线路间的电阻值，

将上述测量出的电阻值和基准值比较。

2.根据权利要求1所述的印刷线路板检查装置，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，将上述测量出的测量值增加的线路判断为短路线路。

3.根据权利要求2所述的印刷线路板检查装置，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，提取具有与上述测量出的测量值增加的线路相同的电容的线路作为短路候补。

4.根据权利要求2所述的印刷线路板检查装置，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，提取具有与上述测量出的测量值增加的线路相同的测量值的线路作为高电阻短路的候补。

5.根据权利要求2所述的印刷线路板检查装置，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，具有与上述测量出的测量值增加的线路相同的测量值的线路不存在时，排除测量出的测量值比上述线路的测量值小的线路和具有与上述线路的良品的测量值相同的值的线路，来筛选高电阻短路线路的候补。

6.一种印刷线路板检查方法，其特征在于，具有：

使第1探针与作为检查对象的印刷线路板的基准面接触，使第2探针与上述印刷线路板的线路接触，通过上述第2探针对上述线路施加矩形脉冲电压，测量上述线路的电压过渡特性的步骤；

对上述印刷线路板的所有线路进行上述测量，将此值存储到存储单元中的步骤；

对事先测量的良品的测量值和上述测量出的测量值进行比较的步骤；

上述比较结果，只要1个存在差异就进行短路线路的确定的步骤；

使上述第1和第2探针与上述确定出的短路线路分别接触，测量上述短路线路间的电阻值的步骤；以及

对上述测量出的电阻值和基准值进行比较的步骤。

7.根据权利要求6所述的印刷线路板检查方法，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，将上述测量出的测量值增加的线路判断为短路线路。

8.根据权利要求7所述的印刷线路板检查方法，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，提取具有与上述测量出的测量值增加的线路相同的电容的线路作为短路候补。

9.根据权利要求7所述的印刷线路板检查方法，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，提取具有与上述测量出的测量值增加的线路相同的测量值的线路作为高电阻短路的候补。

10.根据权利要求7所述的印刷线路板检查方法，其特征在于，

在上述短路线路的确定中，具有与上述测量出的测量值增加的线路相同测量值的线路不存在时，排除测量出的测量值比上述线路的测量值小的线路和具有与上述线路的良品的测量值相同的值的线路，来筛选高电阻短路线路的候补。

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