(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0020】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1に示す本実施形態の検査装置1は、回路基板2に形成された配線パターン間の絶縁状態の良否判定を行うためのものである。なお、実際の回路基板には複雑な配線パターンが多数形成されているが、
図1ではこれを単純化して、回路基板2に4つの単純な配線パターンP1〜P4が形成されている様子を示している。
【0021】
検査装置1は、制御部10と、定電流源11と、電圧測定部12と、リミッタ回路13と、プローブ14と、スイッチ回路15と、電流測定部16と、を備えている。
【0022】
制御部10は、演算装置としてのCPU、記憶装置としてのROMやRAM等のハードウェアを有したコンピュータである。また、制御部10は、検査装置1の各部を制御するためのプログラム等のソフトウェアを前記ROM等に保持している。制御部10は、前記ハードウェア及び前記ソフトウェアが協働することにより、検査装置1の各部を制御する。
【0023】
検査装置1は、多数のプローブ14を備えている。各プローブ14は、棒状ないし針状に形成された導電性の部材であり、回路基板2上の配線パターンP1〜P4の何れかに接触可能に構成されている。
【0024】
定電流源11は、プラス側端子とマイナス側端子を有しており、プラス側端子とマイナス側端子の間に一定の電流を供給するように構成されている。なお、定電流源11のマイナス側端子は接地されている。
【0025】
リミッタ回路13は、定電流源11のプラス側端子とマイナス側端子のあいだの電位差が所定の上限電圧以上にならないように保護するものである。
【0026】
電流測定部16は、プラス側端子とマイナス側端子を備えており、プラス側端子からマイナス側端子に流れた電流の大きさを検出するように構成されている。電流測定部16による測定結果は、制御部10に出力される。なお、電流測定部16のマイナス側端子は接地されている。
【0027】
スイッチ回路15は、各プローブ14を、定電流源11のプラス側端子に接続した状態、電流測定部16のプラス側端子に接続した状態、定電流源11にも電流測定部16にも測定していない状態、のうちの任意の状態に切り替えることができるように構成されている。スイッチ回路15は、制御部10によって制御されている。
【0028】
制御部10は、スイッチ回路15を適宜制御することにより、任意のプローブ14を定電流源11のプラス側端子に接続することができる。これにより、当該プローブ14が接触している配線パターンに対して、定電流源11からの定電流を供給できる。本明細書では、定電流源11からの定電流が供給される配線パターンを、「プラス側パターン」と呼ぶ。また、制御部10は、スイッチ回路15を適宜制御することにより、任意のプローブ14を電流測定部16のプラス側端子に接続することができる。これにより、当該プローブ14が接触している配線パターンに流れた電流を、電流測定部16によって測定できる。本明細書では、電流測定部16によって電流が測定される配線パターンを、「マイナス側パターン」と呼ぶ。
【0029】
電圧測定部12は、プラス側パターンの電圧を測定するように構成されている。電圧測定部12による測定結果は、制御部10に出力される。
【0030】
ここで、
図2を参照して、より具体的に説明する。
図2は、配線パターンP1,P2のペアを検査対象とした場合を例示している。
図2では、検査対象の配線パターンP1,P2のうち、一方の配線パターンP1をプラス側パターンとし、他方の配線パターンP2をマイナス側パターンとしている。なお、
図2においては、説明のうえで不要な構成の図示を適宜省略している。
【0031】
図2に示すように、配線パターンP1,P2のペアは、寄生容量Cを有している。従って、定電流源11がプラス側パターンP1に一定の電流I
0を供給することにより、寄生容量Cが充電される。これに伴って、プラス側パターンP1の電圧Vが上昇する。
【0032】
ここで、プラス側パターンP1の電圧Vの変化について、
図4(a)を参照して簡単に説明する。
図4(a)は、プラス側パターンP1に電流を供給しはじめてからの当該プラス側パターンP1の電圧Vの時間変化を模式的に例示す
るグラフである。なお、
図4は、スパークや部分放電が生じていない場合(正常時)のグラフである。前述のように、電圧Vは、電圧測定部12によって測定される。
【0033】
寄生容量Cが充電されることにより、
図4(a)に示すように、プラス側パターンP1の電圧Vが徐々に上昇する。なお、プラス側パターンP1に電流の供給を開始する前の状態においては、寄生容量Cは完全に放電されており、当該プラス側パターンP1の電圧Vはゼロであるとする。従って、
図4においては、プラス側パターンP1の電圧Vがゼロから徐々に上昇する様子が示されている。このように、プラス側パターンP1の電圧Vが上昇する期間(寄生容量Cが充電されていく期間)を、本明細書では「充電期間」と呼ぶ。
【0034】
また前述のように、検査装置1にはリミッタ回路13が設けられており、定電流源11のプラス側端子とマイナス側端子の間の電位差が上限電圧以上とならないように保護されている。
図4(a)に示すように、プラス側パターンP1の電圧Vが上限電圧まで増大すると、リミッタ回路13が作動し、電圧Vは上限電圧で一定となる。即ち、寄生容量Cが上限電圧まで充電された時点で、当該寄生容量Cの充電が完了する。
【0035】
続いて、マイナス側パターンP2に流れる電流Iについて、
図4(b)を参照して説明する。
図4(b)は、プラス側パターンP1の電圧Vが
図4(a)のように変化する場合において、マイナス側パターンP2に流れる電流Iの時間変化を示したグラフである。前述のように、電流Iは、電流測定部16によって測定される。
【0036】
図2に示すように、配線パターンP1,P2の間には、抵抗Rが存在していると考えられる。この抵抗Rは理想的には無限大であるが、実際には有限の値をとる。従って、抵抗Rには電流Irが流れ得る。また、充電期間中においては、
図2に示すように、寄生容量Cを充電するための電流(I
0−Ir)がマイナス側パターンP2に流れる。従って、充電期間中は、寄生容量Cを充電するための電流(I
0−Ir)と、抵抗Rに流れた電流Irと、がマイナス側パターンP2に流れることになる。このときマイナス側パターンP2に流れる電流を合計すると、I
0となる。結局、充電期間中において、マイナス側パターンP2には一定の電流I
0が流れる。
【0037】
寄生容量Cの充電が完了した後は、当該充電のための電流は流れなくなるので、マイナス側パターンP2に流れるのは、抵抗Rを流れる電流Irのみとなる。このため、充電期間が終了した後は、
図4(b)に示すように、マイナス側パターンP2に流れる電流Iは急速に減少してIrに漸近する。
【0038】
従って、充電期間が終了し、かつマイナス側パターンP2に流れる電流Iが安定した後で、当該電流Iが十分に小さくなったことを確認できれば、抵抗Rに流れる電流Irが十分に小さい(抵抗Rが十分に大きい)ことを保証できる。
【0039】
次に、本実施形態の検査装置1による回路基板の検査方法について、
図3のフローチャートを参照して説明する。
【0040】
まず、制御部10は、回路基板に形成されている複数の配線パターンの中から、絶縁性を検査すべき配線パターンのペアを選択する(ステップS101)。制御部10は、スイッチ回路15を適宜制御することにより、検査対象として選択した配線パターンのペアの一方をプラス側パターン、他方をマイナス側パターンとする。ここでは、前述の
図2のように、配線パターンP1をプラス側パターン、配線パターンP2をマイナス側パターンとして説明する。これにより、プラス側パターンP1に対して、定電流源11からの電流の供給が開始される(ステップS102)。また、制御部10は、プラス側パターンP1に対して電流を供給し始めてからの経過時間の計測を開始する(ステップS103)。
【0041】
制御部10は、ステップS103で測定を開始してからの経過時間が、所定の制限時間を超過するまでのあいだ(ステップS104の判断)、マイナス側パターンP2に流れる電流Iを電流測定部16によって測定するように構成されている(ステップS105)。
【0042】
前述のように、充電期間が終了した後に電流Iが十分に小さくなったことを確認できれば、検査対象の配線パターンP1,P2間の抵抗Rが十分に大きいことを保証できる。そこで制御部10は、ステップ
S105で測定した電流Iが、所定の検査終了閾値(
図4(b)等を参照)を下回ったか否かを判定するように構成されている(ステップS106)。電流Iの測定結果が検査終了閾値を下回っていた場合、抵抗Rが十分に大きいと考えられるので、制御部10は、検査対象の配線パターンP1,P2間の絶縁性が十分に確保されていると判定する(ステップS107)。この場合、制御部10は、ステップS103からステップS107までの経過時間(プラス側パターンP1に電流の供給を開始してから、マイナス側パターンP2に流れる電流Iが検査終了閾値を下回るまでに要した時間)を取得する(ステップS108)。このとき取得された経過時間を、「絶縁検査終了時間」とする(
図4(b)等を参照)。以上のように、本実施形態の制御部10は、絶縁検査終了時間を測定する終了時間測定部21としての機能を有している。
【0043】
一方、十分な時間が経過したにもかかわらず、マイナス側パターンP2に流れる電流Iが検査終了閾値を下回らない場合には、抵抗Rが規定よりも小さい(配線パターンP1,P2間の絶縁性が十分に確保されていない)と考えられる。そこで制御部10は、電流Iが検査終了閾値を下回らないまま制限時間が超過した場合(ステップS104の判断)、検査対象の配線パターンP1,P2間の絶縁性が十分に確保されていないと判定する(ステップS109)。この場合、制御部10は、回路基板を不良品と判定して(ステップS113)、フローを終了する。
【0044】
以上のように、ステップS104からステップS106のループにより、検査対象の配線パターンP1,P2間の絶縁性を検査できる。
【0045】
さて、上記の絶縁検査(ステップS104からステップS106のループ)においては、プラス側パターンP1に電圧が印加された状態となっているので、検査対象の配線パターンP1,P2間にスパークや部分放電が生じ得る。そこで本実施形態の制御部10は、上記絶縁検査によって配線パターンP1,P2間の絶縁性が十分であると判断(ステップS107)した場合は、更に、当該絶縁検査中に配線パターンP1,P2間にスパークや部分放電が生じなかったか否かを判定する様に構成されている(ステップS110)。なお、スパーク及び部分放電の発生の有無を判定するための構成については、後述する。制御部10は、絶縁検査中にスパーク又は部分放電が生じていたと判定した場合、回路基板を不良品と判定して(ステップS113)、フローを終了する。
【0046】
ステップS110において、絶縁検査中にスパーク及び部分放電が発生していないと判定された場合、制御部10は、検査が予定されている全ての配線パターンのペアについて絶縁検査が終了しているか否かを判定し(ステップS111の判断)、終了していない場合は、次の配線パターンのペアについて絶縁検査を続行する。全ての配線パターンのペアについて絶縁検査が終了していた場合、制御部は、回路基板を良品と判定して、フローを終了する(ステップS112)。
【0047】
以上の検査方法によれば、配線パターン間の絶縁性が十分に確保できている回路基板のみを良品と判定できる。そして、絶縁検査中にスパークや部分放電が発生した回路基板は不良品として区別できるので、良品と判定された回路基板の信頼性が向上する。
【0048】
続いて、上記のステップS110において、スパーク及び部分放電を検出する方法について説明する。
【0049】
図5は、充電期間中において、検査対象の配線パターンP1,P2間にスパークが発生した場合における、プラス側パターンP1の電圧Vの時間変化(
図5(a))、及びマイナス側パターンP2に流れた電流Iの時間変化(
図5(b))を示している。
【0050】
スパークが発生した瞬間、プラス側パターンP1の電荷がマイナス側パターンP2に流出するので、
図5(a)に示すように、プラス側パターンP1の電圧Vが一時的に降下する。即ち、寄生容量Cに充電された電荷の一部が放電される。この結果、当該寄生容量Cの充電を完了させるのに要する時間(充電期間)が、正常時よりも長くなるため、電流Iが減少し始めるタイミングが正常時よりも遅くなる。結果として、
図5(b)に示すように、絶縁検査終了時間が正常時より長くなってしまう。なお、本明細書において「正常時」とは、スパークや部分放電が生じていない状態を指す。
【0051】
以上のように、充電期間中にスパークが発生した場合には、充電期間が正常時よりも長くなり、結果として、絶縁検査終了時間が正常時よりも長くなる。
【0052】
続いて、部分放電が発生した場合について説明する。
図6は、充電期間中において、検査対象の配線パターンP1,P2間に部分放電が発生した場合における、プラス側パターンP1の電圧Vの時間変化(
図6(a))、及びマイナス側パターンP2に流れた電流Iの時間変化(
図6(b))を示している。
【0053】
部分放電が発生した場合も、プラス側パターンP1の電荷がマイナス側パターンP2に流出する。部分放電の場合は、スパークのような急激な電荷の流出ではないので、プラス側パターンP1からの電荷の流出分を、定電流源11から供給される電流で補うことができる。従って、
図6(a)に示すように、部分放電の発生中は、プラス側パターンP1の電圧Vは降下しない(寄生容量Cからの放電は生じない)が、電圧Vの上昇速度(寄生容量Cの充電速度)は低下する。このため、寄生容量Cの充電に要する時間(充電期間)が正常時よりも長くなる。
【0054】
以上のように、充電期間中に部分放電が発生した場合も、充電期間が正常時よりも長くなる。従って、この場合も、電流Iが減少し始めるタイミングが正常時よりも遅くなる。この結果、
図6(b)に示すように、絶縁検査終了時間が正常時より長くなってしまう。
【0055】
続いて、
図7を参照して、充電期間終了後に部分放電が発生した例を説明する。
図7は、充電期間の終了後において、検査対象の配線パターンP1,P2間に部分放電が発生した場合における、プラス側パターンP1の電圧Vの時間変化(
図7(a))、及びマイナス側パターンP2に流れた電流Iの時間変化(
図7(b))を示している。
【0056】
前述のように、部分放電の発生中は、プラス側パターンP1の電圧Vは降下しない(寄生容量Cからの放電は生じない)。このため、充電期間が終了した後に部分放電が発生した場合、電圧Vのグラフ(
図7(a))は、正常時における電圧Vのグラフ(
図5(a))とほとんど同じである。従って、電圧Vの時間変化だけでは、充電期間の終了後に部分放電が発生したか否かを判断できない。
【0057】
しかしながらこの場合であっても、電流Iのグラフには部分放電の影響が現れる。具体的には、
図7(b)に示すように、充電期間が終了した後、部分放電が発生している期間中は、電流Iが減少する速度が正常時よりも遅くなる。このため、絶縁検査終了時間が、正常時より長くなる。
【0058】
以上のように、絶縁検査中において、検査対象の配線パターンP1,P2間に部分放電又はスパークが生じた場合には、マイナス側パターンP2に流れる電流Iの時間変化(電流Iが減少しはじめるタイミング、又は当該電流Iの減少速度)が、正常時よりも遅くなる。
【0059】
そこで本実施形態の制御部10は、絶縁検査中におけるスパーク及び部分放電の発生の有無を、電流Iの時間変化に基づいて判定する判定部22としての機能を有している。
【0060】
具体的には、本実施形態の判定部22は、
図3のステップS108で取得した絶縁検査終了時間が、規定の時間を超過しているか否かを判定するように構成されている。なお、上記「規定の時間」は、正常時の絶縁検査終了時間を基準にして予め定めておく。
【0061】
判定部22は、絶縁検査終了時間が規定の時間を超過していた場合、当該絶縁検査終了時間が、正常時よりも長くなっていると判断する。この場合、電流Iが減少しはじめたタイミング、又は当該電流Iの減少速度、の少なくとも何れか一方が正常時よりも遅くなっているということであるから、判定部22は、絶縁検査中にスパーク又は部分放電が発生したものと判定する(ステップS110で「Yes」)。
【0062】
一方、判定部22は、絶縁検査終了時間が規定の時間を超過していない場合、当該絶縁検査終了時間が正常時と変わらないと判断する。この場合、電流Iが減少しはじめたタイミング、及び当該電流Iの減少速度、の両方が正常であると考えられるので、判定部22は、絶縁検査中にスパーク及び部分放電は発生していないと判定する(ステップS110で「No」)。
【0063】
このように構成された本実施形態の検査装置1によれば、従来から検出可能であったスパーク(
図5)に加えて、従来は検出することが難しかった部分放電(
図6)の発生も検出できる。
【0064】
特に、充電期間の終了後に部分放電が発生した場合(
図7のケース)、電圧Vのグラフは、正常時(
図5)と変わらない。従って、電圧Vの変化を利用してスパークを検出する特許文献1の構成では、
図7のようなケースを検出することは不可能である。この点、本実施形態では、マイナス側パターンP2に流れる電流Iの時間変化を利用しているので、
図7のようなケースでも部分放電を検出可能である。
【0065】
しかも本実施形態の検査装置1は、絶縁検査(ステップS104からステップS106のループ)と、スパーク及び部分放電の検出と、において、共通の構成(定電流源11、電流測定部16など)を利用できる。これにより、本実施形態の検査装置1では、スパークや部分放電を検出するための特別なセンサ等は不要である。従って、検査装置1の構成を簡素化することができる。
【0066】
以上で説明したように、本実施形態の検査装置1は、定電流源11と、電流測定部16と、判定部22と、を備えている。定電流源11は、検査対象の配線パターンの一方であるプラス側パターンP1に電流を供給する。電流測定部16は、検査対象の配線パターンに流れた電流Iを測定する。判定部22は、電流測定部16で測定された電流Iの時間変化に基づいて、検査対象の配線パターンP1,P2にスパーク又は部分放電が発生したか否かを判定している。
【0067】
即ち、検査対象の配線パターンP1,P2の間でスパーク又は部分放電が発生した場合、当該配線パターンに流れる電流Iの時間変化が、正常時に比べて遅くなる。そこで、配線パターンに流れた電流Iの時間変化に基づいて、スパーク及び部分放電の発生の有無を判定することができる。
【0068】
なお、本実施形態の検査装置
1において、電流測定部16は、検査対象の配線パターンの他方であるマイナス側パターンP2に流れた電流を測定している。
【0069】
即ち、マイナス側のパターンの電流を測定することにより、プラス側の各構成の影響を受けにくくなり、配線パターンに流れた電流を精度良く測定できる。従って、スパークや部分放電を精度良く検出できる。
【0070】
また、上記のように、本実施形態の検査装置1は、電流測定部16が測定した電流Iが検査終了閾値を下回るまでに要した時間である絶縁検査終了時間を測定する終了時間測定部21を備えている。判定部22は、絶縁検査終了時間が規定の時間を超えた場合に、スパーク又は部分放電が発生したと判定する。
【0071】
即ち、検査対象の配線パターンP1,P2の間でスパーク又は部分放電が発生した場合、マイナス側パターンP
2に流れる電流Iの時間変化が遅くなる結果、当該電流Iが安定するまでに要する時間が長くなる。そこで上記のように、絶縁検査終了時間が規定の時間よりも長くなった場合には、スパーク又は部分放電が発生したと判定できる。
【0072】
また、上記のように、本実施形態の検査装置1は、プラス側パターンP1に電流の供給を開始してから所定の制限時間内に、電流測定部16が測定した電流が所定の検査終了閾値を下回らなかった場合、検査対象の配線パターンP1,P2間の絶縁性が不十分であると判定する制御部10を備えている。
【0073】
このように、マイナス側パターンP2に流れる電流Iに基づいて、配線パターン間の絶縁性を検査することができる。従って、上記構成の検査装置1によれば、絶縁検査と、スパーク及び部分放電の検出を、共通の構成(定電流源11、電流測定部16など)を用いて実現することができ、検査装置1を簡素化することができる。
【0074】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【0075】
上記実施形態では、スパーク又は部分放電が一回でも生じた場合は不良品と判断するように構成されているが、数回のスパーク(又は部分放電)を許容するようにしても良い。
【0076】
上記実施形態では、電圧測定部12による電圧Vの測定結果は用いていない。そこで、電圧測定部12は省略することもできる。
【0077】
従来の手法(特許文献1)では、部分放電の発生を検出することはできないが、スパークの発生を検出することは可能である。このため、従来の手法と、本願発明の手法を組み合わせることにより、スパークの発生と、部分放電の発生を、区別して検出することができる。そこで、スパークが発生した場合と、部分放電が発生した場合とで、必要に応じて処理を異ならせることもできる。
【0078】
上記実施形態では、第1閾値(スパーク及び部分放電を検出する際に用いる閾値)と、第2閾値(絶縁性が十分か否かを判断する際に用いる閾値)を、同じ値(検査終了閾値)としている。しかしながら、第1閾値と第2閾値は異なっていても良い。
【0079】
なお、上記実施形態はマイナス側パターンP2に流れた電流を電流測定部で測定する構成であるが、配線パターンP1,P2に流れた電流を測定するという観点からすると、プラス側パターンP1に流入する電流を、電流測定部で測定するように構成することもできる。ただし、プラス側パターンP1に流入する電流を測定する構成の場合、プラス側の各構成の影響を受け易いので、配線パターンに流れた電流を正確に検出することが難しくなる。そこで、スパーク及び部分放電の検出精度の点からすれば、上記実施形態のように、マイナス側パターンP2に流れた電流を測定する構成が好適である。