特許 7417257 抵抗線異常検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-10

(45)【発行日】2024-01-18

(54)【発明の名称】抵抗線異常検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/54 20200101AFI20240111BHJP

【ＦＩ】

G01R31/54

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020029977

(22)【出願日】2020-02-26

(65)【公開番号】P2021135112

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】519294332

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菊地 広

(72)【発明者】

【氏名】福本 眞介

【審査官】小川 浩史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１２１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－４４６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９４１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５０７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－７５６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／５０－３１／７４

Ｇ０１Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の曲がり部を含む抵抗線の異常を検知する抵抗線異常検知装置であって、
前記抵抗線にパルス信号を入力するパルスジェネレータと、
前記抵抗線と前記パルスジェネレータとの間を接続する接続線の間に設けられて前記パルスジェネレータから前記抵抗線に入力された前記パルス信号の前記抵抗線の前記複数の曲がり部からの複数の個別反射波が重ね合わされた複合反射波を取り出す方向性結合器と、
前記方向性結合器に接続され、前記方向性結合器から入力される前記複合反射波の高周波ノイズを除去して検知用反射波とするローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに接続されて前記ローパスフィルタから入力される前記検知用反射波を処理して前記抵抗線の異常を検知する検知ユニットと、を備え、
前記検知ユニットは、前記抵抗線と同一の形状で異常のない基準抵抗線に前記パルス信号を入力した際に前記方向性結合器から入力される基準反射波の波形情報を格納した記憶部と、
前記抵抗線に前記パルス信号を入力した際に前記方向性結合器から入力される前記検知用反射波の波形情報と前記記憶部に格納された前記基準反射波の波形情報とを比較することにより、前記抵抗線の異常を検知する演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記検知用反射波の大きさと前記基準反射波の大きさとの差が所定の第１範囲を超えている場合に、前記抵抗線の異常を検知し、
前記検知用反射波の大きさと前記基準反射波の大きさとの差が前記第１範囲よりも大きい第２範囲を超えている場合に、前記抵抗線の完全断線を検知し、
前記検知用反射波の大きさと前記基準反射波の大きさとの差が、前記第１範囲を超えて前記第２範囲よりも小さい場合に、前記抵抗線の部分断線を検知すること、
を特徴とする抵抗線異常検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、抵抗線の異常を検知する抵抗線異常検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体チップ内の配線部と基板との間にハンダバンプや金バンプ等の導電性ボンディング材を置き、ヒータにより導電性ボンディング材を加熱溶融して半導体チップと基板とをボンディングするフリップチップボンディング方法が用いられている。この方法には、金バンプが存在するボンディング部分全体を加熱により急速に昇温して導電性ボンディング材を熱溶融させ、そしてボンディング部分を冷却により急速に降温して導電性ボンディング材を固化させることが可能なパルスヒータが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

しかし、パルスヒータは急速昇温、急速降温を繰り返すことにより劣化し、抵抗線が断線する場合がある。そこで、パルスヒータの抵抗線の抵抗値を検出し、抵抗値の上昇により断線を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１０－２７５８３３号公報

【文献】特許第３２７７８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、パルスヒータの抵抗線は、通電により発熱すると抵抗値が上昇することから、特許文献２に記載されているような方法では、部分的に断線している異常状態の場合には、通電の際の発熱による抵抗値の上昇にパルスヒータの異常による抵抗値の上昇が紛れてしまい、パルスヒータの異常を早期に検出することができない場合があった。また、急激な温度上昇と冷却を繰り返すパルスヒータでは、断線した場合に急激な温度上昇が発生する虞があるため、早期に異常を検出する要求がある。

【0006】

そこで、本発明は、抵抗線の異常を早期に検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の抵抗線異常検知装置は、複数の曲がり部を含む抵抗線の異常を検知する抵抗線異常検知装置であって、前記抵抗線にパルス信号を入力するパルスジェネレータと、前記抵抗線と前記パルスジェネレータとの間を接続する接続線の間に設けられて前記パルスジェネレータから前記抵抗線に入力された前記パルス信号の前記抵抗線の前記複数の曲がり部からの複数の個別反射波が重ね合わされた複合反射波を取り出す方向性結合器と、前記方向性結合器に接続され、前記方向性結合器から入力される前記複合反射波の高周波ノイズを除去して検知用反射波とするローパスフィルタと、前記ローパスフィルタに接続されて前記ローパスフィルタから入力される前記検知用反射波を処理して前記抵抗線の異常を検知する検知ユニットと、を備え、前記検知ユニットは、前記抵抗線と同一の形状で異常のない基準抵抗線に前記パルス信号を入力した際に前記方向性結合器から入力される基準反射波の波形情報を格納した記憶部と、前記抵抗線に前記パルス信号を入力した際に前記方向性結合器から入力される前記検知用反射波の波形情報と前記記憶部に格納された前記基準反射波の波形情報とを比較することにより、前記抵抗線の異常を検知する演算部とを備え、前記演算部は、前記検知用反射波の大きさと前記基準反射波の大きさとの差が所定の第１範囲を超えている場合に、前記抵抗線の異常を検知し、前記検知用反射波の大きさと前記基準反射波の大きさとの差が前記第１範囲よりも大きい第２範囲を超えている場合に、前記抵抗線の完全断線を検知し、前記検知用反射波の大きさと前記基準反射波の大きさとの差が、前記第１範囲を超えて前記第２範囲よりも小さい場合に、前記抵抗線の部分断線を検知すること、を特徴とする。

【0008】

このように、複数の曲がり部を含む抵抗線にパルス信号を入力し、複数の曲がり部で反射した複数の個別反射波が重ね合わされた複合反射波をローパスフィルタに通した検知用反射波の波形情報と基準反射波の波形情報とを比較することにより抵抗線の異常の検知を行うので、抵抗線の温度上昇による抵抗値の変化の影響を受けずに異常検知を行うことができる。これにより、通電の際の発熱による抵抗値の上昇に抵抗線の異常による抵抗値の上昇が紛れてしまう部分断線のような異常を早期に検出することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、電気回路の異常を早期に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態の電気回路異常検知装置の構成を示す系統図である。

【図2】実施形態の電気回路異常検知装置が異常検知を行うパルスヒータの電気回路を示す平面図である。

【図3】パルスヒータにパルス信号を入力した際に実施形態の電気回路異常検知装置の検知ユニットに入力されるパルスヒータからの反射波の時間変化を示すグラフである。

【図4】実施形態の電気回路異常検知装置の動作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】

【0015】

以下、図面を参照しながら実施形態の電気回路異常検知装置１０について説明する。電気回路異常検知装置１０は、図２に示すパルスヒータ３０の抵抗線３３の異常を検知する抵抗線異常検知装置であるが、これ以外の抵抗線の異常を検知することに適用することも可能である。

【0016】

図１に示すように、電気回路異常検知装置１０は、パルスジェネレータ１１と、方向性結合器１２と、ローパスフィルタ１３と、検知ユニット１４とで構成される。

【0017】

パルスジェネレータ１１は矩形又は三角形のパルス信号を電気回路であるパルスヒータ３０の抵抗線３３（図２参照）に出力する。方向性結合器１２は、パルスヒータ３０とパルスジェネレータ１１との間を接続する接続線１５の間に設けられてパルスジェネレータ１１からパルスヒータ３０に入力されたパルス信号のパルスヒータ３０からの複合反射波を取り出す機器である。ローパスフィルタ１３は、方向性結合器１２から入力された複合反射波の高周波ノイズを除去して反射波として検知ユニット１４に出力する。検知ユニット１４は、ローパスフィルタ１３から入力された反射波を処理してパルスヒータ３０の抵抗線３３の異常を検知する。

【0018】

検知ユニット１４は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ２３を含む演算部２１と、演算部２１に接続されて動作プログラム２４と基準反射波の波形情報を含む基準反射波データベース２５とが格納されている記憶部２２と、で構成されている。検知ユニット１４は、例えば、汎用コンピュータで構成されてもよい。

【0019】

異常検知の対象となるパルスヒータ３０の抵抗線３３は、図２に示すように、入力端子３１と出力端子３２と間に多段折り返し配置されており、多数の曲がり部３４を含んでいる。パルスジェネレータ１１から出力されて抵抗線３３の中に進入したパルス信号は、多数の曲がり部３４でそれぞれ反射されて個別反射波となって抵抗線３３からパルスジェネレータ１１に向かって反射してくる。

【0020】

抵抗線３３は、長さが長く、曲がり部３４が多数存在しているので、抵抗線３３からは、多数の個別反射波がパルスジェネレータ１１に向かって反射してくる。これらの多数の個別反射波は、抵抗線３３の中を進む間に重ね合わされた複合反射波となる。複合反射波は、大きな高周波ノイズを含んでいる。

【0021】

パルスヒータ３０から方向性結合器１２に進入した複合反射波は、方向性結合器１２で取り出されてローパスフィルタ１３に入力される。ローパスフィルタ１３で高周波ノイズを除去された信号は、図３に示すような反射波として検知ユニット１４に入力される。

【0022】

図３に示すように、反射波の波形は、異常の程度によって様々に変化する。図３に示す実線ａは抵抗線３３に異常のない場合を示し、一点鎖線ｂと二点鎖線ｃとは部分断線の異常の場合を示し、破線ｄは完全断線の異常の場合を示す。ここで、部分断線とは、抵抗線３３の一部の断面積が正常状態よりも少なくなった場合であり、例えば、一点鎖線ｂは、抵抗線３３を破断させない程度の微小なクラックが発生した状態の反射波の波形を示す。二点鎖線ｃは、一点鎖線ｂの場合よりも抵抗線３３のクラックが大きく断面積の欠損が大きい状態の場合の反射波の波形を示す。

【0023】

図３の実線ａに示すように、抵抗線３３に破断などの異常が無い正常な状態では、反射波の出力電圧値は、時刻ｔ０に所定の閾値Ｖｓとなるまで上昇し、時刻ｔ０から急速に出力電圧値が大きくなり、時間がたつと略一定の出力電圧値となる。一点鎖線ｂで示す微小クラックが入った抵抗線３３の場合には、時刻ｔ０の後、時刻ｔ１までは、破断が無い実線ａと同様に出力が増加し、時刻ｔ１の後、実線ａから少し遅れて階段状に出力電圧値が増加し、時間がたつと、実線ａで示す異常がない場合よりも少し小さい略一定の出力電圧値となる。このため、実線ａで示す異常のない正常な抵抗線３３からの反射波の出力電圧値と、一点鎖線ｂで示す微小クラックによる部分断線の異常の場合の抵抗線３３からの反射波の出力電圧値との差は、図３に示す時刻ｔ１の後に大きくなり、その後、差は小さくなる。

【0024】

部分断線の異常の場合でも断線面積が大きくなると、二点鎖線ｃで示す様に、反射波の波形は、破線ｄで示す完全断線の異常の場合の反射波の波形に近づいてくる。この場合、出力電圧値は、時刻ｔ０の後一端大きくなるが、時刻ｔ１に減少に転じ、時間がたつと、異常がない正常状態の波形に比べてかなり小さい略一定の出力電圧値となる。また、完全に破断した場合も同様に、時刻ｔ０の後一端大きくなり、時刻ｔ１の後に減少に転じ、時間がたつと、異常がない正常状態の波形に比べてかなり小さい略一定の出力電圧値となる。この際の略一定の出力電圧値は、二点鎖線ｃの部分断線の場合よりも少し小さくなる。このため、実線ａで示す異常のない正常な抵抗線３３からの反射波の出力電圧値と、二点鎖線ｃで示す部分断線や破線ｄで示す完全断線のような異常のある場合の抵抗線３３からの反射波の出力電圧値との差は、図３に示す時刻ｔ１の後に次第に大きくなっていく。

【0025】

ここで、記憶部２２に格納されている基準反射波データベース２５について説明する。記憶部２２に格納されている基準反射波データベース２５は、異常検知の対象となるパルスヒータ３０の抵抗線３３と同一の配線パターンを有する異常のない基準パルスヒータを基準電気回路とし、この基準パルスヒータにパルスジェネレータ１１からパルス信号を入力した際にローパスフィルタ１３から入力される反射波の出力電圧値の時間変化を基準反射波の参照電圧値の時間変化として格納したものである。つまり、図３に実線ａで示す反射波の波形の時間変化を波形情報として格納したものである。基準反射波データベース２５は、例えば、基準反射波の参照電圧値が所定の閾値Ｖｓよりも大きくなった時から、時間に対する基準反射波の参照電圧値の時間変化を格納したデータベースとしてもよい。なお、パルスヒータ３０の抵抗線３３の配線パターンが異なると反射波の波形が異なってくるので、基準反射波データベース２５には、パルスヒータ３０の抵抗線３３の配線パターンの種類ごとに複数の基準反射波の波形情報が格納されている。

【0026】

以下、図４を参照しながら電気回路異常検知装置１０の動作について説明する。図４のステップＳ１０１に示すように、パルスジェネレータ１１からパルス信号を発信させる。すると、検知ユニット１４には、図３の時刻０から時刻ｔ０に示すようにローパスフィルタ１３からの反射波の信号が入力される。

【0027】

図４のステップＳ１０２に示すように、検知ユニット１４の演算部２１は、入力された反射波の出力電圧値が所定の閾値Ｖｓを超えるまで待機する。出力電圧値は、図３に示す時刻ｔ０に閾値Ｖｓに達するので、演算部２１は、図３に示す時刻ｔ０にステップＳ１０２でＹＥＳと判断し、図４のステップＳ１０３に進み、図３に示す検知期間を規定するタイマをスタートさせる。そして、演算部２１は、図４のステップＳ１０４に進み、時刻ｔ０における反射波の出力電圧値と基準反射波データベース２５に格納されている基準反射波の参照電圧値との差ΔＶを算出し、その差ΔＶの絶対値が所定値ΔＶｓを超えているかどうか判断する。ここで、時刻ｔ０における反射波の出力電圧値は時刻ｔ０における反射波の波形情報であり、時刻ｔ０における基準波の参照電圧値は時刻ｔ０における基準波の波形情報である。

【0028】

図３に示す時刻ｔ０では、一点鎖線ｂ，二点鎖線ｃ、破線ｄで示される３つの反射波の波形の出力電圧値は、基準反射波の波形と同様の実線ａで示される波形の出力電圧値とほぼ同一であるから、演算部２１は、図４のステップＳ１０４でＮＯと判断して図４のステップＳ１０６に進み、図３に示す検知インターバルΔｔが経過するまで待機する。そして、時刻ｔ０から検知インターバルΔｔ後の時刻ｔ１となったら、図４のステップＳ１０７でタイマが終了していないか判断し、図４のステップＳ１０７でＮＯと判断した場合には、図４のステップＳ１０４に戻って、時刻ｔ１における反射波の出力電圧値と基準反射波データベース２５に格納されている基準反射波の参照電圧値との差ΔＶを算出し、その差Δの絶対値が所定値ΔＶｓを超えているかどうか判断する。

【0029】

時刻ｔ１では、一点鎖線ｂ，二点鎖線ｃ、破線ｄで示される３つの反射波の波形の出力電圧値は、基準反射波の波形と同様の実線ａで示される波形の出力電圧値とわずかに差が出ているものの、所定値ΔＶｓまでは達してしないため、演算部２１は、再度、図４のステップＳ１０４でＮＯと判断して図４のステップＳ１０６に進み、次の検知インターバルΔｔが経過するまで待機して、ステップＳ１０７でタイマが終了していない場合には、図４のステップＳ１０４に戻る。

【0030】

図３に示す様に、時刻ｔ２では、一点鎖線ｂ，二点鎖線ｃ、破線ｄで示される３つの反射波の波形の出力電圧値は、基準反射波の波形と同様の実線ａで示される波形の出力電圧値との間に所定値ΔＶｓ以上の差異があるから、演算部２１は、図４のステップＳ１０４でＹＥＳと判断して図４のステップＳ１０５に進み、異常検知を出力する。

【0031】

また、演算部２１は、図３に示す時刻ｔ２でＮＯと判断した場合には、図４のステップＳ１０６、Ｓ１０７を実行し、図４のステップＳ１０７でＹＥＳと判断した場合には、検知期間の間、反射波の出力電圧値と基準反射波の参照電圧値と間に差異はなく、反射波の波形は基準反射波の波形と差異がなく、異常検知対象のパルスヒータ３０の抵抗線３３には異常がないと判断し、ステップＳ１０８において異常なし信号を出力する。

【0032】

以上説明したように、実施形態の電気回路異常検知装置１０は、パルスヒータ３０にパルス信号入力し、パルスヒータ３０の抵抗線３３で反射した反射波の波形情報と基準反射波の波形情報とを比較することによりパルスヒータ３０の抵抗線３３の異常検知を行うので、抵抗線３３の温度上昇による抵抗値の変化の影響を受けずに抵抗線３３の異常検知を行うことができる。これにより、通電の際の発熱による抵抗値の上昇にパルスヒータ３０の異常による抵抗値の上昇が紛れてしまう部分断線のような異常を早期に検出することができる。

【0033】

また、実施形態の電気回路異常検知装置１０は、抵抗線３３がパルスジェネレータ１１から入力されたパルス信号を反射する反射源である曲がり部３４を多数含んでいる場合でも、検知ユニット１４の演算部２１は、多数の反射源で反射された多数の個別反射波が重ね合わされた複合反射波をローパスフィルタ１３に通した後の反射波と基準反射波の大きさとの差が所定の範囲を超えている場合に異常を検知するので、抵抗線３３に反射源となる曲がり部３４が多く含まれていた場合でも誤検出を抑制し、抵抗線３３の異常を確実に検出することができる。

【0034】

以上の説明では、所定値ΔＶｓは一つであることとして説明したがこれに限らず、複数設定してもよい。例えば、図３の時刻ｔ２における一点鎖線ｂと実線ａとの間の出力電圧差ΔＶｓ２を所定値とし、図３の時刻ｔ２における二点鎖線ｃと実線ａとの間の出力電圧差をΔＶｓ３を第２の所定値とし、反射波の出力電圧値と基準反射波データベース２５に格納されている基準反射波の参照電圧値との差ΔＶがΔＶｓ２を超えている場合に異常を検知し、更に、ΔＶがΔＶｓ３よりも小さい場合には、完全断線ではなく部分断線が発生していると判断するようにしてもよい。また、ΔＶがΔＶｓ３を超えている場合に、完全断線と判断してもよい。

【0035】

以上説明した電気回路異常検知装置１０は、方向性結合器１２と検知ユニット１４との間にローパスフィルタ１３を接続してパルスヒータ３０の抵抗線３３からの複合反射波に含まれる高周波ノイズを除去した反射波を検知ユニット１４に入力し、検知ユニット１４は入力された反射波に基づいて抵抗線３３の異常を検知することとして説明したが、ローパスフィルタ１３を設けず、複合反射波をそのまま検知ユニット１４に入力して抵抗線３３の異常を検知するようにしてもよい。

【0036】

この場合、検知ユニット１４の演算部２１は、入力された複合反射波を演算処理して高周波ノイズを除去して反射波を生成し、生成した反射波に基づいて抵抗線３３の異常を検知するようにしてもよい。また、予め高周波ノイズの波形、パターンを検出して基準反射波データベース中に格納しておき、このデータを用いて高周波ノイズを除去した反射波を生成し、生成した反射波を用いて抵抗線３３の異常を検知してもよい。或いは、検知ユニット１４の演算部２１の演算速度を高周波ノイズの周波数を大きく超える周波数とした高速演算処理によって抵抗線３３の異常を検知してもよい。

【符号の説明】

【0037】

１０ 電気回路異常検知装置、１１ パルスジェネレータ、１２ 方向性結合器、１３ ローパスフィルタ、１４ 検知ユニット、１５ 接続線、２１ 演算部、２２ 記憶部、２３ ＣＰＵ、２４ 動作プログラム、２５ 基準反射波データベース、３０ パルスヒータ、３１ 入力端子、３２ 出力端子、３３ 抵抗線、３４ 曲り部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】