JP4467373B2 - 抵抗測定方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は抵抗測定方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、プロービングポイントに存在する不純物（特には酸化皮膜）による影響を排除して正確な抵抗測定を可能とする技術に関するものである。

インサーキットテスタやベアボードテスタなどにおいて、導通検査や絶縁検査は結局のところ被測定物の抵抗値を測定し、その測定値と閾値とを比較することにより行われているが、その測定値には配線抵抗やプローブの接触抵抗などが含まれる。

このうち、配線抵抗はほぼ固定値と見なすことができるため演算によりキャンセルできる。また、一般的にプローブの接触抵抗もそれ自体は検査結果を左右するような値ではないが、問題はプロービングポイントに不純物が存在している場合である。不純物には酸化皮膜のほかに皮脂や異物（ごみ）などが含まれるが、大抵は酸化皮膜である。

酸化皮膜は絶縁体であるためときとして数ｋΩを超えるような高抵抗となり、場合によっては完全に絶縁状態となることがある。その場合、等価的にはコンデンサと見なすことができる。したがって、高抵抗の酸化皮膜が存在すると、被測定物のパターン抵抗値が十分小さく本来良品であるべきものに対してオープン（断線）判定がなされてしまう場合がある。

一方、絶縁検査時においては、例えば回路パターン間が絶縁不良（導通）であるにもかかわらず、プロービングポイントに酸化皮膜が存在するため、良品と判定されてしまうことがある。なお、酸化皮膜を突き破るようにプロービングすれば、酸化皮膜による抵抗分をある程度減らすことができるが、これによると打痕が残るため好ましくない。また、プロービングし直すと測定値が大きく変わることがあるため、導通検査時の最大不安定要素となっている。

そこで、本出願人は特許文献１としてプロービングしたままの状態で酸化皮膜を破壊し得る方法を提案している。すなわち、特許文献１に記載の発明では、定電流源（低電流で高電圧が印加可能な電源）を備え、定電流源にて高電圧を発生させて酸化皮膜を破壊するようにしている。

特開２００１−１５３９０２号公報

特許文献１に記載の発明によれば、プロービングしたままの状態で酸化皮膜を破壊できるため、基板側に打痕をつけたり、プロービングし直すことによる測定値の不安定さを招くことがないが、近年導通検査の条件が厳しくなるにつれて次のような問題が指摘されている。ちなみに、近年の導通検査では数１０Ω以上の接触抵抗が無視できなくなってきている

回路基板に発生する酸化皮膜には大別して２種類あり、その一つは例えば電極パッド上に形成される数ｋΩを超えるような高抵抗を示す酸化皮膜であり、もう一つは例えば一般的なインタポーザ基板のチップ接続側に生成されるソルダーバンプ内に含まれる数Ω〜数ｋΩ以下（多くの場合、数Ω〜数１０Ω程度）の低抵抗を示す酸化皮膜である。

数ｋΩを超える高抵抗を示す酸化皮膜であれば、上記特許文献１に記載の発明により高電圧を印加して破壊することが可能であるが、上記に一例として上げたソルダーバンプにおいては、そのバンプを生成する物質の表面に酸化皮膜が形成された場合でも、それらが無数に並列接続されるために抵抗値がさほど高くならない。

上記特許文献１に記載の発明で採用している定電流源は、例えば定電流値２０ｍＡ，最大印加電圧２５０Ｖと言った特性を有し実質的に定電圧源として動作する。したがって、低抵抗を示す酸化皮膜に対して十分なジュール熱を発生させ得るだけの電流を供給することができない。

したがって、本発明の課題は、被測定物の抵抗測定にあたって、回路基板に形成されている数ｋΩを超えるような高抵抗を示す不純物はもとより、数Ω〜数ｋΩ以下の低抵抗を示す不純物をも除去してプロービンクポイントの接触状態を改善することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電源に接続される一対のプローブを被測定物に接触させて所定の測定電流を印加し、これに伴って上記被測定物に発生する電圧を測定して上記被測定物の抵抗値を求めるに先だって、所定の条件下で上記プローブの接触個所に存在する不純物を破壊する不純物破壊モードを実行する抵抗測定方法において、上記電源として、高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを含み、上記不純物が高抵抗を示す場合には上記第１電源より高電圧を印加し、上記不純物が低抵抗を示す場合には上記第２電源より高電流を印加することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、電源に接続される一対のプローブを被測定物に接触させて所定の測定電流を印加し、これに伴って上記被測定物に発生する電圧を測定して上記被測定物の抵抗値を求めるに先だって、所定の条件下で上記プローブの接触個所に存在する不純物を破壊する不純物破壊モードを実行する抵抗測定方法において、上記電源として、高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを含み、上記不純物に対して、上記第１電源による高電圧印加と上記第２電源による高電流印加とを同時に行うことを特徴としている。

また、上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、電源から供給される所定の測定電流を被測定物に印加する一対のプローブと、上記測定電流の印加時に上記被測定物に発生する電圧を測定する電圧測定手段と、上記測定電流と上記電圧測定手段の測定電圧とから上記被測定物の抵抗値を算出する制御手段とを備えている抵抗測定装置において、上記プローブの接触個所に存在する不純物を破壊するため、上記電源として、高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを含み、上記第１電源と上記第２電源とがそれぞれダイオードおよび電源スイッチを直列に含んだ状態で並列に接続されており、上記各電源スイッチをオンオフすることにより、上記第１電源と上記第２電源のいずれか一方もしくは同時に両方の電源が選択可能であることを特徴としている。

請求項３の発明には、請求項４に記載されているように、上記制御手段は上記不純物の抵抗値が所定の閾値より高い場合には上記第１電源を選択し、所定の閾値より低い場合には上記第２電源を選択する態様が含まれる。

また、請求項３の発明には、請求項５に記載されているように、上記電源に接続される上記一対のプローブを電流プローブとして、上記電圧測定手段に接続される一対の電圧プローブをさらに備えて四端子法により上記被測定物の抵抗値を測定する場合において、上記不純物の破壊時に上記各電圧プローブを上記電圧測定手段から切り離し、一方の電流−電圧プローブ対と他方の電流−電圧プローブ対をそれぞれ上記電源に接続するスイッチ手段を備えている態様が含まれてよい。

本発明によれば、電源として高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを備えているため、不純物の抵抗値に応じて第１電源と第２電源とを使い分けるか、第１電源と第２電源とを同時に使用することにより、回路基板に形成されている高抵抗を示す不純物および低抵抗を示す不純物のいずれも除去可能であり、プロービンクポイントの接触状態を改善した状態で被測定物の抵抗値を正確に測定することができる。

次に、図１ないし図３を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、本発明で除去しようとする不純物には酸化皮膜のほかに皮脂や異物（ごみ）などが含まれるが、この実施形態の説明では酸化皮膜としている。

図１は本発明が適用された二端子法による抵抗測定装置１Ａの一例を示す概略的な回路図である。この抵抗測定装置１Ａは二端子法であることから被測定物Ｘの２点に接触する一対（２本）のプローブＰ１，Ｐ２を備えている。

各プローブＰ１，Ｐ２は電源１０と電圧計（電圧測定手段）２０とに並列的に接続されるとともに、この例において一方のプローブＰ２と電源１０との間には抵抗測定時に電源１０から被測定物Ｘに流される測定電流を計測する電流計３０が接続されている。

制御手段４０は電圧計２０からの測定電圧と電流計３０からの測定電流とから被測定物Ｘの抵抗値を算出する。制御手段４０には例えばＣＰＵやマイクロコンピュータが用いられてよい。なお、制御手段４０には測定条件などを入力するキーボードなどの操作部５０が接続されている。また、図示しないがディスプレイなども接続されている。

本発明において、電源１０には高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源Ｖｏと、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源Ｉｏとが含まれている。この例において、第１電源Ｖｏには２５０Ｖ定電圧，最大印加電流２０ｍＡの電圧源が用いられ、第２電源Ｉｏには２００ｍＡ定電流，最大印加電圧１５Ｖの電流源が用いられている。

第１電源Ｖｏには高耐圧ダイオードＤ１と電源スイッチＳＷ１とが直列に含まれ、同じく第２電源Ｉｏにも高耐圧ダイオードＤ２と電源スイッチＳＷ２とが直列に含まれ、この状態で第１電源Ｖｏと第２電源Ｉｏは互いに並列に接続される。図２に電源１０の電圧−電流特性グラフを示す。なお、第１電源Ｖｏと第２電源Ｉｏとを常時併用する場合には電源スイッチＳＷ１，ＳＷ２をことさら設ける必要はない。ただし、図示しないが主電源スイッチは必要である。

この抵抗測定装置１Ａは単独装置としてもとより使用可能であるが、ここではインサーキットテスタやベアボードテスタなどの回路基板検査装置に組み込まれて使用される場合の一例について説明する。

回路基板検査装置では１ロット単位で連続して何枚もの回路基板について抵抗測定モードにより導通検査を実施する。この抵抗測定モードによる導通検査時には、第１電源Ｖｏもしくは第２電源Ｉｏのいずれか一方より被測定物Ｘに対して所定の測定電流を供給し、被測定物Ｘに生ずる電圧を電圧計２０にて測定する。その制御は制御手段４０による。

この連続検査時において、酸化皮膜による導通不良は特定のプロービングポイントで多発する傾向がある。そこで、１回または何回か数ｋΩを超えるような高抵抗オープン判定がなされた場合には酸化皮膜による接触不良の可能性があると判断し、操作部５０により高電圧印加によるリトライを設定する。

高電圧印加によるリトライが設定されると、制御手段４０は抵抗測定モードから酸化皮膜破壊モードに移行し、電源スイッチＳＷ１をオン，電源スイッチＳＷ２をオフとして第１電源Ｖｏより高電圧を発生させたのち抵抗測定モードに戻る。これにより、数ｋΩを超えるような酸化皮膜が破壊され、接触抵抗が改善された状態で再度抵抗測定を行うことができる。

これに対して、オープン判定が例えば数１０Ωオーダーの低抵抗でなされた場合には、操作部５０により高電流印加によるリトライを設定する。これにより、制御手段４０は抵抗測定モードから酸化皮膜破壊モードに移行し、電源スイッチＳＷ２をオン，電源スイッチＳＷ１をオフとして第２電源Ｉｏより高電流を発生させたのち抵抗測定モードに戻る。これにより、例えばソルダバンプ内に含まれている低抵抗の酸化皮膜がジュール熱により消失し、接触抵抗が改善された状態で再度抵抗測定を行うことができる。

高電圧，高電流の印加時間および印加回数は任意に設定されてよい。また、上記の例ではユーザーが適宜リトライを設定するようにしているが、制御手段４０に高抵抗オープンと低抵抗オープンの判定閾値を設定して、自動的にリトライが実行させるようにすることもできる。さらには、高抵抗オープン，低抵抗オープンの別なくいずれの場合にも、電源スイッチＳＷ１，ＳＷ２を同時にオンとして高電圧と高電流とを同時に印加するようにしてもよい。

次に、図３により本発明が適用された四端子法による抵抗測定装置１Ｂの一例について説明する。上記図１の二端子法による抵抗測定装置１Ａと異なる点は、電源１０に接続される上記一対のプローブＰ１，Ｐ２を電流プローブとして、電圧計２０に接続される一対の電圧プローブＰ３，Ｐ４をさらに備えている点と、酸化皮膜破壊モード時に電圧プローブＰ３，Ｐ４を電圧計２０から切り離して、一方の電流−電圧プローブ対Ｐ１，Ｐ３と他方の電流−電圧プローブ対Ｐ２，Ｐ４をそれぞれ電源１０に接続するスイッチ手段６０を備えている点である。そのほかの構成は上記抵抗測定装置１Ａと同じであってよい。

この例において、スイッチ手段６０には、一方の電流プローブＰ１と電源１０の正極との間に介装される第１のオンオフスイッチ６１と、他方の電流プローブＰ２と電源１０の負極との間に介装される第２のオンオフスイッチ６２と、一方の電圧プローブＰ３を電圧計２０の一方の入力端子と電源１０の負極のいずれかに切り替える第１の２接点スイッチ６３と、他方の電圧プローブＰ４を電圧計２０の他方の入力端子と電源１０の正極のいずれかに切り替える第２の２接点スイッチ６４とが含まれている。

スイッチ手段６０は制御手段４０により制御され、上記第１および第２のオンオフスイッチ６１，６２は抵抗測定モード時，酸化皮膜破壊モード時のいずれの場合にもオンに維持される。

第１および第２の２接点スイッチ６３，６４は抵抗測定モード時にはともに電圧計２０側に切り替えられ、これにより被測定物Ｘの抵抗値が四端子法にて測定される。これに対して、酸化皮膜破壊モード時において、第１および第２の２接点スイッチ６３，６４は図示のようにともに電源１０側に切り替えられる。

これにより、電源１０から出力される高電圧もしくは高電流が、電源１０の正極側から第１のオンオフスイッチ６１→一方の電流プローブＰ１→被測定物Ｘのプロービングポイント→一方の電圧プローブＰ３→第１の２接点スイッチ６３を経て電源１０の負極に至る電流経路ＩＡと、電源１０の正極側から第２の２接点スイッチ６４→他方の電圧プローブＰ４→被測定物Ｘのプロービングポイント→他方の電流プローブＰ２→第２のオンオフスイッチ６２を経て電源１０の負極に至る電流経路ＩＢとに印加される。

これにより、上記図１の二端子法による抵抗測定装置１Ａと同じく、被測定物Ｘのプロービングポイントに存在する高抵抗酸化皮膜と低抵抗酸化皮膜のいずれも除去することができ、プロービングポイントの接触状態を改善した状態で被測定物Ｘの抵抗値を正確に測定することが可能となる。

本発明が適用された二端子法による抵抗測定装置の一例を示す概略的な回路図。 本発明における電源の電圧−電流特性を示すグラフ。 本発明が適用された四端子法による抵抗測定装置の一例を示す概略的な回路図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ 抵抗測定装置
１０ 電源
２０ 電圧計
３０ 電流計
４０ 制御手段
５０ 操作部
６０ スイッチ手段
Ｖｏ 電圧源
Ｉｏ 電流源
Ｄ１，Ｄ２ 高耐圧ダイオード
ＳＷ１，ＳＷ２ 電源スイッチ
Ｐ１，Ｐ２ プローブ
Ｘ 被測定物

Claims (5)

1. 電源に接続される一対のプローブを被測定物に接触させて所定の測定電流を印加し、これに伴って上記被測定物に発生する電圧を測定して上記被測定物の抵抗値を求めるに先だって、所定の条件下で上記プローブの接触個所に存在する不純物を破壊する不純物破壊モードを実行する抵抗測定方法において、
   上記電源として、高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを含み、上記不純物が高抵抗を示す場合には上記第１電源より高電圧を印加し、上記不純物が低抵抗を示す場合には上記第２電源より高電流を印加することを特徴とする抵抗測定方法。
2. 電源に接続される一対のプローブを被測定物に接触させて所定の測定電流を印加し、これに伴って上記被測定物に発生する電圧を測定して上記被測定物の抵抗値を求めるに先だって、所定の条件下で上記プローブの接触個所に存在する不純物を破壊する不純物破壊モードを実行する抵抗測定方法において、
   上記電源として、高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを含み、上記不純物に対して、上記第１電源による高電圧印加と上記第２電源による高電流印加とを同時に行うことを特徴とする抵抗測定方法。
3. 電源から供給される所定の測定電流を被測定物に印加する一対のプローブと、上記測定電流の印加時に上記被測定物に発生する電圧を測定する電圧測定手段と、上記測定電流と上記電圧測定手段の測定電圧とから上記被測定物の抵抗値を算出する制御手段とを備えている抵抗測定装置において、
   上記プローブの接触個所に存在する不純物を破壊するため、上記電源として、高電圧を出力し得る電圧源として動作する第１電源と、高電流を出力し得る電流源として動作する第２電源とを含み、上記第１電源と上記第２電源とがそれぞれダイオードおよび電源スイッチを直列に含んだ状態で並列に接続されており、上記各電源スイッチをオンオフすることにより、上記第１電源と上記第２電源のいずれか一方もしくは同時に両方の電源が選択可能であることを特徴とする抵抗測定装置。
4. 上記制御手段は上記不純物の抵抗値が所定の閾値より高い場合には上記第１電源を選択し、所定の閾値より低い場合には上記第２電源を選択する請求項３に記載の抵抗測定装置。
5. 上記電源に接続される上記一対のプローブを電流プローブとして、上記電圧測定手段に接続される一対の電圧プローブをさらに備えて四端子法により上記被測定物の抵抗値を測定する場合において、上記不純物の破壊時に上記各電圧プローブを上記電圧測定手段から切り離し、一方の電流−電圧プローブ対と他方の電流−電圧プローブ対をそれぞれ上記電源に接続するスイッチ手段を備えている請求項３または４に記載の抵抗測定装置。

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