JPS6037900B2 - プリント回路板及び同様なシステムの欠陥位置の電流トレ−シング法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプリント回路板や類似システムでの導線トラッ
クの欠陥位置を電流トレースする方法及び装置に関し、
特にそこでの短絡位置等の検出に関するものである。

基板上に導線が非常に近接して設けられ、そこでの欠陥
位置を知ることがいまいま困難な、プリント回路基板や
類似システムでの短絡等の発見のために開発したシステ
ムは、既に従釆からあった。

このような従来の提案の中には下記のような電流トレー
ス型信号振幅測定プローブが含まれる。例えばヒューレ
ット・パッカード社の１９７３王１１自発表の「５４７
４型電流トレーサ」、タイタスビル．テストランの「シ
ョートストップ」プローブ、その他米国特許第１１５８
０８６号、第２２２６０２１号、第２２４９１６６号、
第２５８６７８１号、第２６９８９２１号、第２７６９
８６８号、第２９７４２７８号、第３７５３０８９号、
第３８３１０８６号、及び第３８８２２８７号等である
。冒頭で示された電流トレーサのような装置は、被検査
デバイスの特定のトラックを流れる亀流によりコイルに
誘起された電圧を検出するブローブ状の移動コィィルに
よるものである。このような装置を使用する意図は、こ
のコイルに可能な最大振幅信号が誘起されるようにブロ
ーブコィルを位置させることである。この場合コイルは
可能な限り問題のトラック則ち電流の流れるトラックに
最も近い状態にある。プローブを動かしながら最も大き
い信号が検出される場所を観察することにより、理想的
には電流の経路をたどることができる。このような振幅
測定技術の困難性及びその限界は次の通りである。

測定者はこのようなプローフにより、被検査トラックに
対しプローフ・コイルが最も近いことを示す最大の尖頭
誘起信号を探すがこの尖頭値は特に急峻なものではない
。事実、電流の流れるトラックに近接した部分では、プ
ローブが移動し去るにつれて比較的緩やかに信号振幅が
低下する。更に、プロ−ブコィルと被検査トラック間の
どの方向の距離も肝要なものであり、もしもトラックが
１つの部品の下を通るか又はプローブの直接届かない他
の制限された領域を通るとすれば、このような制限は更
に振幅の低下を釆たす。よってこのような装置の操作員
にとって、振幅が低下したときこれがトラックの向う方
向から物理的に外れたためであるのか、又は例えば何か
の障害物を越えるためプローブを基板の上方で動かした
ためであるのかは弁別が困難で、この装置による結果に
ついて相当程度の判断を加えねばならない。その上、こ
のような装遭は一般に回路基板の実際の動作電流及び電
圧によって生じた磁界と関連して作動する。このような
考え方の限界に加えて、この動作中の基板の電流の流れ
ている直接の領域の中で、問題の特定のトラックが唯１
つであることを確かめることの困難さがある。そこに同
時に生ずる１つ以上の信号がある場合、安易にトラック
内の信号を探していると操作員が問題のトラックの経路
を見落す機会が生じる。

これは非作動状態にある基板に対し、問題のトラックの
みに特殊の信号を供給することにより、少なくとも部分
的に克服することができる。電流トレースプローブは別
のパルス源プローブと共に使用してもよく、それは鰭流
パルスプローブにより挿入した電流パルスに電流トレー
サーが続くようになる。併しながら本発明の基礎となる
ものは、検査すべき基板の導線の一部分に所望の試験電
流を流すという、むしろ精密に計画した励起方式による
発生磁界の位相極性に関連した新規な動作原理である。

このことは、例えば米国特許第３８６０８６６号のよう
に、プローブを位相検波器と共に使用したものが従来他
になかったというのではなく、または例えば米国特許第
３８８９１７ｙ号のように、方向性ピックアップコイル
が他に使用されなかったというのでもない。併しこれら
は、高度に改善された、新規な結果が得られることの判
明した本発明のような、位相極性測定方式又は特殊な励
起電流の概念を含んではいない。位相に対し広範に応答
するピックアップコイルの使用は勿論何十年と古く、も
っと新しい用途は図形入力式タブレットのスタィラスの
ように、構成の１部分として位相検出器を使用しそれに
よりスタィラスのＸＹ座標が定められてデジタル情報と
して現われるものであり、米国特許第３７０５９５６号
がそうである。併しこれは本発明に含まれる異なった問
題での特殊用途及び関係性には無縁のものである。電流
が流れている導線トラックのまわりの磁界は、導線上を
通り過ぎる時に感知した方向が変る。

これは導線が実質的に１平面にあるとみなすので通電導
線の片側の至近距離の１点では、この導線の反対側の至
近距離の点で感知した磁界と反対方向の磁界を感知する
であろう。磁界の方向を測定し又測定した磁界が方向変
化をする位置を決定することにより、導線位置について
の非常に明確で精密な指示を得ることができる。導線の
励起に使用する信号、即ち導線トラックに流す信号が交
流信号である場合は、測定した磁界の方向は、このトラ
ックを流れる電流の位相に関連した測定線論即ちブロー
ブコィルがピックアップした位相と等価である。そして
トラックを既知の位相の信号で励起し、且つブロープコ
ィルで測定した信号を既知の位相の前記信号と比較する
ことにより、感知した位相の変化する物理的な１点とと
もに、通電導線の物理的位置の極めて正確な指示が得ら
れる。それから欠陥を導線に沿ってトレースすることが
できる。問題のパラメータとして位相を用いることの他
の利点は、回路板上のコイル位置に対するより広い範囲
での、増加した位置の弁別力と相対的な鈍感性である。

従来の技術による振幅感知型の電流トレース法ではプロ
ーブと通電導体間の距離が直接測定信号振幅に影響する
のに、本発明による信号位相の測定では導線とプローブ
間の実際距離によっては影響されない。これはプローブ
が無制限に遠くなってもよいということではない。なぜ
なら距離が遠くなると、効査されるトラックに励起電流
を導く導線を含めて、電流の通る他の導線によって生じ
た信号に対してもブローブが感ずるようになるからであ
る。併しブローブコィルの寸法の数倍程度の適当な距離
範囲内では、測定した位相、従って通電導線がどこにあ
るかという情報の妥当性は、プローブと導線間の距離則
ち導線からのプローブの距離の変化では変らない。従っ
て、本発明の目的は電流トレース回路、、に、従来の技
術による振幅測定その他の手法の別述の欠点と限界を除
いたプリント回路板及び類、装置での、短絡等の位置を
知るための新規な改された方法及び装置を提供すること
である。

本発明の他の目的は位相測定により作動し且つ更に一般
的な適用性も有する新規な電流トレース装置を提供する
ことである。その他の目的については以下で説明するが
前記特許請求の範囲において詳細に記載してある。

１つの観点から要約すれば本発明は、プリント回路板上
に近接配置した幾つかの導弦トラック中の所定トラック
に沿って、この所定トラック近傍に磁界を発生するよう
に試験用ＡＣ励起信号を加えることと、前記磁界をピッ
クアップしてそこからの誘起電圧を発生させるため所定
トラック近傍をそれに沿ってこのトラックの何れの側も
前後に探査することと、トラックの位置を正確に示すた
め探査してトラックを横切るとき前記電圧の位相変化点
を指示することと、欠陥位魔を発見するためトラック上
をたどることと、より成るプリント回路板及び類似品で
の短絡等の欠陥位置の電流トレース法を包含する。

添附図面を参照してここに本発明を記載する。

第１図において、本発明の基本となる手法を実施した篤
子回路装置１０の機能的構成図を示してある。クロツク
１は電流として印加装檀２を介し信号リード線１１を経
て検査すべきトラック３に加える基本電気振動の励起信
号、およびブローブコィル４からの信号位相を測定する
基準信号を発生する。ピックアップ又はブローブコイル
４は、被検査トラック３の近くに置いてトラックの磁界
によって誘起されたＡＣ電圧を受信する。この電圧は増
幅器５に加えるが、不要な信号を捨うことなく感度を改
善するため前記振動に同調した増幅器であることが好ま
しい。増幅器５からの電圧は、プローブからの増幅され
たＡＣ信号を論理信号に効果的に変換する比較器６に加
える。この比較器の出力は関値検出器７に加えるが、そ
の目的はブローブコィル４が実際に被検査トラック３に
接近していることを確かめ、またもし不充分な信号を受
信している場合には操作員への不要な指示が表われない
ように抑えることである。比較器の出力はまた位相検出
器８に加え、この位相検出器は他の入力と同様、クロツ
ク１から元のクロツク信号を受信する。位相検出器８は
２つの指示器例えば可視的な指示器９の１つを駆動する
出力を作り出す。指示器の一方は測定信号がクロック信
号と同位相のとき付勢され、他方は測定信号が同位相に
ないとき付勢される。ブローブコィル４はその軸がトラ
ックの導線３を含む平面に実質的に垂直になるように巻
くこの軸の示す直線は導線を含む平面に向けて下に延長
したときその導線の位置を実際的に示すのである。

比較的６は増幅器５のＡＣ出力信号の瞬時値をほぼその
中間点の電圧に対して比較し、増幅器出力の瞬時値がこ
の閥値より大きいとき、デジタル論理値「１」を作り出
すか又は比較器で交換する。増幅器の出力がそれより小
であるときは論理値「０」を作り出す。その結果は比較
器６が矩形波を作り出すことであり、その変換点が増幅
器出力の定常状態のレベルと交わるゼロ交差点に相当す
ることになる。この比較器６は例えばシグネチクス社発
表の「リニア集積回路ＬＭ３１１」に記載された集積回
路ゼロ交差型検出器でもよく、関値検出器７は同様なチ
ップ型比較器及びＲ−Ｃローパスフィル夕でもよく、ま
た位相検出器８は出願人のＧＲ１６８２型ブリッジ及び
デジタル・フリツプフロツプから成るＧＲＩ１６１型周
波数シンセサイザのサンプリング型のものでもよい。そ
の他公知の部分品も勿論使用可能である。励起信号の大
きさの重要性は、それが大きければ大きい程問題のトラ
ック導線近傍の磁界が大きく、従ってピックアップコイ
ル４に誘起される電圧が大きいという事実にある。

選定する実際の値は設置上の幾つかの細部事情に依存し
、主として増幅器回路系で起り得る雑音又は不安定性の
中で容易に見分け得るような、ブローブコィル４からの
必要な信号によって定まる。皿ｈＡ程度のＡＣ信号レベ
ルが適当な雑音限界で良好な信号を取出すに充分であっ
て、しかも被検査デバイスを破損したり、又は誤った通
路を作るほどの高レベルにより誤った指示を与えるよう
な電流レベルとなるものでもないことが明らかになった
。クロック振動周波数は６００ＫＨｚ付近が満足すべき
ものであることが判った。これは主として受信信号チヱ
ィンの同調部分によって定められる。信号の検出と雑音
除去の目的で、同調された増幅器５はブローフコィル４
を適当な蓄電器と共に、例えば６０皿Ｈｚ付近で共振す
るように作動させてもよい。次に第２図に移って、ブロ
ーブコィル４を備えたプローフ・ハウジング及び関連す
る電子回路装贋１０を含めた第１図のシステムを、プリ
ント回路板の短絡部検出用の典型的用途に応用したもの
を示してある。

電子回路装置１０を納めた箱又はハウジングが、励起信
号を伝える２本の信号リード線１１を通して、被検査ト
ラック３を駆動する。１本のりード線は１つの導線に取
付け、他のりード線は導線に取付けてあり、この２つの
導線はトラック３であってそれらの間には望ましくない
短絡があり、それは実際上１つの導線のように見えるも
のである。

目的は勿論短絡位贋を発見し回路の望ましくない部分を
突止めて取除くことである。第２図に示すブローブコィ
ル４のハウジングは、指示器９たる指示ランプも含んで
おり、問題とするトラック部分上の位置に示してある。

２つの指示ラップの１つは点灯しているように略図で示
してある。

操作に当っては、操作員はプローフを持ってトラックの
近辺を、１つの指示ランプが消え他のランプが点火する
まで移動させるのである。その点でプロ−ブを電流の流
れているトラック上に直薮置く。第３Ｂ図を参照して、
ブローフコィル４の受信信号則ち議起信号の大きさを、
電流の流れているトラック３に対するプローブ位置の関
数として画くと、プローブが相当離れた距離からトラッ
クに近づくに従って信号の大きさが１方向（即ち正又は
十）に、プローブがトラックと極端に近くなるまで増加
する。これはブローフコィル４の直径の何分の一かに値
する至近距離である。この点で受信信号の振幅が非常に
急激に落ち、且つ微小距離の間で正の位相の尖頭値から
ゼロを通って負（一）の位相の尖頭値に変る。信号・検
波回路系の感度は、一方の指示器９は正の受信信号が殆
んどゼロになるまで灯し続け、他の指示器９は負の信号
がある極めて小さい閥値以上になった時点火するような
値である。その結果としてトラックの直上の点ではどち
らの指示器も点火しない不確実部分は極めてづ・範囲で
あり、この不確実部分の外側では非常に明確な指示器の
１つ又は他の１つが、プローブが通電導線の片側にある
か又は他のの側にあるかを点灯して指示する。これは第
３Ａ図で動作特性を示した前述の振幅検出方式と対称的
である。即ち第３Ａ図においては、プローブが遠い距離
から近づくときは信号強度は位相方式の場合と同様に増
加するが、ブローブが問題のトラックの附近に近づくと
宿目はトラック直上の尖頭値Ｐに向って増加し続ける。
ここでもまた距離がブローブコィル直径に匹敵するよう
になるため、上記の尖頭値は特に急峻なものにはならな
い。尖頭値はそれを直接決定するには明確な区別が必要
でありまた既に述べたように、これはブローブコィルと
トラック間の距離の関数である。この場合この距離の変
化は、プローブの意識的な運動、操作員の不確定性、又
はプリント板の何らかの部品を避ける必要性等により容
易に起るので、誤差を生ずる傾向がある。これは第３ｃ
図で示すように第３Ｂ図の位相方式の動作と比較するこ
とができる。第３ｃ図の２つの曲線はブローブコィルが
導線のある平面の直上にある時（実線のもの）又はある
距離離れている時（点線のもの）ブローブコイルに誘起
された信号を示す。コイルがある程度離れた場合の受信
信信号は小さい。プローブが導線を横切るとき符号の反
転する様相は変らず、信号処理過程にある程度の最低感
度点があり、回路はたとえ低下した信号でも正しく動作
する。使用されるプリント回路板の曲型的なトラック間
隔は０．５ないし１．仇肋程度である。

微小検出ブローブ（Ｓｈｏｒｔ−ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｐ
ｒｏ戊以下同じ）によって分解可能な間隔は、勿論ブロ
ーブコィルの寸法に依存する。併し直径がほぼ２．５肋
のくこの寸法の感度範囲をもつ）本発明のブローブコィ
ル４によれば、０．５なし、し０．７５柳ｎ隔たった幾
つかの導線のうち電流の流れている１つを分解すること
は困難ではない。これはコイルの直径を小にすることに
より更に改善することができるが、それに譲超される信
号が低下することになる。本発明に従って位相方式を用
いた短絡検出プローブはこのように主として２つの長所
を備える。

即ちプローブが問題のトラックと交わる時極めて明確な
指示が得られ、又プローブがどちらの側にあるかの指示
も得られ、そのような特別な交わりが見遇されてしまう
ことは実質的に不可能になる。そして観察する特定の導
線を位相変化により何れの点かで確認し、従って経路の
望ましくない部分が発見されるまで電流経路をトレース
して行くため、問題の導線の片側から他の側へと１つの
経略に沿って前後に、必然的にジグザグ状に動かすこと
は、判断することを殆ど必要としない非常に明確な直接
的な操作である。

れに反、振幅を用いた手法では尖頭部分の位置決めはそ
れが急峻でなくまたプリント坂上のブローブコィルの高
さ等の因子に依在するため判断を要することになる。操
作員は、プローブが事実上通電導線の、操作員の意図す
る側と異なる側にあって、尖頭値を不注意に見過したり
しないように、注意せねばならない。本発明の短絡検出
プローブの指示が比較的簡単であるため、第２図の説明
で示したように２個のランプを直接プローブの中に容易
に設けることができ、その結果操作員は測定中直接のプ
ローフ位置から目を離さなくてもよい。このことは従来
の、操作員が２つの場所で物を見る必要のある計器等に
よる振幅信号指示の技術に対し、又はヒューレット・パ
ッカード社で使用する技術と関連して、操作員が測定し
た磁界強度がどうであるかを定めるため連続的に閥値検
出器の調整を有効に使用せねばならないことに対し、対
照的なことである。以上本発明につき、プリント回路板
及び類似品での短絡部の検出に対する重要な用途に関し
て記載したが、以上のことに含まれる方法やこの種の装
置は他の、例えば特定の導線の経路を決定する必要のあ
るような場合に対する用途もあることが判る。

この技術はプリント回路板の回路に限らず、ケーブル又
はバス方式あるいはその他導電体の集合物中の導体にも
応用が可能である。これはまたケーブル内の短絡部の発
見に効果的に用いられ、その他本来導電性を意図しなか
った導電物体の位置の検出にも拡大して、例えば金属構
造部材又は目で見ることのできない埋没した水道管の検
知にも用い得る。本発明はそれ自身、他の指示手段又は
コンピュータ制御のもとに行なう自動的機械的位置決定
手段を含めた変化型も、当業者にとって考慮し得ること
であるが、これらは前記特許請求の範囲記載の、本発明
の精神及び適用範囲に含まれるものと考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本となる方法に従って動作する本発
明の実施例を説明する略図的及びブロック図と組合わせ
た回路図である。 第２図はプリント回路板による実際の短絡回路検出用の
、第１図システムの応用を示す同様な図である。第３Ａ
，３８、及び３Ｃ図は、それぞれ従来の技術の振幅検出
作用（第３Ａ図）、本発明の位相システムの極性反転作
用（第３Ｂ図）、及び基板上の位置に対する本発明の相
対的鈍感性（第３Ｃ図）を示す波形図である。１・・・
クロツク、２…印加装置、３…トラック、４・・・ブロ
ープコィル、５・・・増幅器、６・・・比較器、７・・
・閥値検出器、８・・・位相検出器、９・・・指示器。 Ｆ『均ヱ．エゴ■２． 日上９則， ｆ『‘９３８． Ｐ『■３Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プリント回路板上に近接配置した幾つかの導電トラ
   ツク中の所定トラツクに沿つて、この所定トラツク近傍
   に磁界を発生するように試験用ＡＣ励起信号を加えるこ
   とと、 前記磁界をピツクアツプしてそこからの誘起電
   圧を発生させるため、所定トラツク近傍をそれに沿つて
   このトラツクの何れの側にも前後に探査することと、ト
   ラツクの位置を正確に示すため探査してトラツクを横切
   るとき前記電圧の位相変化点を指示することと、 欠陥
   の位置を発見するためトラツク上をたどることと、より
   成る、プリント回路板及び同様なシステムの欠陥位置の
   電流トレーシング法。 ２ 電圧の位相変化点の指示は、前記トラツクのそれぞ
   れの側の相反する位相の誘起電圧を弁別指示することか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ ピツクアツプの感度範囲がほぼ２．５ｍｍ程度にな
   るように調整され、又前記ＡＣ励起信号の強度がほぼ１
   ０ｍＡ程度のレベルに調整された特許請求の範囲第２項
   記載の方法。 ４ プリント回路板上に近接配置された幾つかの導電ト
   ラツク中の所定トラツクの欠陥位置を電流トレーシング
   する装置であつて、 所定トラツク近傍に磁界を発生す
   るように該トラツクに信号リード線を介して試験用ＡＣ
   励起信号を加える印加装置と、 ハウジング内にプロー
   ブコイルを有し前記磁界により該プローブコイルに電圧
   を誘起するように前記所定トラツクに沿つて、且つその
   トラツクの片側から他の側へとジグザグに動かされるプ
   ローブと、 プローブに接続され前記プローブコイルに
   誘起された前記電圧を受信する比較器と、 比較器から
   遷移点が定常状態レベルでの誘起電圧のゼロ交差点に相
   当する矩形波を発生するよう該比較器に接続された閾値
   検出器と、 発生した比較器の矩形波及び前記試験用Ａ
   Ｃ励起信号の基準位相信号を受信し、それに応じてプロ
   ーブが所定トラツクを横切る位相変化点を検出する位相
   検出器と、 位相検出器に接続され前記位相変化点を指
   示する指示器との組合せからなるプリント回路板及び同
   様なシステムの欠陥位置の電流トレーシング装置。 ５ 指示器は前記所定トラツクのそれぞれの側で誘起さ
   れた電圧の相反する位相を弁別指示する特許請求の範囲
   第４項記載の装置。 ６ 前記プローブコイルと指示器が共通のプローーブハ
   ウジングによつて担持される特許請求の範囲第５項記載
   の装置。 ７ プローブコイルの直径が２．５ｍｍである特許請求
   の範囲第４項から第６項のいずれかに記載の装置。