DE10160119A1

DE10160119A1 - Prüfsonde für einen Fingertester

Info

Publication number: DE10160119A1
Application number: DE10160119A
Authority: DE
Inventors: Viktor Romanov
Original assignee: ATG Test Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ATG Luther and Maelzer GmbH
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2003-10-02
Also published as: EP1542023B1; EP1451594B1; ATE305613T1; DE50209202D1; DE50204420D1; KR100670115B1; JP2008122392A; AU2002358505A1; US7119558B2; US7355424B2; USRE43739E1; KR20050044592A; JP4073024B2; JP4780677B2; EP1542023A3; ATE350672T1; JP2005512062A; US20050206398A1; US20070001693A1; TWI275802B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfsonde für einen Fingertester zum Testen von Leiterplatten. DOLLAR A Die Prüfsonde weist eine Prüfnadel auf, die mit einer Prüfspitze mit einem Leiterplattentestpunkt in Kontakt bringbar ist und mittels zumindest zweier Haltearme schwenkbar an einer Halterung befestigt ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einer der Haltearme aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und mit der Prüfnadel elektrisch verbunden ist. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Prüfsonde wird vorzugsweise von einem speziellen Linearmotor angetrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfsonde für einen Fingertester zum Testen von Leiterplatten.

Prüfvorrichtungen zum Testen von Leiterplatten können grundsätzlich in zwei Gruppen eingeteilt werden, der Gruppe der Fingertester und der Gruppe der Paralleltester. Die Paralleltester sind Prüfvorrichtungen, die mittels eines Adapters alle oder zumindest die meisten Kontaktstellen einer zu prüfenden Leiterplatte gleichzeitig kontaktieren. Fingertester sind Prüfvorrichtungen zum Testen von unbestückten oder bestückten Leiterplatten, die mit zwei oder mehreren Prüffingern die einzelnen Kontaktstellen sequentiell abtasten.

Die Prüffinger sind in der Regel an einem Schlitten befestigt, welcher entlang von Traversen verfahrbar ist, wobei die Traversen wiederum auf Führungsschienen geführt und verfahrbar sind. Die Schlitten können somit an jede beliebige Stelle eines in der Regel rechteckförmigen Prüffeldes positioniert werden. Zum Kontaktieren einer Kontaktstelle einer zu prüfenden Leiterplatte ist der Schlitten an der Traverse vertikal verschieblich, so dass der Prüffinger von oben bzw. von unten auf die Kontaktstelle der Leiterplatten gesetzt werden kann.

Ein Fingertester ist in der EP 0 468 153 A1 und ein Verfahren zum Prüfen von Leiterplatten mittels eines Fingertesters ist in der EP 0 853 242 A1 beschrieben. Aus der EP 0 990 912 A geht eine Prüfsonde für einen Fingertester hervor, bei welcher eine Prüfnadel derart beweglich geführt ist, dass sie aus der Prüfsonde zum Kontaktieren eines Leiterplattentestpunktes herausgefahren werden kann. Wird ein Leiterplattentestpunkt kontaktiert, so kann die Prüfnadel seitlich auslenken, wodurch die mechanische Belastung auf den Leiterplattentestpunkt begrenzt wird. Die Prüfnadel wird hierbei durch einen elektromagnetischen Antrieb angetrieben. Weiterhin sind Prüfsonden bekannt, bei welchen eine gefederte Prüfnadel verwendet wird. Bei senkrechter Anordnung der Prüfnadel bzgl. der zu testenden Leiterplatte besteht der Nachteil, dass zwei eng nebeneinander liegende Leiterplattentestpunkte nicht kontaktierbar sind, da aufgrund der Größe der gefederten Prüfnadeln diese mit ihren Prüfspitzen nicht beliebig eng aneinander angeordnet werden können.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles hat man die Prüfnadel in einer entsprechenden Testvorrichtung schräg bzgl. der zu testenden Leiterplatte angeordnet. Hierdurch ist es möglich, zwei Prüfnadeln mit ihren Prüfspitzen sehr eng nebeneinander anzuordnen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass beim Einfedern der federnden Prüfnadeln die Prüfspitze entlang der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte bewegt wird, wodurch bei hohen Kontaktgeschwindigkeiten ein Kratzer auf der Leiterplatte erzeugt werden kann. Zudem wird durch die Schrägstellung der Prüfnadel der Ort, an welcher die Leiterplatte kontaktiert wird, ungenau, da die Prüfspitze parallel zu der Oberfläche der Leiterplatte bewegt wird.

Zur Vermeidung dieser Probleme hat man Prüfsonden entwickelt, die einen relativ langen, horizontal angeordneten Federarm aufweisen, an dessen Ende die Prüfnadel ausgebildet ist. An diesem langen Federarm ist vorteilhaft, dass eine Auslenkung um einen kleinen Winkel bereits einen relativ großen Federweg erzeugt. Hierdurch kann die Bewegung parallel zur Oberfläche der zu testenden Leiterplatte gering gehalten aber nicht vollständig vermieden werden. Auch bei einer solchen Prüfsonde besteht die Gefahr, dass die Oberfläche einer zu prüfenden Leiterplatte verkratzt wird. Zudem ist durch die Größe des Federarmes die Prüfsonde relativ schwer, wodurch beim Aufsetzen der Prüfspitze auf die Leiterplatte mit hoher Geschwindigkeit diese beschädigt werden kann. Zur Verminderung derartiger Beschädigungen wird im Bereich des Federarmes eine Lichtschranke vorgesehen, mit welcher eine Auslenkung des Federarmes detektierbar ist. Bei einer Auslenkung des Federarmes wird die Bewegung der Prüfsonde abgebremst, so dass eine weitere Beschädigung der Leiterplatte möglichst vermieden werden soll.

Aufgrund der beträchtlichen Größe des Federarmes ist es sehr aufwendig diesen gegenüber elektrischer Strahlung abzuschirmen, was bei Messungen mit Hochfrequenzsignalen zweckmäßig ist.

Eine weitere bekannte Prüfsonde weist als Prüfnadel eine Starrnadel auf, die mittels eines Parallellenkers an einer Halterung befestigt ist. Der Parallellenker besteht aus zwei aus Kunststoff ausgebildeten Haltearmen, die mit einem Ende an einer Halterung befestigt sind, und am anderen Ende der Haltearme ist die Starrnadel angeordnet. Diese Nadel kann bei einer Schwenkbewegung des Parallellenkers vertikal nach oben bewegt werden. Ein die Prüfspitze tragender Endbereich der Prüfnadel ist gegenüber dem übrigen Abschnitt der Prüfnadel abgewinkelt, so dass die Prüfspitze an der Prüfsonde etwas vorsteht. Hierdurch können zwei eng beieinander liegende Leiterplattentestpunkte mit zwei Prüfsonden kontaktiert werden. Die Haltearme des Parallellenkers sind derart bemessen, dass eine möglichst geringe Bewegung parallel zur Oberfläche der Leiterplatte bei einer Schwenkbewegung des Parallellenkers auftritt.

Nachteilig bei dieser Prüfsonde ist, dass das Kabel, das zur Zuführung des Messsignales dient und das an der Prüfnadel befestigt ist, durch seine Festigkeit und Masse beim schnellen Auftreffen der Prüfsonde auf eine Leiterplatte einen erheblichen Impuls verursacht, der zu Beschädigungen der zu testenden Leiterplatte führen kann. Dies gilt insbesondere bei einer Ausführungsform, bei welcher an einem Parallellenker zwei Prüfnadeln befestigt sind, an welchen jeweils ein Kabel befestigt ist, um eine 4-Draht-Messung durchführen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfsonde für einen Fingertester zum Testen von Leiterplatten zu schaffen, die mit hoher Geschwindigkeit mit der zu testenden Leiterplatte in Kontakt gebracht werden kann und dennoch keine Beschädigung der Leiterplatte verursacht.

Die Erfindung wird durch eine Prüfsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindungsgemäße Prüfsonde weist eine Prüfnadel auf, die mit einer Prüfspitze mit einem Leiterplattentestpunkt in Kontakt bringbar ist. Die Prüfnadel ist an einen Parallellenker mit zumindest zwei Haltearmen schwenkbar gelagert. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einer der Haltearme aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und mit der Prüfnadel elektrisch verbunden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Prüfsonde kann das Messsignal über den elektrisch leitenden Haltearm der Prüfnadel zugeführt werden. Die Prüfnadel ist somit mit keinem Kabel verbunden, das beim Auftreffen der Prüfsonde auf einer zu testenden Leiterplatte einen Impuls verursachen würde. Beim Auftreffen der Prüfsonde auf der Leiterplatte wird hingegen lediglich die Prüfnadel an dem Parallellenker gegenüber der Halterung bewegt, so dass die auf der Leiterplatte ausgeübte Kraft sich alleine aus dem Bewegungsimpuls der Prüfnadel und der durch die Haltearme ausgeübten Federkraft zusammensetzt. Der Impuls der Prüfnadel ist durch die geringe Masse der Prüfnadel sehr gering. Gleiches gilt für die von den Haltearmen ausgeübte Federkraft.

Mit der erfindungsgemäßen Prüfsonde wird beim Kontaktieren - auch bei schneller Bewegung der Sonde - der Leiterplatte somit eine geringe, präzise definierte Kontaktkraft ausgeübt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei Haltearme aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und mit der Prüfnadel elektrisch verbunden. Dies erlaubt eine 4-Draht-Messung.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Paar Haltearme vorgesehen wobei jedes Paar Haltearme in einer Ebene angeordnet ist und mit einem Ende an der Prüfnadel und mit dem anderen Ende an der Halterung befestigt sind und in der Draufsicht spannt jedes Paar Haltearme ein Dreieck auf. Eine derartige Ausbildung mit vier Haltearmen erlaubt zum Einen die Durchführung einer 4-Draht-Messung mittels zweier der vier Haltearme und die elektrische Kontaktierung eines Abschirmelementes mittels eines weiteren Haltearmes. Zudem ist an dieser räumlichen Ausbildung der Haltearme von Vorteil, dass die Prüfnadel sehr stabil und definiert an der Halterung gehalten wird.

Die Haltearme des Parallellenkers sind vorzugsweise so bemessen, dass die Prüfnadel in einer schrägen Stellung gegenüber der zu testenden Leiterplatte gehalten wird und dennoch bei einer Schwenkbewegung der Prüfnadel die Prüfspitze keine oder nur eine äußerst geringe Bewegung parallel zur Oberfläche der zu testenden Leiterplatte ausführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand den in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Prüfsonde in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 die Prüfsonde aus Fig. 1, wobei die Prüfnadel sowohl in der Ausgangsstellung als auch in ausgelenkten Stellungen gezeigt ist,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfsonde in perspektivischer Ansicht,
Fig. 4 die Prüfsonde aus Fig. 3 in einer Ansicht, bei der die einzelnen Elemente transparent dargestellt sind,
Fig. 5 schematisch eine erfindungsgemäße Prüfsonde in der Seitenansicht mit Abmessungen,
Fig. 6 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild einer 4-Draht-Messung mit zwei erfindungsgemäßen Prüfsonden,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Linearmotors,
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Linearmotors,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Linearmotors, und
Fig. 10 eine Prüfsonde schematisch in einer Seitenansicht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfsonde 1. Die Prüfsonde weist eine Prüfnadel 2 auf, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Nadel 3 mit einem Durchmesser d von 0,3 bis 0,5 mm ausgebildet ist. Die Nadel 3 besteht z. B. aus Stahl oder Wolfram. Die Nadel 3 ist mit einer Isolationsschicht ummantelt, die z. B. aus Teflon ausgebildet ist. Die Ummantelung ist wiederum mit einer elektrisch leitenden Schicht beschichtet. Diese Ummantelung mit der elektrisch leitenden Schicht bildet eine Abschirmung 4, die die Nadel 3 vor elektrischen Feldern abschirmt. Die Nadel 3 steht mit beiden Enden an der Abschirmung 4 vor, wobei eines der beiden Enden spitz zulaufend zur Ausbildung einer Prüfspitze 5 ausgebildet ist. An dem der Prüfspitze gegenüber liegendem Ende ist die Prüfnadel 2 bzw. die Nadel 3 mit zwei Haltearmen 6, 7 verbunden, die im nachfolgenden als obere Haltearme bezeichnet werden. Zwei weitere Haltearme 8, 9 sind ein Stück beabstandet von der Verbindungsstelle zwischen den oberen Haltearmen 6, 7 und der Prüfnadel 2 an der Abschirmung 4 befestigt. Die Haltearme 8, 9 werden nachfolgend als untere Haltearme bezeichnet. Die beiden Paar Haltearme 6, 7 bzw. 8, 9 sind jeweils aus einem Drahtstück ausgebildet, das in der Mitte abgebogen ist, wobei an der Biegungsstelle die Prüfnadel 2 mittels einer elektrisch leitenden Verbindung, wie z. B. einer Lötverbindung, befestigt ist. Die beiden Paare Haltearme 6, 7 bzw. 8, 9 bilden somit jeweils ein gleichschenkliges Dreieck, wobei sich in der Spitze des gleichschenkligen Dreiecks die Prüfnadel 2 befindet.
Die Haltearme 6 bis 9 sind mit ihren von der Prüfnadel 2 entfernten Enden an einer Halterung 10 befestigt. Die Halterung 10 ist ein elektrisch isolierendes Kunststoffteil, das an der Oberseite mit einer Reihe von Kontaktflächen 11a bis 11h versehen ist. Die oberen Haltearme 6, 7 sind jeweils über Leiterbahnen mit der Kontaktfläche 11a bzw. 11h elektrisch verbunden. Die unteren Haltearme 8, 9 sind jeweils über einen sich vertikal durch die Halterung 10 erstreckenden elektrisch leitenden Metallstift 12 (Fig. 4) und einer Leiterbahn mit der Kontaktfläche 11b bzw. 11g elektrisch verbunden.
Diese Kontaktflächen 11a bis 11h sind über weitere Leiterbahnen (nicht dargestellt) mit einer an der Halterung 10 ausgebildeten elektrischen Steckverbindung (nicht dargestellt) verbunden. Die Halterung 10 ist als Steckelement ausgebildet, das an einem Prüfkopf eines Fingertesters steckbar ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Halterung 10 eine Schlitz 13 auf, der an der von der Prüfnadel 2 entfernt angeordneten Seitenfläche der Halterung 10 mündet. Zudem weist die Halterung 10 eine Bohrung 14 auf, die quer zum Schlitz 13 angeordnet ist. Die Halterung 10 kann somit mit dem Schlitz auf eine dünne Wandung 15 des Prüfkopfs aufgeschoben und mittels eines die Bohrung 14 der Halterung und eine korrespondierende Bohrung in der Wandung 15 durchsetzenden Stiftes fixiert werden. Beim Aufschieben bzw. -stecken der Halterung 10 auf die Wandung 15 des Prüfkopfes werden gleichzeitig die mit den Kontaktfläche 11a bis 11h verbundenen Leiterbahnen mit korrespondierenden Leiterbahnen des Prüfkopfes elektrisch verbunden.
An der Halterung 10 ist an der zur Prüfnadel 2 benachbart angeordneten Seitenfläche ein Lichtschranken-Element 16 angeordnet. Das Lichtschranken-Element 16 ist in der Draufsicht U-förmig mit einer Basis 16a und zwei Schenkeln 16b ausgebildet. An einem der beiden Schenkel 16b ist innenseitig an seinem Endbereich eine Lichtquelle angeordnet und an dem anderen Schenkel 16b ist ein das Lichtsignal empfangender Lichtsensor angeordnet. Die Lichtquelle und der Lichtsensor bilden somit eine Lichtmessstrecke. Die Lichtquelle und der Lichtsensor weisen in der horizontalen Ebene eine gewisse Längserstreckung auf, die z. B. 1 mm beträgt. An der Prüfnadel 2 ist eine Messfahne 17 befestigt, die z. B. aus einem dünnen Metallblech ausgebildet ist. Diese Messfahne liegt in einer Längsmittenebene der Prüfsonde 1, die vertikal angeordnet ist und die Spiegelebene zu den Haltearmen 6 und 7 bzw. 8 und 9 bildet. Die obere Kante der Messfahne 17 ist als Messkante 18 ausgebildet und verläuft in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung, bei der die Haltearme 6 bis 9 geradlinig verlaufen, schräg bzgl. einer horizontalen Ebene und ist unmittelbar unterhalb der Lichtmessstrecke angeordnet.
Beim Aufsetzen der Prüfsonde 1 auf eine zu testende Leiterplatte wird die Prüfnadel 2 mit einer Kraft beaufschlagt, wodurch die Haltearme aus der Ausgangsstellung in eine ausgelenkte Stellung (nach oben in Fig. 1 und 2) geschwenkt werden. Hierdurch wird die Messfahne 18 in die Lichtmessstrecke eingeführt. Durch das Vorsehen der schrägen Messkante 18 wird die Lichtmessstrecke proportional zum Bewegungsweg der Prüfnadel gegenüber der Halterung 10 unterbrochen, so dass das mit der Lichtschranke gemessene Signal proportional zum Bewegungsweg der Prüfnadel ist.
Das Lichtschranken-Element 16 ist über vier Leiterbahnen jeweils mit einer der Kontaktflächen 11c bis 11f verbunden, die gleichermaßen wie die übrigen Kontaktflächen mittels einer elektrischen Steckverbindung mit dem Prüfkopf verbunden sind.
Fig. 5 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Prüfsonde 1 in einer Seitenansicht mit der Halterung 10 und den oberen bzw. unteren Haltearmen 6, 7 bzw. 8, 9 und der Prüfnadel 2. Beim in-Berührung-Bringen der Prüfsonde 1 mit einer zu testenden Leiterplatte wird die Prüfsonde 1 mit der Prüfspitze 5 auf die Leiterplatte (Richtung 19) aufgesetzt. Die Prüfnadel 2 wird hierbei bezüglich der Halterung 10 in Richtung des Pfeils 20 (nach oben in Fig. 5) bewegt. Diese Richtung 20 wird nachfolgend als Bewegungsrichtung 20 der Prüfnadel 2 bezeichnet. Die oberen und unteren Haltearme 6, 7 und 8, 9 bilden in der Seitenansicht zusammen mit der entsprechenden Begrenzungskante der Halterung 10 und den zwischen den oberen und unteren Haltearmen angeordneten Abschnitt der Prüfnadel 2 ein Trapez. Die Längen der einzelnen Abschnitte, die in Fig. 5 in Millimeter angegeben sind, sind derart bemessen, dass beim Bewegen der Prüfnadel 2 die Prüfspitze 5 über einen gewissen Weg, von z. B. 5 mm, entlang einer geraden Linie 21 bewegt wird, die senkrecht zu den Ebenen steht, die durch die oberen Haltearme bzw. unteren Haltearme in ihrer Ausgangsstellung aufgespannt werden.
Da die Richtung 19, in welcher die Prüfsonde 1 auf die Leiterplatte zubewegt wird exakt entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung 20 der Prüfnadel bzgl. der Halterung 10 ist und die Prüfspitze entlang einer geraden Linie parallel zur Bewegungsrichtung 20 bewegt wird, wird keine Bewegungskomponente parallel zur Oberfläche der zu testenden Leiterplatte erzeugt, wodurch sichergestellt ist, dass die Prüfspitze 5 die Oberfläche der Leiterplatte nicht verkratzt. Die Prüfspitze wird somit beim Aufsetzen der Prüfsonde auf dem Prüfling nicht bewegt.
Fig. 10 zeigt die Trapezanordnung der Prüfsonde schematisch in einer Seitenansicht, wobei die Länge der oberen Haltearme 6, 7 in der Seitenansicht mit der Variable a, die Länge der unteren Haltearme 8, 9 mit der Variable b, die Länge der Prüfnadel 2 mit der Variable L und die Länge des Abschnittes der Prüfnadel 2 zwischen den oberen und den unteren Haltearmen mit der Variable L₀ bezeichnet werden. Bei der in Fig. 10 gezeigten Anordnung wird die Prüfspitze beim Aufsetzen der Prüfnadel nicht bewegt, wenn diese Längenangaben etwa folgende Formel erfüllen:
Diese Formel gilt für den Winkelbereich von 0 ≤ α ≤ π/2.
Diese Formel kann auch durch folgende Reihenentwicklung dargestellt werden:
Für kleine Bewegungen der Prüfsonde kann diese Formel folgendermaßen vereinfacht werden:
Die oben angegebenen Formel beschreiben somit eine Ausführungsform, bei welcher die Prüfspitze im wesentlichen vertikal bewegt wird. Dies gilt für die in Fig. 10 gezeigte Trapezanordnung.
Beim Aufsetzen der Prüfsonde 1 wird, wie man es anhand von Fig. 2 und 5 erkennen kann, die Prüfnadel 2 bzgl. der Halterung 10 aus der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung elastisch in Bewegungsrichtung 20 ausgelenkt, wobei die Haltearme 6 bis 9 als elastische Federelemente wirken. Dies hat zur Folge, dass beim Aufsetzen der Prüfsonde 1 auf eine zu testende Leiterplatte lediglich der Bewegungsimpuls der Prüfnadel 2 und die von den Haltearmen 6 bis 9 ausgeübten Federkräfte auf die zu testende Leiterplatte ausgeübt werden. Da die Masse der Prüfnadel weniger als 0,1 g und vorzugsweise weniger als 70 mg beträgt ist der Impuls sehr gering und die auf die Leiterplatte ausgeübte Kraft wird im wesentlichen alleine durch die Federhärte der Haltearme bestimmt.
Diese Prüfsonde kann mit hoher Bewegungsgeschwindigkeit auf eine zu testende Leiterplatte zugeführt werden, ohne diese zu verletzen, da die Impulsübertragung sehr gering und die Federkräfte exakt definiert sind.
Vorzugsweise wird die Bewegung der Prüfsonde 1 durch das von der Lichtschranke erfasste Signal gesteuert. Wird die Prüfnadel 2 in Bewegungsrichtung 20 bewegt, so tritt die Messfahne 17 in die Lichtmessstrecke ein, was durch ein entsprechendes elektrisches Signal erfasst wird. Da das Signal proportional zum Weg der Prüfnadel 2 ist, kann anhand des Messsignales festgestellt werden, wie weit die Prüfnadel aus der Ausgangsstellung bewegt worden ist. Ab einem bestimmten Auslenkungsweg, der z. B. 1 mm beträgt, kann die Bewegung der Prüfsonde 1 abgebremst werden.
Hierdurch wird die maximale Auslenkung der Prüfnadel 2 bzgl. der Halterung 10 begrenzt, wodurch die Federkraft, die von den Haltearmen über die Prüfnadel 2 auf die Leiterplatte ausgeübt wird wiederum begrenzt wird. So kann die auf eine Leiterplatte ausgeübte Kraft sehr gering gehalten werden, selbst wenn die Prüfsonde 1 mit hoher Geschwindigkeit auf die zu testende Leiterplatte zugeführt wird, wird aufgrund des geringen übertragenen Bewegungsimpulses und der begrenzten Federkraft die Oberfläche der zu testenden Leiterplatte nicht beschädigt.
Fig. 6 zeigt schematisch vereinfacht eine Messanordnung zum Messen des elektrischen Widerstandes einer Leiterbahn 21, die an ihren Enden jeweils einen Leiterplattentestpunkt 22 aufweist. Auf die beiden Leiterplattentestpunkte 22 ist jeweils eine Prüfsonde 1 mit einer Prüfnadel 2 aufgesetzt. Die beiden Prüfnadeln 2 sind jeweils über Leiterbahnen 23 mit einer Stromquelle 24 verbunden. Weiterhin sind die Prüfnadeln 2 jeweils über Leiterbahnen 25 mit einem hochohmigen Spannungsmesser 26 verbunden. Diese Schaltung, die zwei Stromkreise mit einer Stromquelle und einen Spannungsmesser aufweist, wird als 4-Draht-Schaltung bezeichnet. Mit ihr kann ein Widerstand sehr präzise gemessen werden, da der durch den Spannungsmesser 26 fließende Strom äußerst gering ist. Bei der Prüfsonde 1 nach dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist einer der beiden oberen Haltearme 6, 7 mit dem Leiter 23 und der andere mit dem Leiter 25 verbunden. Der Widerstand der zu messenden Leiterbahn 21 wird somit nur durch den Widerstand der Prüfnadeln 2 und der Übergangswiderstand zwischen den Prüfnadeln 2 und den Leiterplattentestpunkten beeinflußt.
Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die Haltearme 6 bis 9 innerhalb einer elektrisch leitenden Wanne 27 angeordnet sind, die die als elektrische Zuleitung fungierenden Haltearme gegenüber elektrischer Strahlung abschirmen. Diese Wanne 27 weist eine Bodenwandung 28 und zwei Seitenwandungen 29 auf.
Die Wanne 27 ist, wie die unteren Haltearme 8, 9 elektrisch mit den Stiften 12 verbunden, die auf Masse liegen. Im benachbart zur Prüfnadel 2 ist auf der Bodenwandung 28 ein Quersteg 29a angeordnet, der die Bewegung der unteren Haltearme 8, 9 nach unten begrenzt, wobei der Quersteg 29a höher angeordnet ist, als die Befestigungsstelle der unteren Haltearme 8, 9 an der Halterung 10. Hierdurch ist die Einheit aus Prüfnadel 2 und den Haltearmen 7 bis 9 gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung ein Stück nach oben angehoben und die Haltearme 6 bis 9 stehen unter einer Vorspannung.
Diese Vorspannung dient dazu, dass bei einer schnellen Beschleunigung der Prüfsonde 1 aufgrund der bei der Beschleunigung auftretenden Kräfte die Prüfnadel 2 nicht gegenüber der Halterung 10 bewegt wird und evtl. mit ihrer Messfahne die Lichtschranke in unerwünschter Weise auslösen würde.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, dass an Stelle einer Wanne ein rohrförmiges Abschirmelement vorgesehen wird, das die Haltearme auch nach oben hin abschirmt.
Bei einer weiteren Ausführungsform können an Stelle einer Prüfnadel pro Prüfsonde zwei parallel nebeneinander liegende Prüfnadeln angeordnet und von den Haltearmen getragen werden, so dass eine 4-Draht-Messung ausgeführt werden kann, bei welcher dieser die Stromquelle und der die Spannungsquelle beinhaltende Stromkreis erst am Leiterplattentestpunkt 22 zusammengeführt werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Prüfsonde ist, dass bei einer Kollision der Prüfsonden, was bei einer fehlerhaften Programmierung des Fingertesters der Fall sein kann, die Haltearme als Sollbruchstellen fungieren, wodurch lediglich das erfindungsgemäße, relativ kleine Modul der Prüfsonde 1 an einem Prüfkopf beschädigt wird, das zudem durch Anbringen einer neuen Prüfnadel und neuer Haltearme repariert werden kann.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Prüfsonde 1 von einem Linearmotor bewegt, wie er in den Fig. 7 bis 9 gezeigt ist.
Der in Fig. 7 gezeigte Linearmotor 30 weist zwei in der Seitenansicht U-förmige Magnetflusskörper 31, 32 auf, die jeweils eine Basis 33 und an den Enden der Basis 33 angeordnete Schenkel 34 aufweist. Die Basis besteht jeweils aus einem weichmagnetischen Material. Die Schenkel 34 weisen jeweils angrenzend an der Basis 33 einen Permanentmagneten 35 auf. Die Permanentmagnete 35 eines Magnetflusskörpers 31, 32 sind jeweils abwechselnd mit ihrem Südpol bzw. Nordpol angrenzend an der Basis 33 angeordnet. An der von der Basis wegweisenden Seite der Permanentmagnete 35 ist jeweils ein in der Seitenansicht U-förmiger Polschuh 36 ausgebildet. Diese Polschuhe 36 weisen jeweils eine Basiswandung 37 und zwei Polwandungen 38 auf, wobei sie mit ihren Basiswandungen 37 angrenzend an den Permanentmagneten 35 angeordnet sind. Die Polwandungen sind jeweils von Antriebsspulen 39 umfasst. Jede Antriebsspule 39 erstreckt sich über zwei Polwandungen 38 eines Polschuhs 36.
Die sich jeweils über eine Polwandung 38 erstreckenden Abschnitte der Antriebsspulen sind gegenläufig gewickelt. Bei Erregung einer der Antriebsspulen 39 wird somit der von den Permanentmagneten erzeugte Magnetfluss im Bereich einer Polwandung verstärkt und im Bereich der anderen Polwandung des gleichen Polschuhes geschwächt. Vorzugsweise wird der Erregungsstrom derart eingestellt, dass der magnetische Fluss durch die Schwächung im Bereich einer der Polwandungen 38 vollständig kompensiert und im Bereich der anderen Polwandung verdoppelt wird. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Antriebspulen 39 der oberen Polschuhe 36 erregt, wodurch der magnetische Fluss durch die oberen Polwandungen der beiden sich gegenüberliegenden Polschuhe 36 gebündelt wird (siehe Magnetflusslinien 42). Die Antriebspulen der unteren Polschuhe 36 sind nicht erregt, wodurch der Magnetfluss gleichmäßig auf beide Polwandungen 38 der Polschuhe 36 verteilt ist.
An den freien Enden der Polwandungen 38 der Polschuhe 36 der beiden Magnetflusskörper 31, 32 ist jeweils eine Führungsplatte 40 angeordnet, in der in regelmäßigen Abständen Luftdüsen 41 eingebracht sind. Diese Luftdüsen 41 sind derart ausgebildet, dass von der Seite, an der die Polschuhe 36 an der Führungsplatte 40 anliegen, Luft durch die Luftdüse 41 geblasen werden kann, die an der anderen Seite der Führungsplatte 40 austritt.
Die beiden Magnetflusskörper 31, 32 sind mit ihren Führungsplatten 40 derart einander gegenüberliegend angeordnet, dass die Permanentmagnete 35 mit den Polen der Permanentmagnete 35 alternierend angeordnet sind, so dass die Magnetflusslinien 42 durch beide Magnetflusskörper 31, 32 verlaufen.
Die Führungsplatten 40 der beiden Magnetflusskörper 31, 32 sind mit einem vorbestimmten Abstand D parallel zueinander angeordnet.
Zwischen den beiden Führungsplatten 40 befindet sich eine Ankerplatte 43, die aus einem nicht magnetischen Material, wie zum Beispiel Keramik, Kunststoff oder einem nicht magnetischen Metall (z. B. Aluminium oder Kupfer), ausgebildet ist. In diese Ankerplatte 43 sind in regelmäßigen Abständen d streifenförmige Ankerelemente 45 eingesetzt, die aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel Eisen, bestehen. Der Abstand d zwischen zwei benachbarten Ankerelementen 45 wird derart gewählt, dass gilt:

- Befindet sich ein Ankerelement 45 im Bereich zwischen zwei Polwandungen 38 zweier gegenüberliegender Polschuhe 36, so ist im Bereich zwischen den beiden anderen Polwandungen 38 der gleichen Polschuhe 36 ein aus nicht magnetischem Materiel 44 bestehender Abschnitt der Ankerplatte 43 angeordnet, und
- zwischen den Paaren von Polwandungen 38 der weiteren Polschuhe 36 des Linearmotors 30 befinden sich jeweils Grenzbereiche zwischen Ankerelementen 45 und Abschnitten aus nicht magnetischem Material.

An einem Ende der Ankerplatte 45 ist die erfindungsgemäße Prüfsonde 1 befestigt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieses Linearmotors 30 näher erläutert.
Im Betrieb wird aus den Luftdüsen 41 auf die Ankerplatte 43 Luft geblasen, wodurch die Ankerplatte 43 auf Abstand zu den Führungsplatten 40 gehalten wird, so dass keine mechanische Reibung zwischen der Ankerplatte 43 und den Führungsplatten 40 auftritt. Hierbei wird die Luft mit einem Druck von ca. 2-6 bar eingeblasen, wodurch Luftkissen mit einer Dicke von ca. 5-10 µm erzeugt werden. Diese Luftkissen sind selbstzentrierend, d. h., sollte die Ankerplatte 43 durch äußere Einflüsse gegen eine der beiden Führungsplatten gedrückt werden, so nimmt durch den sich verringernden Abstand die Kraft zu, um den ursprünglichen Abstand wieder herzustellen.
Die Ankerspulen 39 der Magnetflusskörper 31, 32 werden abwechselnd angeregt. Hierdurch wird der Magnetfluss der Permanentmagnete 35 in einer Polwandung 38eines Polschuhes 36 konzentriert und in der anderen Polwandung 38 des Polschuhes verringert. In Fig. 7 sind die Antriebsspulen 39 der beiden oberen Polschuhe angeregt, so dass der Magnetfluss durch die oberen Polwandungen konzentriert ist. Die Antriebsspulen der unteren Polschuhe 36 sind nicht angeregt, weshalb die Magnetflusslinien 42 gleichmäßig auf die beiden Polwandungen 38 verteilt sind.
In den Bereich der sich gegenüberliegenden Polwandungen 38, durch welche der Magnetfluss konzentriert ist, wird jeweils das nächstliegende Ankerelement 45 gezogen, wodurch die Ankerplatte 43 in Bewegungsrichtung 46 (nach unten oder oben) bewegt wird. Durch Ansteuerung der Antriebsspulen 39 mit einem Sinunskurven entsprechenden Verlauf des Anregungsstromes kann die Ankerplatte 43 gleichmäßig nach unten oder oben bewegt werden, wobei die beiden Antriebsspulen jeweils eines der Magnetflusskörper 31, 32 mit einem Phasenversatz von 90° angesteuert werden. Die gegenüberliegend angeordneten Antriebsspulen werden synchron angesteuert. Diese Art der Ansteuerung entspricht derjenigen bekannter Linearmotoren.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Linearmotors liegt darin, dass die Ankerplatte 43 sehr leicht ausgebildet ist. Bei einem Prototypen des erfindungsgemäßen Linearmotors beträgt das Gewicht der Ankerplatte 10 g. Diese Ankerplatte besteht aus einer Keramikplatte, in der aus einem Weicheisenmaterial bestehende Ankerelemente eingelegt sind.
Durch das geringe Gewicht der Ankerplatte und der erfindungsgemäßen Prüfsonde 1 können diese mit geringen Kräften schnell beschleunigt und abgebremst werden. Da zudem keine mechanische Reibung bei der Bewegung der Ankerplatte auftritt, sind die auftretenden Bewegungskräfte sehr gering. Dies erlaubt eine sehr schnelle Kontaktierung der zu testenden Leiterplattentestpunkte, wobei durch die geringe Bewegungskräfte die Gefahr einer Beschädigung der Leiterplatte sehr gering ist. Mit dem Prototypen der vorliegenden Erfindung wurde eine Beschleunigung und eine Verzögerung von ca. 800 m/s² erzielt-
Fig. 8 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform des in Fig. 7 gezeigten Linearmotors, bei welchem wiederum zwei Magnetflusskörper 47, 48 vorgesehen sind, wobei der Magnetflusskörper 47 identisch zu dem Magnetflusskörper 31 aus Fig. 7 ausgebildet ist, weshalb gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen bezeichnet sind.
Der Magnetflusskörper 48 besteht lediglich aus einer Basis 49 und zwei Schenkeln 50. Die Basis 49 und die Schenkel 50 sind aus einem magnetischen Material ausgebildet. Der Magnetflusskörper 48 ist in der Seitenansicht U-förmig ausgebildet. Die einzelnen Schenkel 50 sind wiederum in der Seitenansicht U-förmig mit Polwandungen 51 ausgebildet, die zu den Polwandungen 38 des Magnetflusskörpers 48 jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. Der Magnetflusskörper 48 weist wiederum eine Führungsplatte 40 mit Luftdüsen 41 auf, die an den freien Enden der Polwandungen 51 angebracht ist.
Der Magnetflusskörper 48 bildet somit einen passiven Magnetflusskörper gegenüber dem aktiven Magnetflusskörper 47.
Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform des Linearmotors ist wesentlich einfacher und kostengünstiger als die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform ausgebildet.
Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Linearmotors. Dieser weist wiederum zwei Magnetflusskörper 52, 53 auf. Der Magnetflusskörper 53 ist identisch zu dem passiven Magnetflusskörper 48 aus Fig. 8 ausgebildet. Gleiche Teile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Magnetflusskörper 52 weist im Wesentlichen die gleiche Bauform wie der Magnetflusskörper 53 mit einer Basis 49 und zwei als Polschuhe ausgebildete Schenkel 50 auf, wobei jeder Polschuh zwei Polwandungen 51 aufweist. Lediglich die Polwandungen 51 sind etwas länger, da daran die Antriebsspulen 39 zum Antreiben der Ankerplatte 43 vorgesehen sind. Anstelle der Permanentmagnete der oben beschriebenen Ausführungsformen ist eine Spule 54 um die Basis 49 des Magnetflusskörpers 52 angeordnet, mit welcher ein statisches Magnetfeld an die Magnetflusskörper 52, 53 angelegt wird. Mit dem Betrag des statischen Magnetfeldes kann die Kraft, mit welcher die Ankerplatte 43 gehalten wird, eingestellt werden. Dieses statische Magnetfeld ist deshalb variabel ausgebildet. Die Änderungsraten, mit welchen das statische Magnetfeld verändert wird, sind jedoch wesentlich geringer als die Änderungsraten der von den Antriebsspulen 39 erzeugten Magnetfelder, die mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet bzw. umgepolt werden.
Da durch das Anregen der Antriebsspulen das statische Magnetfeld auf die Polwandungen 38 in der oben anhand der Ausführungsform gemäß Fig. 7 beschriebenen Art und Weise konzentriert wird, kann durch Variieren des statischen Magnetfeldes auch die Kraft, mit welcher die Ankerplatte bewegt wird, dosiert werden. Es kann somit eine sehr sanfte Kontaktierung bewerkstelligt werden, so dass mit diesem Linearmotor auch grundsätzlich eine Prüfsonde mit einer nicht gefederten Prüfnadel verwendet werden kann. Bezugszeichenliste 1 Prüfsonde
2 Prüfnadel
3 Nadel
4 Abschirmung
5 Prüfspitze
6 Haltearm
7 Haltearm
8 Haltearm
9 Haltearm
10 Halterung
11 Kontaktfläche
12 Stift
13 Schlitz
14 Bohrung
15 Wandung des Prüfkopfs
16 Lichtschranken-Element
16a Basis
16b Schenkel
17 Messfahne
18 Messkante
19 Bewegungsrichtung beim Kontaktieren
20 Bewegungsrichtung
21 Leiterbahn
22 Leiterplattentestpunkt
23 Leiter
24 Stromquelle
25 Leiter
26 Spannungsmesser
27 Wanne
28 Bodenwandung
29 Seitenwandung
29a Quersteg
30 Linearmotor
31 Magnetflusskörper
32 Magnetflusskörper
33 Basis
34 Schenkel
35 Permanentmagnet
36 Polschuh
37 Basiswandung
38 Polwandung
39 Antriebsspule
40 Führungsplatte
41 Luftdüse
42 Magnetflusslinie
43 Ankerplatte
44 nicht magnetisches Material
45 Ankerelement
46 Bewegungsrichtung
47 Magnetflusskörper
48 Magnetflusskörper
49 Basis
50 Schenkel
51 Polwandung
52 Magnetflusskörper
53 Magnetflusskörper
54 Spule

Claims

1. Prüfsonde für einen Fingertester zum Testen von Leiterplatten mit einer Prüfnadel, die mit einer Prüfspitze mit einem Leiterplattentestpunkt in Kontakt bringbar ist, und mittels zumindest zweier Haltearme schwenkbar an einer Halterung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Haltearme aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und mit der Prüfnadel elektrisch verbunden ist.

2. Prüfsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Haltearme aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sind und mit der Prüfnadel elektrisch verbunden sind.

3. Prüfsonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Paar Haltearme vorgesehen sind, die in einer Ebene angeordnet sind und mit einem Ende an der Prüfnadel und mit dem anderen Ende an der Halterung befestigt sind und in der Draufsicht jedes Paar Haltearme ein Dreieck aufspannt.

4. Prüfsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfnadel von einer Abschirmung umgeben ist, die elektrisch mit einem elektrisch leitenden und auf Masse geschalteten Haltearm verbunden ist.

5. Prüfsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme in der Seitenansicht die Form eines Trapezes aufspannen.

6. Prüfsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die näher an der Prüfspitze angeordneten Haltearm(e) länger als der bzw. die von der Prüfspitze weiter entfernt angeordnete(n) Haltearm(e) ist(sind).

7. Prüfsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der von der Prüfspitze weiter entfernt angeordneten Haltearme (6, 7) in der Seitenansicht mit der Variable a, die Länge der näher an der Prüfspitze angeordneten Haltearme (8, 9) mit der Variable b, die Länge der Prüfnadel (2) mit der Variable L und die Länge des Abschnittes der Prüfnadel 2 zwischen den jeweiligen Haltearmen mit der Variable L₀ bezeichnet werden und diese Längenangaben folgende Relation erfüllen:

8. Prüfsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme zumindest bereichsweise von einem Abschirmelement umgeben sind.

9. Prüfsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorspannelement (29a) vorgesehen ist, das die Haltearme entgegen der Kontaktierungsrichtung um einen bestimmten Betrag vorspannt.

10. Prüfsonde nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Positionssenor zum Bestimmen der Position der Prüfnadel gegenüber der Halterung vorgesehen ist.

11. Prüfsonde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor eine an der Halterung ausgebildete Lichtschranke mit einer Lichtmessstrecke und eine an der Prüfnadel angeordnete Fahne zum Unterbrechen der Lichtmesstrecke aufweist.

12. Prüfsonde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmessstrecke eine vorbestimmte Ausdehnung etwa quer zur Bewegungsrichtung der Prüfnadel aufweist und die Fahne eine Unterbrechungskante aufweist, die schräg zur Ausdehnungsrichtung der Lichtmessstrecke verläuft.

13. Prüfvorrichtung zum Testen von Leiterplatten umfassend
einen Linearmotor mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Magnetflusskörpern (31, 32; 47, 48; 52, 53) und einer dazwischen angeordneten Ankerplatte (43), die aus einem nicht magnetischen Material ausgebildet ist und in regelmäßigen Abständen streifenförmige Ankerelemente (45) aufweist, die aus einem magnetischen Material ausgebildet sind,
wobei an der Ankerplatte (43) eine Prüfsonde (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Magnetflusskörper (31, 32; 47) zumindest einen Permanentmagneten aufweist und an den zur Ankerplatte (43) weisenden Endbereichen mehrere Polwandungen (38) aufweist, auf welchen Antriebsspulen (39) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Magnetflusskörper (52) zumindest einen Spule (54) zum Erzeugeneines statischen Magnetfeldes aufweist und an den zur Ankerplatte (43) weisenden Endbereichen mehrere Polwandungen (38) aufweist, auf welchen Antriebsspulen (39) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Magnetflusskörper (31, 32; 47, 48; 52, 53) Luftdüsen vorgesehen sind, die jeweils auf die Ankerplatte zum Ausbilden eines Luftkissens zwischen der Ankerplatte (43) und den Magnetflusskörpern (31, 32; 47, 48; 52, 53) gerichtet sind.