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.
Beim
Prüfen
von unbestückten
Leiterplatten müssen
im Vergleich zum Prüfen
mit bestückten
Leiterplatten, dem In-Circuit-Testing, wesentlich mehr Leiterplattentestpunkte
kontaktiert werden, weshalb das wesentliche Kriterium für eine erfolgreiche
Vermarktbarkeit eines Fingertesters für unbestückte Leiterplatten der Durchsatz
an kontaktierten Leiterplattentestpunkten innerhalb einer vorbestimmten
Zeit ist.
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 ei ner 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.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Testen
von unbestückten
Leiterplatten mittels eines Fingertesters derart weiterzubilden,
dass der Durchsatz an kontaktierten Leiterplattentestpunkten innerhalb
einer vorbestimmten Zeit weiter gesteigert werden kann.
Die
Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Testen von unbestückten
Leiterplatten mittels eines Fingertesters, der mehrere Prüffinger
aufweist, die zum Kontaktieren von Leiterplattentestpunkten einer zu
testenden Leiterplatten automatisch verfahren werden, wobei die
Prüffinger
jeweils eine Prüfsonde aufweisen,
die mit einem Kontaktierungssensor versehen ist, wird das Niveau
der Oberfläche
der zu testenden Leiterplatte ermittelt, wenn eine Prüfspitze der
Prüfsonde
mit der Oberfläche
der zu testenden Leiterplatte in Berührung tritt, sodass anhand
dieses Zeitpunktes und der Position der Prüfspitze zu diesem Zeitpunkt
dieses Niveau feststeht, und weitere Kontaktierungsvorgänge zum
Kontaktieren von Leiterplattentestpunkten nach Maßgabe der
ermittelten Niveaus angesteuert werden.
Da
die Bewegung der Prüffinger
nach einem tatsächlich
erfassten Niveau der Oberfläche
der Leiterplatte angesteuert wird, können die Prüffinger mit hoher Geschwindigkeit
nahe bis an die Oberfläche der
Leiterplatte bewegt werden, und werden erst beim Erreichen der Oberfläche der
Leiterplatte oder kurz vorher zum Kontaktieren eines Leiterplattentestpunktes
abgebremst.
Bei
herkömmlichen
Verfahren wird auf Grund der unterschiedlichen Niveaus von in der
Prüfvorrichtung
eingesetzten Leiterplatten die Bewegung der Prüffinger bereits wesentlich
früher
auf eine geringe Geschwindigkeit abgebremst, damit beim Kontaktieren
der Leiterplatte die Leiterplattentestpunkte nicht beschädigt werden.
Mit der Erfindung kann mit hoher Geschwindigkeit wesentlich näher bis
an die Oberfläche
zur Leiterplatte gefahren werden, ohne dass hierbei die Gefahr einer
Beschädigung
der Oberfläche der
Leiterplatte besteht.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist somit gegenüber
herkömmlichen
Verfahren schneller und vermeidet Beschädigungen an der Oberfläche der Leiterplatte.
Nach
einem bevorzugten Verfahren werden an mehreren Punkten der Oberfläche der
Leiterplatte die Niveaus erfasst und anhand der erfassten Niveaus
die Oberfläche
der Leiterplatte durch Interpolations-Verfahren simuliert. Hierdurch
erhält,
man ein mathematisches Modell der Oberfläche der Leiterplatte. Anhand
dieses Modells kann das Niveau eines beliebigen Punktes an der Leiterplatte
berechnet werden. Mit diesen Niveaus werden die einzelnen Kontaktierungsvorgänge zum
Kontaktieren weiterer Leiterplattentestpunkte angesteuert.
Zudem
kann die simulierte Oberfläche
auch zum Ermitteln von Abweichungen der X-Koordinaten und Y-Koordinaten
der zu kontaktierenden Leiterplattentestpunkte verwendet werden.
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand den in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
1 eine erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Prüfsonde in
perspektivischer Ansicht,
2 die Prüfsonde aus 1, wobei die Prüfnadel sowohl in der Ausgangsstellung
als auch in ausgelenkten Stellungen gezeigt ist,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Prüfsonde in
perspektivischer Ansicht,
4 die Prüfsonde aus 3 in einer Ansicht, bei der die einzelnen
Elemente transparent dargestellt sind,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Prüfsonde in
perspektivischer Ansicht,
6 die Prüfsonde aus 5 ohne Gehäuse in perspektivischer Ansicht,
7 schematisch eine erfindungsgemäße Prüfsonde in
der Seitenansicht mit Abmessungen,
8 schematisch einen erfindungsgemäßen Fingertester
in perspektivischer Ansicht.
Die 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 (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 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 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.
7 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
z. 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 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 7 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.
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 ho her
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.
3 und 4 zeigen ein zweites 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. Benachbart
zur Prüfnadel 2 ist
auf der Bodenwandung 28 ein Quersteg 30 angeordnet,
der die Bewegung der unteren Haltearme 8, 9 nach
unten begrenzt, wobei der Quersteg 30 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 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.
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
der Prüfsonde
(5, 6) ist ähnlich ausgebildet wie die
beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispiele,
weshalb gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Die beiden oberen Haltearme 6, 7, und die beiden
unteren Haltearme 8, 9 sind jeweils durch Ätzen aus
einem dünnen
Kupfer/Beryllium-Blech oder Federstahl mit einer Wandstärke von
ca. 50 μm
bis 200 μm
hergestellt. Es sind alle Bleche geeignet, die eine gute elektrische
Leitfähigkeit
und gute elastische Eigenschaften besitzen. Die Haltearmpaare sind
deshalb schmale Blechstreifen, die in der Draufsicht V-förmig angeordnet
sind. Etwa längsmittig
ist zwischen den oberen Haltearmen 6, 7 ein Quersteg 55 ausgebildet,
an dem eine Messfahne 56 angebunden und nach unten abgewinkelt
ist. Der Quersteg befindet sich an dem Ort der Haltearme, an dem
die Krümmungsrichtung
der Haltearme bei einer Auslenkung wechselt (= Wendepunkt) (7).
Die
Messfahne 56 weist wiederum eine Messkante (nicht gezeigt)
auf, die in ein Lichtschranken-Element 16 eingreift. Diese
Messkante ist jedoch horizontal ausgebildet und die Lichtquelle
und der Lichtsensor sind in vertikaler Richtung erstreckend ausgebildet,
so dass das Lichtschranken-Element 16 ein zur Eintauchtiefe
der Messfahne 56 proportionales Signal ausgibt. Die Haltearme 6, 7 bzw. 8, 9 enden
jeweils an einem Plättchen 59,
das an der Halterung 10 bspw. mittels einer Klebe-, Schraub-
oder Nietverbindung befestigt ist.
Die
unteren Haltearme 8, 9 liegen auf einer Basisplatte 57 auf,
die aus einem nicht elektrisch leitenden Material ausgebildet ist.
Die Basisplatte 57 ist in der Draufsicht im Bereich von
der Halterung 10 zur Prüfnadel 2 V-förmig, d.h.,
von der Halterung 10 zur Prüfnadel 2 spitz zulaufend
ausgebildet. Die Basisplatte 57 begrenzt die Bewegung der
Haltearme nach unten.
Die
Prüfnadel 2 ist
wie bei den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einer
Nadel 3 und einer Abschirmung 4 ausgebildet und
angeordnet. Im Bereich zwischen den unteren und oberen Haltearmen 8, 9 und 6, 7 weist
sie eine Abstandshülse 58 auf,
die aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist und die
Abschirmung 4 im Bereich zwischen den Haltearmen 8, 9 und 6, 7 umschließt. Die
Abstandshülse 58 ist
mit den Haltearmen 6, 7 und 8, 9 mechanisch
verbunden, so dass die Haltearme mit ihren von der Halterung 10 entfernten
Ende auf Abstand gehalten werden. Die oberen Haltearme 6, 7 sind
elektrisch mit der Nadel 3 und die unteren Haltearme 8, 9 sind
elektrisch mit der Abschirmung 4 verbunden.
Die
Halterung 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein etwa quaderförmiger Körper, der auf
der Basisplatte 57 angeordnet ist, wobei sich zwischen
der Halterung 10 und der Basisplatte 57 das Plättchen der
unteren Haltearme 8, 9 befindet. Die untere Kante
der zur Prüfnadel 2 weisenden
Wandung 60 der Halterung 10 ist abgeschrägt, so dass die
unteren Haltearme 6, 7 ein Stück freigelegt sind und sich
ab einem Bereich hinter der Wandung 60 frei nach oben bewegen
können.
Die
Basisplatte 57 steht an der von der Prüfnadel 2 abgewandten
Seite ein Stück
von der Halterung 10 vor. In diesem Bereich sind Kontaktstellen auf
der Basisplatte 57 angeordnet, von welchen Kontaktsifte 61 nach
oben führen
und an einer Kontaktplatte 62 enden, an welcher elektrische
Leitungen 63 befestigt sind, die mit den Kontaktstiften 61 elektrisch verbunden
sind und mit welchen die Prüfsonde 1 elektrisch
mit der Prüfvorrichtung
verbunden ist. Die Basisplatte 57 ist in diesem Bereich
auch mechanisch an die Wandung 15 des Prüfkopfes
gekoppelt.
Über Leiterbahnen
auf der Basisplatte 57 sind das Lichtschranken-Element 16 und
die oberen Haltearme 6, 7 mit den Kontaktstiften 61 elektrisch verbunden,
wobei von dem Plättchen 59 der
oberen Haltearme Verbindungsstege 67 nach unten auf die Basisplatte 57 führen und
an entsprechende Leiterbahnen kontaktiert sind.
In
der Funktionsweise entspricht das dritte Ausführungsbeispiel der Prüfsonde den
beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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.
8 zeigt schematisch eine
Prüfvorrichtung
32 zum
Testen von unbestückten
Leiterplatten
21, die ein Fingertester
32 ist.
Der Fingertester weist mehrere Prüfköpfe
68 auf, die jeweils
aus einer erfindungsgemäßen Prüfsonde
1 und
einem Linearantrieb
30 ausgebildet sind. Der Linearantrieb
31 ist derart
angeordnet, dass er im wesentlichen senkrecht auf der zu testenden
Leiterplatte
21 ausgerichtet ist, das heißt, dass
die Prüfsonde
1 in
einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Leiterplatte
21 durch
den Linearantrieb
30 bewegbar ist. Vorzugsweise ist der
Linearantrieb
30 ein Linearmotor, wie er beispielsweise
in der deutschen Patentanmeldung
DE
101, 60 119.0-35 beschrieben ist. Als Linearantrieb kann
jedoch jede andere geeignete Antriebseinheit verwendet werden.
Der
Fingertester 32 besitzt einen Bereich zur Aufnahme der
zu testenden Leiterplatte 21, die mittels Halteelementen 64 gehalten
wird. Im Bereich oberhalb dieses Aufnahmebereichs ist zumindest eine
Traverse 65 angeordnet, die sich über diesen Aufnahmebereich
erstreckt. Vorzugsweise sind es mehrere Traversen 65, die
feststehend oder auch beweglich am Fingertester ausgebildet sind.
Sind die Traversen 65 ortsfest an dem Fingertester angeordnet,
so sind die Prüfköpfe mit
einer Schwenkeinrichtung versehen, mit welcher zumindest die jeweilige Prüfsonde 1 um
eine vertikale Achse geschwenkt werden kann.
Jeder
der Prüfköpfe 68 ist
jeweils an einen Förderriemen 66 gekoppelt,
mit welchen er automatisch entlang der jeweiligen Traverse 65 verfahrbar ist.
An einer Traverse sind vorzugsweise zwei Prüfköpfe 68 angeordnet,
so dass an den Traversen 65 jeweils zwei Förderriemen 66 angeordnet
sind.
Im
Betrieb werden die Prüfsonden 1 mit
ihren Prüfspitzen 5 durch
eine Bewegung in der Ebene parallel zur Leiterplatte 21 über einen
zu testenden Leiterplattentestpunkt 21A positioniert. Danach
wird die Kontaktspitze auf den Leitarplattentestpunkt 21A mittels
des Linearantriebs 30 abgesenkt, bis die Prüfspitze 5 den
Leiterplattentestpunkt kontaktiert. Hieran schließt sich
die elektrische Messung an, nach der die Prüfsonde wieder angehoben und
zum nächsten
Leiterplattentestpunkt verfahren wird.
Der
in 8 gezeigte Fingertester
weist Prüfköpfe nur
an einer Seite der zu testenden Leiterplatte 21 auf. Im
Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich möglich den Fingertester mit
Prüfköpfen, Traversen,
etc. auf beiden Seiten der zu testenden Leiterplatte auszubilden.
Die
erfindungsgemäße Prüfvorrichtung 32 weist
eine Steuereinrichtung 33 auf, welche in 8 schematisch durch ein Rechteck dargestellt
ist und zum automatischen Steuern der Bewegung der Prüfsonde 1 in
allen drei Raumrichtungen ausgebildet ist. Mittels der als Kontaktsensoren
dienenden Lichtschranken-Elemente 16 der Sonden 1 stellt
die Steuereinrichtung 33 den Zeitpunkt der Kontaktierung
der zu testenden Leiterplatte 21 fest. Wird zu diesem Zeitpunkt
die Z-Koordinate der Prüfspitze 5 erfasst, so
wird die Höhe
der zu testenden Leiterplatte 21 an dem entsprechenden
Berührungspunkt
der zu testenden Leiterplatte 21 festgestellt.
Vom
erfindungsgemäßen Verfahren
werden auf diese Art und Weise die Höhe der Oberfläche der zu
testenden Leiterplatte 21 erfasst. Bei einem weiteren Kontaktiervorgang
wird die Prüfsonde
nach Maßgabe
der vorher erfassten Höhe
der Oberfläche
der Leiterplatte 21 angesteuert, das heißt, dass
die Prüfsonde
in Z-Richtung mit der Prüfspitze 5 bis
zu der Höhe
in Z-Richtung mit hoher Verfahrgeschwindigkeit bewegt wird und erst
beim Erreichen dieser Höhe oder
kurz davor abgebremst wird. Kurz davor bedeutet, dass beim Erreichen
eines Abstandes von weniger als 1 oder 2 Millimeter der Prüfspitze 5 von
der erfassten Oberfläche
der Leiterplatte, die Prüfsonde abgebremst
wird. Die Prüfsonde 1 wird
dann mit einer geringeren Geschwindigkeit bewegt, bis mittels der
Kontaktierungssensoren 16 eine tatsächliche Berührung der Oberfläche der
Leiterplatte 21 festgestellt wird.
Hierdurch
wird das Prüfverfahren
automatisch an das Niveau der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte 21 angepasst,
das oftmals etwas variieren kann.
Vorzugsweise
wird die Bewegung der Prüfsonden
in Z-Richtung derart gesteuert, dass die Prüfsonden beim Kontaktieren der
zu testenden Leiterplatte angehalten werden, wenn die Kontaktierungssensoren 16 eine
bestimmte Kontaktkraft detektieren, mit welcher die Prüfspitze 5 gegen
die Oberfläche
der Leiterplatte gedrückt
wird. Bei den Kontaktierungssensoren 16 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
entspricht die vorbestimmte Kontaktkraft einer bestimmten, von den
Lichtsschranken-Elementen detektierten Lichtmenge. Sollte während des
Kontaktes mit einer Leiterplatte eine Änderung der Lichtmenge beziehungsweise
in der Kontaktkraft festgestellt werden, werden die Prüfsonden entsprechend
in Z-Richtung nachjustiert. Dies ist beim Testen von elastischen
Leiterplatten sehr von Vorteil, da es sein kann, dass mehrere Prüffinger
eine elastische Leiterplatte gleichzeitig an eng nebeneinander liegenden
Leiterplattentestpunkten kontaktieren. Hierdurch kann die elastische
Leiterplatte ein Stück
durchgedrückt
werden, wodurch der Ort der Oberfläche der Leiterplatte verändert wird.
Die einzelnen Prüfsonden
werden entsprechend nachgefahren, so dass selbst bei einer derart
zeitlich veränderlichen
Oberflächenform
eine sichere Kontaktierung mit vorbestimmter Kontaktkraft gewährleistet
ist.
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nicht alleine ein Niveau der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte 21 ermittelt,
sondern werden die Niveaus mehrerer Punkte auf der Leiterplatte
ermittelt und die Oberfläche
der zu testenden Leiterplatte 21 mittels einer Interpolation
simuliert. Dies ist besonders bei biegsamen Leiterplatten von Vorteil,
da solche Leiterplatten durch ihre Biegsamkeit sich wellen können und
somit in der Prüfvorrichtung 32 eine
dreidimensional geformte Oberfläche
bilden. In 8 sind fiktive Gitterlinien 34 eingezeichnet.
Zu Beginn der Prüfvorgangs
beim Testen einer einzelnen zu testenden Leiterplatte 21 werden
die Niveaus im Bereich der Kreuzungspunkte der. Gitterlinien 34 erfasst.
Anhand dieser Niveaus wird die gesamte Oberfläche der zu testenden Leiterplatte
mittels eines Interpolationsverfahrens simuliert.
Anhand
dieser simulierten Oberfläche
ermittelt die Steuereinrichtung 33 selbsttätig die
Z-Koordinate eines jeden einzelnen zu testenden Leiterplattentestpunktes.
Dies bedeutet, dass jeder einzelne zu testende Leiterplattentestpunkt
bezüglich
seiner Z-Koordinate
individuell angesteuert wird, wobei die Prüfsonde mit ihrer Prüfspitze 1 mit
hoher Geschwindigkeit bis zum Niveau des einzelnen Leiterplattentestpunktes
oder bis kurz davor gefahren wird und dann die Bewegung der Prüfsonde 1 abgebremst wird,
bis tatsächlich
eine Berührung
mittels des Kontaktierungssensors festgestellt wird.
Bei
dreidimensional geformten Leiterplatten, insbesondere welligen Leiterplatten,
wird hierdurch beim Prüfen
der Leiterplatte ein wesentlicher Zeitgewinn erzielt, da die einzelnen
zu testenden Leiterplattentestpunkte mit ihren tatsächlich ermittelten
Z-Koordinaten angesteuert werden.
Bei
stark gewellten Leiterplatten können
sich auch auf Grund der Wellung der Leiterplatte Abweichungen der
X-Koordinaten und Y-Koordinaten der Leiterplattentestpunkte gegenüber ihren
Soll-Koordinaten ergeben. Da die Form der Oberfläche der Leiterplatte simuliert
ist, können
hieraus auch einfach die entsprechenden Abweichungen ermittelt werden.
Bei
herkömmlichen
Prüfvorrichtungen,
insbesondere, wenn sie keinen Kontaktierungssensor aufweisen; besteht
zudem das Problem, dass wellige Leiterplatten oftmals mit einem
oberhalb der Leiterplatte angeordneten Sensor nicht korrekt kontaktiert werden,
wenn sich die Leiterplatte nach unten durchbiegt, da die Prüfsonde nicht
soweit nach unten gefahren wird. Selbst derart von den Prüfsonden 1 weggebogenen
Leiterplatten werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig kontaktiert,
wobei außerdem
alle Leiterplattentestpunkte schnell angefahren werden können.
Als
Interpolationsverfahren wird vorzugsweise das Spline-Interpolations-Verfahren
verwendet. Hierbei wird durch vorbestimmte Punkte der zu simulierenden
Ebene eine Kurve mit Hilfe einer Spline-Funktion s:
[x1, xn] > Rgelegt. Dies
ist durch folgende Bedingungen festgelegt:
- a)
s (xi = yi) das
heißt,
die Ausgangspunkte liegen auf dem Graphen von s;
- b) s = [x1, xn]
zweimal stetig differenzierbar;
- c) die Gesamtkrümmung
von s ist minimal, das heißt,
alle anderen Funktionen, die die beiden ersten Bedingungen erfüllen, besitzen
eine größere Gesamtkrümmung.
Es
hat sich herausgestellt, dass s in jedem Intervall [xi,
xi+1] höchstens
ein Polynom dritten Grades ist. Die Spline-Interpolation ergibt
hierdurch sehr glatte Kurven.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird somit auf einfache Art und Weise das Messverfahren an das Niveau
einer zu testenden Leiterplatte angepasst.
Die
Erfindung kann folgendermaßen
kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Testen von Leiterplatten, inbesondere von unbestückten Leiterplatten.
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Niveau der Oberfläche
einer zu testenden Leiterplatten bei einem Kontaktierungsvorgang
automatisch erfasst und die weiteren Kontaktierungsvorgänge werden
dann nach Maßgabe
des erfassten Niveau angesteuert.
Hierdurch
erfolgt bei der Ansteuerung der Bewegung der Prüfsonden des Fingertesters eine automatische
Anpassung an das Niveau, was insbesondere beim Testen von biegsamen
Leiterplatten von Vorteil ist, da deren Oberfläche eine dreidimensionale Form
ausbilden kann.