WO2004099802A1 - Verfahren zum testen von unbestückten leiterplatten - Google Patents

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WO2004099802A1
WO2004099802A1 PCT/EP2004/002420 EP2004002420W WO2004099802A1 WO 2004099802 A1 WO2004099802 A1 WO 2004099802A1 EP 2004002420 W EP2004002420 W EP 2004002420W WO 2004099802 A1 WO2004099802 A1 WO 2004099802A1
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test
circuit board
tested
probe
contacting
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PCT/EP2004/002420
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Inventor
Victor Romanov
Oleh Yuschuk
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Atg Test System Gmbh & Co. Kg
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    • G01R1/06705—Apparatus for holding or moving single probes
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2801—Testing of printed circuits, backplanes, motherboards, hybrid circuits or carriers for multichip packages [MCP]
    • G01R31/2805—Bare printed circuit boards

Definitions

  • the invention relates to a method for testing bare printed circuit boards by means of a finger tester, which has a plurality of test fingers, which are automatically moved to contact circuit board test points of a printed circuit board to be tested.
  • Test devices for testing printed circuit boards can basically be divided into two groups, the group of finger testers and the group of parallel testers.
  • the parallel testers are test devices that use an adapter to contact all or at least most of the contact points on a circuit board to be tested at the same time.
  • Finger testers are test devices for testing bare or populated circuit boards, which sequentially scan the individual contact points with two or more test fingers.
  • test fingers are generally fastened to a slide which can be moved along cross members, the cross members in turn being guided and movable on guide rails.
  • the carriage can therefore be placed anywhere generally rectangular test field.
  • the slide on the crossbar can be moved vertically, so that the test finger can be placed on the contact point of the circuit boards from above or from below.
  • a finger tester is described in EP 0 468 153 A1 and a method for testing printed circuit boards using a finger tester is described in EP 0 853 242 A1.
  • JP 02-130477 A discloses a method for testing printed circuit boards by means of a finger tester with a test finger, the latter being automatically moved to contact circuit board test points of a printed circuit board to be tested.
  • the test finger has a test probe that has two contact tips.
  • the time is determined when the test probe comes into contact with a circuit board test point of the circuit board to be tested, so that the level of the surface of the circuit board test point is determined on the basis of this time and the position of the test tips.
  • No. 4,926,345 discloses a device for trimming conductor tracks from printed circuit boards.
  • the conductor tracks are cut to the desired width using an automatically movable knife.
  • the course of the conductor track is detected by means of a sensor and, moreover, a height profile of the circuit board is created, so that the cutting process can be carried out with the desired accuracy.
  • the invention is based on the object of developing a method for testing bare printed circuit boards using a finger tester such that the throughput at contacted circuit board test points can be increased further within a predetermined time.
  • the invention is solved by a method having the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
  • the test fingers each having a test probe which is provided with a contact sensor, the level of the surface of the circuit board to be tested, if a test probe of the test probe comes into contact with the surface of the circuit board to be tested, so that this level and the position of the test probe at this time determine this level, and further contacting procedures for contacting circuit board test points in accordance with the determined levels can be controlled.
  • test fingers Since the movement of the test fingers is controlled according to an actually detected level of the surface of the printed circuit board, the test fingers can be moved close to the surface of the printed circuit board at high speed and are only braked when the surface of the printed circuit board is reached or shortly before contacting a printed circuit board test point ,
  • the method according to the invention is thus faster than conventional methods and avoids damage to the surface of the printed circuit board.
  • the levels are recorded at several points on the surface of the printed circuit board and the surface of the printed circuit board is simulated by means of the detected levels by interpolation methods.
  • the individual contacting processes for contacting further circuit board test points are controlled with these levels.
  • the simulated surface can also be used to determine deviations in the X coordinates and Y coordinates of the circuit board test points to be contacted.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of a test probe according to the invention
  • FIG. 2 shows the test probe from FIG. 1, the test needle being shown both in the starting position and in the deflected positions,
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a test probe according to the invention in a perspective view
  • FIG. 4 shows the test probe from FIG. 3 in a view in which the individual elements are shown transparently
  • FIG. 5 shows a third embodiment of a test probe according to the invention in a perspective view
  • FIG. 8 schematically shows a finger tester according to the invention in a perspective view.
  • FIGS. 1 and 2 show a first exemplary embodiment of a test probe 1 according to the invention.
  • the test probe has a test needle 2, which in the present exemplary embodiment is formed from a needle 3 with a diameter d of 0.3 to 0.5 mm.
  • the needle 3 is made of steel or tungsten, for example.
  • the needle 3 is coated with an insulation layer, which is made of Teflon, for example.
  • the casing is in turn coated with an electrically conductive layer. This sheathing with the electrically conductive layer forms a shield 4, which shields the needle 3 from electrical fields. Both ends of the needle 3 protrude from the shield 4, one of the two ends tapering to form a test probe 5.
  • the test needle 2 or the needle 3 is connected to two holding arms 6, 7, which are referred to below as upper holding arms.
  • Two further holding arms 8, 9 are a distance from the connection point between the upper Holding arms 6, 7 and the test needle 2 attached to the shield 4.
  • the holding arms 8, 9 are referred to below as lower holding arms.
  • the two pairs of holding arms 6, 7 and 8, 9 are each formed from a piece of wire that is bent in the middle, the test needle 2 being fastened at the bending point by means of an electrically conductive connection, such as a soldered connection.
  • the two pairs of holding arms 6, 7 and 8, 9 thus each form an isosceles triangle, the test needle 2 being located in the tip of the isosceles triangle.
  • the holding arms 6 to 9 are attached to a holder 10 with their ends remote from the test needle 2.
  • the bracket 10 is an electrically insulating plastic part, which is provided on the top with a number of contact surfaces 11 a to 11 h.
  • the upper holding arms 6, 7 are each electrically connected to the contact surface 11a or 11h via conductor tracks.
  • the lower holding arms 8, 9 are each electrically connected to the contact surface 11b or 11g via an electrically conductive metal pin 12 (FIG. 4) which extends vertically through the holder 10 and a conductor track.
  • the holder 10 is designed as a plug-in element which can be plugged into a test head of a finger tester.
  • the holder 10 has a slot 13 which opens out on the side surface of the holder 10 which is arranged away from the test needle 2.
  • the holder 10 has a bore 14 which is arranged transversely to the slot 13. The holder 10 can thus be pushed with the slot onto a thin wall 15 of the test head and fixed by means of a pin penetrating the hole 14 of the holder and a corresponding hole in the wall 15.
  • the conductor tracks connected to the contact surfaces 11a to 11h are simultaneously electrically connected to corresponding conductor tracks of the test head.
  • a light barrier element 16 is arranged on the holder 10 on the side surface adjacent to the test needle 2.
  • the light barrier element 16 is U-shaped in plan view with a base 16a and two legs 16b.
  • a light source is arranged on the inside of one of the two legs 16b at its end region, and the light signal is received on the other leg 16b.
  • catching light sensor arranged.
  • the light source and the light sensor thus form a light measuring section.
  • the light source and the light sensor have a certain longitudinal extent in the horizontal plane, which is, for example, 1 mm.
  • a measuring lug 17 is attached to the test needle 2 and is formed, for example, from a thin metal sheet.
  • This measuring flag lies in a longitudinal center plane of the test probe 1, which is arranged vertically and forms the mirror plane to the holding arms 6 and 7 or 8 and 9.
  • the upper edge of the measuring lug 17 is designed as a measuring edge 18 and, in the initial position shown in FIG. 1, in which the holding arms 6 to 9 run in a straight line, runs obliquely with respect to a horizontal plane and is arranged directly below the light measuring path.
  • the test probe 1 When the test probe 1 is placed on a circuit board to be tested, a force is applied to the test needle 2, as a result of which the holding arms are pivoted from the initial position into a deflected position (upward in FIGS. 1 and 2). As a result, the measuring flag 18 is introduced into the light measuring section.
  • the light measuring path is interrupted in proportion to the movement path of the test needle relative to the holder 10, so that the signal measured with the light barrier is proportional to the movement path of the test needle.
  • the light barrier element 16 is each connected to one of the contact surfaces 11c to 11f via four conductor tracks, which, like the other contact surfaces, are connected to the test head by means of an electrical plug connection.
  • FIG. 7 schematically shows the test probe 1 according to the invention in a side view with the holder 10 and the upper or lower holding arms 6, 7 or 8, 9 and the test needle 2.
  • the lengths of the individual sections which are given in millimeters in FIG. 7, are dimensioned in this way. sen that when moving the test needle 2, the test probe 5 is moved over a certain distance, for example 5 mm, along a straight line 21 which is perpendicular to the planes which are spanned by the upper holding arms or lower holding arms in their starting position ,
  • test probe 1 Since the direction 19 in which the test probe 1 is moved toward the printed circuit board is exactly opposite to the direction of movement 20 of the test needle with respect to the holder 10 and the test tip is moved along a straight line parallel to the direction of movement 20, no movement component becomes parallel to the surface of the Tested circuit board generated, which ensures that the probe tip 5 does not scratch the surface of the circuit board. The test probe is therefore not moved when the test probe is placed on the test object.
  • the movement of the test probe 1 is preferably controlled by the signal detected by the light barrier. If the test needle 2 is moved in the direction of movement 20, the measuring lug 17 enters the light measuring path, which is detected by a corresponding electrical signal. Since the signal is proportional to the path of the test needle 2, the measurement signal can be used to determine how far the test needle has been moved from the starting position. From a certain deflection path, e.g. 1 mm, the movement of test probe 1 can be braked.
  • FIG. 3 and 4 show a second exemplary embodiment, in which the holding arms 6 to 9 are arranged within an electrically conductive trough 27, which shield the holding arms, which act as an electrical feed line, against electrical radiation.
  • This tub 27 has a bottom wall 28 and two side walls 29.
  • the trough 27, like the lower holding arms 8, 9, is electrically connected to the pins 12, which are connected to ground.
  • a transverse web 30 is arranged on the bottom wall 28 adjacent to the test needle 2 and limits the movement of the lower holding arms 8, 9 downward, the transverse web 30 being arranged higher than the point of attachment of the lower holding arms 8, 9 on the holder 10 As a result, the unit comprising the test needle 2 and the holding arms 7 to 9 is raised a little upwards in relation to the starting position shown in FIG.
  • This pretensioning is used so that when the test probe 1 accelerates rapidly, the test needle 2 is not moved relative to the holder 10 due to the forces occurring during the acceleration, and possibly would trigger the light barrier with its measuring flag in an undesirable manner.
  • a third exemplary embodiment of the test probe (FIGS. 5, 6) is designed similarly to the two exemplary embodiments described above, which is why the same parts are designated with the same reference symbols.
  • the two upper holding arms 6, 7 and the two lower holding arms 8, 9 are each produced by etching from a thin copper / beryllium sheet or spring steel with a wall thickness of approximately 50 ⁇ m to 200 ⁇ m. All sheets are suitable which have good electrical conductivity and good elastic properties.
  • the pairs of holding arms are therefore narrow metal strips which are arranged in a V-shape when viewed from above.
  • a transverse web 55 is formed approximately in the center between the upper holding arms 6, 7, to which a measuring flag 56 is connected and angled downward.
  • the measuring flag 56 in turn has a measuring edge (not shown) which engages in a light barrier element 16.
  • this measuring edge is horizontal and the light source and the light sensor are designed to extend in the vertical direction, so that the light barrier element 16 outputs a signal proportional to the immersion depth of the measuring lug 56.
  • the holding arms 6, 7 and 8, 9 end each on a plate 59, which is attached to the bracket 10, for example. By means of an adhesive, screw or rivet connection.
  • the lower holding arms 8, 9 rest on a base plate 57 which is formed from a non-electrically conductive material.
  • the base plate 57 is V-shaped in the area from the holder 10 to the test needle 2, i.e., it tapers from the holder 10 to the test needle 2.
  • the base plate 57 limits the downward movement of the support arms.
  • the test needle 2 is designed and arranged with a needle 3 and a shield 4.
  • a spacer sleeve 58 which is made of electrically insulating material and surrounds the shield 4 in the area between the holding arms 8, 9 and 6, 7.
  • the spacer sleeve 58 is mechanically connected to the holding arms 6, 7 and 8, 9, so that the holding arms are kept at a distance with their ends remote from the holder 10.
  • the upper holding arms 6, 7 are electrically connected to the needle 3 and the lower holding arms 8, 9 are electrically connected to the shield 4.
  • the holder 10 is an approximately cuboid body, which is arranged on the base plate 57, the plate of the lower holding arms 8, 9 being located between the holder 10 and the base plate 57.
  • the lower edge of the wall 60 of the holder 10 facing the test needle 2 is chamfered, so that the lower holding arms 6, 7 are exposed a bit and can move freely upwards from an area behind the wall 60.
  • the base plate 57 protrudes a bit from the holder 10 on the side facing away from the test needle 2.
  • contact points are arranged on the base plate 57, from which contact pins 61 lead upwards and end at a contact plate 62, to which electrical lines 63 are fastened, which are electrically connected to the contact pins 61 and with which the test probe 1 is electrically connected is connected to the test device.
  • the base plate 57 is also mechanically coupled to the wall 15 of the test head in this area.
  • the light barrier element 16 and the upper holding arms 6, 7 are electrically connected to the contact pins 61 via conductor tracks on the base plate 57, wherein lead from the plate 59 of the upper holding arms connecting webs 67 down to the base plate 57 and are contacted on corresponding conductor tracks.
  • the third embodiment of the test probe corresponds to the two embodiments described above.
  • test needles lying parallel to one another can be arranged and carried by the holding arms, so that a 4-wire measurement can be carried out, in which the current source and the circuit containing the voltage source are only at the circuit board test point 22 are merged.
  • FIG. 8 schematically shows a testing device 32 for testing bare printed circuit boards 21, which is a finger tester 32.
  • the finger tester has a plurality of test heads 68, each of which is formed from a test probe 1 according to the invention and a linear drive 30.
  • the linear drive 31 is arranged in such a way that it is aligned essentially perpendicular to the circuit board 21 to be tested, that is to say that the test probe 1 can be moved in a direction essentially perpendicular to the circuit board 21 by the linear drive 30.
  • the linear drive 30 is preferably a linear motor as described, for example, in German patent application DE 101 60 119.0-35. However, any other suitable drive unit can be used as the linear drive.
  • the finger tester 32 has an area for receiving the circuit board 21 to be tested, which is held by means of holding elements 64. At least one crossbeam 65 is arranged in the area above this receiving area and extends over this receiving area. There are preferably a plurality of traverses 65 which are designed to be stationary or also movable on the finger tester. If the traverses 65 are arranged in a fixed position on the finger tester, the test heads are provided with a swivel device with which at least the respective test probe 1 can be swiveled about a vertical axis.
  • Each of the test heads 68 is coupled to a conveyor belt 66, with which it can be moved automatically along the respective cross member 65.
  • Two test heads 68 are preferably arranged on a crossbeam, so that two conveyor belts 66 are arranged on the crossbeams 65.
  • the test probes 1 with their test probes 5 are positioned by moving in the plane parallel to the circuit board 21 via a circuit board test point 21 A to be tested.
  • the contact tip is then lowered onto the printed circuit board test point 21 A by means of the linear drive 30 until the test tip 5 contacts the printed circuit board test point. This is followed by the electrical measurement, after which the test probe is raised again and moved to the next circuit board test point.
  • the finger tester shown in FIG. 8 has test heads only on one side of the circuit board 21 to be tested. Within the scope of the invention, it is of course possible to design the finger tester with test heads, traverses, etc. on both sides of the circuit board to be tested.
  • the test device 32 has a control device 33, which is shown schematically in FIG. 8 by a rectangle and is designed to automatically control the movement of the test probe 1 in all three spatial directions.
  • the control device 33 determines the point in time at which the circuit board 21 to be tested is contacted. If the Z coordinate of the test probe 5 is detected at this time, the height of the circuit board 21 to be tested is determined at the corresponding contact point of the circuit board 21 to be tested.
  • the height of the surface of the circuit board 21 to be tested is detected by the method according to the invention.
  • the test probe is controlled in accordance with the previously detected height of the surface of the printed circuit board 21, that is to say that the test probe is moved in the Z direction with the test tip 5 up to the height in the Z direction at a high travel speed and only when Is reached or shortly before it is braked. Shortly before that means that the test probe is braked when the distance between the test tip 5 and the detected surface of the printed circuit board is less than 1 or 2 millimeters.
  • the test probe 1 is then moved at a lower speed until an actual contact with the surface of the printed circuit board 21 is determined by means of the contacting sensors 16.
  • the test method is automatically adapted to the level of the surface of the circuit board 21 to be tested, which can often vary somewhat.
  • the movement of the test probes in the Z direction is preferably controlled such that the test probes are stopped when the circuit board to be tested is contacted when the contacting sensors 16 detect a certain contact force with which the test probe 5 is pressed against the surface of the circuit board.
  • the predetermined contact force corresponds to a specific quantity of light detected by the light barrier elements. If a change in the amount of light or in the contact force is found during contact with a printed circuit board, the test probes are readjusted accordingly in the Z direction. This is very advantageous when testing elastic printed circuit boards, since it can be the case that several test fingers contact an elastic printed circuit board at the same time at printed circuit board test points that are close together.
  • the elastic printed circuit board can be pushed through a bit, which changes the location of the surface of the printed circuit board.
  • the individual test probes are followed up accordingly, so that reliable contacting with a predetermined contact force is ensured even with such a time-varying surface shape.
  • a level of the surface of the circuit board 21 to be tested is determined, but the levels of several points on the circuit board are determined and the surface of the circuit board 21 to be tested is simulated by means of an interpolation.
  • This is particularly advantageous in the case of flexible circuit boards, since such circuit boards can curl due to their flexibility and thus form a three-dimensionally shaped surface in the test device 32. 8, fictitious grid lines 34 are shown.
  • the levels in the region of the crossing points of the grid lines 34 are recorded. On the basis of these levels, the entire surface of the circuit board to be tested is simulated using an interpolation process.
  • the control device 33 automatically determines the Z coordinate of each individual circuit board test point to be tested. This means that each individual PCB test point to be tested with respect to its Z- Coordinate is controlled individually, the test probe with its test probe 1 being driven at high speed up to or shortly before the level of the individual circuit board test point, and then the movement of the test probe 1 is braked until contact with the contacting sensor is actually detected.
  • the corrugation of the circuit board can also result in deviations of the X coordinates and Y coordinates of the circuit board test points from their target coordinates. Since the shape of the surface of the circuit board is simulated, the corresponding deviations can easily be determined from this.
  • the spline interpolation method is preferably used as the interpolation method.
  • a curve with the help of a spline function is determined by predetermined points of the plane to be simulated
  • the measurement method is thus easily adapted to the level of a circuit board to be tested.
  • the invention relates to a method for testing printed circuit boards, in particular bare printed circuit boards.
  • the level of the surface of a circuit board to be tested is automatically detected during a contacting process and the further contacting processes are then controlled in accordance with the detected level.

Abstract

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.

Description

Verfahren zum Testen von unbestückten Leiterplatten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von unbestückten Leiterplatten mittels eines Fingertesters, der mehrere Prüffinger aufweist, die zum Kontaktieren von Leiterplattentestpunkten einer zu testenden Leiterplatte automatisch verfahren werden.
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 o- der 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 Leiterplattentest- punkte 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 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 JP 02-130477 A geht ein Verfahren zum Testen von Leiterplatten mittels eines Fingertester mit einem Prüffinger hervor, wobei dieser zum Kontaktieren von Leiterplattentestpunkten einer zu testenden Leiterplatte automatisch verfahren wird. Der Prüffinger weist eine Prüfsonde auf, die zwei Kontaktspitzen besitzt. Mittels der beiden Kontaktspitzen und einem Kontaktierungssensor wird der Zeitpunkt festgestellt, wann die Prüfsonde mit einem Leiterplattentestpunkt der zu testenden Leiter- platte in Berührung tritt, so dass an Hand dieses Zeitpunktes und der Position der Prüfspitzen das Niveau der Oberfläche des Leiterplattentestpunktes ermittelt wird.
Aus der US 4,926,345 geht eine Vorrichtung zum Trimmen von Leiterbahnen von Leiterplatten hervor. Hierbei werden die Leiterbahnen mittels eines automatischen verfahrbaren Messers auf die gewünschte Breite zu geschnitten. Vor Ausführung des Schneidvorganges wird jedoch mittels eines Sensors der Verlauf dere Leiterbahn erfasst und zudem ein Höhenprofil der Leiterplatte erstellt, so dass der Schneidvorgang mit der gewünschten Genauigkeit ausgeführt werden kann.
In der US 5,489,855 ist ein Fingertester mit mehreren Prüffingern 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 Kon- taktierungssensor 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 Kontaktierungsvorgange 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 Kontaktierungsvorgange 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:
Fig. 1 eine erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen 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 zweites 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 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Prüfsonde in perspektivischer Ansicht,
Fig. 6 die Prüfsonde aus Fig. 5 ohne Gehäuse in perspektivischer Ansicht,
Fig. 7 schematisch eine erfindungsgemäße Prüfsonde in der Seitenansicht mit Ab- messungen,
Fig. 8 schematisch einen erfindungsgemäßen Fingertester in perspektivischer Ansicht.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ßen 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 11 a bis 11 h versehen ist. Die oberen Haltearme 6, 7 sind jeweils über Leiterbahnen mit der Kontaktfläche 11a bzw. 11 h 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 11 a bis 11 h 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 Hal- terung 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 Leiterbah- nen 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 emp- fangender 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. Hier- durch 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. 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 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. 7 in Millimeter angegeben sind, sind derart bemes- sen, 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 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. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, bei weichem die Haltearme 6 bis 9 innerhalb einer elektrisch leitenden Wanne 27 angeordnet sind, die die als e- lektrische 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 Befesti- gungsstelle 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.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Prüfsonde (Fig. 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 200μm hergestellt. Es sind alle Bleche geeignet, die eine gute elektrische Leitfähig- keit und gute elastische Eigenschaften besitzen. Die Haltearmpaare sind deshalb schmale Blechstreifen, die in der Draufsicht V-förmig angeordnet sind. Etwa längs- mittig 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 Halte- arme bei einer Auslenkung wechselt (= Wendepunkt) (Fig. 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 Kon- taktplatte 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.
Fig. 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 Leiter- platte 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 21 A positioniert. Danach wird die Kontaktspitze auf den Leitarplattentestpunkt 21 A 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 Fig. 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 Fig. 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 detektie- ren, 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 O- berfläche 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 Fig. 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 fest- gestellt 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 Kontaktie- rungssensor aufweisen, besteht zudem das Problem, dass wellige Leiterplatten oft- mals 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: [xι, Xn] > R
gelegt. Dies ist durch folgende Bedingungen festgelegt:
a) s (Xj = yi) das heißt, die Ausgangspunkte liegen auf dem Graphen von s; b) s = [xι, 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 [Xj, Xj+ι] 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 Kontaktierungsvorgange 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.
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 Leiterplatte
21A Leiterbahn
22 Leiterplattentestpunkt
23 Leiter
24 Stromquelle
25 Leiter
26 Spannungsmesser
27 Wanne
28 Bodenwandung
29 Seitenwandung
30 Quersteg
31 Linearantrieb Prüfvorrichtung
Steuereinrichtung
Gitterlinien
Quersteg
Messfahne
Basisplatte
Abstandshülse
Plättchen
Wandung
Kontakstift
Kontaktplatte
Leitung
Halteelement
Traverse
Förderriemen
Verbindungssteg
Prüfkopf

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Testen von unbestückten Leiterplatten mittels eines Fingertesters, der mehrere Prüffinger aufweist, die zum Kontaktieren von Leiterplattentestpunkten einer zu testenden Leiterplatte automatisch verfahren werden, wobei die Prüffinger jeweils eine Prüfsonde (1) aufweisen, die mit einem Kontaktierungssensor (16) versehen ist, mit dem ermittelt wird, wenn eine Prüfspitze (5) der Prüfsonde (1) mit der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte in Berührung tritt, so dass anhand dieses Zeitpunktes und der Position der Prüfspitze (5) zu diesem Zeitpunkt das Niveau der Oberfläche der zu testenden Leiterplatte (21) ermittelt wird, und Kontaktierungsvorgange zum Kontaktieren weiterer Leiterplattentestpunkte nach Maßgabe des ermittelten Niveaus angesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das beim Kontaktieren eines Leiterplattentestpunktes die Prüfsonden (1) mit hoher Geschwindigkeit in Richtung zum Leiterplattentestpunkt (21 A) bewegt werden und beim Erreichen des vorab erfassten Niveaus oder kurz davor auf einer geringere Geschwindigkeit abgebremst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Prüfsonde (1) beim Kontaktieren eines Leiterplattentestpunktes angehalten wird, sobald durch den Kontaktierungssensor (16) eine Berührung mit der Leiterplatte festgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kontaktierungssensor (16) eine bestimmte Kontaktkraft festgestellt wird, mit welcher die Prüfsonde (1) gegen eine zu testenden Leiterplatte (21) gedrückt wird, und falls eine Abweichung der detektierten Kontaktkraft von einer vor- bestimmten Kontaktkraft festgestellt wird, die Prüfsonde (1) entsprechend nachjustiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren über der Leiterplatte verteilt angeordneten Punkten die Niveaus erfasst werden und anhand der erfassten Niveaus die Oberfläche der Leiterplatte durch ein Interpolations-Verfahren simuliert wird, wobei die simulierte Oberfläche zum Ansteuern weiterer Kontaktierungsvorgange verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Interpolations-Verfahren das Spline-Interpolations-Verfahren s ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an Hand der simulierten Oberfläche Veränderungen der X-Koordinaten und Y- Koordinaten von zu testenden Leiterplattentestpunkten gegenüber ihren Soll- Koordinaten berechnet werden und nach Maßgabe dieser geänderten X- Koordinaten und Y-Koordinaten die Leiterplattentestpunkte angesteuert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine biegsame Leiterplatte getestet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktierungssensor eine Lichtschranke (16) mit einer Lichtmessstrecke verwendet wird, in die eine mit einer Prüfnadel (2) verbundene Fahne (17) zum Unterbrechen der Lichtmessstrecke eingreift.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfsonde (1) verwendet wird, die eine Prüfnadel (2) aufweist, deren Prüfspitze (5) mit den Leiterplattentestpunkten (22) in Kontakt bringbar ist, und die mittels zwei Paar elastisch federnder Haltearme (6, 7, 8, 9) schwenkbar an einer Halterung (10) befestigt ist, wobei jeweils ein Paar Haltearme in einer Ebene angeordnet sind, mit einem Ende an der Prüfnadel (2) und mit dem anderen Ende an der Halterung (10) befestigt sind und in der Draufsicht jedes Paar Haltearme ein Dreieck aufspannt.
11. Prüfvorrichtung mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
PCT/EP2004/002420 2003-05-09 2004-03-09 Verfahren zum testen von unbestückten leiterplatten WO2004099802A1 (de)

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