DE10207878B4 - Vorrichtung zum Erfassen, Haltern und Prüfen von elektronischen Baugruppen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen, Haltern und Prüfen von elektronischen Baugruppen, bestehend aus zwei biegesteifen Rahmenteilen (1, 12), wobei das obere Rahmenteil (1) mit dem unteren Rahmenteil (12) über eine gelenkige Verbindung (11) schwenkbar verbunden ist und zwei Klemmschienen (21, 22) trägt, von denen wenigstens eine derart verschiebbar und lagefixierbar ist, daß von ihnen ein Prüfling (3) in Nuten lagefixiert erfaßbar ist, wobei auf den Klemmschienen (1, 12) an ihrer Ober- und Unterseite frei positionierbar, verschieb- und lagefixierbar kraftschlüssig mehrere Prüfnadel-Träger (Probes 4) angeordnet sind, die aus einem Fuß (41), der Haltemittel für ein Kippklemmlager (42), ein dieses klemmenden Kipphebel (43) und wenigstens ein verschiebbares Rohr (44), an dessen prüflingsseitigem Ende eine gefederte Prüfnadel (46) befestigt ist, bestehen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen, Haltern und Prüfen von elektronischen Baugruppen.
• Eine elektronische Baugruppe im Sinne vorliegender Erfindung besteht aus einem Substrat bzw. Schaltungsträger, der aktive und passive Bauelemente trägt und zusätzlich die Verdrahtungsfunktion für die erforderlichen elektrischen Verbindungen übernimmt.
• Zur Prüfung der elektronischen Baugruppe muß diese mit einem oder mehreren Prüfgerät(en) elektrisch verbunden werden, um Unterbrechungen bzw. Kurzschlüsse in ihrem elektrischen Netzwerk bzw. fehlerhafte statische/dynamische Parameter an entsprechenden elektrischen Schaltungsknoten erkennen oder nachweisen zu können. Die elektrische Verbindung der elektronischen Baugruppe mit den Prüfgeräten erfolgt üblicherweise mittels Prüfnadeln und damit verbundenen Anschlußleitungen.
• Nach dem Stand der Technik sind technische Lösungen bekannt, die derartige Prüfungen nur mit erheblichem technischen Aufwand bzw. nur teilweise lösen.
• Lösungen der ersten Art sind teure, für die automatische Prüfung größerer Stückzahlen geeignete Adapter-Tester (ICT, Prüfköpfe) bzw. Flying Prober.
• Bei Adaptertestern muß ein prüflings-spezifischer Adapter erstellt werden, der für jeden Schaltungsknoten eine Prüfnadel aufweist, die dann alle gleichzeitig in Kontakt mit dem Prüfling gebracht werden. Die Herstellung und Lagerung dieser Adapter ist kostenintensiv. Der Kostenanteil zur Herstellung steigt dabei naturgemäß mit sinkender Zahl von Prüfungen, da der Adapter für jeden Prüflingstyp neu erstellt werden muß.
• Ein solches Testgerät, bei dem eine separate Justierung einzelner Prüfnadeln nicht möglich ist, wird z.B. in GB 1 233 309 A beschrieben.
• Neben des erheblichen konstruktiven Aufwands dieser Vorrichtung haften ihr weiterhin folgende Nachteile an:
• – die Prüflinge sind konstruktionsbedingt nur einseitig von den Prüfnadeln erfaßbar,
• – durch die Gestaltung des Nadelträgers sind feste Probepositionen vordefiniert und
• – im Prüfablauf sind eventuell benötigte zusätzliche Prüfpositionen nicht nachsetzbar.
• Flying Prober umgehen diesen Nachteil, indem jede Nadeln mit einem eigenen Positionierantrieb versehen ist. Dabei ist der außerordentlich hohe Investitionsaufwand besonders nachteilig. Außerdem ist die Anzahl der Prüfnadeln im allgemeinen auf vier Stück begrenzt, so daß dabei die Schaltungsknoten nur sequentiell mit entsprechendem Zeitaufwand abgearbeitet werden können.
• Entscheidender Nachteil dieser Lösungen sind die hohen Kosten für Hard- und Software, so daß diese bei zu prüfenden Kleinststückzahlen und insbesondere für Laboranwendungen nur in Ausnahmefallen eingesetzt werden.
• Das zusätzliche Antasten verschiedener Schaltungsknoten mittels einer manuell geführten Prüfnadel ist dabei nicht vorgesehen und in Regel auch nicht möglich.
• Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß nur "prüfgerecht" gestaltete Schaltungsknoten angetastet werden können. Einzelne Bauelementeanschlüsse (Pins, Metallisierungen) sind im allgemeinen nicht zugänglich.
• Die bekannten üblichen, nur für kleine Stückzahlen einsetzbaren Laborlösungen weisen im wesentlichen folgende Merkmale und Nachteile auf:
• – Es finden gefederte Tastspitzen Verwendung. Dabei kann ein Operator gleichzeitig nicht mehr als zwei Tastspitzen aufsetzen. Weiterhin ist dabei entweder nur die Unterseite oder aber Oberseite des Prüflings zugänglich.
• – Sofern vorhanden, erfolgt ein Anschluß über Steckverbinder des Prüflings, damit ist nicht jeder Schaltungsknoten verfügbar.
• – Der Einsatz gefederter Meßklemmen ist nur an Bauelementeanschlüssen möglich und nicht an planaren Strukturen. Dabei besteht die Gefahr von Kurzschlüssen, mechanischen Verletzungen, Abrutschen wegen der Kräfte der Anschlußleitungen.
• – Ein Anlöten der Messleitungen bedeutet einen Eingriff in den Prüfling, einen negativen Einfluß auf die Optik, diese Vorgehensweise ist aufwendig und bedingt eine elektrostatische Zerstörungsgefahr von elektronischen Bauteilen.
• Kombinationen von vorstehend genannten Merkmalen sind die übliche Praxis, verbunden mit den genannten Nachteilen.
• Weiterhin ist in US-PS 4,956,923 beispielhaft die Ausbildung eines Prüfnadel-Trägers beschrieben, der für mikroskopische Verwendungen vorgesehen ist. Der dort beschriebene Nadelträger läßt sich frei über dem Prüfling positionieren, ist allerdings über ein Teleskoprohr nur in einer Dimension verschiebbar. Eine Feinverstellung der Prüfnadel im μm-Bereich wird vermittels einer Stellschraube am dort vorgesehenen Teleskoprohr bewirkt. Ein identisch definiert vorgeb- und einstellbarer Anpreßdruck aller zum Einsatz gelangenden Prüfnadelspitzen läßt sich bei dieser Lösung jedoch nicht realisieren. Zur Verwendung in vorliegender Erfindung ist der dort beschriebene Nadelträger daher nicht geeignet.
• Vorliegende Erfindung stellt eine Lösung dar, die zwischen teuren, für die automatische Prüfung größerer Stückzahlen geeigneter Adapter Testern (ICT, Prüfköpfe) bzw. Flying Probern und bekannten einfachsten labormäßigen Behelfslösungen einzuordnen ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Vorrichtung zum Prüfen von elektronischen Baugruppen bereitzustellen, die den gleichzeitigen Eingriff mehrerer frei positionierbarer und während der Prüfung dauerhaft aufsitzender Prüfnadeln derart gestattet, daß die zu prüfende Baugruppe für wenigstens eine zusätzlich manuell geführte Prüfnadel dabei sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite zugänglich bleibt. Dabei sollen die während der Prüfung dauerhaft aufsitzenden Prüfnadeln in weitgehend unbeschränkter Anzahl angeordnet werden können.
• Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen sind durch die Unteransprüche erfaßt.
• Die Erfindung soll nachstehend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
• 1 eine Ausführungsmöglichkeit vorliegender Erfindung in perspektivischer Ansicht und
• 2 eine Ausbildungsmöglichkeit eines Probe und seine Anordnung auf einer Klemmschiene.
• 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen, Haltern und Prüfen von elektronischen Baugruppen in perspektivischer Ansicht. Die Vorrichtung, welche stark vereinfacht dargestellt ist, besteht aus einer biegesteifen Rahmenkonstruktion, wofür in der 1 ersichtliche Profilelemente zum Einsatz gelangen.
• Auf einem oberen, schwenkbaren Rahmen 1 sind zwei Klemmschienen 21, 22 vorgesehen, wobei wenigstens eine dieser Klemmschienen leicht zu verschieben und fixierbar ist. Vorzugsweise sind beide Klemmschienen verschieb- und in ihrer Position fixierbar. Von diesen Klemmschienen ist der Prüfling 3, beidseits, seiner Größe angepaßt, lagefixiert in Nuten aufnehmbar. Eine solche Nut ist in 2 ersichtlich. Dabei ist eine Klemmschiene 21 als (hartes) Gegenlager ausgebildet und die andere Klemmschiene 22 mit einem elastischen Element (vorzugsweise einem Elastomer) versehen, so daß der Prüfling 3 mit hoher Lagegenauigkeit gehalten werden kann. Das Aufsetzen von Prüfnadeln auf die Unterseite des Prüflings erfolgt bei hochgeschwenktem Rahmen (hier nicht näher dargestellt), wozu eine gelenkige Verbindung 11 des oberen Rahmens 1 mit dem unteren Rahmenteil 12 vorgesehen ist.
• Beide Klemmschienen 21, 22 sind auf der Ober- und Unterseite so ausgebildet, daß sie als Basis für frei positionierbare Prüfnadel-Träger (Probes) 4 dienen und zusätzlich eine kraftschlüssige Lagefixierung der Probes 4 ermöglichen, was bspw. vermittels eines im Fuß 41 untergebrachten Magneten, durch einen Vakuumsaugfuß oder dgl. erfolgen kann.
• Es können also, soweit es die räumlichen Bedingungen zulassen, beliebig viele Probes 4 auf der Ober- und Unterseite der Klemmschienen 21, 22 vorgesehen sein und entsprechend viele Prüfnadeln auf der Ober- und Unterseite des Prüflings 3 aufgesetzt werden.
• 2 zeigt eine Ausbildungsmöglichkeit eines Probe und seine Anordnung auf einer Klemmschiene. Im Beispiel besteht jede Probe 4 aus einem Fuß 41, einem Kippklemmlager 42, einem Klemmhebel 43, vorzugsweise, insbesondere bei größeren Prüflingen 3 aus einem äußeren und inneren Teleskoprohr 44, 45 und einer gefederten Prüfnadel 46.
• Der Fuß 41 trägt den Probe und ist im Beispiel durch einen Permanentmagaeten gebildet, so daß bei/nach Ausrichtung des Probes eine kraftschlüssige Verbindung zur ferromagnetischen Klemmschiene 21, 22 hergestellt ist.
• In dem Kippklemmlager 42 des Probe 4 kann das äußere Teleskoprohr 44 verschoben, gekippt und mittels des Klemmhebels 43 klemmend lagefixiert werden. In Arbeitsstellung, bei auf den Prüfling 3 aufgesetzter Prüfnadel 46, liegt die Teleskopachse bevorzugt horizontal.
• Im äußeren Teleskoprohr kann das innere Teleskoprohr (verlängernd) leicht verschoben werden. An seinem vorderen Ende ist die gefederte Prüfnadel 46 im Beispiel senkrecht zur Teleskopachse befestigt.
• Um einen Schaltungsknoten während der Prüfung dauerhaft zu kontaktieren, wird der Probe 4 auf der Klemmleiste 21 oder 22 grob ausgerichtet. Dabei ist der Probe 4 bei geöffnetem Kippklemmlager angekippt um bei der Feinpositionierung die Prüfnadel 46 zu schonen. Sobald die Zielposition erreicht ist, wird der Teleskoparm soweit abgesenkt, wobei er gegen die Federkraft der Prüfnadel 46 wirkt, bis der Teleskoparm die bevorzugte horizontale Lage erreicht hat und das Kippklemmlager 42 festgestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird so eine dauerhafte Selbstfixierung des inneren Teleskoprohres (in Vektor-Richtung) und damit des gesamten Probes bzw. der Prüfnadel auf dem Schaltungsknoten erzielt.
• Sofern der Schaltungsknoten nicht weit von der Klemmschiene 21 oder 22 entfernt ist, bzw. die zu prüfende Baugruppe nur kleine Dimensionen aufweist, kann das Teleskoprohr auch durch ein einfaches Rohr ersetzt werden. Das Rohr 44, 45 kann selbstverständlich auch durch Hohlprofile anderer Querschnittsform ersetzt werden.
• Die Probes 4 weisen an ihrem der Prüfnadelspitze gegenüberliegenden Ende einen Steckanschluß auf, an den eine Anschlußleitung 7 lösbar angebunden werden kann. Damit wird die Grobpositionierung der Probes vereinfacht und für unterschiedliche Leitungslängen müssen nicht verschiedene Probes vorgehalten werden.
• Es ist sinnvoll alle elektrischen Anschlußleitungen in einem Verteiler 6, der direkt am schwenkbaren Rahmen 1 befestigt ist, zusammenzufassen. Neben der beschriebenen lagefixierten Befestigung mehrerer Probes 4 besteht nunmehr zusätzlich die Möglichkeit wenigstens eine weitere Prüfnadel manuell aufzusetzen.
• Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung die Positionierung der Probes 4 nicht nur manuell, sondern auch automatisch mittels eines Positioniersystems vorzunehmen.

1

schwenkbarer Rahmen

11

gelenkige Verbindung

12

unterer Rahmenteil

3

Prüfling

4

Prüfnadelträger (Probe)

41

Fuß

42

Kippklemmlager

43

Klemmhebel

44

äußeres Teleskoprohr

45

inneres Teleskoprohr

46

Prüfnadel

6

Verteiler für Anschlußleitungen

7

Anschlußleitung

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Erfassen, Haltern und Prüfen von elektronischen Baugruppen, bestehend aus zwei biegesteifen Rahmenteilen (1, 12), wobei das obere Rahmenteil (1) mit dem unteren Rahmenteil (12) über eine gelenkige Verbindung (11) schwenkbar verbunden ist und zwei Klemmschienen (21, 22) trägt, von denen wenigstens eine derart verschiebbar und lagefixierbar ist, daß von ihnen ein Prüfling (3) in Nuten lagefixiert erfaßbar ist, wobei auf den Klemmschienen (1, 12) an ihrer Ober- und Unterseite frei positionierbar, verschieb- und lagefixierbar kraftschlüssig mehrere Prüfnadel-Träger (Probes 4) angeordnet sind, die aus einem Fuß (41), der Haltemittel für ein Kippklemmlager (42), ein dieses klemmenden Kipphebel (43) und wenigstens ein verschiebbares Rohr (44), an dessen prüflingsseitigem Ende eine gefederte Prüfnadel (46) befestigt ist, bestehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Nut der ersten Klemmschiene als hartes Gegenlager für den Prüfling (3) ausgebildet ist und die Nut der zweiten Klemmschiene mit einem elastischen Element in Form einer elastomeren Einlage versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Prüfnadel-Träger (Probes 4) ein äußeres (44) und ein inneres Teleskoprohr (45) aufnehmen, wobei die gefederte Prüfnadel (46) am prüflingsseitigen Ende des inneren Teleskoprohres (45) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, bei der, daß die Prüfnadeln (46) an ihrem der Prüfnadelspitze gegenüberliegenden Ende mit einem Steckanschluß zur lösbaren Befestigung einer elektrischen Anschlußleitung (7) versehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der alle elektrischen Anschlußleitungen (7) von einem Verteiler (6), der direkt am schwenkbaren Rahmen (1) befestigt ist, erfaßt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Fuß (41) einen Magneten enthält oder als Vakuumsaugfuß ausgebildet ist.