DE2311903A1

DE2311903A1 - Verfahren und einrichtung zur ortung von kurzschluessen in mehrlagenverdrahtungen

Info

Publication number: DE2311903A1
Application number: DE2311903A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Seddick
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-09
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1974-09-12
Also published as: FR2220796A1; FR2220796B1; IT1003688B; JPS50369A; GB1419354A; NL7402904A; LU69582A1; US3992663A; CH563587A5; BE812056A

Description

Verfahren und Einrichtung zur Ortung von Kurzschlüssen in Mehrlagenverdrahtungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung von Kurzschlüssen in Mehrlagenverdrahtungen, insbesondere in Multilayer-Bausteinen.

Bei elektrischen Geräten größeren Ausmaßes, die aus vielen Einzelbaugruppen bestehen, sowie bei den teils umfangreichen Baugruppen selbst,setzt sich immer mehr eine feste Verdrahtung durch, bei der gedruckte Leiterplatten miteinander verklebt und untereinander mit Durchkontaktierungen verbunden werden (Multilayer)» Derartige Multilayer enthalten sowohl Ebenen, die nur aus Leiterbahnen für Längs- oder Querverbindungen bestehen, als auch solche,die auf der gesamten Fläche Masse oder Spannung führen. Zur Herstellung dieser Leiterflächen werden Filme mit den entsprechenden Leiterbahnbildern erstellt sowie Filme für die Masse- und Spannungsebenen mit den nötigen Freiätzungen für die Durchkontaktierungen der Signalleitungen.

Damit ein mehrlagiger Multilayer - es sind Multilayer mit bis zu 30 Lagen bekannt - nicht zu dick wird, werden die 'einzelnen Schichten aus dünnen, kupferkaschierten Folien (ca. 0,2 mm) erstellt. Bei der Herstellung von Multilayern kommt daher neben den bekannten Fehlern wie X'tzbrücken und Leiterbahnunterbrechungen nicht selten ein weiterer Fehler hinzu, der beim Zusammenkleben der einzelnen Multilayer-Ebenen entsteht. Hier besteht nämlich die Gefahr, daß sich

VPA 9/655/2002 Sta/Rth

Λ09837/0605

bei schlechter Verarbeitung eine Lage verzieht, so daß bei der folgenden Durchkontaktierung unerwünschte Verbindungen entstehen können. Unerwünschte Kurzschlußbrücken können aber auch beim Schwallöten durch Zinnspritzer verursacht werden. Eine anschließende Überprüfung des Mulitlayers auf eventuelle Fehlerstellen ist daher unerläßlich, wobei man sich bei großen Stückzahlen vorzugsweise eines Rechners bedient. Für kleine Stückzahlen - wie z.3. für Muster - ist dagegen diese Methode zu aufwendig, so daß hier nur eine Prüfung anhand von Stichproben übrig bleibt und deshalb vorhandene Fehler oft erst beim Betrieb des Gerätes bemerkt werden.

Da die Kosten für einen Multilayer bei Herstellung in kleinen Stückzahlen erheblich ansteigen_? ist insbesondere bei Musteranfertigungen oft kein Reservemultilayer zum Auswechseln des defekten Bausteins vorhanden, so daß eine Reparatur erforderlich wird. Bei Leiterbahnunterbrechungen besteht die Möglichkeit, diese durch einen Draht zu überbrücken, dagegen bereitet die Beseitigung von Kurzschlüssen - diese kommen im allgemeinen viel häufiger vor - weit größere Schwierigkeiten, insbesondere schon deshalb, weil die Stelle, an der der Kurzschluß auftritt, von außen nicht erkennbar ist. Eine etwas rauhe Methode, dem Kurzschluß mit einem Stromstoß zu begegnen, scheidet aus, weil sie fast immer zur Zerstörung des Multilayers führt. Es läßt sich zwar damit der Kurzschluß beseitigen, die dabei entstehenden Gase blähen jedoch den Multilayer auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Ortung von Kurzschlüssen in Mehrlagenverdrahtungen einen möglichst einfachen Weg aufzuzeigen. Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß an den Anschlußpunkten zweier durch einen Kurzschluß miteinander verbundener

409837/0605

VPA 9/655/2002 - 3 -

Leiterbahnen und/oder Spannungsebenen eine Wechselspannung angelegt wird und daß der räumliche Verlauf des durch den Kurzschluß geschlossenen Strom-kreises mittels einer elektromagnetischen Sonde in der Weise ermittelt wird, daß die Sonde im Maximum des längs der Leiterbahnen auftretenden Magnetfeldes geführt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist ferner vorgesehen, daß mittels einer ersten Sonde eine Grobeinstellung und anschließend mittels einer Feinsonde die genaue Lage des Kurzschlusses ermittelt wird.

Weitere Merkmale, die sich auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beziehen, ergeben sich aus den Unteransprüchen 4 bis 10.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer MehrSchichtenverdrahtung in einer sog. Explosionsdarstellung

Fig· 2 das Schaltbild eines NF-Transistorverstärkers zur Verwendung in einer Magnetkopf-sonde.

Im einzelnen zeigt die Fig. 1 zwei Leiterbahnebenen 1,2, deren Leiterbahnen 3, 4 bzw. 5» 6 durch je eineDurchkontaktierung 7 bzw, 8 miteinander verbunden sind. Durch Messungen wird nun ermittelt, daß zwischen den Leitungszügen 3, 7» 5 und 4,8, 6 an irgendeiner Stelle ein Kurzschluß vorhanden sein muß. Legt man an die durch den Kurzschluß miteinander verknüpften Leiterbahnabschnitte, beispielsweise an den Anschlußpunkten 3', 4¹ der beiden Leiterbahnen 3» 4 eine vorzugsweise niederfrequente Wechselspannung, so kann anhand des durch den Wechselstrom entstehenden Magnet-

409837/0 605 VPA 9/655/2002 - 4 - '* "

feldes der Verlauf der Leiterbahnen und damit auch die genaue Stelle des zwischen den beiden Leitungszügen 3, 7> 5 und 4, 8, 6 vorhandenen Kurzschlusses induktiv festgestellt v/erden. Als induktive Sonde dient dabei ein Magnetkopf M, z.B. der Magnetkopf eines Magnettongerätes, dem ein NF-Verstärker V mit einem elektroakustischen Wandler, beispielsweise einem Kopfhörer K, als Indikator, nachgeschaltet ist. Als Indikator kann aber beispielsweise auch ein herkömmliches Wechselspannungsmeßgerät verwendet werden. Da Kupfer für Magnetfelder keinen Schirm darstellt, kann mittels der Sonde jede Schicht des Multilayers, auch wenn Masse- und Spannungsebenen vorhanden sind, abgetastet werden. Als Wechselspannungsquelle wird vorzugsweise ein Impuls- oder Sinusgenerator G mit einer Stromstärke von ca. 50 mA und einer Frequenz von ca. 600 Hz verwendet. Mit Hilfe des Magnetkopfes, dessen Luftspalt vorzugsweise eine Breite von ca. 30/um aufweist, ist es möglich, ein Maximum der Lautstärke des 600 Hz-Tones festzustellen, wenn der Magnetkopf genau entlang der vom Wechselstrom durchflossenen Leitungsbahnen und somit im Maximum des Magnetfeldes geführt wird. Er wird dabei zwangsläufig auch an der Stelle vorbeigeführt, an der sich der Kurzschluß befindet. Im dargestellten Beispiel befindet sich die KurzSchlußstelle in der Leiterbahnebene 2 genau zwischen den Durchkontaktierungspunkten der beiden Leiterbahnen 5 und 6. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die Ortung des Kurzschlusses mittels Koordinatenabtastung automatisch durchzuführen.

Anhand der Multilayer-Filme können nun Schlüsse über die Entstehung des Fehlers und seiner Beseitigung gezogen v/erden. Meistens kann durch Aufbohren einer oder mehrerer Durchkontaktierungen eine der beiden durch den Kurzschluß miteinander verknüpften Leitungen isoliert werden. Die fehlende Leitung wird schließlich durch einen Draht ersetzt.

VPA 9/655/2002 4 09837/0605 - 5 -

-P-

Das Schaltbild des zwischen Magnetkopf M und Kopfhörer K eingeschalteten Verstärkers V ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser NF-Verstärker besteht aus drei Transistörstufen, wobei die beiden ersten Transistoren T1, T2 in Emitterschaltung, der dritte und letzte Transistor T3 dagegen in Kollektorschaltung betrieben sind. Zwischen Magnetkopf H und der Basis des ersten Transistors T1, zwischen Kollektor von T1 und Basis von T2 sowie zwischen der den Verstarkerausgang darstellenden Emitterelektrode von Transistor T3 und dein Kopfhörer K ist je eine Koppelkapazität C1, C2, C3 eingeschaltet. Der Kollektor von T2 und die Basis von T3 sind dagegen galvanisch miteinander verbunden. Zwischen kollektor und Basis des zweiten Transistors T2 ist ferner ein Gegenkopplungsv/iderstand R eingeschaltet. In den Emitter- und Kollektorzweigen aller Transistoren sind die üblichen Arbeitswiderstande vorgesehen.

2 Figuren
10 Patentansprüche

VPA 9/655/2002 . - 6 -

409837/060S

Claims

Patent ansp rü ehe

Verfahren zur Ortung von Kurzschlüssen in Mehrlagenverdrahtungen, insbesondere in Multilayer-Bausteinen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußpunkten zweier durch einen Kurzschluß miteinander verbundener Leiterbahnen und/oder Spannungsebenen eine Wechselspannung angelegt v/ird und daß der räumliche Verlauf des durch den Kurzschluß geschlossenen Stromkreises mittels einer elektromagnetischen Sonde in der Weise ermittelt wird, daß die Sonde im Maximum des längs der Leiterbahnen auftretenden Magnetfeldes geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch I₅. dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer ersten Sonde eine Grobeinstellung und anschließend mittels einer Feinsonde die genaue Lage des Kurzschlusses ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ortung des Kurzschlusses mittels Koordinatenabtastung automatisch durchgeführt wird. ■
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als V/echselspannungsquelle ein Sinus- oder Impulsgenerator und als Sonde ein Magnetkopf mit nachgeschaltetem Indikator vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Betriebsfrequenz der Wechselspannungsquelle im Niederfrequenzbereich bis etwa 1 kHz

liegt. 409837/0605
VPA 9/655/2002 - ' - 7 -
6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz bei etwa 600 Hz gewählt ist.
7. Einrichtung nach einein der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Indikator ein Wechsel spannungsmeßgerät vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Indikator ein elektroakustischer Wandler vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als elektroakustischer Wandler ein Kopfhörer verwendet ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Magnetkopf und elektromagnetischem Wandler ein Verstärker eingeschaltet ist.

VPA 9/655/2002

409837/0605