DE4134193A1 - Verfahren und vorrichtung zur pruefung einer elektrischen leiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer elektrischen Leiteranordnung, insbesondere von Leiterbahnen einer Leiterplatte, auf Kurzschluß und/oder Unterbrechung, bei dem Prüfpunkte der Lei­ teranordnung mittels Meßsonden kontaktiert und die ermittelten Meßergebnisse ausgewertet werden.

Das vorstehend genannte Verfahren ist bekannt. Für die Prüfung werden mittels der genannten Meßsonden die Prüfpunkte einer Leiteranordnung, beispiels­ weise Leiterbahnen einer Leiterplatte, kontaktiert, wobei stets mittels eines Meßsondenpaares ein Prüf­ strom über die Leiteranordnung geschickt wird. Hierdurch läßt sich feststellen, ob die Leiteran­ ordnung einen Kurzschluß oder eine Unterbrechung aufweist. Üblicherweise wird zu Beginn einer Prü­ fung einer Charge von zu prüfenden Leiteranord­ nungen zunächst ein intakter Prüfling der Prüfung unterzogen, wobei die ermittelten Meßergebnisse als Referenz abgespeichert werden. Bei der nachfolgen­ den Prüfung der übrigen Leiteranordnungen wird dann der Vergleich mit diesen Meßergebnissen durchge­ führt. Sind Unterschiede feststellbar, so weist die entsprechende Leiteranordnung einen Fehler auf.

Fehlerhafte Prüflinge werden gekennzeichnet und/ oder aussortiert. Vorzugsweise wird der genaue Feh­ lerort angegeben.

Das bekannte Verfahren erfordert eine Vielzahl von Prüfschritten, da beispielsweise für eine Isola­ tionsprüfung einzelner Leiterbahnen einer Leiter­ platte untereinander jede Leiterbahn gegenüber je­ der anderen Leiterbahn durch entsprechendes Anfah­ ren mit den Meßsonden geprüft werden muß. Die An­ zahl X der Prüfschritte ergibt sich nach der Bezie­ hung:

wobei y die Zahl der zu prüfenden Netze (Leiter­ bahnen) angibt. Wird einmal unterstellt, daß eine Leiterplatte 1000 voneinander isolierte Leiterbah­ nen aufweist, so hat dies für die genannte Prüfung ca. 500 000 Prüfschritte zur Folge. Das Bewegen der Meßsonden zur Durchführung dieser Prüfschritte er­ fordert entsprechend lange Zeit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Prüfung anzugeben, das bei hoher Prüfsicherheit einen wirtschaftlichen Test ermöglicht. Insbeson­ dere ist die Prüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in sehr kurzer Prüfzeit durchführbar.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leiteranordnung mit einem inhomogenen elek­ trischen Feld beaufschlagt wird und mindestens ein aufgrund des elektrischen Feldes sich bildendes elektrisches Potential von den Meßsonden an den einzelnen Prüfpunkten abgenommen und mit dem Poten­ tial anderer Prüfpunkte und/oder mit einer Referenz verglichen wird. Erfindungsgemäß ist also vorge­ sehen, daß durch das Einbringen der Leiteranordnung in das elektrische Feld aufgrund der Feldstärke an der Leiteranordnung ein elektrisches Potential er­ zeugt und mittels der Meßsonden abgegriffen wird. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Lei­ teranordnung wird das Potential bei durchgehendem Leiterzug an jedem Ort dieses Leiterzuges das glei­ che sein. Liegt beispielsweise eine Unterbrechung des Leiterzuges vor, so stellen sich an beiden Lei­ terzugteilen unterschiedliche Potentiale ein, die dann mittels der Meßsonden abgegriffen und bei der Auswertung als entsprechend unterschiedlich erkannt werden, was den Rückschluß auf die erwähnte Lei­ tungsunterbrechung zuläßt. Andererseits weisen iso­ liert voneinander verlaufende Leiteranordnungen, zum Beispiel voneinander isolierte Leiterbahnen ei­ ner Leiterplatte, aufgrund der Inhomogenität des elektrischen Feldes unterschiedliche Potentiale auf, was den Schluß zuläßt, daß es sich daher um voneinander isolierte Leiterzüge handeln muß. An­ hand gespeicherter Referenzwerte, die mit den ein­ zelnen Prüfergebnissen verglichen werden, läßt sich somit eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Prüflings treffen. Die erwähnte Inhomogenität des elektrischen Feldes ist derart zu verstehen, daß sichergestellt ist, daß bei einem intakten Prüfling das Potential jeder dort vorhandenen Leiteranord­ nung/Leiterbahn gegenüber den anderen isolierten Leiteranordnungen bzw. Leiterbahnen ein anderes ist, so daß eine klare Aussage möglich ist. Hätten getrennt, also isoliert, voneinander liegende Lei­ teranordnungen das gleiche Potential (zum Beispiel aufgrund einer entsprechenden Feldstärkevertei­ lung), so kann nicht unterschieden werden, ob diese Leiteranordnungen einen (unzulässigen) elektrischen Kontakt untereinander haben, oder ob es sich um zwar voneinander isolierte Leiteranordnungen han­ delt, die doch (zufällig) das gleiche Potential an­ genommen haben.

Um festzustellen, ob ein zusammenhängender Leiter­ zug des Prüflings eine unzulässige Unterbrechung aufweist, ist es erforderlich, einzelne Prüfpunkte (zum Beispiel Anschlußpunkte von später auf die Leiterplatte aufzulötenden elektrischen Bauelemen­ ten) mit den erwähnten Meßsonden zu kontaktieren. Wird an allen Prüfpunkten das gleiche Potential festgestellt, so ist keine Unterbrechung vorhanden. Dieses (gleiche) Potential wird in einer Auswerte­ einrichtung gespeichert. Sofern alle Leiterzüge auf diese Art und Weise geprüft sind, kann der Test auf unzulässige Kurzschlüsse zwischen diesen Leiter­ zügen dadurch erfolgen, daß die gespeicherten Meßwerte miteinander verglichen werden. Es ist also nicht erforderlich, daß jeder Leiterzug gegenüber jedem anderen Leiterzug für eine derartige Prüfung mit einer Meßsonde angefahren werden muß. Stellt sich bei dieser "rechnerischen Prüfung" heraus, daß grundsätzlich unterschiedliche Potentiale vorlie­ gen, so ist sichergestellt, daß zwischen den ein­ zelnen Leiterzügen kein unzulässiger Kurzschluß vorliegt. Sollten dennoch einmal zum Beispiel zwei Leiterzüge mit gleichem Potential aufgefunden wer­ den, so kann dies zwei Ursachen haben: Entweder liegt ein unzulässiger Kurzschluß vor oder - auf­ grund der individuellen Feldverteilung und der in­ dividuellen Ausbildung des Prüflings - hat sich auf beiden Leiterzügen zufällig das gleiche Potential ergeben, das heißt, das elektrische Feld hat nicht die eingangs erwähnte erwünschte inhomogene Vertei­ lung. Um hier Abhilfe zu schaffen kann entweder eine Feldkorrektur vorgenommen werden, so daß sich auch bei diesen beiden Leiterzügen unterschiedliche Potentiale einstellen oder es ist - wie im Stand der Technik - bei diesen beiden Leiterzügen eine Prüfung durch Bildung einer Meßschleife mittels zweier Meß­ sonden möglich, einen Kurzschluß oder eine Unter­ brechung zu erkennen.

Durch die Erfindung braucht nicht jeder Leiterzug gegenüber jedem Leiterzug für die erwähnte Prüfung mit den Meßsonden angefahren werden, sondern es wird ein rechnerischer Vergleich der gespeicherten Werte vorgenommen, so daß die Meßzeit erheblich verkürzt wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß das elektrische Feld mittels einer Elek­ trodenanordnung erzeugt wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um in einer Ebene angeordnete Ein­ zelelektroden handeln, an der unterschiedliche Spannungen liegen, so daß sich oberhalb der Gesamt­ anordnung der Einzelelektroden das gewünschte inho­ mogene, elektrische Feld ausbildet.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Prü­ fung einer elektrischen Leiteranordnung auf Kurz­ schluß und/oder Unterbrechung, wobei mindestens ein Prüfpunkt der Leiteranordnung mit elektrischer Spannung derart zum Aufbau eines elektrischen Fel­ des beaufschlagt wird, daß aufgrund seiner Feld­ stärke an einer Elektrodenanordnung mindestens ein elektrisches Potential erzeugt, erfaßt und ausge­ wertet wird. Insofern handelt es sich also um eine Umkehrung gegenüber dem vorstehend erwähnten Ver­ fahren, da nun der Prüfling über die Meßsonden mit einer bzw. mehreren elektrischen Spannungen zum Aufbau des elektrischen Feldes beaufschlagt wird und die sich aufgrund der Feldverteilung ergebenen Potentiale von einer Elektrodenanordnung erfaßt werden. Im zuvor erwähnten Verfahren wird das elek­ trische Feld also von einer Elektrodenanordnung (Antennenanordnung) der Meßeinrichtung erzeugt, während bei dem nunmehr beschriebenen Verfahren die Leiteranordnung (Leiterbahnen oder dergleichen) die Antennenanordnung für die Erzeugung des elektri­ schen Feldes bilden. Bei der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung stellt sich an der Elektrodenanord­ nung eine bestimmte Potentialverteilung ein, die sich ändert, sobald der Prüfling nicht intakt ist, das heißt also, Kurzschlüsse oder Unterbrechungen aufweist. Das Abweichen von einer vorgegebenen Po­ tentialverteilung, die einen intakten Prüfling kennzeichnet, ergibt somit die Möglichkeit, Fehler zu erkennen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Auswertung durch Vergleich mit Bezugsgrößen erfolgt. Dies wurde vorstehend schon erwähnt; die Referenzwerte bilden die genann­ ten Bezugsgrößen.

Ferner sind vorzugsweise mit der Leiteranordnung in Kontakt bringbare Verbindungsmittel zur Zu- und Ab­ führung von Prüfströmen vorgesehen. Neben der er­ wähnten elektrostatischen Prüfung können die ein­ zelnen Leiteranordnungen somit auch mit Prüfströmen beaufschlagt werden, um beispielsweise die Strom­ festigkeit zu prüfen. Insofern entspricht dieses weitere Prüfverfahren der aus dem Stand der Technik bekannten Prüfung. Stets ist zur Erzeugung einer Prüfschleife ein Abschnitt einer Leiteranordnung mit mindestens zwei Meßsonden zu kontaktieren, um den Prüfstrom einzuspeisen bzw. abzuführen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Meßsonden die Verbindungsmittel bilden. Die Meßsonden haben dann also eine Doppelfunktion, indem sie entweder zur Abnahme des Potentials bzw. für die Zuführung der Spannung zum Aufbau des elektrischen Feldes eingesetzt werden oder - bei der erwähnten Stromprü­ fung - der Zu- und Abführung des Prüfstromes dienen.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß eine Meß­ sonde oder mehrere Meßsonden verwendet werden, die als geteilte Meßsonden ausgebildet sind. Dies be­ deutet, daß sie eine zweiteilige Meßspitze mit von­ einander elektrisch isolierten, nebeneinander ange­ ordneten Spitzenbereichen aufweisen. Beim Kontak­ tieren des Prüflings treten beide Spitzenbereiche in elektrischen Kontakt mit der Leiteranordnung, sofern eine einwandfreie Funktion vorliegt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Meßsonde längsgeteilt, wobei sich zwischen den beiden Hälf­ ten eine Isolierschicht befindet. Mit einer derar­ tig geteilten Meßsonde kann eine Vier-Drahtmessung (Guarding) durchgeführt werden. Ferner ist es mög­ lich, eine Prüfung von Fehlkontaktierungen, schlechten Kontaktierungen, eine Prüfung der Posi­ tioniergenauigkeit der geteilten Meßsonde in bezug auf einen Prüfpunkt der Leiteranordnung und/oder eine Prüfung der Prüflingsposition relativ zur Testvorrichtung vorzunehmen. Hierzu wird ein Test­ stromkreis zwischen den beiden Spitzenbereichen der geteilten Meßsonde erzeugt. Dies erfolgt unabhängig von der eigentlichen Prüfung der Leiteranordnung des Prüflings. Der Teststrom fließt dabei über die beiden Kontaktstellen der beiden Spitzenbereiche und auch über einen Leiterbereich des jeweiligen Prüfpunktes beziehungsweise der jeweils kontaktier­ ten Stelle der Leiteranordnung. Bildet sich ein einwandfreier Teststrom aus, so liegt eine einwand­ freie Kontaktierung vor. Entspricht der Teststrom nicht einem Referenzwert, so ist von einer Fehlkon­ taktierung (zum Beispiel mit erhöhtem Übergangswi­ derstand) auszugehen. Bildet sich kein Teststrom aus, so liegt eine Unterbrechung vor. Dies kann be­ deuten, daß die Meßsonde nicht einwandfrei mit der Leiteranordnung in Kontakt steht oder daß sich ein Übergangswiderstand ausgebildet hat. Überdies ist es auch möglich, daß die Meßsonde nicht einwandfrei relativ zum Prüfpunkt auf den Prüfling aufgesetzt worden ist beziehungsweise daß der Prüfling nicht seine Normlage einnimmt, sondern dejustiert ist.

Zur Feststellung der genannten Dejustage und zur Herbeiführung einer einwandfreien Positionierung durch Positionskorrektur des Prüflings läßt sich die geteilte Meßsonde insofern also auch benutzen. Sie wird auf die Leiteranordnung aufgesetzt und an­ schließend wird der Teststromkreis aktiviert. Liegt eine Unterbrechung des Teststromkreises vor, so er­ folgt solange eine Positionskorrektur, bis der Teststrom einwandfrei fließt. Dies bedeutet, daß nunmehr der Prüfling die gewünschte Lage einnimmt, in der die Meßsonde einwandfrei mittig zum Beispiel auf einer Leiterbahn des Prüflings aufliegt. Unter­ stellt wird hierbei, daß die Meßsonde relativ zu den übrigen Teilen der Testanordnung ihre Soll-Po­ sition innehat. Vorzugsweise wird eine derartige Prüfung in verschiedenen Bereichen der Leiteranord­ nung, beispielsweise in mehreren Ecken einer zu prüfenden Leiterplatte, vorgenommen.

Die Positionierung des Prüflings kann alternativ oder zusätzlich auch durch optischen Vergleich mit einer Referenzanordnung, nämlich einem Referenz­ prüfling, durchgeführt werden. Dieser kann insbe­ sondere als transparente Referenzplatte ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Prüfung eine Kapazitätsbestimmung durch Ermittlung des der Leiteranordnung bzw. jeder Leiterbahn zufließenden Stromes erfolgt. Bei diesem Strom handelt es sich - bei einem zeitlich konstanten elektrischen Feld - quasi um den Ladestrom der vorliegenden Kapazitäts­ anordnung, deren Platten zum einen von der jeweili­ gen Leiteranordnung und zum anderen von den Elek­ troden zum Aufbau des elektrischen Feldes gebildet wird. Sofern allerdings kein zeitlich konstantes elektrisches Feld, sondern ein Wechselfeld einge­ setzt wird, ergibt sich nicht nur ein Ladestrom, sondern aufgrund der gebildeten Kapazitäten ein Dauerstrom, der ermittelt werden kann und die Kapa­ zitätsbestimmung zuläßt. Auch hier ist es - wie vor­ stehend bereits erwähnt - möglich, die bestimmten Kapazitätswerte mit Referenzkapazitäten zu ver­ gleichen, so daß eine Aussage über die Funktions­ fähigkeit des Prüflings möglich ist.

Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel ist vor­ gesehen, daß die Elektroden der das elektrische Feld bildenden Elektrodenanordnung umschaltbar an elektrische Spannungen zum Aufbau des inhomogenen Feldes anschließbar sind. In Abhängigkeit von der Auswahl, welche Elektroden mit welchen elektrischen Spannungen verbunden werden, läßt sich das elektri­ sche Feld beeinflussen. Dabei ist stets anzustre­ ben, daß sich die gewünschte Inhomogenität ein­ stellt, so daß eindeutige Meßergebnisse erzielt werden können.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Prüfung einer elektrischen Leiteranordnung, insbe­ sondere von Leiterbahnen einer Leiterplatte, auf Kurzschluß und/oder Unterbrechung, mit Meßsonden, die mit Prüfpunkten der Leiteranordnung kontaktier­ bar sind und mit einer Auswerteeinrichtung, wobei eine Elektrodenanordnung zum Aufbau eines inhomo­ genen elektrischen Feldes vorgesehen ist, daß die Leiteranordnung beaufschlagt und dort aufgrund der elektrischen Feldstärke ein elektrisches Potential erzeugt, das mittels der Meßsonden der Auswerteein­ richtung zugeleitet wird.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, daß die Elektro­ denanordnung eine Vielzahl von Elektroden aufweist, an die entsprechende Spannungen eines Generators zum Aufbau des elektrischen Feldes angelegt sind.

Alternativ ist es auch möglich, daß die Elektroden von Leitern, insbesondere Streifenleitern, einer Folie oder dergleichen gebildet ist, wobei die Fo­ lie der Leiteranordnung zur Prüfung zugeordnet wird. Diese Zuordnung kann vorzugsweise durch Un­ terdruck erfolgen, das heißt, die Folie wird auf­ grund eines Vakuums am Prüfling gehalten. Für eine Kontaktierung wird die Folie von den Meßsonden durchstoßen, so daß der elektrische Kontakt zu der Leiteranordnung möglich ist.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß die Elektroden von Drähten gebildet sind, die voneinander isoliert eine Prüf­ ebene überspannen, welche der Aufnahme eines die Leiteranordnung aufweisenden Prüflings dient.

Die Vorrichtung zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, daß die Umschaltung der Elektroden der Elek­ trodenanordnung mittels eines Multiplexers erfolgt. Der Multiplexer wird vorzugsweise von der Auswerte­ einheit zur Umschaltung angesteuert. Durch die Um­ schaltung können bestimmte Elektroden der Elektro­ denanordnung an bestimmte Spannungen angelegt wer­ den, wodurch sich das gewünschte elektrische Feld mit der entsprechenden Inhomogenität einstellt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß ein erster Bereich der Leiter­ anordnung des Prüflings die Elektrodenanordnung bildet und daß mit dem damit gebildeten elektri­ schen Feld ein zweiter Bereich der Leiteranordnung des Prüflings geprüft wird. Dieses Vorgehen führt also dazu, daß mittels eines Bereichs der Leiteran­ ordnung, beispielsweise mit einer Anzahl von Netzen des Prüflings, das elektrische Feld selbst gebildet wird. Die verbleibenden elektrischen Netze des Prüflings können dann mit dem auf diese Art und Weise gebildeten elektrischen Feld geprüft werden. Ist die Prüfung des zweiten Bereichs der Leiteran­ ordnung erfolgt, so wird dieser oder ein gewünsch­ ter anderer Bereich für den Feldaufbau verwendet und der Bereich (erster Bereich oder ein Teil da­ von) der Leiteranordnung, der zuvor für die Felder­ zeugung verwendet worden ist, wird nunmehr einer Prüfung unterzogen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Prüfling selbst eine Elektrodenanordnung für die Prüfung seiner Leiteranordnung auf. Gegen­ über dem vorherigen Ausführungsbeispiel wird also nicht ein Teil seiner Leiteranordnung für den Feld­ aufbau verwendet, sondern es ist eine separate Elektrodenanordnung vorgesehen. Diese kann insbe­ sondere von mindestens einer Leiterschicht einer Multilayer-Platine gebildet sein, wobei mindestens eine andere Leiterschicht die zu prüfende Leiteran­ ordnung bildet. Mithin besteht der Prüfling aus ei­ ner Multilayer-Platine, wobei einige Schichten die Nutzschaltung, also die Leiteranordnung bilden und mindestens eine andere Schicht oder Teile einer an­ deren Schicht für den elektrischen Feldaufbau herangezogen wird.

Die Zeichnung veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Und zwar zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Vorrichtung zur Prüfung einer elektrischen Leiteranord­ nung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm des Arbeitsalgorithmus der Vorrichtung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Meßzyklus-Algorith­ mus der Vorrichtung,

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Algorithmus der Meßergebnis-Analyse,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Aus­ führungsbeispiels der Vorrichtung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen mittels einer Elektrodenanordnung beaufschlagten Be­ reich eines Prüflings in schematischer Darstellung,

Fig. 7 eine Breitseitenansicht einer Meßsonde,

Fig. 8 eine Schmalseitenansicht der Meßsonde ge­ mäß Fig. 7,

Fig. 9 eine geteilte Meßsonde in Breitseiten­ ansicht und

Fig. 10 eine Schmalseitenansicht der Meßsonde ge­ mäß Fig. 9.

Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Prüfung einer elektrischen Leiteranordnung. Die Vorrichtung weist eine Elektrodenanordnung 1 auf, die dem Auf­ bau eines inhomogenen elektrischen Feldes dient. Diese Elektrodenanordnung 1 kann auch als "Anten­ nenanordnung" bezeichnet werden. Sie wirkt auf einen Prüfling 2, wobei diese Wirkung in der Fig. 1 durch den Blitzpfeil verdeutlicht wird. Mithin ist der Prüfling 2 dem von der Elektrodenanordnung 1 erzeugten elektrischen Feld ausgesetzt. Der Prüf­ ling 2 weist eine Leiteranordnung auf, die bei­ spielsweise von Leiterbahnen einer Leiterplatte ge­ bildet ist. Ziel ist es, diese Leiteranordnung auf Fehler im Hinblick auf einen Kurzschluß und/oder eine Unterbrechung zu untersuchen.

Mittels Meßsonden 3, die mit einer mechanischen Vorrichtung 4 positionierbar sind, lassen sich Prüfpunkte der einzelnen Leiter der Leiteranordnung des Prüflings kontaktieren, so daß das sich jeweils aufgrund des elektrischen Feldes am Leiter bildende elektrische Potential abgenommen werden kann. Diese Meßgröße wird einem mit Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) versehenen Meßkanal 5 zugeführt. Der Meßkanal 5 ist mit einer Auswerteeinrichtung 6 ver­ bunden. Die Auswerteeinrichtung 6 führt einerseits die Prüfung durch Auswertung der Meßergebnisse und gegebenenfalls einen Vergleich der Meßergebnisse mit Referenzwerten durch und steuert andererseits die mechanische Vorrichtung 4 und einem Multiplexer 7 an. Der Multiplexer 7 ist mit einem Generator 8 verbunden, der entsprechende elektrische Spannungen zum Aufbau des elektrischen Feldes liefert. Diese Spannungen werden über den Multiplexer 7 den ein­ zelnen Elektroden der Elektrodenanordnung 1 zuge­ führt.

Für die Prüfung der Leiteranordnung wird diese in das elektrische Feld der Elektrodenanordnung einge­ bracht. Gemäß Fig. 2 sind eine gewünschte Anzahl von Prüfpunkten der Leiteranordnung vorgesehen, die mit den Meßsonden 3 nacheinander kontaktiert wer­ den. Vorzugsweise sind mehrere Meßsonden 3 vorge­ sehen, die zum Beispiel in X, Y und Z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems verfahren werden können. Der aktuell anzufahrende Prüfpunkt N ist im Flußdiagramm der Fig. 2 mit dem Schritt 14 gekenn­ zeichnet. Im Schritt 10 erfolgt die Positionierung der entsprechenden Meßsonde 3 in bezug auf den Prüfpunkt N und die Kontaktierung dieses Meß­ punktes.

Im Schritt 11 wird dann der Meßzyklus durchgeführt. Dies bedeutet, daß das Potential im Prüfpunkt des entsprechenden Leiters der Leiteranordnung ermit­ telt und über den Meßkanal 5 der Auswerteeinrich­ tung 6 zugeführt wird. Im Schritt 12 wird geprüft, ob alle vorgesehenen Prüfpunkte kontaktiert worden sind. Ist dies nicht der Fall (n) so wird die Schleife 13 erneut durchlaufen und man gelangt über den Schritt 14 zum Schritt 10. Im Schritt 14 wird also weitergezählt. Es gilt daher die Beziehung:
N=H+1.

Sind alle Prüfpunkte aller Leiter kontaktiert, so endet der Schritt 12 im Zweig "j", das heißt, der Arbeitsalgorithmus der Vorrichtung ist beendet.

Das Flußdiagramm der Fig. 3 verdeutlicht den Meßzyklus-Algorithmus der Vorrichtung. Im Schritt 15, 15′ wird ein bestimmter Antennensatz A ausge­ wählt. Unter Antennensatz A sind bestimmte Elektro­ den der Elektrodenanordnung 1 zu verstehen, die zum Aufbau des elektrischen Feldes mit Spannungen be­ aufschlagt werden. Die Auswahl der Elektroden er­ folgt durch den Multiplexer 7 gemäß Schritt 16. Im Schritt 17 schaltet der Multiplexer 7 die vom Gene­ rator 8 gelieferten elektrischen Spannungen durch, so daß sie an den einzelnen Elektroden der Elektro­ denanordnung 1 anliegen. Im nachfolgenden Schritt 18 wird dann die Potentialmessung an den einzelnen Prüfpunkten der Leiteranordnung durchgeführt. Wenn es notwendig ist, kann in bestimmten Fällen die Ka­ pazität des Netzes ermittelt werden. Dies erfolgt im Schritt 19 durch Ermittlung des Stroms. Im Schritt 20 wird geprüft, ob die gewünschte Anzahl von Elektrodenkonfigurationen (Antennensätzen) er­ reicht ist. Ist dies nicht der Fall (n), so wird über die Schleife 21 der Schritt 16 erneut angefah­ ren. Folglich gilt in der Schleife 21 die Bezie­ hung:
A=A+1.

Sind alle Antennensätze realisiert worden, so endet der Schritt 20 mit "j".

Die Fig. 4 verdeutlicht den Algorithmus der Meßer­ gebnis-Analyse. Mit N, M sind die aktuell angefah­ renen Prüfpunkte der Leiteranordnung bezeichnet (Schritte 22, 23), wobei gilt:
M=N+1.

Mit A sind die Antennensätze (die jeweils angesteu­ erten Elektroden der Elektrodenanordnung 1) gekenn­ zeichnet (Schritt 24). In zwei Fällen gelangt der Algorithmus über Schritt 25 zum Schritt 26 (das heißt, Fehler in der Leiterplatte):

• 1. Wenn die Prüfpunkte N und M zu einem Netz gehören und unterschiedliche Potentiale aufweisen.
• 2. Wenn die Prüfpunkte N und M zu ver­ schiedenen Netzen gehören und für alle Antennensätze gleiche Potentiale aufwei­ sen.

Im ersten Fall liegt eine Unterbrechung im Netz vor; im zweiten Fall besteht ein Kurzschluß zwi­ schen den beiden Netzen.

Im Schritt 25 gilt die Beziehung
|U (N, A)-U (M, A)| < Δ U.

Dabei stellt U das Potential und Δ U eine Poten­ tialdifferenz dar, die im Bereich eines möglichen Meßfehlers liegen darf. Ist also die in der vor­ stehenden Beziehung angeführte Differenz der Poten­ tiale größer als ein vorbestimmter Meßfehler, so liegt ein Fehler bei dem Prüfling vor (j). Im Schritt 26 erfolgt dann die Fehlermeldung. Ist die ermittelte Differenz kleiner als der Meßfehler (n) so wird zum Schritt 27 übergegangen, in dem der vorstehend beschriebene Vorgang mit einem weiteren Antennensatz (A+1) nochmals durchgeführt wird. Die Anzahl der Antennensätze A wird vorgegeben; ist sie erreicht, so wird die Schleife 28 verlassen und vom Schritt 29 zum Schritt 30 übergegangen. Im Schritt 30 wird ein weiterer Prüfpunkt des Netzes ausgewählt und - entsprechend Schleife 31 - erneut die Variation der Antennensätze durchgeführt. Sind gemäß Schritt 32 sämtliche Prüfpunkte untersucht worden, so wird über die Schritte 33 und 34 zum nächsten Prüfpunkt übergegangen und dort die ent­ sprechende Prüfung ebenfalls vorgenommen. Ist der gesamte Prüfling geprüft, so wird das Programm beendet (Schritt 35).

Die Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel arbei­ tet "umgekehrt" zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1, indem die Leiteranordnung des Prüflings 2 als Antennenanordnung verwendet und an einer Elektro­ denanordnung 1 das vom Prüfling erzeugte elek­ trische Feld zur Auswertung abgenommen wird. Dementsprechend beaufschlagt der Generator 8 die einzelnen Meßsonden 3, die die Spannungen des Gen­ erators 8 an die Leiteranordnung des Prüflings 2 übertragen. Das so gebildete elektrische Feld be­ aufschlagt die Elektrodenanordnung 1, deren ein­ zelne Elektroden über den Multiplexer 7 und den Meßkanal 5 mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden sind. Die Auswerteeinrichtung 6 steuert ferner die mechanische Vorrichtung 4 für die Positionierung der Meßsonden 3 an.

Der Meßvorgang des Ausführungsbeispiels der Fig. 5 erfolgt in entsprechender Weise wie der beim Aus­ führungsbeispiel der Fig. 1.

Die Fig. 6 verdeutlicht ein Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung 1, die aus gitterförmig angeordneten Drahtelektroden 23 besteht, wobei die einzelnen parallelen bzw. sich kreuzenden Draht­ elektroden 23 voneinander elektrisch isoliert sind. Mittels des Multiplexers 7 können bestimmte Elek­ troden ausgewählt und mit gewünschten Spannungen des Generators 8 verbunden werden. In der Fig. 6 ist ferner ein Abschnitt eines Prüflings 2 darge­ stellt, der als Leiterplatte 24 ausgebildet ist und Leiterbahnen 25 trägt, die die Leiteranordnung bil­ den. Zum Aufbau des elektrischen Feldes werden an entsprechende Drahtelektroden 23 gewünschte Span­ nungen des Generators 8 angelegt (Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1). Alternativ ist es auch möglich, an die Leiterbahnen 25 entsprechende Spannungen des Generators 8 anzulegen, so daß das hierdurch gebil­ dete elektrische Feld mit den Drahtelektroden 23 zusammenwirkt und an diesen Drahtelektroden 23 ent­ sprechende Potentiale erzeugt (Ausführungsbeispiel der Fig. 5).

Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Elektrodenanordnung 1 mit­ tels einer Folie mit eingebetteten leitenden Strei­ fen oder dergleichen ausgebildet sein. Diese Folie kann einseitig oder auch beidseitig am Prüfling (zum Beispiel Leiterplatte) angeordnet oder vor­ zugsweise mittels Vakuum angesaugt werden. Dieses Ansaugen hat den Vorteil, daß durch die Kontakt­ kräfte der einzusetzenden Meßsonden eine Verbiegung der Leiterplatte erfolgen kann, wobei die Folie be­ ziehungsweise die Folien diese Verbiegung/Durch­ biegung mitmachen, so daß sich keine Feldverände­ rungen ergeben. Die Kontaktierung der Meßsonden er­ folgt dann dadurch, daß die Spitzen der Meßsonden die Folie durchstechen und in Kontakt zu den Lei­ terbahnen des Prüflings treten.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel können auch einige Netze des Prüflings selber herangezogen wer­ den, um das inhomogene elektrische Feld aufzubauen. Es werden dann aktuell stets die Netze des Prüf­ lings zum Aufbau des elektrischen Feldes herangezo­ gen, die momentan nicht geprüft werden. Im sich an­ schließenden Meßzyklus kann dann zum Beispiel eine Umkehrung erfolgen, das heißt, die Netze, die vor­ her zur Feldbildung herangezogen wurden, sind zu prüfen, wobei die Beaufschlagung mit dem elektri­ schen Feld durch Netze erfolgt, die zuvor der Prü­ fung unterzogen worden sind.

Nach einer weiteren Variante ist es ebenfalls möglich, daß der Prüfling selbst die Elektrodenan­ ordnung aufweist, die zur Bildung des elektrischen Feldes notwendig ist. Hierzu ist - im Gegensatz zum vorstehenden Ausführungsbeispiel - jedoch eine Tren­ nung zwischen der Elektrodenanordnung und den Lei­ terbahnen oder dergleichen des Prüflings vorgenom­ men, indem zum Beispiel bei einer Multilayer-Lei­ terplatte eine oder mehrere Lagen als Elektrodenan­ ordnung für die Felderzeugung verwendet werden. An­ dere Lagen bilden quasi den Prüfling selber, das heißt, seine Leiteranordnung.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Rahmen oder dergleichen vorgesehen sein, der räum­ lich dem Prüfling genähert wird und Schienen oder Stäbe aufweist, die die Elektrodenanordnung zur Er­ zeugung des elektrischen inhomogenen Feldes bilden. In diesem Falle bleibt hinreichend Freiraum, um die Meßsonden zuführen zu können.

Schließlich ist es auch möglich, eine Leiterplatte oder dergleichen - insbesondere bei einseitigem Te­ sten - mit einer Elektrodenanordnung (entsprechende Leiterbahnanordnung) zu versehen, mit der das elek­ trische Feld erzeugt wird. Der Prüfling wird für die Prüfung auf diese Leiterplatte aufgelegt oder an diese herangeführt.

Gemäß der Fig. 7 kann als Meßsonde 3 eine messer­ artige Kontaktspitze verwendet werden. Diese eignet sich besonders gut, um Pads, Bohrungen, Bohrungs­ wände und so weiter zu kontaktieren. Die mes­ serartige Ausbildung bedeutet: sie weist in der Breitseitenansicht gemäß Fig. 3 ein größeres Maß als in der Schmalseitenansicht gemäß Fig. 8 auf. Die Meßsonde 3 der Fig. 7 besitzt eine symmetrisch zulaufende Spitze.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausfüh­ rungsform einer Meßsonde 3, die jedoch längsgeteilt ist. Dies erfolgt mittels einer Isolierschicht 30. Die durch die Isolierschicht 30 von einander ge­ trennten beiden Hälften 31 und 32 sind jeweils se­ parat elektrisch mit der entsprechenden Prüfein­ richtung verbunden. Diese "gespaltene" Anordnung mit zwei isolierten Spitzenbereichen ermöglicht auf einfache Weise eine Vier-Drahtmessung (Guarding). Ferner ist es möglich, die Kontaktierung genau zu prüfen. Fehlkontaktierungen oder schlechte Kontak­ tierungen (Übergangswiderstand) werden auf einfache Weise erkannt. Dies ist zum Beispiel möglich, wenn während der Prüfung ein Teststromkreis zwischen den beiden Hälften 31 und 32 erzeugt wird. Ist der Stromfluß einwandfrei, so ist die Kontaktierung in Ordnung. Führt der Stromfluß zu Erkennung eines ho­ hen Übergangswiderstandes beziehungsweise liegt gar kein Stromfluß vor, so ist die Kontaktierung man­ gelhaft oder gestört.

Die Positionierung des Prüflings kann auf unter­ schiedliche Weise erfolgen. Einerseits ist es mög­ lich, eine Grob-/Feinkalibrierung mittels einer Re­ ferenzplatte vorzunehmen. Die Referenzplatte stellt somit einen Referenzprüfling dar. Als weitere Mög­ lichkeit bietet sich eine optische Prüfung der Po­ sitionierung des entsprechenden Prüflings an. Diese kann insbesondere dadurch erfolgen, daß mittels ei­ ner Kamera oder dergleichen die Position des Prüf­ lings mit einer Sollposition verglichen wird. Durch die Kamera lassen sich bestimmte Muster der Leiter­ bahnen des Prüflings auf einfache Weise auffinden. Diese "Leitungsmuster" sind durch das Layout be­ kannt (zum Beispiel kann ein Vergleich mit CAD-Da­ ten erfolgen). Schließlich besteht auch eine elek­ tromechanische Möglichkeit, die Positionierung des Prüflings zu überwachen. Dies kann mittels der ge­ spaltenen Meßsonden 3 gemäß der Fig. 9 und 10 dadurch erfolgen, daß diese Meßsonden auf bestimmte Pads aufsetzen, wobei durch Stromfluß durch die entsprechenden Hälften der Meßsonden 3 die Position überprüft wird. Liegt der Stromfluß vor, so befin­ det sich die Meßsonde 3 auf einer Leiterbahn; liegt kein Stromfluß vor, so ist die Meßsonde seitlich zur Leiterbahn versetzt, das heißt, sie befindet sich auf der Isolierschicht. Eine derartige Prüfung kann zum Beispiel in verschiedenen Bereichen (zum Beispiel in zwei oder drei Eckpunkten des Prüf­ lings) erfolgen, wodurch eine einwandfreie oder fehlerhafte Lage des Prüflings zur Sollposition feststellbar ist.

Claims (31)

1. Verfahren zur Prüfung einer elektrischen Lei­ teranordnung, insbesondere von Leiterbahnen einer Leiterplatte, auf Kurzschluß und/oder Unter­ brechung, wobei Meßergebnisse von Prüfpunkten der Leiteranordnung ermittelt und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung mit einem elektrischen Feld beaufschlagt wird und daß mindestens ein aufgrund des elektrischen Feldes sich bildendes elektrisches Potential von den Meß­ sonden (3) an den einzelnen Prüfpunkten abgenommen und mit dem Potential anderer Prüfpunkte und/oder mit einer Referenz verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das elektrische Feld mittels einer Elek­ trodenanordnung (1) erzeugt wird.

3. Verfahren zur Prüfung einer elektrischen Lei­ teranordnung auf Kurzschluß und/oder Unterbrechung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Prüf­ punkt der Leiteranordnung mit elektrischer Spannung zum Aufbau eines elektrischen Feldes beaufschlagt wird, das aufgrund seiner Feldstärke an einer Elek­ trodenanordnung (1) mindestens ein elektrisches Po­ tential erzeugt, welches erfaßt und ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswertung durch Vergleich mit Bezugs­ größen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch mit der Leiteranordnung in Kontakt bringbare Verbindungsmittel zur Zu- und Abführung von Prüfströmen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung der Meßergebnisse Meßsonden (3) verwendet werden, die die Verbindungsmittel bilden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßsonde (3) oder mehrere Meßsonden (geteilte Meßsonden 3) ver­ wendet werden, die eine mehrteilige, insbesondere zweiteilige Meßspitze mit voneinander elektrisch isolierten, nebeneinander angeordneten Spitzenbe­ reichen (Hälften 31, 32) aufweisen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßsonde (3) mittels einer Isolier­ schicht (30) längsgeteilt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mit der geteilten Meßsonde (3) eine Vierdrahtmessung (Guarding) durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung von Fehlkontaktierungen, schlechten Kontaktierungen, zur Prüfung der Positioniergenauigkeit der geteil­ ten Meßsonde (3) in bezug auf den jeweiligen Prüf­ punkt der Leiteranordnung und/oder zur Prüfung der Prüflingsposition relativ zur Testvorrichtung ein Teststromkreis zwischen den beiden Spitzenbereichen erzeugt wird, wobei der Teststrom über die Kontakt­ stellen der beiden Spitzenbereiche und einen Lei­ terbereich des jeweiligen Prüfpunkts fließt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Feststellung einer einwandfreien oder fehlerhaften Positionierung beziehungsweise durch Durchführung einer relativ zur Testanordnung erfolgenden Positionskorrektur des Prüflings minde­ stens eine geteilte Meßsonde (3) auf die Leiteran­ ordnung aufgesetzt und der Teststromkreis aktiviert wird, und daß im Falle eines unterbrochenen Test­ stromkreises aufgrund eines seitlichen Versatzes der Meßsonde zum entsprechenden Leiter der Leiter­ anordnung eine Fehlermeldung und/oder eine Positi­ onskorrektur des Prüflings so lange erfolgt, bis der Teststromkreis einwandfrei fließt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere unterschiedliche Bereiche der Leiteranordnung mit einer geteilten Meßsonde (3) beaufschlagt werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des Prüflings zur Testanordnung durch optischen Vergleich mit einem Referenzprüfling, insbesondere einer transparenten Referenzplatte, durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranord­ nung mehrere, voneinander isolierte Netze (Lei­ terzüge) aufweist, daß das Potential für jedes Netz ermittelt und gespeichert wird, und daß die ge­ speicherten Potentiale miteinander auf rechneri­ schem Wege, insbesondere mit Hilfe eines Computers, verglichen werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß bei zu einem Netz gehörenden Prüfpunkten (N, M) jeweils die Poten­ tiale ermittelt und auf Gleichheit geprüft werden.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht zu einem Netz gehörenden Prüfpunkten (N, M) jeweils die Po­ tentiale ermittelt und auf Ungleichheit geprüft werden.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazitätsbe­ stimmung durch Ermittlung des der Leiteranordnung bzw. jeder Leiterbahn zufließenden Stromes erfolgt.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Ka­ pazitätswerte durch Vergleich mit Referenz-Kapazi­ tätswerten zur Prüfung auf Kurzschluß und/oder Un­ terbrechung verwendet werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der das elektrische Feld bildenden Elektrodenanordnung (1) umschaltbar an elektrische Spannungen zum Auf­ bau des inhomogenen Feldes anschließbar sind.

20. Vorrichtung zur Prüfung einer elektrischen Lei­ teranordnung, insbesondere von Leiterbahnen einer Leiterplatte, auf Kurzschluß und/oder Unter­ brechung, mit Meßsonden, die mit Prüfpunkten der Leiteranordnung kontaktierbar sind und mit einer Auswerteeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Elektrodenanordnung (1) zum Aufbau eines inhomo­ genen elektrischen Feldes, das die Leiteranordnung beaufschlagt und dort aufgrund der elektrischen Feldstärke ein elektrisches Potential erzeugt, das mittels der Meßsonden (3) der Auswerteeinrichtung (6) zugeleitet wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektrodenanordnung (1) eine Vielzahl von Elektroden aufweist, an die ent­ sprechende Spannungen eines Generators (8) zum Auf­ bau des elektrischen Feldes angeschlossen sind.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden von Drähten gebildet sind, die voneinander isoliert eine Prüfebene überspannen, welche der Aufnahme ei­ nes die Leiteranordnung aufweisenden Prüflings dient.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden von Leitern, insbesondere Streifenleitern, einer Folie oder dergleichen gebildet sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Folie durch Unterdruck am Prüf­ ling gehalten ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 und/oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß­ sonden (3) die Folie zum Kontaktieren des Prüflings durchdringen.

26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch eine Positionierein­ richtung, mit der die Meßsonden (3) entlang von x- und y-Koordinaten verfahrbar und in z-Richtung zur Kontaktierung der Leiteranordnung bewegbar sind.

27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschal­ tung der Elektroden der Elektrodenanordnung (1) mittels eines Multiplexers (7) erfolgt.

28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Muliplexer (7) von der Auswerteeinrichtung (6) zur Umschal­ tung angesteuert wird.

29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Be­ reich der Leiteranordnung des Prüflings die Elek­ trodenanordnung (1) bildet und daß mit dem damit gebildeten elektrischen Feld ein zweiter Bereich der Leiteranordnung des Prüflings geprüft wird.

30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling selbst eine Elektrodenanordnung (1) für die Prüfung seiner Leiteranordnung aufweist.

31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektro­ denanordnung (1) von mindestens einer Leiterschicht einer Multilayer-Leiterplatte gebildet ist, die in mindestens einer anderen Schicht die zu prüfende Leiteranordnung aufweist.