DE4441347A1 - Adaptiergerät zur Prüfung von Leiterplatten - Google Patents

Description

Die nach dem Stand der Technik eingesetzten Adaptierungsverfahren unterscheiden sich nach der Art des Testes sowie nach der Anzahl der zu testenden baugleichen Leiterplatten. So ist beim Funktionstest ein Anschluß aller zum Betrieb der zu testenden Leiterplatte notwendigen Versorgungs-, Eingangs- und Ausgangsleitungen erforderlich. Dies geschieht entweder durch einen zur Leiterplatte passenden Stecker oder eine Anordnung von Testnadeln, bekannt als Nadelbettadapter. Sind nur die für den Funktionstest notwendigen Verbindungen hergestellt, ist der Adapteraufbau verhältnismäßig einfach und auch bei kleinen Serien wirtschaftlich. Eine eindeutige Aussage über die Ursache von Fehlern ist jedoch nicht möglich. Soll ein Fehler genau lokalisiert werden, ist eine Überprüfung jedes Bauteiles auf der Leiterplatte erforderlich. Man spricht vom In-Circuit-Test. Dies läßt die Anzahl der Testnadeln sprunghaft ansteigen, was die Kosten des Adapters so erhöht, daß die Anfertigung nur bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich vertrebar ist. Ein weiteres Problem ist die zunehmende Verkleinerung der Bauteile, so daß Testnadeln zum Teil nicht mehr dicht genug gesetzt werden können. Einige der Nachteile des Nadelbettadapters umgehen Adaptiergeräte mit in der Regel 4 frei programmierbaren Testnadeln. Hier entfallen die Adapterkosten, auch können nahezu beliebig kleine Testpunktabstände kontaktiert werden. Als Nachteil entstehen jedoch wegen der vielen Positioniervorgänge hohe Testzeiten und es ist wegen der zu geringen Anzahl von Testnadeln ein Funktionstest nicht möglich. Eine Möglichkeit ohne Adapter zu prüfen bieten hoch integrierte Schaltkreise, die im Bauteil eine Prüfelektronik eingebaut haben. Diese wird über 4 Busleitungen angesprochen. Auch die Verbindungen zwischen solchen Bauteilen können vom Bauteil aus getestet werden. Man nennt diese Technik Boundary Scan. Bauteile, die über diese Zusatzelektronik verfügen, sind teurer als herkömmliche und auch bis jetzt nur für einige Typen erhältlich.

Weitere Informationen zum Thema Adaptieren beim Leiterplattentest enthalten folgende Fachzeitschriften Aufsätze:
Den vielseitigen Testaufgaben angepaßt Teil 1 von Peter Steppacher in Productronic Heft 4 1994 Seite 44.
Den vielseitigen Testaufgaben angepaßt Teil 2 von Peter Steppacher in Productronic Heft 5 1994 Seite 80;
Gute Kontakte von Michael Rothe in Productronic Heft 4 1994 Seite 54;
Testen ohne Adapter von W. Reuber in PRONIC 9 1993 1-2 Seite 30, 32, 34,36;
Boundary Scan von R. Korus in productronic 12 1992 9, Seite 42-44;
Komplexe Bordtestadapter problemlos in wenigen Stunden fertig von Reinhard, Diessen-Obermühlhausen, in Elektronik Produktion & Prüftechnik Heft 4 1992 Seite 56-57;
Leiterplatten-Test mit beweglichen Nadeln. Adapter ade. von Prodelc, Heimstetten in productronic 11 1991 7/8, Seite 40, 42;
Flinke Finger von W. Reuber in PRONIC, Band 9 1993 Heft 1/2 Seite 30, 32, 34, 36;
Elektrisches Testen von bestückten Leiterplatten ohne Adapter von R. Gehrmann in Electronic-Forum-Seminar, Fellbach, Nov./Dez. 1989, 7 S;
Prüfen unbestückter Leiterplatten mit beweglichen Sonden von J-A Conti in Elektronik Produktion & Prüftechnik 7 1987 2, Seite 70-72.

Es wurde erkennbar, daß die derzeit verfügbaren Adaptiermethoden nicht in der Lage sind, in einem Gerät sowohl den Funktionstest als auch den In-Circuit-Test bei geringen Adapterkosten, kurzen Rüstzeiten sowie wirtschaftlichen Testzeiten durchzuführen.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale im Einzeltest und im Kleinserientest voll gelöst. Auch beim Testen mit mittleren Stückzahlen ergeben sich noch Vorteile gegenüber herkömmlichen Adaptierungsverfahren. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß eine einmal in das Adaptiergerät eingelegte Leiterplatte stufenweise bis zu hundert Prozent getestet werden kann. Soll zum Beispiel eine Leiterplatte, die für einen vollständigen Test weit mehr Testpunkte hat, als die Nadelhaltertische aufnehmen können, eingerichtet werden, geht man folgendermaßen vor: Als erstes werden alle Nadelhalter, die für den Funktionstest erforderlich sind, von Hand eingestellt. Zusätzlich werden noch einige Nadelhalter auf kritische Schaltungspunkte gesetzt. Ist der Funktionstest mit dieser ersten Kontaktierung durchgeführt, kann mit der Auswertung der Nadeln an den kritischen Stellen mit der selben Kontaktierung die Testaussage verbessert oder bei fehlerhaften Leiterplatten der Fehler grob eingegrenzt werden. Sollen nun alle Bauteile auf der Leiterplatte einzeln getestet oder etwaige Fehler exakt lokalisiert werden, positioniert man die Testnadelhalter außerhalb der Leiterplattenfläche und bringt nun die in der Regel 4 frei programmierbaren Testnadeln zum Einsatz. Falls es ohne Kollision möglich ist, können die programmierbaren Nadeln auch zum Einsatz gebracht werden, wenn Nadelhaltertische in Testposition sind. Auf diese Weise entsteht ein fließender Übergang vom Funktions- zum In-Circuit-Test. Soll ein bestimmter Leiterplattentyp in Abständen immer wieder getestet werden, ist es vorteilhaft, die eingestellten Nadelhalter unter Beibehaltung der Steckerkonfiguration vom Aufspanntisch abzunehmen und aufzubewahren. Sind auf einer Leiterplatte mehrere Nutzen in Reihe aufgebracht, so werden die Nadelhalter nur für einen Nutzen eingestellt und dann durch programmiertes Positionieren des Aufspanntisches nacheinander kontaktiert. Besonders durch die Verwendung von Testnadelhaltern, die 2 oder mehr Testnadeln im Rastermaß beinhalten, kann wertvoller Aufspanntischplatz gespart werden. Da mit einer Klemmung mehrere Nadeln in Position gebracht werden, verkürzen sich die Rüstzeiten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:

Bild 1 zeigt eine Gesamtansicht von schräg oben. Das Adaptiergerät ist modular aufgebaut und wird gebildet aus den im folgenden näher beschriebenen Baugruppen: Der Baugruppe Leiterplattentisch 1.1, den Baugruppen Einzelnadel 1.2.1 und 1.2.2, die baugleich, jedoch spiegelbildlich sind, und den Baugruppen Aufspanntisch 1.3.1 und 1.3.2, die ebenfalls baugleich und spiegelbildlich sind. Bild 2 zeigt eine Gesamtansicht von schräg unten. Der Antrieb der Baugruppe Leiterplattentisch ist als 2.1 gekennzeichnet und die Antriebe zu den Baugruppen Aufspanntisch mit 2.2.1 und 2.2.2. Für die Baugruppe Leiterplattentisch und Leiterplattentischantrieb ist der Patentanspruch 1 erstes Merkmal zugeordnet. Am Leiterplattentisch sind zur Zentrierung der zu prüfenden Leiterplatte federnde Randanschläge oder, falls die Leiterplatte über Zentrierbohrungen verfügt, Zentrierstifte eine vorteilhafte Ausstattung. Als Leiterplattentischantrieb ist in Bild 3 eine Säulenführung 3.1 mit Rollen 3.2 und ein Schrittmotor 3.3 mit Spindel 3.4 und Mutter 3.5 gezeigt. Der Schrittmotor ist mit einer Klauenkupplung 3.6 an die Spindel gekoppelt. Ein Distanzstück 3.7 ist als Kühlkörper ausgebildet. Der Lagerblock 3.8 enthält das Kugellager der Spindel. Als Alternative sind Säulen mit Kugelkäfigen oder Prismenführungen geeignet. Der Antrieb kann alternativ mit Gleichstrommotor in Verbindung mit einem Meßsystem oder mit einer geregelten pneumatischen Positioniereinrichtung erfolgen. Die Tischantrieb-Aufhängung 3.9 ist so zu gestalten, daß ein automatisches Transportsystem die Leiterplatte wechseln kann, wenn der Leiterplattentisch in seiner untersten Position ist. Bild 4 zeigt eine der beiden Einzelnadelbaugruppen. Diesen Gruppen ist der Patentanspruch 1 zweites Merkmal zugeordnet. Als Ausführungsbeispiel sind in der Längsachse in Alu-Profilen 4.1 gehaltene Säulen 4.2 in der Querrichtung freie Säulen 4.3 in Verbindung mit Rollen 4.4 als Führungselement gezeigt. Als Antrieb wurden Schrittmotore 4.5 mit Spindel 4.6 und Mutter 4.7 gezeichnet. Der Antrieb kann alternativ mit Gleichstrommotor in Verbindung mit einem Meßsystem oder mit einer geregelten pneumatischen Positioniereinrichtung erfolgen. Ebenso sind Zahnriemenantriebe, wie sie im folgenden noch beschrieben werden, eine alternative Ausführungsform. Die verschiedenen Antriebsarten, und das gilt für alle an diesem Gerät motorisch bewegten Teile, beeinflussen die Faktoren: Positioniergenauigkeit, Positioniergeschwindigkeit, Preis. Der Fachmann kann so unter Beibehaltung dieses Adaptierprinzips mit der gezielten Auswahl der Führungs- und Antriebselemente ein Gerät genau auf die Kundenwünsche abstimmen. Die gefederten Testnadeln 4.8 stecken in Hülsen, die um ca. 4 Grad nach vorne und zur Mitte geneigt sind. Auf diese Weise können dicht beieinanderliegende Testpunkte kontaktiert werden, was bei senkrechtstehenden Nadeln, wie zum Beispiel im Nadelbettadapter nicht möglich ist. Die Nadelhalter sind zum Gerät hin elektrisch isoliert. An der Hülse ist ein Kabel mit Stecker angelötet 4.9. Die Verbindung zur Meßelektronik geschieht über eine Buchse an der Nadelhalterbaugruppe 8.1. Die zu prüfende Leiterplatte ist in diesem Bild durch 4 konzentrische Quadrate angedeutet. Das Bild 5 zeigt als Detail der Einzelnadelbaugruppe den Schrittmotor 4.5, die als Kühlkörper ausgebildete Distanzplatte 5.3, die Kupplung 5.4, die Hülse 5.5, das Lager 5.6, die Spindel 4.6, die Mutter 4.7. Bild 6 zeigt die Baugruppe Aufspanntisch mit dem Aufspanntischantrieb komplett. Auf diese Baugruppe bezieht sich der Patentanspruch 1 drittes Merkmal. Auch hier sind als Ausführungsbeispiel Alu-Profile mit Rundführungen 6.1 und Rollen 6.2 dargestellt. Der Aufspannbalken 6.3 mit den Nadelhaltern 6.4 sowie weitere Details werden im folgenden näher beschrieben. Wie auch bei den zuvor beschriebenen Modulen bleibt es dem Fachmann überlassen, andere im Gerätebau übliche Formen der Führungen und Antriebe einzusetzen. Der Aufspanntischantrieb Bild 7 als Detail von Bild 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Zahnriemenantrieb mit Untersetzung und Schrittmotor abgebildet. Folgende Elemente bilden den Aufspanntischantrieb: Schrittmotor 7.1, Zahnriemenscheiben 7.2, Achse für Doppel-Zahnriemenscheibe verschiebbar als Riemenspanner ausgebildet 7.3, Zahnriemen 7.4, Klemmwinkel als Kraftübertragungselement vom Zahnriemen zum Aufspanntisch 7.5. Durch Veränderung der Untersetzung und die Auswahl von Schrittmotoren mit verschiedenen Schrittzahlen pro Umdrehung kann die Positioniergenauigkeit und die Positioniergeschwindigkeit den Erfordernissen angepaßt werden. Als Alternativen kommen die zuvor beschriebenen Antriebsarten in betracht. Bild 8 zeigt als Detail von Bild 6 die im Patentanspruch 1 viertes Merkmal beschriebene Aufspannleiste mit T-Nut 8.1, die Spannpratze mit Langloch 8.2, die Bundschraube 8.3, die Klemmschraube mit Hebel 8.4 und die (unsichtbaren) Indexbolzen zur Zentrierung der Aufspannleiste auf dem Aufspanntisch 8.5. Bild 9 zeigt eine abgenommene Aufspanneinheit mit den elektrischen Verbindungen 9.1 von den Nadeln zu den Einzelbuchsen 9.2. Diese sind mit einem mehrpoligen Stecker 9.3 (siehe auch Bild 8) verbunden, der die Verbindung zu der separaten Meßeinrichtung bildet. Bild 10 zeigt dieselbe Ausspanneinheit mit einer Kupplung 10.1 zur Kontaktierung von Pfostensteckern 10.2 auf Leiterplatten, wobei zuerst die Kupplung und gegebenenfalls zusätzliche Nadelhalter über der Leiterplatte positioniert werden. Durch Hochfahren des Leiterplattentisches wird die Kupplung auf den Pfostenstecker gesteckt und die Testnadeln kontaktieren ihre Testpunkte. Damit beim Abziehen des Steckers die Leiterplatte nicht hochgezogen wird, ist die Kupplung mit Niederhaltern auszustatten. Der Übersichtlichkeit wegen sind nur 3 der elektrischen Verbindungen von der Kupplung bzw. den Nadeln zum Buchsenfeld gezeichnet. Dies gilt auch für Bild 11. Bild 11 zeigt die Kupplung 11.1, die auf Kontaktstreifen 11.2, Steckerleisten oder Buchsenleisten am Platinenrand aufgesteckt werden. Bei dieser Ausführungsform wird zuerst der Leiterplattentisch auf Höhenposition gefahren und dann der Aufspanntisch zum Aufstecken positioniert. Das Bild 12 zeigt als Detail von Bild 9 die Draufsicht von 3 Einzelnadelhaltern, Bild 12.1 deren Seitenansicht. Bild 12.2 zeigt Doppelnadelhalter und Bild 12.3 einen Nadelhalter mit 8 im Rastermaß befindlichen Nadeln.

Claims (5)

1. Adaptiergerät zur Prüfung von Leiterplatten, um mittels Testnadeln elektrische Verbindungen von den Meßpunkten der zu prüfenden Leiterplatten zu den separaten Versorgungs-, Stimulations- und Meßgeräten herzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gerät vereint:

• - Die Höhenposition der zu prüfenden Leiterplatte programmgesteuert veränderlich ist.
• - Mindestens vier Einzeltestnadeln im Leiterplattenbereich jeweils in X- und Y-Richtung programmgesteuert positionierbar sind.
• - Zwei gegenüberliegende Aufspanntische zur Aufnahme von Nadelhaltern in einer Richtung programmgesteuert positionierbar sind.
• - Gruppen von Testnadelhaltern von Hand eingerichtet werden und als Einheit austauschbar sind.

2. Adaptiergerät nach Patentanspruch 1 erstes Merkmal dadurch gekennzeichnet, daß durch die programmgesteuerte Höhenpositionierung die Leiterplatte nur so weit abgesenkt wird, wie es das höchste Bauteil erfordert, um die Testnadeln neu zu positionieren. Außerdem kann durch die Programmierbarkeit das Be- und Entladen der Leiterplatten an einer für automatische Systeme besonders günstige Höhenposition erfolgen. Diese kann auch unterhalb der Grundplatte liegen.

3. Adaptiergerät nach Patentanspruch 1 zweites Merkmal dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens vier Einzeltestnadeln so nach vorne und nach innen geneigt sind, daß auch Testpunkte, die näher als 1/20 Zoll beieinanderliegen, kontaktiert werden können.

4. Adaptiergerät nach Patentanspruch 1 drittes Merkmal dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Aufspanntische durch ihre programmgesteuerte Positionierbarkeit in der Lage sind 1. Gruppen von Testnadeln nacheinander auf mehreren Nutzen zu positionieren und 2. an Haltern befestigte Stecker von oben oder vom Rand her auf die zu prüfende Leiterplatte aufzustecken.

5. Adaptiergerät nach Patentanspruch 1 viertes Merkmal dadurch gekennzeichnet, daß das Adaptiergerät mit Nadelhaltern ausgestattet wird, die in verschiedenen Längen, rechts, links und mittig tastend, sowie einzeln, doppelt und mehrfach in verschiedenen Rastermaßen tastend, ausgebildet sind. Diese Nadelhalter sind drehbar durch Langlöcher längs verschiebbar. Geklemmt werden die Halter durch Schrauben, deren Muttern in einer T-Nut quer verschiebbar sind. Halter die, wie im Anspruch 4 beschrieben, Stecker aufnehmen, sind wie Nadelhalter gestaltet und können auch beliebig gedreht und verschoben werden. Elektrisch werden die Nadel- oder Steckeranschlüsse über Einzelkabel, Stecker, Buchsen zu einem Mehrpolstecker verbunden. Eine Aufspannleiste mit einer T-Nut, ein Buchsenfeld, das elektrisch mit einem Mehrpolstecker verbunden ist, sowie den Nadel- bzw. Steckerhaltern bilden eine Einheit, die austauschbar ist. Die zuvor beschriebene Einheit wird über zwei Indexbolzen auf dem Aufspanntisch zentriert und mit einer mechanischen Klemmung festgehalten.