DE4441347C2 - Verfahren zum Prüfen von elektronischen Schaltungen auf Leiterplatten und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Prüfen von elektronischen Schaltungen auf Leiterplatten und Vorrichtung zum Durchführen des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von elektronischen Schaltungen auf
Leiterplatten und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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 eine zur Leiterplatte passende Steckverbindung oder eine Anordnung von
Testnadeln, bekannt als Nadelbettadapter (Komplexe Bordtestadapter problemlos in
wenigen Stunden fertig, von Reinhardt, in Elektronik
Produktion & Prüftechnik, Heft 4, 1992, Seite 56-57). 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
vertretbar 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. (Flinke Finger von
W. Reuber in PRONIC, Band 9, 1993, Heft 1/2 Seite 30, 32, 34, 36). 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.
("Die Grenzen geöffnet" von R. Korus in productronic 9, 1992, Seite 42-44). 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben mit dem die
Prüfung von elektronischen Schaltungen verbessert wird, sowie eine Vorrichtung zum
Durchführen des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst, eine
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben.
Dabei hat die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens soviele Testpunkte
gleichzeitig auf einer Leiterplatte mit Testnadeln zu kontaktieren, daß durch diese
elektrische Verbindung mit Meßgeräten die Funktionsfähigkeit der Baugruppe bestimmt
werden kann. Die Positionen der Testnadeln können schnell und einfach von Hand
verändert werden. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Vorrichtung ist es, beim
Funktionstest durch automatisiertes Kontaktieren mittels Steckverbindern
Verbindungen zu den Meßgeräten herzustellen. Desweiteren können auf derselben
Vorrichtung alle Bauteile zum In-Circuit-Test durch programmgesteuerte Testnadeln
kontaktiert werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß eine einmal
in die Vorrichtung eingelegte Leiterplatte stufenweise bis zu hundert Prozent getestet
werden kann, obwohl nur ein Bruchteil der sonst beim Nadelbettadapter benötigten
Testnadeln eingesetzt sind. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit auf Änderungen
im Leiterplattenlayout wie es in der Enwicklungsphase häufig vorkommt schnell zu
reagieren und einfach von Hand Testnadeln neu zu positionieren. 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 diese Testnadeln 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 ihrer Position zueinander
sowie 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 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. 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 Lagerbock 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. 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 beieinander liegende 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 4.9 angelötet. 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. 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 7.3 für
Doppel-Zahnriemenscheibe verschiebbar als Riemenspanner ausgebildet, 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 schon beschriebenen Antriebsarten in Betracht. Bild 8 zeigt als Detail
von Bild 6 die T-Nut 8.1, die Spannpratze mit Langloch 8.2, die Bundschraube 8.3,
die Klemmschraube mit Hebel 8.4 und die (unsichtbaren) Indexbolzen 8.5 zur Zentrierung der
Aufspannleiste auf dem Aufspanntisch. Bild 9 zeigt eine abgenommene
Aufspanneinheit mit den elektrischen Verbindungen 9.1 von den Nadeln zu den
Einzelbuchsen 9.2. Diese sind mit einer mehrpoligen Steckverbindung 9.3 (siehe auch
Bild 8) verbunden, die die Verbindung zu der separaten Meßeinrichtung bildet. Bild 10
zeigt die selbe Aufspanneinheit mit einem Steckverbinder 10.1 zur Kontaktierung von
Pfostensteckern 10.2 auf Leiterplatten, wobei zuerst der Steckverbinder und
gegebenenfalls zusätzliche Nadelhalter über der Leiterplatte positioniert werden. Durch
Hochfahren des Leiterplattentisches wird der Steckverbinder auf den Pfostenstecker
gesteckt und die Testnadeln kontaktieren ihre Testpunkte. Damit beim Abziehen des
Steckverbinders die Leiterplatte nicht hochgezogen wird, ist der Steckverbinder mit
Niederhaltern auszustatten. Der Übersichtlichkeit wegen sind nur 3 der elektrischen
Verbindungen von dem Steckverbinder bzw. den Testnadeln zum Buchsenfeld
gezeichnet. Dies gilt auch für Bild 11. Bild 11 zeigt einen Steckverbinder 11.1, der auf
Kontaktstreifen 11.2, Steckerleisten, oder Buchsenleisten am Platinenrand aufgesteckt
wird. 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 (7)
1. Verfahren zum Prüfen von elektronischen Schaltungen auf Leiterplatten, bei dem in
Gruppen angeordnete Testnadeln den für den Funktionstest auf der zu prüfenden
Leiterplatte vorgegebenen Testpunkten zugeordnet positioniert werden, dann die
Testpunkte mit den Testnadeln kontaktiert werden und der Funktionstest durchgeführt wird und
anschließend mittels mindestens vier jeweils in X- und Y-Richtung programmgesteuert
positionierbarer Einzeltestnadeln weitere vorgegebene Testpunkte auf der zu
prüfenden Leiterplatte kontaktiert werden und ein In-Circuit-Test durchgeführt wird.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem zur
Aufnahme der zu prüfenden Leiterplatte dienenden Leiterplattentisch (1.1), mit zwei
baugleichen spiegelbildlich angeordneten Aufspanntischen (1.3.1, 1.3.2), die jeweils eine
Gruppe von manuell positionierbaren Testnadeln und/oder Steckverbindern aufweisen und mit mindestens vier,
jeweils in X- und Y-Richtung programmgesteuert positionierbaren Einzeltestnadeln
(1.2.1, 1.2.2).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenposition des
Leiterplattentisches veränderbar ist. (Bild 3)
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Aufspanntischen
Nadelhalter, die eine Testnadel oder zwei oder ganze Gruppen der Testnadeln
aufnehmen und Steckverbinderhalter angeordnet sind. (Bild 10 und 11)
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelhalter und
Steckverbinderhalter Langlöcher aufweisen, die vor dem Befestigen der Nadelhalter
und Steckverbinderhalter mittels einer Befestigungsschraube ein Verschieben der
Nadelhalter und Steckverbinderhalter ermöglichen und daß die Nadelhalter und
Steckverbinderhalter um die Achse der Befestigungsschraube drehbar sind. (Bild 9)
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspanntische
und dadurch die Testnadeln und Steckverbinder in Bezug auf die zu testende
Leiterplatte programmgesteuert positionierbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelhalter und
Steckverbinderhalter auf einer Aufspannleiste angeordnet sind und mit einer die
Schnittstelle zur Prüfelektronik bildenden Steckverbindung (9.3) als Einheit austauschbar
sind.
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