DE4441347C2

DE4441347C2 - Verfahren zum Prüfen von elektronischen Schaltungen auf Leiterplatten und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE4441347C2
Application number: DE19944441347
Authority: DE
Inventors: Peter Fritzsche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1994-11-21
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: DE4441347A1

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

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.