DE69329567T2

DE69329567T2 - Identifikation von offenen Anschlussfehlern durch kapazitive Kopplung

Info

Publication number: DE69329567T2
Application number: DE69329567T
Authority: DE
Inventors: David T. Crook; Kevin W. Keirn
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2013-02-05
Also published as: US5696451A; JP3228816B2; EP0560484A3; KR930020165A; EP0560484B1; DE69329567D1; TW239251B; EP0560484A2; JPH06160457A; KR100248640B1; TW209317B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf das Messen und Testen von Bauelementen und besonders auf das schaltungsinterne Testen von Bauelementen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das schaltungsinterne Testen von Verbindungen zwischen einer integrierten Schaltung und einer gedruckten Schaltungsplatine.
Es ist wichtig, daß elektronische Komponenten und gedruckte Schaltungsplatinen getestet werden, nachdem die Komponenten an die gedruckte Schaltungsplatine gelötet wurden. Mehrere unterschiedliche Lösungsansätze wurden zum Testen der Komponenten und der gedruckten Schaltungsplatinen entwickelt, einschließlich dem Funktionstesten, dem schaltungsinternen Testen und von Herstellungsdefektanalysatoren.
Das Funktionstesten verwendet eine Prozedur des Anlegens von vorbestimmten Eingangssignalen und des Überwachens der Ausgangssignale einer gedruckten Schaltungsplatine, um zu bestimmen, ob alle Komponenten vorhanden sind und ordnungsgemäß auf der Schaltungsplatine in Betrieb sind. Während das Funktionstesten eine Möglichkeit des Bestimmens liefert, ob die gedruckte Schaltungsplatine ordnungsgemäß funktioniert, liefert dieselbe wenig oder keine Informationen hinsichtlich der Funktion von einzelnen Komponenten an der Platine. Komplexe Programmierverfahren wurden verwendet, um begrenzte Informationen bezüglich der Position von nicht funktionierenden Komponenten an der Schaltungsplatine durch sorgfältiges Auswählen von Eingangsdaten und Analysieren der Ausgangsresultate zu liefern. Derartige Systeme sind komplex, aufwendig zu implementieren und liefern normalerweise lediglich vage Informationen bezüglich der Position von fehlerhaft funktionierenden Komponenten.
Aufgrund der Begrenzungen des Funktionstestens wurden schaltungsinterne Testverfahren verwendet, um die Komponenten an der gedruckten Schaltungsplatine einzeln zu testen, um zu bestimmen, ob diese Komponenten ordnungsgemäß arbeiten. Dieses Verfahren verwendet einen "Nagelbett"-Tester, um auf jede einzelne Komponente zuzugreifen und diese Komponente einzeln zu testen. Auf diese Art und Weise können nicht funktionierende Komponenten identifiziert und ausgetauscht werden, um zu verhindern, daß die gesamte Schaltungsplatine als Ausschuß beurteilt wird. Dieses Verfahren funktioniert für einfache Komponenten gut, bei denen die Schaltung innerhalb der Komponente bekannt ist und ohne weiteres getestet werden kann. Wenn die getestete Komponente sehr komplex ist, oder wenn die Schaltung innerhalb der Komponente unbekannt ist, kann das schaltungsinterne Testen möglicherweise keine zufriedenstellenden Resultate erreichen.
Herstellungsdefektanalysatoren sind eine weitere Klasse von Testgeräten, die einfachere Tests vorsehen und weniger aufwendig zu implementieren sind. Diese Geräte sind entworfen, um Herstellungsfehler, wie z. B. Kurzschlüsse auf einer gedruckten Schaltungsplatine, fehlende integrierte Schaltungen, gebogene Komponentenstifte etc., zu lokalisieren. Obwohl diese Geräte eine annehmbar gute Arbeit beim Auffinden von Kurzschlüssen und von groben analogen Fehlern leisten, sind sie für das Testen von digitalen Abschnitten der Platine weniger geeignet.
Ein sehr wichtiges wesentliches Problem, das bei jeder gedruckten Schaltungsplatine überprüft werden muß, besteht darin, ob alle Stifte jeder Komponente an die Schaltungsplatine gelötet sind. Das Funktionstesten kann einen bestimmten Stift auslassen, wenn die Funktionen, die durch diesen speziellen Stift durchgeführt werden, nicht gründlich bei dem Funktionstest getestet werden. Das Testen bei diesem Fehlertyp ist besonders schwierig, wenn die Schaltung innerhalb der Komponente unbekannt ist, wie z. B. bei dem Fall von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs). Aufgrund der großen Anzahl von ASICs und der Komplexität dieser Bauelemente ist es oftmals nicht machbar, einen schaltungsinternen Test oder einen Funktionstest zu entwerfen, um diese spezielle Komponente zu trennen bzw. genau zu bestimmen.
Es besteht folglich ein Bedarf in der Technik nach einem Gerät und einem Verfahren, die bestimmen, ob alle Stifte einer Komponente an eine Schaltungsplatine gelötet sind. Es besteht ein weiterer Bedarf in der Technik nach einem solchen Gerät und einem solchen Verfahren, die sich nicht auf die Schaltung, die in der Komponente enthalten ist, stützen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese und weitere Bedürfnisse.
Diese Anmeldung bezieht sich auf die Offenbarung der US-A- 5124660, veröffentlicht am 23.6.92 mit dem Titel Identification of Pin-Open Faults by Capacitive Couplina through the Integrated circuit.
Die EP-A-0492806, veröffentlicht am 1.7.92, offenbart ein System, das bestimmt, ob Eingangs- und Ausgangs-Stifte von Halbleiterkomponenten vorhanden sind und ordnungsgemäß an eine gedruckte Schaltungsplatine gelötet sind. Das System umfaßt einen Oszillator, der mit einer Metallelektrode verbunden ist, die auf einem oberen Ende eines Gehäuses bzw. Pakets für ein integrierte Schaltung plaziert ist. Ein Sondenstift in einem Nagelbett-Tester ist mit einem Strommeßgerät und einer Verdrahtungsleiterbahn der gedruckten Schaltungsplatine verbunden, die an den getesteten Stift gelötet ist. Das Oszillatorsignal ist kapazitiv durch das Gehäuse für eine integrierte Schaltung mit dem getesteten Stift gekoppelt, so daß, wenn der Strom durch das Strommeßgerät gemessen wird, der Stift mit der gedruckten Schaltungsplatine verbunden ist.
Die GB-A-2179751 offenbart eine Vorrichtung zum Abschließen eines Verbinders an einem elektrischen Kabel, die ein Druckwerkzeug zum Ineingriffnehmen des Verbinders und zum Einfügen von einem oder mehreren Kontaktelementen umfaßt, um eine elektrische Verbindung mit einem jeweiligen Leiter des Ka bels herzustellen. Eine kapazitive Kopplungsplatte erzeugt ein Spannungssignal an dem einen oder mehreren Leitern des Kabels. Ein Detektor überwacht die Änderung der Spannung jedes der Kontaktelemente, sowie dieselben eingefügt werden, wobei das Druckwerkzeug eine elektrische Verbindung zwischen dem Detektor und den Kontaktelementen vorsieht. Es wird ein Signal abgegeben, wenn die Spannungsänderung eines beliebigen der Kontakte einen Schwellenwert nicht überschreitet, was anzeigt, daß eine nicht geeignete elektrische Verbindung hergestellt wurde.
Die EP-A-0317440 offenbart ein Testgerät, das eine Elektrode umfaßt, die auf ein positives Potential getrieben wird, und die mit einer getesteten Verbindung gekoppelt ist, wobei sich die Verbindung auf einem negativen Potential befindet. Der Elektronenfluß wird gemessen, um die Charakteristika der Verbindung zu bestimmen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Testen einer Komponente gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Testen einer Komponente gemäß Anspruch 2 vorgesehen.
Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, um eine Verbindung zwischen einem Stift einer Komponente und einer Schaltungsanordnung, mit der derselbe verbunden ist, zu testen.
Es ist ein weiterer Aspekt der Erfindung eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren vorzusehen, die sich nicht auf die Schaltung stützen, die innerhalb der Komponente enthalten ist.
Die obigen und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden mit einem System erreicht, das die Nachteile und die Begrenzungen des Stands der Technik überwindet, indem eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen vorgesehen werden, ob analoge, digitale, diskrete oder nicht-elektrische Komponenten vorhanden sind und ordnungsgemäß mit einer gedruckten Schaltungsplatine verbunden sind. Die vorliegende Erfindung bestimmt, ob Anschlußstifte, einschließlich dem Eingang, dem Ausgang, der Leistung und der Masse, mit der Schaltungsanordnung ungeachtet der verwendeten Komponentenfamilie verbunden sind.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel verwendet eine Metallsonde, wie z. B. eine Kupferplatte, die auf einem oberen Ende eines Pakets bzw. Gehäuses für eine integrierte Schaltung plaziert ist. Eine Verbindung wird dann durch einen Nagelbett-Tester oder eine andere Einrichtung mit einer Schaltungsanordnungsverdrahtungsleiterbahn hergestellt, die mit dem getesteten Stift verbunden ist. Diese Verbindung ist ihrerseits mit einem Oszillator verbunden, und ein Ausgang der Sonde ist mit einem Meßgerät verbunden. Der Oszillator wird dann eingestellt, um ein Signal zu dem Stift zuzuführen, und dieses Signal wird durch das Komponentenpaket mit der Sonde kapazitiv gekoppelt.
Bei einem System, das aus dem Schutzbereich der vorliegenden Ansprüche fällt, wird der Strom gemessen, der aus der Sonde in das Meßgerät fließt, und wenn dieser Strom eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, wird der Stift als verbunden betrachtet.
Dieses System kann ferner einen Verstärker zwischen der Sonde und dem Meßgerät umfassen, um die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen zu reduzieren und eine unerwünschte Systemkapazität zu eliminieren.
Das System bestimmt die Kapazität zwischen der Metallsonde und der Zuleitung innerhalb der integrierten Schaltung, und wenn die Kapazität die Basiskapazität des Systems um einen vorbestimmten Betrag überschreitet, wird der Stift als ver bunden betrachtet. Das System mißt ferner die Spannung zwischen der Sonde und dem Stift, um die Kapazität zu bestimmen. Wenn mehrere Stifte innerhalb der integrierten Schaltung miteinander verbunden sind, wird die Kapazität von allen Stiften mit einer Schwellenkapazität verglichen. Nicht verwendete Stifte können auf Masse gelegt sein, um den Effekt derselben auf die Kapazität zu minimieren. Die Sonde kann abgeschirmt sein, um Streukapazitäten zu minimieren. Eine segmentierte Sonde, die ein getrenntes Segment über jedem Stift der integrierten Schaltung aufweist, kann verwendet werden, um einen einzigen Stift weiter zu trennen.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist die Spannungs- oder Strom-Quelle mit der Sonde verbunden, und das Meßsystem ist mit dem Stift verbunden.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch Lesen der folgenden spezielleren Beschreibung der Erfindung offensichtlicher werden, die in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen dargestellt wird, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine obere Wegschnittansicht einer integrierten Schaltung zeigt;
Fig. 3 eine Seitenwegschnittansicht einer integrierten Schaltung zeigt, und zusammen mit Fig. 2 darstellt, wie die kapazitive Kopplung auftritt;
Fig. 4 eine integrierte Schaltung mit mehreren Stiften zeigt, die außen außerhalb der integrierten Schaltung verbunden sind;
Fig. 5 die Verwendung einer sehr kleinen Sonde zeigt, die über einem einzigen Stift einer integrierten Schaltung plaziert sein kann;
Fig. 6 eine segmentierte Sonde zeigt, die verwendet wird, um getrennt jeden Stift einer integrierten Schaltung zu testen;
Fig. 7 ein schematisches Diagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, bei dem die Komponentenverbindungen gegenüber der Fig. 1 umgekehrt sind;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm der Erfindung mit nicht-verwendeten, auf Masse gelegten Stiften zeigt;
Fig. 9 ein Diagramm der Sonde mit einer Abschirmung zeigt; und
Fig. 10 ein schematisches Diagramm zeigt, wobei das Meßsystem mit der Sonde verbunden ist.
Die folgende Beschreibung ist die derzeit als beste betrachtete Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung. Diese Beschreibung soll nicht in einem begrenzenden Sinne aufgefaßt werden, sondern dient lediglich dem Zweck des Beschreibens der allgemeinen Prinzipien der Erfindung. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Meßsystems 102, das einen Oszillator 104 verwendet, der ein Wechselstromsignal mit typischerweise acht Kilohertz (8 KHz) bei drei (3) Volt zuführt. Der Ausgang des Oszillators 104 ist mit einer Metallelektrode 106 verbunden, die auf dem oberen Ende eines Gehäuses 110 für eine integrierte Schaltung plaziert ist. Ein Isolator 108 kann zwischen der Elektrode 106 und dem Gehäuse 110 für eine integrierte Schaltung plaziert sein. Ein getesteter Anschlußstift 112 ist mit ei ner integrierten Schaltungsleiterbahn 114 verbunden, die mit einer Strommeßschaltung verbunden ist. Die Verbindung mit der Strommeßschaltung wird typischerweise durch ein Nagelbettverbindungsgerät hergestellt.
Die Strommeßschaltung, die nicht innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche dieser Anmeldung fällt, weist einen Operationsverstärker 120 mit einem Rückkopplungswiderstand 116 auf. Ein Detektor 118, typischerweise ein Voltmesser, ist quer zu dem Widerstand 116 geschaltet, um den Spannungsabfall und folglich den Strom zu messen, der durch den Widerstand 116 fließt. Der Strom, der durch den Widerstand 116 fließt, ist proportional zu dem Strom, der durch die Leiterbahn 114 fließt. Der gemessene Strom muß größer als der Betrag des Stroms sein, der durch die Basislinienkapazität des Meßsystems fließen würde, die durch den Kondensator Cbas 122 dargestellt ist.
Die Strommeßschaltung bestimmt ferner die Größe der Kapazität, die zwischen der Sonde und dem Stift existiert. Wie es in der Technik gut bekannt ist, kann, da die Frequenz des Oszillators 104 bekannt ist, die Kapazität direkt aus der Menge des Stroms oder dem Betrag des Stroms berechnet werden, der in der Platinenleiterbahn 114 fließt. Die Kapazität zwischen der Sonde und dem Stift ist die berechnete Kapazität minus dem Kapazitätsbetrag in dem Basislinienkondensator 122.
Um den Test durchzuführen, wird der Oszillator 104 aktiviert, und ein Strom wird zu der Elektrode 106 geleitet. Durch eine kapazitive Kopplung wird der Strom zu dem Stift 122 der integrierten Schaltung 110 geschickt. Der Strom läuft dann durch eine Verbindung zu einer Schaltungsanordnungsleiterbahn 114, und der Strom läuft dann zu der Schaltung 116, 118 und 120, die den Betrag des Stroms mißt, der von dem Stift 122 fließt, indem die Spannung quer zu dem Widerstand 116 gemessen wird. Wenn ein Schwellenbetrag des Stroms durch die Schaltung gemessen wird, d. h., daß der gemessene Strom größer als der Betrag des Stroms ist, der durch Cbas 122 alleine fließt, dann muß der Stift 112 mit der Leiterbahn 114 der integrierten Schaltung verbunden sein. Wenn der Stift 112 nicht an der Position 124 verbunden ist, wird kein Strom zu der Leiterbahn 114 der integrierten Schaltung geleitet, und der Schwellenbetrag des Stroms wird nicht durch die Schaltung gemessen, was anzeigt, daß ein Stiftleerlauffehler vorhanden ist. Der Detektor 118 liefert einem Bediener des Systems eine Anzeige, daß der Stift verbunden oder nicht verbunden ist.
Bei einem alternativen System (nicht gezeigt) wird eine Spannungsmeßschaltung zwischen die Sonde 106 und die Schaltungsleiterbahn 114 geschaltet, um die Spannung quer zu dem Kondensator zu messen, der durch die Sonde und den Stift gebildet wird. Diese gemessene Spannung wird verwendet, um die Kapazität zu berechnen, die gebildet wird, und wenn die Kapazität gleich Cbas alleine ist, dann ist ein Fehler vorhanden.
Fig. 2 zeigt eine obere Wegschnittansicht der integrierten Schaltung 110 und der Elektrode 106 und Fig. 3 zeigt eine Seitenwegschnittansicht der integrierten Schaltung 110 und der Elektrode 106. Fig. 2 und 3 stellen dar, wie die kapazitive Kopplung zwischen der Elektrode und den Stiften der integrierten Schaltung auftritt. Unter Bezugnahme nun auf Fig. 2 und 3 enthält das Gehäuse 110 für eine integrierte Schaltung eine integrierte Schaltung 202. Die integrierte Schaltung 202 enthält Verbindungen, diese Verbindungen müssen jedoch mit dem Äußeren des Gehäuses 110 für eine integrierte Schaltung hergestellt werden. Daher ist der Stift 112 mit einem inneren Leiter 204 verbunden, der den Stift 112 mit einer Position unmittelbar benachbart zu der integrierten Schaltung 202 verbindet. Dort erstreckt sich ein kleiner Draht zwischen dem Leiter 204 und einer Position an der integrierten Schaltung 202. Ähnliche Verbindungen werden mit allen anderen Stiften des Gehäuses 110 für eine integrierte Schaltung hergestellt.
Der Leiter 204 bildet eine leitfähige Platte, die als eine Platte eines Kondensators wirkt. Die andere Platte des Kondensators ist die Elektrode 106, die hier durch gestrichelte Linien dargestellt ist, was anzeigt, daß der Leiter 106 über dem oberen Ende des Gehäuses 110 für eine integrierte Schaltung plaziert ist. Obwohl der Kondensator, der auf diese Art und Weise erzeugt wird, klein ist, ist derselbe ausreichend, um ein Signal von der Elektrode 106 zu dem Stift 112 zu leiten.
Gelegentlich werden mehrere Stifte innerhalb einer integrierten Schaltung miteinander verbunden sein. Beispielsweise tritt dies oftmals auf, wenn eine integrierte Schaltung mehrere Massestifte oder mehrere Stifte für ein spezielles Signal aufweist. Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer integrierten Schaltung mit vier miteinander verbundenen Stiften. Bezugnehmend nun auf Fig. 4 enthält eine integrierte Schaltung 402 vier Zuleitungen innerhalb des Pakets, die miteinander verbunden sind. Die Zuleitung 404, die Zuleitung 406, die Zuleitung 408 und die Zuleitung 410 sind gesamt mit einem gemeinsamen Punkt 412 innerhalb der integrierten Schaltung 402 verbunden. Dies stellt ein Testproblem dar, da es schwer ist, zu erfassen, wann einer oder einige, jedoch nicht alle, der Stifte, die mit den Zuleitungen 404, 406, 408 und 410 verbunden sind, keinen Kontakt mit der Schaltungsanordnung bilden. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können durch Verwenden der Schaltung von Fig. 1, um den Kapazitätsbetrag zwischen einer Sonde und einer Zuleitung zu messen, mehrere miteinander verbundene Zuleitungen analysiert werden.
Anfangs wird der Kapazitätsbetrag zwischen den vier Stiften der integrierten Schaltung 402 und einer Sonde unter Verwendung einer Schaltung gemessen, von der bekannt ist, daß dieselbe ordnungsgemäß funktioniert. Der Kapazitätsbetrag wird einen speziellen Wert, z. B. 200 Femtofarad, aufweisen. Die Stifte der integrierten Schaltung 402 werden dann absicht lich, einer nach dem anderen, abgetrennt, und der Kapazitätsbetrag wird wiederum gemessen. Unter Verwendung dieses Verfahrens kann der Kapazitätsbetrag jedes Stifts bestimmt werden. Beispielsweise kann die Kapazität wie folgt gemessen werden:
Stift 404 - 65 Femtofarad
Stift 406 - 45 Femtofarad
Stift 408 - 45 Femtofarad
Stift 410 - 45 Femtofarad.
Wenn eine nicht bekannte Schaltung getestet wird, wenn einer der Stifte nicht verbunden ist, wird die Kapazität kleiner als der Betrag sein, der für alle vier Stifte gemessen wird, was einen Fehler anzeigt. Zusätzlich wird, wenn der Stift 404 keinen Kontakt bildet, die Kapazität aufgrund des einzigartigen Kapazitätsbetrags, der durch den Stift 404 erzeugt wird, einen einzigartigen Wert aufweisen. Folglich wird bei einigen Fällen die Differenz der Kapazität es dem Verfahren ermöglichen, genau zu bestimmen, welcher Stift keinen Kontakt bildet.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist die gemessene Kapazität 135 Femtofarad, wenn der Stift 404 keinen Kontakt bildet, was anzeigt, daß lediglich der Stift 404 für die verringerte Kapazität verantwortlich sein kann. Dieses Verfahren ist jedoch ineffektiv, wenn die Stifte mit dem Bauelementsubstrat durch einen Niederimpedanzweg verbunden sind. In diesem Fall müssen alle Stifte getrennt werden, bevor das Verfahren eine abgesenkte Kapazität erfassen kann.
Ein weiteres Verfahren wird ferner das Problem lösen, das durch Fig. 4 dargestellt ist. Das Verfahren besteht in der Verwendung einer sehr kleinen Sonde, die lediglich den Oberflächenbereich eines einzigen Stifts bedeckt. Fig. 5 zeigt ein Diagramm einer derartigen Sonde, die über einer integrierten Schaltung plaziert ist. Bezugnehmend nun auf Fig. 5 weist eine integrierte Schaltung 502 einen Stift 504 mit einer sehr kleinen Sonde 506 um das obere Ende der integrierten Schaltung 502 auf, mit der jeder Stift getrennt geprüft werden kann. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer wesentlich kleineren gemessenen Kapazität. Bei einem Test dieses Verfahrens wird beispielsweise bei verbundenen Stiften eine Kapazität von etwa 50 Femtofarad gemessen, während bei getrennten Stiften 15 Femtofarad gemessen werden.
Das Verfahren von Fig. 5 kann erweitert werden, indem eine segmentierte Sonde, wie in Fig. 6 gezeigt, erzeugt wird. Bezugnehmend nun auf Fig. 6 weist eine Sonde 602 eine Anzahl von sehr kleinen Segmenten, wie z. B. das Segment 604, auf, wobei jedes derselben über einem einzigen Stift positioniert ist, wenn die Sonde 602 auf dem oberen Ende einer integrierten Schaltung plaziert wird. Jedes der Segmente ist mit einem Ausgang einer Auswahlvorrichtung 606 verbunden, um ein einzelnes Segment beim Testen auszuwählen, und der Eingang in die Auswahlvorrichtung ist mit einer Spannungsquelle 608 verbunden. Wenn eine segmentierte Sonde 602 verwendet wird, ist das Meßgerät auf die gleiche Art und Weise wie in Fig. 1 verbunden.
In der Schaltung von Fig. 1 wird ein ziemlich großes Signal, typischerweise 3 Volt, an die Sonde angelegt, die auf dem oberen Ende der integrierten Schaltung plaziert ist. Dies ist allgemein, aufgrund der großen Spannung, die verwendet werden kann, keine bevorzugte Weise zum Testen eines Stifts. Wenn jedoch der getestete Stift ferner mit einem Pull-Up- Widerstand (Hinaufzieh-Widerstand) oder einem beliebigen Widerstand verbunden ist, der mit einem Knoten, der auf Masse gelegt sein kann, verbunden ist, kann eine Umkehrung der Quelle und des Detektors in der Schaltung von Fig. 1 wünschenswert sein.
Eine Schaltung, die diese Umkehrung implementiert, ist in Fig. 7 gezeigt und ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel. Bezugnehmend nun auf Fig. 7 ist eine Quelle 704, die typischerweise 0,2 Volt effektiv aufweist, mit dem integrierten Schaltungsstift verbunden, der eine Platte des Sondenkondensators 710 bildet. Ein Widerstand 706 stellt den Pull-Up-Widerstand dar, der sich innerhalb oder außerhalb innerhalb der integrierten Schaltung 718 befinden kann. Die Basisliniensystemkapazität 708 ist immer parallel zu dem Kondensator, der durch die Sonde 710 und den Anschlußstift 720 gebildet wird. Diese zwei Kondensatoren sind mit der Meßschaltung verbunden, die einen Operationsverstärker 716, einen Rückkopplungswiderstand 714 und einen Detektor 712 umfaßt. Aufgrund der niedrigen Spannung der Quelle 704, d. h. etwa 0,2 Volt effektiv, werden Sperrschichtdioden innerhalb der getesteten integrierten Schaltung nicht ausreichend vorgespannt, um die Quelle zu überlasten.
Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm der Schaltung von Fig. 1 unter Hinzufügung eines Stiftschutzes. Bezugnehmend auf Fig. 8 enthält eine Testschaltung 802 eine Signalquelle 804, die mit einer Sonde 806 verbunden ist, die über einer integrierten Schaltung 810 plaziert ist. Das Signal, das kapazitiv von der Sonde 806 zu einem Stift 812 gekoppelt ist, wird durch einen Leiter 814 zu einer Strommeßschaltung geleitet, die außerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche fällt, und die einen Operationsverstärker 820, einen Rückkopplungswiderstand 816 und einen Detektor 818 umfaßt. In der Schaltung von Fig. 8 sind im Gegensatz zu der Schaltung von Fig. 1 alle Stifte der integrierten Schaltung 810, die nicht getestet werden, durch Masseverbindungen 822 und 824 auf Masse gelegt. Dieses Auf-Masse-Legen von nicht-verwendeten Stiften wird als "Schutz" ("guarding") bezeichnet. Der Schutz, der in Fig. 8 dargestellt ist, verhindert ein Nebensprechen zwischen dem getesteten Stift und anderen Stiften an der integrierten Schaltung, was folglich eine Streukapazitätskopplung zwischen Stiften reduziert und eine bessere Anzeige vorsieht, wenn ein Stift nicht verbunden ist. Dieses Verfahren ist besonders effektiv, wenn einer der auf Masse gelegten Stifte ferner mit einer Masseebene der gedruckten Schaltungsplatine, die die Komponente enthält, verbunden ist, da dies eine große auf Masse gelegte Ebene unter der gesamten integrierten Schaltung und benachbarten Schaltungen plaziert.
Ein weiteres Verfahren zum Reduzieren des Nebensprechens des Rauschens besteht darin, eine auf Masse gelegte Abschirmung über der Sonde zu plazieren. Fig. 9 zeigt ein Diagramm einer derartigen Abschirmung an Ort und Stelle über der Sonde. Bezugnehmend auf Fig. 9 enthält eine integrierte Schaltung 110 die kapazitive Sonde 106, wie es vorher in Fig. 1 dargestellt ist. Zusätzlich ist jedoch eine Abschirmung 902 über der Sonde 106 plaziert, die jedoch nicht die Sonde 106 kontaktiert. Die Abschirmung 902 enthält ferner einen Rand 904, der sich außerhalb der Sonde 106 und hinunter über einen Teil der Stifte der integrierten Schaltung 110 erstreckt.
Die Sonde 106 (Fig. 1) kann ferner in einen Kontakt mit einer Wärmesenke plaziert werden, die auf dem oberen Ende der integrierten Schaltung 110 positioniert ist. Wenn die Wärmesenke nicht auf Masse gelegt ist, kann die Sonde die Wärmesenke kontaktieren oder mit derselben gekoppelt sein, was die Kopplung zwischen der Sonde und dem Anschlußrahmen verbessert. Wenn die Wärmesenke jedoch auf Masse gelegt ist, werden die Zuleitungen innerhalb der integrierten Schaltung effektiv von der kapazitiven Sonde abgeschirmt, und es kann keine Kapazität gemessen werden. Bei diesen Situationen muß die integrierte Schaltung vor dem Auf-Masse-Legen der Wärmesenke getestet werden.
Fig. 10 zeigt ein Meßsystem, das, wie in Fig. 7, mit der Sonde verbunden ist, das jedoch ferner einen Verstärker in der Sondenschaltung umfaßt. Bezugnehmend nun auf Fig. 10 ist eine Quelle 1004, die typischerweise 0,2 Volt effektiv aufweist, mit einer Auswahlvorrichtung 1005 verbunden, und ein Ausgang der Auswahlvorrichtung 1005 ist mit einem Stift 1020 einer integrierten Schaltung 1006 verbunden. Die Sonde 1008 ist benachbart zu der integrierten Schaltung 1006 plaziert, und ist mit einem Multiplexer 1010 verbunden. Der Ausgang des Multiplexers 1010 ist mit einem Verstärker 1014, der einen großen Rückkopplungswiderstand 1016 aufweist, verbunden. Der Multiplexer kann durch einen Schalter gesteuert werden, oder derselbe kann elektrisch durch eine Steuerung oder ein Computersystem gesteuert werden. Der Ausgang des Verstärkers 1014 ist mit einem Detektor 1018 verbunden, um den Strom oder die Spannung quer zu der Kapazität zu messen, die durch die Sonde 1008 und den Stift 1020 gebildet wird. Eine Abschirmung 1028 kann ferner über der integrierten Schaltung 1006 auf eine Art und Weise plaziert sein, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben ist. Der Verstärker 1014 kann ferner innerhalb der Abschirmung 1028 plaziert sein.
Eine zweite integrierte Schaltung 1022 kann ferner getestet werden. Die Quelle 1004 ist ferner mit dem Stift 1024 der integrierten Schaltung 1022 durch die Auswahlvorrichtung 1005 verbunden, und eine zweite Sonde 1030 ist benachbart zu der integrierten Schaltung 1022 plaziert. Diese zweite Sonde 1030 ist mit einem weiteren Eingang des Multiplexers 1010 verbunden. Der Multiplexer 1010 und die Auswahlvorrichtung 1005 werden durch eine Steuerung 1032 getrennt. Eine zweite Abschirmung 1026 kann über der zweiten integrierten Schaltung 1022 plaziert sein.
Dadurch, daß sich der Verstärker 1014 in der Sondenschaltung befindet, werden die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen und die Effekte der Systemkapazität reduziert. Alternativ kann der Verstärker innerhalb des Detektors 1018 positioniert sein, oder ein Verstärker kann zwischen jeder der Sonden und dem Multiplexer 1010 plaziert sein.
Ein weiteres Verfahren, um das Rauschen zu reduzieren, wenn eine integrierte Schaltung unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung getestet wird, besteht darin, alle Masse- und Leistungs-Stifte der integrierten Schaltung zu schützen. Dieses Verfahren ist besonders effektiv, da dies üblicherweise die Masseebene der gedruckten Schaltungsplatine auf Masse legt, die ebenfalls mit vielen Stiften an weiteren integrierten Schaltungen verbunden ist, wodurch folglich das Gesamtsystemrauschen reduziert wird.
Obwohl die oben beschriebenen Schaltungen als eine elektrische Komponente, wie z. B. eine integrierte Schaltung, testend gezeigt sind, ist das Verfahren gleichermaßen gut bei mechanischen Komponenten, wie z. B. integrierten Schaltungssockeln, anwendbar. Dasselbe wird ferner bei analogen elektrischen Komponenten oder diskreten Komponenten, wie z. B. Widerständen und Kondensatoren, funktionieren.
Durch die Beschreibung eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist es nun offensichtlich, daß die Ziele der Erfindung vollständig erreicht wurden, und es ist für Fachleute offensichtlich, daß sich viele Änderungen des Aufbaus und der Schaltungsanordnung und sich stark unterscheidende Ausführungsbeispiele und Anwendungen der Erfindung von selbst, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen, vorschlagen. Die Offenbarungen und die Beschreibung hierin sollen lediglich darstellend sein, und sollen in keinem Sinn die Erfindung begrenzen, die bevorzugterweise bezüglich des Schutzbereichs durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Ein Verfahren zum Testen einer Komponente (110) auf einer Schaltungsanordnung, um zu bestimmen, ob die Komponente mit einer Leiterbahn einer Schaltung (114) auf der Schaltungsanordnung leitfähig verbunden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Plazieren einer leitfähigen Elektrode (106) in der Nähe einer Oberfläche der Komponente;

Zuführen einer zeitvariablen elektrischen Spannung zu der Leiterbahn;

gekennzeichnet durch

Bestimmen (116, 120) einer Kapazität zwischen der leitfähigen Elektrode (116, 120) und der Schaltung (114) unter Verwendung der zugeführten Spannung; und

Anzeigen eines Fehlers, wenn die Kapazität außerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Kapazitätswerten (118) liegt.

2. Ein System zum Testen einer Komponente (718), um zu bestimmen, ob einer einer Mehrzahl von Anschlußstiften (722, 728) der Komponente (718) mit einer Leiterbahn (720) einer gedruckten Schaltungsanordnung leitfähig verbunden ist, wobei das System folgende Merkmale aufweist:

eine Signaleinrichtung (704) zum Zuführen einer zeitvariablen elektrischen Spannung zu der Leiterbahn (720), wobei die Signaleinrichtung ein Signalausgangselement (724), das mit der Leiterbahn (720) verbunden ist, und ein gemeinsames Ausgangselement (726) aufweist;

eine leitfähige Elektrode (710), die eine Oberfläche aufweist, die betreibbar ist, um in der Nähe zu einer Oberfläche der Komponente (718) zu sein;

gekennzeichnet durch

eine Kapazitätsbestimmungseinrichtung (712, 714, 716), die zwischen die leitfähige Elektrode (710) und das gemeinsame Ausgangselement (726) geschaltet ist, um die zugeführte Spannung zum Bestimmen einer Kapazität zwischen der leitfähigen Elektrode (710) und dem einen der Mehrzahl von Anschlußstiften (722) und zum Anzeigen eines Fehlers, wenn die Kapazität unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt, zu verwenden.

3. Ein System gemäß Anspruch 2, bei dem die leitfähige Elektrode (604) eine Größe aufweist, die es ermöglicht, daß dieselbe im wesentlichen mit lediglich einem Anschlußstift (722) gekoppelt wird.

4. Ein System gemäß Anspruch 2 oder 3, das eine Abschirmeinrichtung (902) benachbart zu einem oberen Ende der leitfähigen Elektrode zum Abschirmen der leitfähigen Elektrode und von Verbindungen mit derselben vor nicht erwünschten elektrischen Signalen und Rauschen aufweist, wobei die Abschirmeinrichtung mit dem gemeinsamen Ausgangselement (726) verbunden ist.

5. Ein System gemäß Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem die leitfähige Elektrode (710) eine nicht auf Masse gelegte Wärmesenke aufweist, die an der Komponente befestigt ist.

6. Ein System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, das eine Einrichtung zum Verbinden einer Spannungsebene (822, 824) der gedruckten Schaltungsanordnung mit dem gemeinsamen Ausgangselement aufweist.

7. Ein System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, das eine Verstärkungseinrichtung (1014, 1016) aufweist, die zwischen die leitfähige Elektrode und eine Strommeßeinrichtung geschaltet ist.

8. Ein System gemäß Anspruch 2, das entworfen ist, um eine Mehrzahl von Komponenten (1006, 1022) zu testen, um zu bestimmen, ob jeder einer Mehrzahl von Anschlußstiften (1034, 1036, 1038) von jeder der Komponenten (1006, 1022) mit einer einer Mehrzahl von Leiterbahnen (1024, 1020) einer Schaltungsanordnung leitfähig verbunden ist, wobei das Ausgangselement der Signaleinrichtung (1004) eine Mehrzahl von Ausgängen aufweist, die jeweils mit einer Leiterbahn verbindbar sind, wobei das System ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Mehrzahl von leitfähigen Elektroden;

eine Multiplexereinrichtung (1010), die eine Mehrzahl von Eingängen aufweist, wobei jeweils einer der Eingänge mit jeweils einer der leitfähigen Elektroden (1008, 1030) verbunden ist, wobei die Kapazitätsbestimmungseinrichtung (1018) zwischen einen Ausgang der Multiplexereinrichtung und das Signalausgangselement geschaltet ist; und

eine Steuerungseinrichtung (1032), die einen Ausgang, der mit einer Auswahleinrichtung (1005) zum Auswählen eines der Mehrzahl von Ausgängen verbunden ist, und einen Ausgang aufweist, der mit der Multiplexereinrichtung (1010) verbunden ist, um einen der Mehrzahl von Eingängen der Multiplexereinrichtung auszuwählen, um das zugeführte Signal zum Messen der Kapazität zwischen der leitfähigen Elektrode und jeder der Spuren, die mit dem einen der Mehrzahl von Anschlußstif ten verbunden ist, und zum Anzeigen eines Fehlers, wenn einer der gemessenen Kapazitätswerte unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt, zu verwenden.