CN100454032C - 检测无元件型印刷电路板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测试电路板的方法，特别涉及无元件型电路板。在本发明方法中，在接触过程中自动检测待测电路板表面的水平高度，接着根据检测的水平高度控制接触操作。通过此方法，指状测试器测试探针的移动控制实现自动匹配该水平高度，这特别有利于测试表面呈三维形状的挠曲型电路板。

Description

检测无元件型印刷电路板的方法
技术领域
本发明涉及使用带几个指状件的指状测试器检测无元件型印刷电路板的方法，这些指状件自动横向移动以接触待测电路板的电路板测试点。
背景技术
测试电路板的测试器通常可以被分成两类，一类带有指状测试器，另一类带有并行测试器。并行测试器是借助适配器同时接触待测试电路板的所有或者至少多数电路板测试点的测试器。指状测试器是测试无元件或者有元件电路板的测试器，它利用两个或者两个以上测试指顺序扫描各个接触点。
在无元件型印刷电路板的测试中，与有元件型电路板测试也就是内部电路测试相比，无元件型电路板测试必须更有效地接触多个测试点。为此，无元件型电路板的指状测试器成功销售的主要条件是在预定时间内接触电路板测试点的处理量。
测试指通常固定在滑动件上，滑动件能沿着横杆移动，而横杆又经导引而沿着导轨移动。因此，滑动件能被定位于测试阵列上任一预期点，测试阵列通常为矩形。当接触待测电路板的接触点时，滑动件能在横杆上垂直移动，使测试指可从电路板上方或下方放置在接触点上。
EP 0468153A1描述一种指状测试器；EP 0853242A1则描述一种使用指状测试器来测试电路板的方法。
JP02-130477A公开一种采用带一个测试指的指状测试器测试电路板的方法，测试指自动移动而接触待测电路板的电路板测试点。测试指具有带两个接触尖端的测试探针。采用两个接触尖端和接触传感器，确定测试探针与待测电路板的电路板测试点接触的时间点。借助该时间点和探针尖端的位置，确定电路板测试点表面的水平面。
US492635公开了修整导体路径的装置。这包括通过自动移动切断器将导体路径切割成预期宽度。但是，在切割发生之前，通过传感器确定导体路径的路线以及电路板的垂直廓形，使得以预期精度完成切割操作。
US5489855描述了带有几个测试指的指状测试器。
发明内容
本发明目的以在预定时间内进一步提高被接触电路板测试点处理量的方式开发一种利用指状测试器测试无元件型电路板的方法。
该目的通过具备权利要求1所述特征的方法实现的。从属权利要求描述了本发明的诸多有利开发。
在利用具有几个测试指的指状测试器测试无元件型印刷电路板的本发明方法中，这些测试指自动移动以接触待测电路板的电路板测试点，并且每个试电指具有带接触传感器的测试探针，当测试探针的探针尖端与待测电路板的表面进行接触时确定待测电路板表面的水平高度，以便借助该时间点和该时间点的探针尖端位置，确定该水平高度，并且可以根据确定的水平高度控制接触电路板的进一步接触过程。
由于测试指的运动可以根据电路板表面的实际确定的水平高度来控制，因此测试指可以以更高速度移动以接近电路板表面，并且恰好或者以短暂提前量减速到达电路板的表面，以接触电路板测试点。
采用常规方法，由于插入测试器的电路板的水平高度不同，测试指的移动极容易减速到低速，使得在接触电路板时，电路板测试点不会受损。有了本发明，可以更高速地移动以有效靠近电路板的表面，因而不会招致电路板表面受损的危险。
本发明方法因此快于常规方法，而且避免了对电路板表面的损伤。
根据优选方法，检测电路板表面上几个点的水平高度，借助检测的水平高度，通过插值法仿真电路板的表面。通过此方法，获得了电路板表面的数学模型，可用于计算电路板上任何预期点的水平高度。该水平高度接着被用于控制接触更多电路板测试点的各自接触操作。
仿真表面还可以用于确定待接触电路板测试点的X坐标和Y坐标。
附图说明
以下将参照附图所示实施例来详细描述本发明，其中：
图1为本发明测试探针第一实施例的透视图；
图2为图1所示测试探针，其中显示出测试针的原始位置和偏移位置；
图3为本发明测试探针第二实施例的透视图；
图4为图3所示的测试探针，其中各组件呈现为透明；
图5为本发明测试探针第三实施例的透视图；
图6为图5所示测试探针不带有外罩的透视图；
图7为本发明测试探针标有尺寸的侧视图；
图8为本发明指状测试器的透视图。
图号对照说明
1测试探针     2测试针
3针状物       4屏蔽层
5探针尖端     6定位臂
7定位臂       8定位臂
9定位臂       10座架
11接触片      12栓
13插槽        14通孔
15测试头壁    16光电开关元件
16a基部             16b翼
17测量片            18测量边缘
19接触之移动方向    20测试针之移动方向
21电路板            21a导体路径
22电路板测试点      27槽
28基部              29侧壁
30横网              31线性驱动器
32测试器            33控制器
34网格线            55横网
56测量板            57基片
58间隔套管          59板
60壁                61接触栓
62接触片            63导体
64定位臂            65横杆
66传送带            67连接网
68测试头
具体实施方式
图1与图2示出了本发明测试探针1的第一实施例。测试探针具有一测试针2，本实施例中，测试针2由直径d为0.3至0.5mm的针状物3构成。针状物3可由钢或钨制成。针状物3涂布有由特氟纶(Teflon)制成的绝缘层，该覆盖层又覆盖有导电层。带有导电层的该覆盖层形成屏蔽层4，其使针状物3与电场屏蔽。针状物3的两端从防护层4延伸，其中一端逐渐缩小而形成探针尖端5。在探针尖端的另一端，测试针2或针状物3连接两定位臂6和7，以下将其称为上部定位臂。另外两定位臂8和9固定在屏蔽层4上，其固定点与上部定位臂6和7与测试针2之间的连接点相距短距离。以下将定位臂8和9称为下部定位臂。两对定位臂6、7和定位臂8、9分别由中间弯曲的导线组件形成；测试针2通过导电连接(例如焊接连接)固定于弯曲点。两对定位臂6、7和定位臂8、9由此分别形成一等腰三角形；测试针2位于这些等腰三角形的顶点。
定位臂6至9上距离测试针2的最远端固定于座架10。座架10为电绝缘塑料件，其顶部上配置有一列接触片11a至11h。各上部定位臂6、7经由导体路径分别电连接接触片11a及11h。下部定位臂8、9各经由导电金属栓12(图4)及一导体路径分别连接接触片11b和11g，其中导电金属栓12垂直延伸通过座架10。
接触片11a至11h经由其它导体路径(图中未显示)与形成于座架10上的电插头连接器(图中未显示)连接。座架10为插座元件，其可插入有指状测试器的测试头。在本实施例中，座架10有一插槽13，此插槽延伸至位于座架10上最远离测试针2的侧面。座架10还设有与插槽13配置成一直角的通孔14。利用上述插槽，座架10即能压靠在测试头的薄壁15上，并借助穿过座架内的通孔14的栓销和薄壁15内的对应通孔加以固定。当座架10在薄壁15上滑动或放置在测试头的薄壁15上时，连接于接触片11a至11h的导体路径会同时电连接测试头的对应导体路径。
光电开关元件16配接于座架10上靠近测试针2的侧面。俯视的光电开关元件16呈U字形，其有一基部16a及两个翼16b。光源配置在其中一翼16b的端面上；另一翼16b设有用于接收光信号的光传感器。藉此，光源及光传感器即构成一个光学测量部件。在水平面上，光源及光传感器有一特定纵长，例如1mm。测量片17固定在测试针2上，其可由例如薄金属片制成。测量片17位于测试探针1的纵向中心面，其垂直布置并分别形成定位臂6、7与8、9的镜面。测量片17的上缘被设计为一测量边缘18，其由图1所示原始位置(其中定位臂6至9沿直线行进)延伸而与水平面形成一角度，并位于光学测量部件的正下方。
将测试探针1放置在待测电路板上时，测试针2会受到力作用而致使定位臂从原始位置旋转至偏斜位置(图1与图2上方)。藉此方式，测量片17被导入光学测量部件内。由于配置有倾斜的测试边缘18，按照测试针相对于座架10移动的比例中断光学测量部件，因此，光电开关所测量到的信号与测试针的移动路径成比例。
光电开关元件16藉由四个导体路径连接各个接触片11c至11f；如同其它接触片，这些接触片经由电插头连接器连接至测试头。
图7呈现本发明测试探针1的侧视图，其具备座架10、上部定位臂6和7、下部定位臂8和9以及测试针2。当测试探针被带至与待测电路板接触时，通过探针尖端5将测试探针1置于电路板上(方向19)。这包括测试针2相对于座架10沿箭头20方向(图5中向上)移动。以下称此方向20为测试针2的移动方向20。从侧面看，上部定位臂6和7及下部定位臂8和9连同座架10的对应边界边缘及测试针2位于上部定位臂与下部定位臂之间的区段形成一梯形。各个段长度(图7中以厘米为单位)的设计形态为：当测试针2移动时，探针尖端5沿直线21移动一定距离(例如5mm)；直线21与上部定位臂及下部定位臂在其原始位置展开的平面相互垂直。
由于使测试探针1移向电路板的方向19恰与测试针2相对于座架10的移动方向20相反，且探针尖端沿着平行于移动方向20的直线移动，因此不会产生平行于待测电路板表面方向的移动分量，进而能确保探针尖端5不会刮伤电路板的表面。当测试探针置于测试件上时，探针尖端不会因此移动。
最好，测试探针1的移动由光电开关所检测到的信号予以控制。若测试针2沿着方向20移动，则测量片17会进入光学测量部件，并由对应的电子信号进行检测。由于此信号与测试针2的路径成比例，因此测量信号可用来决定测试针已从原始位置移动多少距离。测试探针1偏移一定距离(例如1mm)时即可减速。
藉此方式，测试针2相对于座架10的最大偏移量即会受到限制，进而限制定位臂经由测试针2施加在电路板上的弹力。因此，施加在电路板上的力会保持得很小，即使测试探针1高速移向待测电路板时，待测电路板的表面亦不会遭受破坏，这归应于所发射的低移动脉冲以及受限制的弹力。
图3与图4示出了第二实施例，其中定位臂6至9被设置在导电槽27之内；导电槽27将作为电子导线的定位臂与电辐射屏蔽。导电槽27有一基部28及两侧壁29。
如同下部定位臂8和9，导电槽27电连接至接地栓12。横网30与基部28上的测试针2相邻，横网限制下部定位臂8和9向下移动，其中横网30在座架10的装设点高于下部定位臂8和9的固定点。这意味，与图1所示原始位置相比，由测试针2与定位臂7至9所组成的组件稍微上升，且定位臂6至9处于预张力状态。
此预张力能确保当测试探针1快速加速时，加速期间所产生的力不会造成测试针2相对于座架10发生移动，该移动可能导致其测量片以不希望的方式触发光电开关。
在本发明的范围内亦可以用管状屏蔽元件来取代导电槽；管状屏蔽元件亦能从上方屏蔽定位臂。
测试探针第三实施例(图5与图6)设计上大致等同于上述两实施例；因此，相同部件将以相同的标号来表示。上部定位臂6和7以及下部定位臂8和9均由薄铜/铍片或弹性钢蚀刻制成，厚度约50微米至200微米。任何导电性及良好弹性特性的金属片均适用。因此，成对的定位臂组均为窄金属片条；由上往下看，成对的定位臂排列成V字形。横网55大致形成于上部定位臂6和7之间的纵向中心；测量片56接于该横网55并向下弯曲。横网位于定位臂曲率方向改变的点上(即拐点)(图7)。
测量片56另有一测量边缘(图中未显示)，此边缘与光电开关元件16啮合。然而此测量边缘沿水平方向排列；光源与光传感器沿垂直方向延伸，使光电开关元件16能发射出与测量片56插入深度成正比的信号。定位臂6至9的端部为板片59，其通过黏合、螺栓或铆钉连接固定于座架10。
下部定位臂8和9位于基片57上；基片由非导电性材料制成。由上往下看，基片57从座架10至测试针2的区域呈V字形；亦即从座架10向测试针2逐渐缩小。基片57限制定位臂向下移动。
如上述两实施例，测试针2设有针状物3及屏蔽层4。间隔套管58配置在下部定位臂8和9与上部定位臂6和7之间的区域内；间隔套管58由电绝缘材料制成，并环绕定位臂8和9与定位臂6和7之间区域中的屏蔽层4。间隔套管58物理连接定位臂6至9，使定位臂通过其端部固定在距离座架10的最远处。上部定位臂6和7电连接针状物3；下部定位臂8和9电连接屏蔽层4。
在此实施例中，座架10大致为一方形体，其安装在基片57上；下部定位臂8和9的板片位于座架10与基片57之间。座架10面向测试针2的壁60的底边缘为斜面，使下部定位臂6和7能稍微露出，并能自由地从壁60的后方区域向上移动。
在面向远离测试针2的一侧，基片57从座架10稍微向外延伸。在此区域内，接触点排列在基片57上；接触栓61从这些接触点向上延伸而终止于接触片62。电导线63固定于接触片，并电连接接触栓61；测试探针1藉由电导线63电连接测试器。在此区域内，基片57亦物理连接测试头的薄壁15。
光电开关元件16与上部定位臂6、7经由基片57上的导体路径电连接接触栓61，同时连接网67从上部定位臂的板片59下向延伸到基片57，并与对应的导体路径接触。
在操作模式中，测试探针第三实施例相应于上述两个实施例。
在另一实施例中，每一测试探针不是具有一个测试针，而是能够有两个测试针，它们两彼此相邻平行排列并以定位臂对其加以支撑，以便能进行四导线测量；其中包含电流源的电路和包含电压源的电路被一起设置在电路板测试点22。
图8显示用来测试非构成件电路板21的测试器32的示意图，该测试器为指状测试器32。指状测试器有数个测试头68，各测试头由本发明的测试探针1及上述线型驱动器31所构成。线型驱动器31安装成使其大体与待测电路板21成直角，即，线型驱动器31可以沿大体与电路板21成直角的方向移动测试探针1。线型驱动器31最好是如德国专利申请DE10160119.0-35中描述的线型电机。
指状测试器32设有用来支撑待测电路板21的区域，且该区域由定位臂64支撑。至少一横杆65位于支撑区的上方区域，且在支撑区上方延伸。最好有数个横杆65固定在指状测试器上，或可在指状测试器上移动。若横杆65固定在指状测试器上而不能移动，则测试头设有一旋转组件，通过该旋转组件至少使测试探针1绕着垂直轴旋转。
各测试头68耦合一传送带66，藉此传送带能使各测试头68自动沿着各自的横杆65往返移动。横杆上最好安装两个测试头68，以使两传送带66适接于各横杆65。
在操作中，测试探针1及其探针尖端5通过在平行于电路板21的平面上移动而定位于待测电路板测试点22的上方。然后利用线性驱动31使接触尖端下降到电路板的测试点22上，直到探针尖端5接触到电路板测试点为止。接着进行电测量；测量完成后，测试探针再度上升并移到下一个电路板测试点。
图8所示指状测试器只在待测电路板21的其中一侧面上设有测试头。在本发明范围内，当然可将指状测试器设计成在待测电路板两面上均有测试头、横杆等。
本发明测试器32具有在图8中由矩形表示的控制器33，将其设计成自动控制测试探针1沿所有三个空间方向的移动。通过探针1的作为接触传感器的光电开关元件16，控制器33确定接触待测电路板21的时间点。如果在该时间点，检测到探针尖端5的坐标Z，则在待测电路板21的相应接触点处待测的电路板21的高度被确立。
通过此方法和以此方式，通过本发明方法确定待测电路板21表面的高度。在进一步的接触操作中，根据预先确定的电路板21表面高度控制测试探针，，即测试探针以高移动速度沿Z方向移动使探针尖端5直达Z方向的高度，并仅在到达此高度时或在此之前不久减速。在此之前不久意味，在探针尖端5和电路板受测表面之间的距离小于1或2毫米时使测试探针减速。测试探针1随后低速移动，直至借助接触传感器16检测到与电路板21表面的实际接触。
通过此方法，测试过程自动适应待测电路板21常常稍微改变的表面水平高度。
最好以这样的方式控制测试探针沿Z方向的移动：在接触待测电路板时，当接触传感器16检测到探针尖端5压靠电路板表面的某接触力时停止测试探针。在本实施例接触传感器16的情况下，预定接触力对应由光电开关元件检测的某光量。如果在与电路板接触期间，检测到光量或接触力的变化，则沿Z方向重新调整测试探针。这在挠曲型电路板测试中是有很大益处的，因为可以使几个测试指同时接触挠曲型电路板上靠在一起的电路板测试点。这会使挠曲型电路板受少许按压，导致电路板表面位置的改变。从而跟踪各个测试探针，所以即使在此方式中表面随时间形成变化，也能保证通过预定接触力进行可靠接触。
根据本发明方法的优选实施例，不仅仅是确定待测电路板21表面的一个水平高度，而是确定电路板上几个点的水平高度，通过插值法仿真待测电路板21的表面。这在挠曲型电路板测试中是很有益的，因为该电路板由于其挠性而波动，因此在测试器32中呈三维表面。在图8中，绘制假想网格线34。在测试单独的待测电路板21时，在测试过程开始时，检测网格线34交叉点区域中的水平高度。借助这些水平高度，通过插值法仿真待测电路板的整个表面。
借助该仿真表面，控制器33自动确定待测的每个单独电路板测试点的Z坐标。这意味，可以关于待测每个单独电路板测试点的Z坐标对待测每个单独电路板测试点分别加以控制，使具有探针尖端5的测试探针以高速移动直达单独电路板测试点的水平高度，或在单独电路板测试点的水平高度前不久以高速移动，此后使测试探针1减速，直到通过接触传感器检测到实际接触为止。
在三位电路板的情况下，特别是波动电路板，显著节约了电路板测试中的时间，因为待测单独电路板测试点通过其实际确定的Z坐标得以控制。在波状程度很高的电路板的情况下，电路板的波状还可导致电路板测试点的X坐标和Y坐标偏离预期坐标。由于电路板的表面形状被仿真，因此容易使用该仿真来确定有关偏离。
对于常规测试器，特别是如果这些测试器没有接触传感器，还存在这样的问题：如果电路板向下弯曲，常常不能用电路板上方的传感器正确接触波状电路板，因为测试探针不下移到此程度。通过本发明方法，测试探针1可靠接触了甚至弯离的该电路板，此外，还可迅速接近所有电路板测试点。
对于插值法，最好使用仿样内插法。为此，借助仿样函数画出通过待模拟表面预定点的曲线：
S：[x1，xn]＞R
通过以下条件建立该函数：
a)s(xi＝xj)即，开始点依赖于s图形；
b)s＝[x1，xn]可以是恒定微分两次；
c)s的总曲率最小，即，所有满足前两个条件的其它函数具有较大的总曲率。
可以发现，对于每个间隔[xi，xi+1]，s至多是三阶多项式，为此，仿样内插法形成非常平滑的曲线。
因此，本发明方法以简单方式使测量过程匹配待测电路板水平高度。
本发明可概括如下：
采用本发明方法，在接触过程中自动检测待测电路板表面的水平高度，接着根据检测的水平高度控制进一步的接触操作。
通过此方法，指状测试器测试探针的移动控制包括自适应该水平高度。这在测试挠曲型电路板中具有特殊价值，因为其表面可呈三维形状。

Claims (18)

1、一种采用带几个指状件的指状测试器测试无元件型印刷电路板的方法，几个指状件自动移动以接触待测电路板的电路板测试点，其中每个测试指状件具有测试探针(1)，测试探针(1)设有接触传感器(16)，用于确定测试探针(1)的探针尖端(5)何时与待测电路板表面进行接触，使得借助该时间点和探针尖端(5)在该时间点的位置，确定待测电路板(21)表面的水平高度，并根据确定的水平高度控制接触更多电路板测试点的接触过程。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：在接触电路板测试点时，测试探针(1)以高速移向电路板测试点(22)，并在到达预先确定的电路板水平高度时或在到达确定的电路板水平高度之前不久减速至低速。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于：接触传感器(16)一检测到与电路板的接触，就停止测试探针(1)在接触电路板测试点过程中的移动。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：接触传感器(16)确定测试探针(1)压靠待测电路板(21)的某接触力，如果检测的接触力偏离预定的接触力，则重新调整测试探针(1)。
5、如权利要求3所述的方法，其特征在于：接触传感器(16)确定测试探针(1)压靠待测电路板(21)的某接触力，如果检测的接触力偏离预定的接触力，则重新调整测试探针(1)。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于检测分布在电路板上的几个点的水平高度，借助检测的水平高度，通过内插法仿真电路板的表面，仿真的表面用于控制进一步接触操作。
7、如权利要求5所述的方法，其特征在于检测分布在电路板上的几个点的水平高度，借助检测的水平高度，通过内插法仿真电路板的表面，仿真的表面用于控制进一步接触操作。
8、如权利要求6所述的方法，其特征在于：内插法是仿样内插法。
9、如权利要求7所述的方法，其特征在于：内插法是仿样内插法。
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于借助仿真的表面，通过与预期坐标比较，计算电路板测试点的X坐标和Y坐标变化，并根据这些变化的X坐标和Y坐标控制电路板测试点。
11、如权利要求9所述的方法，其特征在于借助仿真的表面，通过与预期坐标比较，计算电路板测试点的X坐标和Y坐标变化，并根据这些变化的X坐标和Y坐标控制电路板测试点。
12、如权利要求1所述的方法，其特征在于：测试挠曲的电路板。
13、如权利要求11所述的方法，其特征在于：测试挠曲的电路板。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于：带光学测量部件的光电开关元件(16)被用作接触传感器，其中连接测试针(2)的测量片(17)用来遮断光学测量部件。
15、如权利要求13所述的方法，其特征在于：作为接触传感器，使用带光学测量部件的光电开关元件(16)，其中连接测试针(2)的测量片(17)用来遮断光学测量部件。
16、如权利要求1所述的方法，其特征在于：使用具有测试针(2)的测试探针(1)，探针尖端(5)可以与电路板测试点(22)进行接触，测试针通过两对弹性扭曲定位臂(6、7、8、9)固定于座架(10)，其中每对定位臂布置成平面，其一端固定于测试针(2)，另一端固定于座架(10)，且每对定位臂俯视时呈三角形。
17、如权利要求15所述的方法，其特征在于：使用具有测试针(2)的测试探针(1)，探针尖端(5)可以与电路板测试点(22)进行接触，测试针通过两对弹性扭曲定位臂(6、7、8、9)固定于座架(10)，其中每对定位臂布置成平面，其一端固定于测试针(2)，另一端固定于座架(10)，且每对定位臂俯视时呈三角形。
18、一种带控制器的测试器，用于实现如权利要求1至17任一项所述的方法。
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