CN1044518C - 印刷电路板测试夹具与方法 - Google Patents

Abstract

所公开的是一种用于印刷电路板的测试系统，更具体地是具有将印刷电路板定位在测试仪上方的机器视觉定位，及延伸通过一块多层测试探针导向板的可伸缩的测试探针的一种测试系统。同时公开的还有使用该测试系统测试印刷电路板的一种方法。

Description

印刷电路板测试夹具与方法

这里所描述的发明涉及印刷电路板的测试仪，更具体地涉及具有将印刷电路板定位在测试仪上方的机器视觉和穿过一块多层测试探针导向板的可伸缩的测试探针的测试仪。

印刷电路板的组装与集成需要大量的布局、焊固及其它工艺步骤。因此测试与检验对于高质量产品的经济制造是极其重要的。这在芯片电路密度、I/O密度及表面安装技术提高了印刷电路板电路负载时尤为真实。故障可能来源于部件芯片与裸板中、在部件插入或焊固中。故障本身可能是错误的值或标号、不良的电路性能、开路、短路、元件位置错误、物理损坏、不正确的焊固、损坏的或断开的焊接区或者超出公差范围故障。

由于在焊料软熔(reflow)之前部件是由焊剂、胶或临时粘合剂定位的，因而时常出现表面安装技术装配中的缺陷。在定位与软熔之间的间隔中，小到0.025英寸的侧向移动及偏离真正正交小到2.5°的转动都会产生灾难性后果。此外，在表面安装技术中，一个良好的焊接点要求焊接点焊缝具有覆盖表面焊接点与IC(集成电路)芯片焊接点或引线两者的新月形物，焊接点氧化、焊接点污染或引线升高的出现都能产生不良的焊接点。

在波焊时在波焊金属化孔安装部件中可能出现缺陷。这些缺陷可能导致引脚间短路。在用波焊金属化孔安装的部件中，一个良好的焊接点是以焊缝具有一个基本上覆盖铜焊接区与金属化孔的新月形物为特征的。问题可能出现在焊料不足、焊料过剩、中空、气泡与无焊料中。

测试缺陷的一种方法是使用诸如短路测试仪、制造缺陷分析器、功能测试仪、线路内测试仪及综合测试仪等接触式测试仪。接触式测试仪通过使用一个机械系统工作，该机械系统使密集的印刷电路板向下压在探针上，使各探针作为一个钉床接触印刷电路板上的测试点。某些接触式夹具具有多达二千或三千甚至更多的探针。

当前的测试夹具制造实践中包含一个形成夹具的框架的盒的结构。在盒中包含两块板，一块静止的板及一块平行于静止板垂直可移动的板。被称作探针板的静止板上包含许多探针。这些探针与受测试的电路接触。探针是弹簧承载设备，它们与受测试的设备相接触。

弹簧承载探针是安装在用孔定位在探针板上的插孔中的，这些孔所打位置与受测试的板的测试点的图案相对应。

上方可移动的板支承待测试的板，后者用工具销定位。这一上方板具有通孔允许测试探针通过它们接触在受测试板上的测试位置上。

这一方案中，夹具制造与板制造中的两种公差的叠加性质将最小的测试目标或接触尺寸限制在大约0.030英寸直径上。在钻板上的工具孔及电路通过的孔时、以及电路图案和元件布局与布线图对位时，在板本身上会出现公差累积。除了探针插入斜度与定点精度外，在测试夹具定位针尺寸与位置、测试探针位置精度中也会累积公差。

因此，本发明的一个主要目的为限制并且甚至尽可能消除包含在夹具制造与板测试中的公差的叠加性质。

本发明的另一个目的是使所用的最小测试目标或接触尺寸直径达到约0.030英寸以下。

本发明的又一个目的为减少在测试夹具定位针中累积的公差，即在测试夹具定位针加工与定位、测试探针定位精度、测试插入斜度及定点精度中的公差。

这里所描述的发明涉及测试密集的印刷电路板及电路集成板的一种方法。

按照本发明的方法与系统，有可能限制甚至基本上消除包含在夹具制造与板测试两者中的公差的叠加性质。

按照本发明的方法与系统，还有可能使用直径大约在0.030英寸以下的最小测试目标或接触尺寸。

按照本发明的方法，还有可能减少在测试夹具定位针中累积的公差，即在测试夹具定位针加工与定位、测试探针定位精度、测试插入斜度及定点精度中的公差。

按照这里所描述的方法，一块具有待测试其互连完整性的互相连接及多个定位基准点的印刷电路板在一个测试夹具中受测试。按照本发明的方法，将印刷电路板或卡放置在印刷电路板测试夹具的印刷电路板支承件中。定位基准点是用光导纤维机器视觉定位的。待测试的互连与探针相接触。这些探针通过一块多层探针导向板从一块探针板向外延伸到受测试的印刷电路板上。

测试过程是在用于印刷电路板的互连测试的测试仪中进行的。印刷电路板上布满了诸如集成电路芯片或模拟器件等器件。该印刷电路板还具有多个定位基准点。

测试仪包括一个夹具、一块带有从其中向外延伸到受测试的印刷电路板的探针的探针板、一个用于支承受测试的印刷电路板的印刷电路板支承件，以及置于探针板与电路板支承件之间的一块多层探针导向板。

本发明可通过参考附图而得到理解。

图1为一个板测试夹具的总体图。

图2为先有技术的一个测试夹具的剖面侧视图。

图3为本发明的一个测试夹具的剖面侧视图。

这里所描述的发明涉及测试密集的印刷电路板与卡的电路完整性的一种方法。

本发明的系统与方法在于受测试的印刷电路板101与测试探针31的光学对准、实心测试探针31及一块多层测试探针导向板71的综合。多层测试探针导向板71减少对测试目标面积的要求，即它减小受测试的印刷电路板101表而上的测试点105的最小尺寸。

按照这里所描述的方法，在一个测试夹具1中测试一块具有待测试其互连完整性的互连107及多个定位基准点105的印刷电路板101。按照本发明的方法，将印刷电路板或卡101放置在印刷电路板测试夹具1的一个印刷电路板支承件51中。用光导纤维机器视觉系统201定位定位基准点105。将待测试的互连107与探针31接触。这些探针31从一块探针板21向外延伸到受测试的印刷电路板101上。

探针31是活动可伸展的。每个探针31都有一个环状的、固定本体部分33，它从探针板21上伸出，对着受测试的印刷电路板，还有一个可移动的上体部41，它从固定体部分33中伸出，纵向伸到受测试的印刷电路板101。

单个的探针31各自通过一块置于探针板21与印刷电路板支承件51之间的多层探针导向板71延伸。探针导向板71的各层73、83具有多个穿透的小孔75、85。这些小孔75、85对应于单个的探针31，单个探针31可伸缩地移动延伸通过对应的单个小孔75、85。

一块印刷电路板101的互连测试的测试过程是在测试仪1中进行的。印刷电路板101上聚集有诸如集成电路芯片103′或模拟器件103″等器件103。印刷电路板101还有多个定位基准点105。

测试仪1包括一个夹具11、一块带有从其中向外延伸向受测试的印刷电路板101的探针31的探针板21、一个用于支承受测试的印刷电路板101的印刷电路板支承件51、以及置于探针板21与印刷电路板支承件51之间的一块多层探针导向板71。

夹具11支承探针板21、印刷电路板支承件51、多层探针导向板71及探针板21。

探针板21上具有用于与印刷电路板101上待测试的互连107进行电接触的多个探针31。每个探针31具有一个从探针板21向外延伸朝向印刷电路板支承件51与受测试的印刷电路板101的一个环形的固定本体部分33。各探针还包含一个可活动的上体部分41，从固定本体部分33中向外纵向延伸朝向印刷电路板支承件51与受测试的印刷电路板101。

探针31的配置是一种层叠式探针配置。在顶板51，即印刷电路板或卡支承件51上钻有孔，以接纳一种实心的弹簧探针装置，弹簧探针紧靠在先有技术的顶板51的下方。这便能够更紧密地控制孔的直径，并且还将所有的钻孔公差集中在同一块板上而减少公差累积。此外，将接触力转移到底部弹簧探针板21上。这样，由高的探针作用力引起的并可能导致探针31角位移的探针板21的挠曲便不会影响实心探针的位置。

印刷电路板支承件51刚性地支承一块受测试的印刷电路板101。这一点可以用夹持器53来实现。

多层探针导向板71介于探针板21与印刷电路板支承件51之间。该多层探针导向板71至少有两层73、83。多层探针导向板71的各层73、83具有透过其中的多个小孔75、85。这些小孔75、85与单个的探针31相对应。单个探针31延伸通过一对对应的单个小孔75、85。

多层探针导向板71包含用垫片85分隔开的两块或两块以上单片的板73、83。设置两块薄板面而不是一块厚板消除或极大地降低了斜度与钻孔偏斜的后果。在先有技术的厚板上，通常为0.375英寸或以上的厚度，钻孔时出现的钻孔偏斜会产生偏针的孔而在插入探针31时会使其以一个角度偏离位置。通过采用相对薄的板，例如在0.125英寸数量级或甚至更薄的厚度上，能够保持孔73、83对准，并且组合的探针导向板厚度，即单片的板73、83及垫片85的累积厚度可以和先有技术的单块板一样厚甚至更厚，例如0.375英寸或以上。

测试仪1具有光导纤维机器视觉装置201用于定位受测试的印刷电路板101的基准点105。该光导纤维机器视觉装置201包括一个镜头装置203。光导纤维机器视觉对准系统201可结合光导纤维利用视频设备来观察板基准点105。通常，板基准点105是在测试点107的相同制造工序中生成的。这一过程与钻孔操作无关。基准点105的光学对准消除了钻孔与板制造中的布线图应用之间的定位公差累积作用。这一系统包含从板101的探针接触点107的同一侧观察板基准点105的光导纤维束205，从而使板能够更精确的定位。

在印刷电路板支承件51上加入了侧向移动装置301。这些侧向移动装置301能够响应光导纤维机器视觉装置201而移动印刷电路板支承件51。这便能够定位基准点105，并在以后侧向移动印刷电路板支承件51与受测试的印刷电路板101而将互连点直接定位在探针31的正上方。

因此，根据本发明的指导，便有可能限制甚至基本上消除包含在夹具制造与板测试两者中的公差的叠加性质。

按照本发明的方法与系统还有可能使用大约0.030英寸直径以下的最小测试目标或接触尺寸，例如小到0.020英寸。

按照本发明的方法还有可能减少累积在测试夹具定位针中的公差，即在测试夹具定位针加工与定位、测试探针位置精度、测试插入斜度及瞄准精度中的公差。

虽然本发明是对某些较佳实施例及示例描述的，这并不旨在借此限制本发明的范围，本发明的范围只受所附权利要求书的限制。

Claims (2)

1．一种用于印刷电路板互连测试的测试仪，所述印刷电路板具有多个定位基准点，所述测试仪，其特征在于包括：

a．一个夹具；

b．由所述夹具支承的一块探针板，并具有多个用于与受测试的印刷电路板进行电接触的探针；

c．一个印刷电路板支承件，由所述夹具支承用于刚性支承一块受测试的印刷电路板；

d．光导纤维机器视觉装置，用于定位受测试的印刷电路板的基准点；以及

e．侧向移动装置，用于响应光导纤维机器视觉装置为定位基准点而移动所述印刷电路板支承件。

f．每个所述探针包括：

Ⅰ．从探针板向外延伸朝向受测试的印刷电路板的一个环形固定

本体部分，及

Ⅱ．从该固定本体部分纵向向外延伸到受测试的印刷电路板上

的一个可动的上体部分；

g．由所述夹具支承并置于探针板与印刷电路板支承件之间的一块多层探针导向板，所述探针导向板的各层上具有多个与各个的探针相对应的穿透的小孔，所述各个探针延伸通过对应的各个小孔；

2．一种测试具有需测试其互连完整性的互连部分及多个定位基准点的一块印刷电路板的方法，所述方法的特征在于包括：

a．将印刷电路板放置在一个印刷电路板测试夹具的印刷电路板支承件装置中；

b．用定位受测试的印刷电路板的基准点的光导纤维机器视觉装置定位基准点；

c．用从一块探针板上向外延伸到受测试的印刷电路板上的探针去接触待测试的互连点，各所述探针包括：

Ⅰ．从探针板向外延伸朝向受测试的印刷电路板的一个环形固定

本体部分，及

Ⅱ．从固定本体部分纵向向外延伸到受测试的印刷电路板上的

一个可移动的上体部分，所述探针延伸通过置于探针板与印刷电路板支承件之间的一块多层探针导向板，所述探针导向板的各层具有多个与各个探针相对应的穿透的小孔，所述单个探针延伸通过对应的单个小孔。

Images