CN1438491A - 扫描测试印刷电路板的设备 - Google Patents

Abstract

一种扫描测试设备，具有其尺寸覆盖待测印刷电路板的上下表面的至少导电和柔顺材料的上层以及可以包括导电和柔顺材料的下层。将电流引入使印刷电路板上的电路短路的导电层。电触头位于印刷电路板两侧的导电层的每一侧。印刷电路板通过位于扫描测试机器的每一端的辊穿过上下导电层以及触头。电触头将测试信号从印刷电路板发送到电子测量仪表。其他实施例包括可动的短路矩阵和固定的印刷电路板以及包括非接触式传感器或电触头阵列。

Description

扫描测试印刷电路板的设备

技术领域

本发明涉及印刷电路板的自动测试，更具体涉及扫描印刷电路板上的测试点以识别连续性和隔离，并当证实正确时从完成的测试程序除去测试点的扫描测试设备。

背景技术

检查印刷电路板用的自动测试设备，长期以来涉及在测试过程中将电路板安装在其内的“钉床”测试夹具(a“bed of nails”test fixture)的使用。该测试夹具包括排列的多个钉形簧压测试探针以在弹簧压力下与测试中电路板上指定的测试点电接触，该测试点也被称为测试单元或“UUT”。布置在印刷电路板上的任何具体电路都可能不同于其他电路，因此接触电路板中测试点的钉床配置必须为具体的电路板量身订做。当设计待测电路时，选择检查中待用的测试点图形，并且在测试夹具中配置相应的测试探针阵列。典型地这包括在探针板中钻出孔的图形以匹配测试探针的定制阵列，然后将测试探针安装在探针板上钻出的孔中。之后将电路板安装在叠加于测试探针阵列上的夹具中。在测试过程中，簧压的探针在弹簧压力下与测试中的电路板上的测试点接触。于是电测试信号从电路板传递到测试探针，然后传递到夹具的外部用于与探测电路板上的电路中不同的测试点之间的连续性或缺少连续性的高速电子测试分析器通讯。

过去已采用过多种方法使探针和测试的电路板实现用于测试的压力接触。这些夹具中的一类是“有线测试夹具”，其中测试探针分别连线到分开的界面触点，用于从探针到外部电控测试分析器传递测试信号。有线测试夹具通常称作“真空测试夹具”，因为测试过程中真空施加到测试夹具外壳内部以压紧电路板与测试探针接触。类似结构的定制的有线测试夹具，也可以通过使用除真空以外的机械装置施加在测试过程中压紧电路板接触探针的必要的弹簧压力。

用于有线测试夹具中的测试探针、界面引线(interface pins)和传送引线(transfer pins)的绕接或其它连接，可能是时间密集的(time intensive)。但是，在测试具有复杂的测试点排列和小体积产品的测试电路板中定制的有线测试夹具尤其有用，但更大、更复杂和更昂贵的电子测试分析器不实用。

如上所述，定制的有线测试夹具是将信号从夹具传送到外电路测试器的一类夹具。测试夹具的另一类是所谓“专用”测试夹具，也称为“栅格型”夹具，其中电路板上测试点的随机图形被转发器引线接触，该转发器引线将测试信号传送至接收器内以栅格图形排列的界面引线。在该栅格型测试器中，固定一般没有定制的有线测试夹具复杂，并且更简单。

典型的专用或栅格型夹具，包括具有把栅格基板中的测试探针连接到电子测试分析器中相应的测试电路上的大量开关的电子测试设备。在栅格型测试器的一个实施例中，使用多达40,000个开关。当在这种测试器上测试裸电路板时，转发器夹具支撑连通在栅格基板内测试探针的栅格图形和测试板上测试点的非栅格形之间的转发器引线。在现有技术的栅格型夹具中，所谓的“倾斜引线”用作转发器引线。倾斜引线是安装在作为转发器夹具的一部分的转发器平板内对应的预钻孔中的直固体引线。倾斜引线能以不同的方向倾斜，以将分开的测试信号从电路板上测试点非栅格随机图形转换为栅格基板中测试探针的栅格图形。

转发器夹具可以由塑料例如Lexan制成的多个转发器平板构成并组装。转发器平板堆叠在相互垂直对准的对应的隔片组之间的夹具中，以形成围绕夹具周边的“远离”分隔。隔片将转发平板器夹持在固定位置中，互相垂直分开且适当平行。每一级夹具处的转发器平板具有控制转发器夹具中每一倾斜引线位置的预钻定位孔图形。

当印刷电路板上的测试点定位非常靠近且非常细小时，这种类型的测试夹具就会产生几个问题。单个的测试点一般被称作测试焊盘(test pad)，以及一组测试焊盘一般被称为测试组件(test pack)。当倾斜引线接触非常细小的测试焊盘时，测试焊盘可能被倾斜引线压碎或弯曲。根据对测试焊盘的损坏程度以及它们定位有多接近，单个测试焊盘在测试过程中可能永久短路在一起。

这种类型的测试夹具产生的第二个问题是当测试焊盘非常靠近地隔开时，测试组件难以获得精确的测试结果。当测试焊盘非常靠近地隔开时，难以把倾斜引线引到组件内的每一测试焊盘上。测试引线的轻微偏移能够影响测试结果，降低测试的精确性。

对于测试焊盘的栅格密度大于测试探针的栅格密度的测试件，例如当测试组件形成为球栅阵列(BGA)或四边扁平封装(QFP)时，该组件遇到第三个问题。在此情况下没有足够的转发引线适用于测试每一个测试焊盘，并且该组件的彻底测试是不可能的。

为了解决致力于这些问题，开发一种能准确且安全地测试具有小尺寸的测试组件的电路板的印刷电路板测试夹具，该夹具包括定位在夹具中对应印刷电路板上一组非常靠近地分开的待测试点位置的气动短路平板。孔对应于短路平板的尺寸贯穿转发器上平板，以允许短路平板啮合测试单元。柔顺导电介质层位于短路平板的上表面之上，用于电连接测试点。短路平板包括用于附着到向下延伸穿过转发器平板层的气缸的咬合固定件。气缸通过基座栓塞连接夹具底部，该栓塞扣入基座插座内紧紧地固定到夹具的下转发器平板。

在测试单元的测试过程中，气缸被供以能量，抬升短路平板与测试组件接触，有效地使它们短路在一起从而进行测试但不弯曲或损坏测试点。

这种方法的问题是，由于在测试过程中所有的测试部位都短路在一起，所以不能确定组件内的一个或多个单独的测试部位是否不正确地短路在一起。

测试致密间隔的测试组件的另一种方法是用浮动探针接触组件内的每一测试焊盘。探针通常进行断开测试和连续测试两种类型的测试。在断开测试中，探针将接触两个网络(network)中的一点。在连续测试中，每一测试焊盘必须被接触，由于接触每一测试焊盘的过程消耗时间过多，因此连续性的测试方法是不希望的。

因此，需要一种改进的测试设备，用于迅速产生测试结果的印刷电路板测试。

发明内容

本发明包括裸印刷电路板的连续测试用的扫描测试机器。以前在印刷电路板的连续测试中，测试器物理接触电路板上100％的测试部位，以检查电路板的潜在问题。相反，本发明的扫描测试机器没有测试电路板以确定问题，而是迅速扫描电路板以发现正确的连接然后从测试程序去除那些测试部位。我们自己申请的美国专利US6,191600B1展示了一种扫描测试机器并将其公开文本引入到这里作为参考。本发明的扫描测试机器包括短路矩阵，该短路矩阵可以是其尺寸能覆盖待测印刷电路板上下表面的导电和柔顺材料的上层并且可以包括导电和柔顺材料的下层。将电流引入使印刷电路板上的电路短路的导电层。电触头位于印刷电路板两侧的导电层的任一侧。

测试单元由定位在扫描测试机器的每一端上的辊穿过上下导电层以及电触头。电触头从电路板发出测试信号到电子测量仪表，电子测量仪表包括具有存储具体测试单元的数据的软件。将存储数据与测试数据相比较，如果它们相匹配，那么就从进一步测试中去除那些测试位置。另一实施例包括可动短路矩阵、固定的印刷电路板以及非接触式传感器或电触头阵列。

通过参考下面的详细描述和附图将更完整地理解本发明的这些和其它方面。

附图说明

图1是美国专利US6,191,600B1的扫描测试设备的侧示意图；

图2a-2d是电刷和由图1的扫描测试设备产生的测试信号的详细示意图；

图3美国专利US 6,191,600 B1的扫描测试设备的另一实施例的侧示意图；

图4是本发明的第一实施例扫描测试设备的侧示意图；

图5是第二实施例扫描测试设备的侧示意图；

图6是第三可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图7是第四可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图8是第五可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图9是第六可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图10是第七可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图11是第八可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图12是第九可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图13是第十可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图14是第十一可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图15是第十二可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图16是第十三可选实施例扫描测试设备的侧示意图；

图17是第十四可选实施例扫描测试设备的侧示意图；以及

图18-20是图示连续性、隔离以及合适的测试模块的示意性软件流程图。

具体实施方式

图1展示了美国专利US 6,191,600 B1的扫描测试设备10的一个实施例。该扫描测试设备包括在测试过程中将待测印刷电路板或测试单元16夹在其中的上短路层12和下短路层14。上短路层包括内导电层18例如导电织物或金属，以及外柔顺层20例如泡沫材料。类似地，下短路层具有与上短路层同样材料制成的内导电层22和外柔顺层24。另外，上短路层12和下短路层14可以由既导电又柔顺的单一材料成，例如由导电橡胶构成。

穿过上短路层和下短路层中的一个或两个延伸的是一排电刷26。每一电刷线连接印刷电路板28中的分离开关27。印刷电路板28通过电缆32连接电子测量仪表30。

除了比测试单元宽度宽的该排电刷外，上短路层和下短路层必须接触整个测试单元。如果一排电刷位于上下两个短路层中，那么它们必须互相偏移，以便沿印刷电路板的长度方向的不在同一位置处接触测试单元。测试单元16夹在上短路层和下短路层之间，通过将电流引入短路层的导电层使测试单元的两侧都短路。随着短路电流引入测试单元，测试单元被推杆34推到电刷26下面。推杆34由气压缸、液压缸或线性电机36驱动。

测试单元16包括由迹线连接的多个测试焊盘，例如，如图2a所示，由迹线39连接的测试焊盘38和40。如图2a-2d所示，当测试单元16通过电刷26下面时，各个测试焊盘38和39，如果正确地连接且载有电流，焊盘38和39将导通接触测试焊盘的单个电刷。导通的电刷将信号发送给电子测量仪表，电子测量仪表将通过编程到电子测量仪表中的软件产生测试焊盘38和40的第一测试图像42和44。测试单元上的单个测试焊盘尺寸将变化并且与邻接的电刷的确切宽度不一致。因此，产生的第一测试图像42和44与通过不是测试焊盘本身确切的实际尺寸的测试焊盘导通的电刷的宽度一致。当测试单元沿方向46通过电刷下面时产生第一测试图像42和44。由于第一测试图像可能大于实际的测试焊盘，所以测试单元被旋转90°并且沿方向48第二次通过电刷下面。由于电刷第二次接触测试焊盘38和40，因此它们将产生对应于测试焊盘的第二尺寸的第二测试图像50和52。然后如图2c所示，电子测量仪表的软件把第二测试图像叠加到第一测试图像上，结果获得对应于测试焊盘38和40的第一和第二测试图像之间重叠区域的最终测试图像54和56。然后将最终测试图像与包含在软件中的网表数据或测试焊盘数据相比较。该软件将存储数据与扫描数据进行比较，并且如果它们相匹配，软件就会从通过一般装置例如通过探针在随后的连续测试中去除那些测试焊盘。

如果，例如迹线39断开并且没有正确地电连接测试焊盘38和40，那么电刷将不能产生所需要的最终测试图像，并且软件将把测试焊盘38和40当作潜在问题区域识别，需要通过探针进一步连续测试。

扫描测试没备通过电扫描电路板并寻找电路中正确电连接的测试焊盘从而在进一步的连续测试中去除测试点。通过去除正确电连接的测试焊盘，所有测试焊盘中的80％-90％能通过常规方法从测试过程中去除。扫描测试装置能显著地减少在裸印刷电路板上进行连续测试的必要时间。

图3图示美国专利US 6,191,600 B1的扫描测试设备60的另一实施例。在该扫描测试设备中，在由电机64驱动的辊62周围的连续环状物中形成上短路层和下短路层12和14。在该实施例中，测试单元16通过上和下短路层驱动经过电刷以产生测试图像。

本发明的扫描测试设备图示在图4-17中。图4图示了用于双面扫描印刷电路板102的扫描测试设备100。设备100包括其间穿过印刷电路板的上外壳104和下外壳106。上外壳104包括位于短路矩阵112两侧的前电触头108和后电触头110。同样地，下外壳106包括位于短路矩阵118两侧的前电触头114和后电触头116。上外壳104包括前驱动辊120和后驱动辊122，与连接下外壳106的前驱动辊124和后驱动辊126相配合。在该实施例中，下外壳紧紧地连接到基座以及上外壳通过致动器128偏置于下外壳。致动器可以是线性电机、气胎、液压缸或簧片。通过由电机啮合并驱动的驱动辊扫描印刷电路板，牵曳印刷电路板穿过前电致动器、短路矩阵和后电致动器并且最终穿过后驱动辊穿出扫描测试设备。在该实施例中，电触头可以是电刷或测试探针，例如可折叠探针、电子束探针或弯曲的电路指针。短路矩阵可以是如图1所示的导电和柔顺层或可以是金属板。

图5展示了用于单面扫描的另一可选实施例扫描测试设备130。除了前电触头114和后电触头116以及下外壳106中的短路矩阵118替换为附加的驱动辊132和134外，该实施例类似于图4。当仅要求测试印刷电路板的一侧时可以采用该实施例。

图6图示了另一实施例扫描测试设备140，通过定位于印刷电路板两侧的安装卡盘142和144使印刷电路板102可以固定不动。在该实施例中，上外壳104的驱动辊120和122横贯在固定导轨146上。同样地，下外壳106的驱动辊124和126骑在下导轨148上。包括定位于上下外壳中的电触头和短路矩阵的扫描测试设备140类似于双面扫描印刷电路板102的图4的扫描测试设备100。

图7图示了另一实施例扫描测试设备150，其中单面扫描的印刷电路板102固定不动。印刷电路板通过真空装置或安装板152保持固定不动。扫描测试设备150包括具有骑在导轨148上的驱动辊124和126的下外壳106。同样地，电触头114和电触头116位于短路矩阵118两侧。尽管图7图示了单面扫描印刷电路板102的底面，但是应该理解也可以仅仅利用扫描测试设备140的上部在单面扫描过程中扫描印刷电路板的顶面。

图8示出了又一个实施例扫描测试设备160，其中电触头162和164分别定位于上外壳104和下外壳106中，进行双面充电上升时间(double-sided chargerise time)(CRT)测定。CRT测量法测量印刷电路板上网络中积累的电容。进行非接触测试的扫描测试设备160，以及在此公开的其他实施例，包括非接触测量电容、强制调制显微术、相位检测显微术、静电力显微术、扫描电容显微术、热扫描显微术、近场扫描光学显微术、纳米光刻技术、脉冲加压方式、微热分析、导电AFM、电子束技术、等离子体电荷以及激光束等。

图9图示了类似于扫描测试设备160的另一扫描测试设备170，该设备提供单面CRT测量。在该实施例中，仅有一个电触头172位于上外壳104或下外壳106上，取决于要求测试的印刷电路板的侧面。

图10图示了另一扫描测试设备180，该设备180在印刷电路板102上进行单面扫描。在该实施例中，扫描测试设备180包括具有驱动辊120和122的上外壳104。电触头182位于驱动辊之间。位于印刷电路板下的是三个驱动辊184、186以及188，具有用作印刷电路板的短路矩阵的导电带或导电织物190。

图11图示了类似于图6的另一实施例扫描测试设备192，除了外壳和驱动辊部件已经替换为移动单元194和196外。该移动单元可以是移动双面扫描的印刷电路板的线性电机、气压缸或液压缸。

图12图示了类似于图7的扫描测试设备200，其中外壳和驱动辊部件用如图11所示的移动单元202替代。扫描测试设备200用于印刷电路板的单面扫描。此外，根据需要该实施例可以用来扫描印刷电路板的任一侧。

图13图示了扫描测试设备210，包括移动单元212和电触头214，用于单面扫描印刷电路板102。印刷电路板102通过短路真空板或安装板216保持固定不动。

图14图示了扫描测试设备220，包括上外壳222和下外壳224。上外壳222包括驱动辊226和228，下外壳224包括驱动辊230和232。每一上外壳222和下外壳224都分别包括一排电触头234和236。扫描测试设备220进行双面扫描，其中电触头阵列用于选择短路和测量。触头234和236的整个阵列有选择地测量和短路印刷电路板102的组合区域以便获得希望的测量。扫描测试设备220也包括致动器238以使上下外壳彼此偏置。

图15图示了用于双面扫描测试具有非接触式传感器的另一可选实施例扫描测试设备250。设备250包括上外壳252和下外壳254。每一上下外壳都具有前驱动辊256和后驱动辊258。上下短路矩阵260和262分别连接上下外壳。引导的非接触式传感器264和后非接触式传感器266定位邻近短路矩阵260和262。上下外壳通过致动器268彼此偏置。

图16图示了用于双面非接触扫描的另一可选实施例扫描测试设备270，设备270具有位于印刷电路板102之上和之下的一个非接触式传感器272。短路矩阵276位于上下非接触式传感器272和274的两侧。图17图示用于单面非接触扫描的另一实施例扫描测试设备280，设备280具有位于印刷电路板的一侧的一个非接触式传感器282和位于传感器的两侧的短路矩阵284。短路矩阵286位于印刷电路板102的相对侧。扫描测试设备280可以仅将短路矩阵286或仅将短路矩阵284与上下外壳的附加驱动辊结合。在此公开的所有实施例中，每个电触头都可以通过单独的开关连接到测试电子设备或可以直接连接到测量电路。另外，在使用扫描测试设备的测量板评价信号之前可用解码卡滤出测量噪声。本发明的实施例不要求整个板同时短路以及可以根据测试的印刷电路板的需要编程。扫描测试设备也可以编程以自学而不采用控制数据。利用CRT的任一实施例都可以执行100％测试而不必使用附加的探针。

如图18-20所示，本发明的扫描测试设备进行连续测试，其中首先访问板数据并校准以在合理的容差范围内匹配板位置。根据用户设置的希望测试阈值，用比较电压编程ADAC用于通过/失败结果。接下来，在两组电触头(引导和拖曳组，每组由测试单元的顶部和底部上的一行触点构成)和接地板作用下移动板以这样的方式以便使板的定位与测量系统同步。测量系统用已知电压通过负载电阻、检测单元上的测试焊盘和网络以及最后接地板激励每一触点或每一组触点。等电容充电后，通过硬件将电压和触点与比较电压相比较并存储结果用于分析。每个测试焊盘重复多次以允许接触冗余和合理的容差。来自触点的数据与以90°旋转的第二次扫描的数据结合以最大程度覆盖整个网络。该结果与期望值相比较且用来从最后探针测试程序去除网点。在图19展示的断开测试模块中，首先访问板数据并校准以匹配合理的容差范围内的板位置。分析所有可能的测试位置并选择有限的最佳位置数目以测试最大数目的网络且移动数目最小。板在一组设备(上和下)下移动以预先计算测试位置。在每个测试位置，将预选电压之间的网点(CRT)需要充电的时间作为数据记录。在补偿测试系统对时间(CRT)的影响后，将网点结果与已知的好板的结果相比较。该比较将表明网络没有隔离缺陷(通过)，网络开路(Delta CRT太小＝失败)，网络对另一网络(Delta CRT太大＝短路失败)短路。没有通过的网络动态地引导到探针用于再测试和/或确认缺陷。

如图20所示，然后扫描测试设备处理正确的测试模块，其中首先访问板数据并校准以匹配合理的容差范围内的板位置。然后在探针模块上测试连续测试模块中未确认的和错误的测试焊盘以及断开测试模块中未证实的和错误的网络(原始板数据的一小部份)，并将最终测试结果(通过或错误)应用于完成的板。

本发明就其实施例已经描述并图示，应该理解本发明不限于此，因为可以作出的变化和修改都在以下的权利要求所要求的本发明的完整意图范围内。

Claims (20)

1.一种测试印刷电路板的扫描测试没备，包括：

上外壳和下外壳，各自具有使印刷电路板相对于扫描测试设备移动的第一驱动辊和第二驱动辊；

位于上外壳或下外壳的至少一个上、用于电短路印刷电路板的短路矩阵，短路矩阵具有引导边缘和拖曳边缘；以及

位于上外壳或下外壳的至少一个上、邻近短路矩阵的引导边缘并邻近短路矩阵的拖曳边缘的电触头；

其中电触头将测试信号从印刷电路板传送到电子测量仪表。

2.根据权利要求1的扫描测试设备，其中短路矩阵位于上外壳和下外壳上并且有邻近每一短路矩阵的引导边缘和拖曳边缘的电触头。

3.根据权利要求1的扫描测试设备，还包括连接上外壳或下外壳之一以使上外壳和下外壳彼此偏置的致动器。

4.根据权利要求1的扫描测试设备，还包括保持印刷电路板位置固定不动的安装卡盘。

5.根据权利要求4的扫描测试设备，还包括用于驱动辊的刚性导轨，以便移动扫描测试设备经过固定的印刷电路板表面。

6.一种测试印刷电路板的扫描测试设备，包括：

使扫描测试设备相对于印刷电路板移动的移动单元；

连接移动单元的短路矩阵；

连接移动单元并位于短路矩阵一侧的第一电触头；

连接移动单元并位于短路矩阵的相对侧的第二电触头；以及

与短路矩阵和电触头相对用于支撑印刷电路板的安装板。

7.根据权利要求6的扫描测试设备，其中移动单元是外壳和驱动辊。

8.根据权利要求6的扫描测试没备，其中移动单元是线性电机。

9.一种测试印刷电路板的扫描测试设备，包括：

移动单元；

连接移动单元的电荷上升时间触头；以及

用于安装印刷电路板的装置。

10.根据权利要求9的扫描测试设备，其中移动单元是上外壳和驱动辊并且安装印刷电路板的装置是真空板。

11.根据权利要求9的扫描测试设备，其中移动单元和安装印刷电路板的装置是上外壳和下外壳，各自具有引导驱动辊和拖曳驱动辊。

12.根据权利要求9的扫描测试设备，其中移动单元是线性电机并且安装印刷电路板的装置是真空板。

13.一种测试印刷电路板的扫描测试设备，包括：

上外壳和下外壳，各自具有使印刷电路板相对于扫描测试设备移动的装置；

位于上外壳或下外壳的至少一个上、用于选择性短路和测量印刷电路板的电触头阵列；以及

使上下外壳彼此偏置的装置。

14.根据权利要求13的扫描测试设备，其中电触头是可折叠探针。

15.根据权利要求13的扫描测试设备，其中移动印刷电路板的装置是引导和拖曳驱动辊。

16.根据权利要求13的扫描测试设备，其中移动印刷电路板的装置是线性电机。

17.一种测试印刷电路板的扫描测试设备，包括：

上外壳和下外壳，各自具有使印刷电路板相对于扫描测试设备移动的装置；

位于上外壳和下外壳的至少一个上的短路矩阵；

位于与短路矩阵相对的上外壳和下外壳的至少一个上的至少一个非接触式传感器；以及

使上下外壳彼此偏置的装置。

18.根据权利要求17的扫描测试设备，其中具有位于上下两个外壳上的短路矩阵和具有位于上下两个外壳上的短路矩阵的每一侧的非接触式传感器。

19.根据权利要求17的扫描测试设备，其中有位于上外壳和下外壳上的短路矩阵，并有位于彼此邻近的上外壳和下外壳的每一个上的一个非接触式传感器。

20.根据权利要求17的扫描测试设备，其中使上下外壳彼此偏置的装置是致动器。

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