CN220650817U - 一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置。所述传感器装置包括：表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处。所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场。所述传感器装置还包括传感器，其适配成检测位于远离所述电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别。

Description

一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置
技术领域
本实用新型涉及一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置。
背景技术
电气和电子部件需要测试以确保正常工作状态。例如，集成电路和印刷电路板组件(PCBA)有许多可能出现故障的电气部件。这些故障(诸如开路或断路以及短路)会对发生这些故障的装置的功能造成严重破坏。因此，需要测试装置以确定故障位于何处。
然而，由于这些故障通常位于被测装置(DUT)的不容易接近的区域中，目前确定DUT的电气连接中的故障的尝试相当有限(如果有的话)。例如，PCBA在线测试(ICT)中的某些现有解决方案在测试期间要么使用通电的DUT(例如，通电的PCBA)，要么在DUT未通电时使用接触探针。在此类测试应用中使用的许多已知装置需要通过探针传感器尖端与DUT进行物理接触。值得注意的是，通电ICT技术的测试能力有限，并且可能在测试过程中无意中使故障的PCB遭受进一步损坏。在这方面，接触探针为未通电的DUT提供了可靠的ICT解决方案。然而，由于不断增加的部件密度和PCB上用于测试点或弹簧针的空间有限，已知的接触探针的能力有限。进一步，由于装置的许多位置不可及，诸如多层PCB和先进IC封装(例如，包括球栅阵列(BGA)的IC封装)，实现所需测试的接触探针不实际或无用。另外，许多多层电子板和封装通常在多个介电层内具有多个部件。为此，已知的接触探针不能物理地到达这些部件以进行测试，因此不能用于此类装置中。
因此，需要一种至少克服上述已知方法和系统的缺点的解决方案。
实用新型内容
根据本公开的一个方面，公开了一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置。所述传感器装置包括：表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处。所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场。所述传感器装置还包括传感器，其适配成检测位于远离所述电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别。
根据本公开的另一个方面，公开了一种使用非接触式故障检测来测试被测装置(DUT)中的电气连接的系统。所述系统包括：表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处。所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场。所述系统还包括适配成检测位于远离电气连接的第二区域的第二磁场的传感器。检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别。所述系统还包括控制器，其适配成调整所述表面线圈的位置和电流值，以在所需位置提供所述同轴中间电流回路。
附图说明
当结合附图阅读时，从下面的详细描述中可以最好地理解示例性实施方案。要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。实际上，为了讨论清楚起见，可以任意增大或减小尺寸。在适用和实际的情况下，相同的附图标记指代相同的元件。
图1是根据代表性实施方案的用于测试DUT的系统的简化框图。
图2是示出根据代表性实施方案的感兴趣区域中真实电流回路和中间虚拟电流回路的场生成的概念图。
图3是示出根据代表性实施方案的设置在平面中的静态负磁导率(SNP)超表面线圈的生成的概念图。
图4是根据代表性实施方案的包括多个同心回路的表面线圈的透视图。
图5A是示出根据代表性实施方案的用于测试IC的表面线圈回路和虚拟线圈回路的透视图。
图5B是根据代表性实施方案的用于测试IC的表面线圈回路和虚拟线圈回路的截面图。
图6是示出根据代表性实施方案的用于测试IC的虚拟线圈回路和感测回路的可能位置的透视图。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，出于解释而非限制性的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。可以省略对已知系统、装置、材料、操作方法和制造方法的描述，以避免代表性实施方案的描述变得难以理解。然而，本领域普通技术人员所知道的这类系统、装置、材料和方法在本教导的范围内并且可以根据代表性实施方案来使用。应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在是限制性的。所定义的术语是在本教导的技术领域中通常理解和接受的所定义的术语的技术和科学意义的补充。
应当理解，虽然术语第一、第二、第三等在本文可以用于描述各种元素或部件，但是这些元素或部件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元素或部件与另一个元素或部件区分开。因此，下文讨论的第一元素或部件可以被称为第二元素或部件而不脱离本实用新型构思的教导。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在是限制性的。如说明书和所附权利要求书中所使用的，术语的单数形式“一”、“一个”和“所述”同时包括单数和复数形式，除非上下文另有明确规定。另外，术语“包括”、“包含”和/或类似术语明确所述特征、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、部件和/或其群组。如本文使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
除非另外指出，当一个元件或部件被称为“连接到”、“耦接到”或“邻近”另一个元件或部件时，应该理解，所述元件或部件可以直接连接或耦接到另一个元件或部件，或者可以存在中介元件或部件。也就是说，这些和类似的术语涵盖可以使用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当一个元件或部件被称为“直接连接”到另一个元件或部件时，这仅涵盖这两个元件或部件彼此连接而没有任何中间或中介元件或部件的情况。
因此本公开本文通过其各个方面、实施方案和/或具体特征或子部件中的一者或多者旨在表明如下具体指出的一个或多个优点。出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的全面理解。然而，脱离本文所公开的具体细节的与本公开文本一致的其他实施方案仍在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的描述，以免模糊对示例性实施方案的描述。此类方法和设备在本公开文本的范围内。
通过本教导，可以在不可及的感兴趣区域中感应出磁场。值得注意的是，尽管代表性实施方案主要针对各种电子装置和系统中的电气连接的非接触测试，并且本领域的普通技术人员将理解这一点，但本教导的各个方面可以应用于许多其他技术领域，其中动态或静态磁场的操作是有用的。值得注意的是，本教导的各个方面不仅提供了通过在不可及的感兴趣区域中生成磁场来测试电气连接的实际应用，本教导的实际应用被设想在其他电气技术学科中，包括但不限于发电机/电源、变压器、无线电力传输装置。如下文更全面描述的，本实用新型的装置和系统包含磁性材料，特别是那些需要负磁导率以在距离激励线圈一定距离的不可及的位置创造和控制磁源的磁性材料，诸如在许多现代电子装置中普遍存在的IC和多层电路板中的电气连接的无损测试中。
根据下面描述的代表性实施方案，通过实施本教导的实际应用，实现了对测量和测试领域的各种改进。作为示例而非限制，本教导的磁场传感器装置使得能够在遥远且不可及的区域控制磁场，以用于工厂中的大规模IC测试应用。如下文更全面描述的，在测试期间，DUT不必通电来完成测试。因此，在本教导的实际应用中，当缺陷存在且未纠正时，在识别诸如开路缺陷和短路之类的缺陷时，对DUT(例如PCBA)的测试更安全，从而避免对DUT的不可逆损坏.进一步，系统和附带的磁场线圈是真正的非接触式，因此可以对DUT进行无损检测。此外，各种代表性实施方案的系统的部件由相对便宜的零件制成，包括例如用于在诸如多层电路板的不可及区域中创造磁场的简单同心线圈结构。
图1是根据代表性实施方案的用于测试DUT 102的系统100的简化框图。如上文所提及并且如下文更充分讨论的，DUT 102可以是诸如IC或PCBA之类的电子装置。但是同样，这仅仅是说明性的，本教导也考虑了系统100的其他应用。
参考图1，系统100包括电流源104、控制器106、存储器108、计算机110和显示器112。系统100还包括表面线圈114，如下文更全面描述的，其说明性地包括同心表面线圈回路。根据代表性实施方案，表面线圈114适配成在不可及区域118中生成中间同轴电流回路116。这些中间同轴电流回路116在感兴趣区域120中生成磁场(在本文中有时称为第一磁场)，其说明性地包括诸如在IC或多层电路板(未在图1中未示出)中可以找到的电气连接。如下文更全面描述的，在感兴趣区域120中生成的第一磁场继而在感兴趣区域中的电气连接中感应出电流，并且这些进而创造出磁场(在本文中有时称为第三磁场)。
磁场传感器122位于系统100的可及区域中(例如，在DUT的外部)并测量位于所述可及区域中的磁场(在本文中有时称为第二磁场)。磁场传感器122可以是多种已知磁场传感器之一，包括霍尔效应传感器、巨磁阻(GMR)传感器、拾波线圈传感器，仅举几个说明性示例。
值得注意的是，第二磁场是第一磁场和第三磁场的总和。根据各种代表性实施方案，第二磁场可以用于确定感兴趣区域120中的电气连接中的短路缺陷和开路缺陷。具体地，与没有短路缺陷的电气连接相比，短路缺陷阻挡了来自中间同轴电流回路116的第一磁场，并且导致由磁场传感器122测量的第二磁场具有较低的磁场。相反，与没有开路的电气连接相比，开路缺陷导致磁场通过开路缺陷泄漏到磁场传感器122，并且导致由传感器测量的第二磁场具有更大的量值。
计算机110与电流源104和控制器106接口。存储器108存储可由计算机110和控制器106执行的指令。当被执行时，指令使计算机110向电流源104发送控制信号并向控制器106发送控制信号以实施对DUT 102的测试。具体地，并且随着本描述的继续变得更加清楚，提供给电流源104的控制信号使电流源104将期望值的电流发送到表面线圈114，从而可以执行DUT的测试。计算机110向控制器106发送的控制信号使控制器以足够的灵敏度将表面线圈114和磁场传感器122移动到测试位置以区分由缺陷引起的磁场变化。此外，表面线圈114和磁场传感器122都可以形成为阵列以加快测试速度。仅作为示例，表面线圈114和磁场传感器122的移动可以在普通技术人员的视界内使用步进电机(未示出)或微电子机械系统(MEMS)装置来完成。最后，来自磁场传感器122的信号被提供给计算机110并且被呈现在显示器上以供用户(未示出)查看。如上所述，来自磁场传感器122的信号能够用于确定感兴趣区域120中的电气连接中的故障。
计算机110说明性地包括一个或多个处理装置，并且被配置成执行软件指令以执行如本文的各种实施方案中描述的功能。计算机110可以包括现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、通用计算机、中央处理单元、计算机处理器、微处理器、微控制器、状态机、可编程逻辑装置、或它们的组合，使用硬件、软件、固件、硬连线逻辑电路或其组合的任何组合。此外，本文中的任何处理单元或处理器可以包括多个处理器、并行处理器或两者。多个处理器可以包含在单个装置或多个装置中或耦合到单个装置或多个装置中。
如本文所用，术语“处理器”包含能够执行程序或机器可执行指令的电子部件。对包括“处理器”的计算装置的引用应该被解释为包括多于一个的处理器或处理核心，如在多核处理器中。处理器也可以指单个计算机系统内或分布在多个计算机系统之间的处理器集合，例如在基于云的或其他多站点应用中。术语计算装置也应该被解释为包括计算装置的集合或网络，每个计算装置包括一个或多个处理器。程序具有由一个或多个处理器执行的软件指令，这些处理器可以在同一计算装置内或者可以分布在多个计算装置上。
存储器108可以包括主存储器和/或静态存储器，其中这些存储器可以通过一条或多条总线相互通信并与控制器106通信。存储器108存储用于实施如本文所述的测试方法的一些或所有方面的指令。存储器108可以由例如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意数量、类型和组合来实施，并且可以存储各种类型的信息，例如用作指令的软件算法，其当由处理器执行时使处理器执行根据本教导的各种步骤和方法。例如，根据各种代表性实施方案，存储器108中的指令使计算机向电流源发送控制信号以向表面线圈提供激励电流，并向控制器发送控制信号以正确定位系统的部件的位置。来自电流源104的激励电流导致基于来自电流源104的激励电流生成穿过感兴趣区域120中的电气连接的第一磁场，其进而导致生成第三磁场，以及最终生成由磁场传感器122测量的第二磁场。
存储器108的各种类型的ROM和RAM可以包括任何数量、类型和组合的计算机可读存储介质，诸如磁盘驱动器、快闪存储器、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁带、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、软盘、蓝光光盘、通用串行总线(USB)驱动器或本领域已知的任何其他形式的存储介质。存储器108是用于存储数据和可执行软件指令的有形存储介质，并且在软件指令存储在其中期间是非暂时性的。本文使用的术语“非暂时性”不应被解释为状态的永恒特性，而应被解释为将持续一段时间的状态的特性。术语“非暂时性”具体否认短暂特性，诸如仅短暂存在于任何地方任何时间的载波或信号的特性或其他形式的特性。存储器108可以存储能够执行各种功能的软件指令和/或计算机可读代码。存储器108可以是安全的和/或加密的，或不安全的和/或未加密的。
“存储器”是计算机可读存储介质的示例，并且应该被解释为可能是多个存储器或数据库。例如，存储器108可以是计算机110本地的和/或分布在多个计算机系统或计算装置之间的多个存储器或数据库。进一步，存储器108包括计算机可读存储介质，其被限定成构成根据35U.S.C.§101的可取得专利权的主题的任何介质，并且不包括不构成根据35U.S.C.§101的可取得专利权的主题的任何介质。
图2是示出根据代表性实施方案的感兴趣区域206中的真实电流回路(a)和虚拟电流回路(b)的场生成的概念图。图2的描述的各个方面和细节可以与上面结合图1的描述所描述的那些相同。为了避免模糊对图2的描述，下面不再重复这些共同的方面和细节。
转到图2，示出了真实电流回路202，其在(a)中生成磁场204。此外，由静态负磁导率(SNP)超表面208导致的虚拟电流回路210在(b)中示出。虚拟电流回路210进而生成磁场204。如下文更全面的描述，作为电磁透镜的SNP超表面208是由位于表面上的一组同心电流回路组成的二维结构，它复制了负磁导率(μ)材料的效果，该材料实现了在一定距离创造与虚拟电流回路210生成的磁场等效的磁场(例如，磁场204)的磁幻象，并且以与(a)中所示的真实电流回路202相同的方式表现。磁场204通过向SNP超表面208施加激励电流来控制。值得注意的是，虽然来自无源材料或装置的共振可以在动态条件下产生负磁导率，但是通过已知的装置，这在磁场不与时间相关的静态条件下不会发生，并且装置的尺寸需要足够大以在相对低的频率下实现共振。然而，根据本教导，有源源电流能够创造具有负磁导率的层。这使得能够将磁场204聚焦在如图所示的感兴趣区域中。
图3是示出根据代表性实施方案的设置在平面中的静态负磁导率(SNP)超表面线圈的生成的概念图。图3的描述的各个方面和细节可以与以上结合图1和图2的描述所描述的那些相同。为了避免模糊对图3的描述，下面不再重复这些共同的方面和细节。
转到图3的(a)和(b)，圆柱形SNP介质306具有厚度Z0(z＝-Z0至0)、无限半径R、和相对磁导率μr＝-1。当z＝-D处的同轴激励回路电流Ie嵌入介质中Lin 304或设置在z＝-2Zo+D处的介质外Lext 302时，激励回路电流Ie连同圆柱形SNP介质306将在感兴趣区域(z>Zo)中生成场，如图3所示。此外，该场与z＝D处具有相同电流Ie的虚拟回路电流Leq 313生成的场相同。
圆柱形SNP介质306的顶部和底部表面上的表面磁化电流密度(可以由SNP超表面电流回路320和辅助电流回路322模拟)可以通过求解静磁麦克斯韦方程得到。具体地，向量以粗体显示，因为：
其中B是磁场，并且A是磁矢量势。在库仑规范条件下：
其中，J是SNP介质内部或外部的激励电流回路Lin或Lext的自由电流密度，并且μm是放置激励回路Lin或Lext的介质的磁导率。因为(其中r是径向坐标，φ是方位角，z是圆柱坐标系的高度)，并且在任何位置，磁场可以推导为：
为了简化符号，图3中SNP介质上方的区域定义为UP区域，SNP介质下方的区域定义为DOWN区域。当激励为Lin或Lext时，除了激励回路Lin或Lext所在的位置，A的拉普拉斯算子在整个空间为零。
接下来，在圆柱形SNP介质306的顶面和底面，边界条件必须满足：
其中，Bz和Br表示边界上B的法向分量和切向分量，下标in和out表示SNP介质的内部或外部。在当前情况下μin＝-μout。此外，对于Lin和Lext激励，分别地，μm＝-μ0和μ0，其中μ0是自由空间磁导率。
当激励为Lin时，用SNP介质表面上的边界条件求解A的方程，
当激励为Lext时：
其中re是回路Lin 304或Lext 302的半径，并且J1(x)是1阶第一类圆柱贝塞尔函数。基于等式(4)和等式(6)中的表达式，激励Lin的表面磁化电流密度变成：
其中Mr是磁化场的径向分量，圆柱形SNP介质306的顶面和底面上的表面磁化电流密度分别表示为Kt(r)和Ka(r)，上标in或ext表示激励回路是Lin 304或Lext 302.基于等式(4)和等式(7)中的表达式，激励Lext的表面磁化电流密度变成：
值得注意的是，其意味着无论激励回路放置在何处，SNP超表面总是产生相同的电流密度，并且它们都具有不同的形式。这意味着SNP超表面电流回路320的精确实施需要无限的表面电流密度。然而，这可以截断为Kt(r)的近似值。此外，底部辅助表面电流Ka(r)基于激励回路是Lin或Lext具有发散或收敛的形式。
因此整个空间的磁场可以转换成由Kt(r)，Ka(r)和在μr＝1的空间中在Lin或Lext处的激励电流生成的场的总和(应注意，当激励回路为Lin时，电流方向应调谐到与其原始方向相反，因为它最初位于负磁导率值区域)。此外，在感兴趣区域310中，在Lin或Lext处的激励电流生成的场与Ka(r)生成的场抵消。这意味着仅需要SNP超表面电流回路320来在感兴趣区域310中生成磁场，这可能由于它们所在的结构而不可及。
可以证明，当D趋近于0时：
这等效于在z＝0处的具有电流Ie的激励电流回路。并且SNP元表面根本不替换原始的激励回路。当D增加并且接近Z0的值，由于积分表达式中的分量eDt，表面电流密度呈指数增加。这意味着需要来自电流源104的更多功率来在感兴趣区域310中更远(图3中的+z方向)的位置处生成磁场。
为了物理上实施SNP超表面电流回路320和辅助电流回路322，Kt(r),Ka(r)在r方向被截断并离散化为nm个同心表面电流回路。这种截断和离散化可以通过在z＝-Z0和z＝0时在圆柱形SNP介质306的边界处施加边界条件，并预先设定nm个同心SNP超表面电流回路320和nm个同心辅助电流回路322的半径来完成。这个边界条件是通过最小化剩余函数f来施加的：
其中Bt表示边界处磁场的切向分量，其由SNP超表面电流回路320、辅助电流回路322和激励回路位置处的电流生成，并且μ是相对磁导率。值得注意的是，i是电流回路索引，j表示圆柱形SNP介质306的边界上的不同观察点，并且nc是用于检查边界条件的边界上的观察点的总数。进一步，对于每个观测点，SNP介质内部或外部的磁场可以在远离边界表面δz(δz<<Z0)处估计。
为了优化，SNP超表面电流回路320、辅助电流322和激励回路Lin或Lext的磁场可以基于由圆形电流回路生成的场的现有闭合形式表达式来计算。值得注意的是，当激励回路326(与304相同)位于圆柱形SNP介质306内时，由于负磁导率，用于优化的326内的电流方向应变为相反。这是因为激励回路326原本位于具有负磁导率(μr＝-1)的区域，这将在自由空间中的相同位置生成与具有相反电流方向的电流回路等效的磁场。如此，由于在优化中负磁导率空间到自由空间的转换，符号被翻转。
图4是根据代表性实施方案的包括多个同心表面线圈回路402的表面线圈400的透视图。图4的描述的各个方面和细节可以与以上结合图1至图3的描述所描述的那些相同。为了避免模糊对图4的描述，下面不再重复这些共同的方面和细节。
代表性实施方案中的表面线圈400包括第一层408，其上的同心表面线圈回路402是SNP的示例。此外，传送迹线410可以使用双绞线来设计，以避免由传送迹线410引起的磁场失真。
如果波长远大于传感器装置的尺寸，则SNP超表面的应用可以扩展到准静态频率范围。
如上所述，并且如下面结合图5和图6所述，表面线圈400适于在DUT的不可及区域中生成中间同轴电流回路。这些中间同轴电流回路可以在感兴趣的区域中生成磁场(在本文中有时称为第一磁场)，其说明性地包括诸如在IC或多层电路板中可以找到的电气连接。在感兴趣区域120中生成的磁场进而在感兴趣区域中的电气连接中感应出电流，并且这些进而创造出磁场(在本文中有时称为第三磁场)。磁场传感器位于系统的可及区域中(例如，在DUT的外部)并测量位于可及区域中的磁场(在本文中有时称为第二磁场)。如上所述，由磁场传感器测量的第二磁场是第一和第三磁场的组合。
图5A是示出根据代表性实施方案的用于测试IC 500的SNP超表面线圈回路502和虚拟电流回路504的透视图。图5A的描述的各个方面和细节可以与以上结合图1至图4的描述所描述的那些相同。为了避免模糊对图5A的描述，下面不再重复这些共同的方面和细节。
在代表性实施方案中，被测电气连接是导电球506，其是IC封装技术中常用的球栅阵列的部件。同样，选择用于IC 500中的电气连接的导电球506仅仅是说明性的，并且可以考虑其他类型的连接，如要测试的其他结构。
在操作中，激励电流由电流源(图5中未示出)提供，并且包括多个同心电流回路的SNP超表面线圈回路502设置在远离被测电气连接的第一区域(在这个案例中为导电球506)。SNP超表面线圈回路502的回路生成第一磁场，其等效于基于表面线圈中的激励电流由与电气连接相邻的同轴中间电流回路生成的磁场。如上所述，第一磁场通常被称为由虚拟电流回路504生成。进一步，虚拟电流回路504可以通过在SNP超表面线圈回路502中线性添加创造它们中的每一个所需的激励电流来创造，第一磁场进而在不可及区域508中的电气连接中感应出电流。在导电球506中感应出的电流进而创造另一个磁场(根据本公开的第三磁场)。第一和第三磁场被组合以在系统的可及区域510中(例如，在DUT的外部)形成第二磁场。磁性传感器适配成检测位于远离电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供电气连接的性能类别。
图5B是用于测试图5A中所示的IC 500的SNP超表面线圈回路502和虚拟电流回路504的截面图。图5B的描述的各个方面和细节可以与以上结合图1至图5A的描述所描述的那些相同。为了避免模糊对图5B的描述，下面不再重复这些共同的方面和细节。
同样，由电流源(图5B中未示出)提供激励电流，并且包括多个同心电流回路的SNP超表面线圈回路502设置在508上方的第一区域，该第一区域远离被测电气连接(在这个案例中为导电球506)。SNP超表面线圈回路502的电流生成第一磁场，其等效于基于表面线圈中的激励电流从与电气连接相邻的同轴中间电流回路生成的磁场。如上所述，第一磁场通常被称为由虚拟电流回路504生成。并且，虚拟电流回路504可以通过在SNP超表面线圈回路502中线性添加创造它们中的每一个所需的激励电流来创造，第一磁场进而在不可及区域508中的电气连接中感应出电流。在导电球506中感应出的电流进而创造另一个磁场(根据本公开的第三磁场)。如图5B所示，说明性示例中的不可及区域508通常可以包括在多层板和IC中的具有其他导电材料的多个层512。此外，在这个示例中没有考虑它们的影响。
由SNP超表面线圈回路502和电气连接生成的第一和第三磁场被组合以在系统的可及区域510中(例如，在DUT的外部)形成第二磁场。磁性传感器适配成检测位于远离电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供电气连接的性能类别。
图6是示出根据代表性实施方案的用于测试IC的多个虚拟回路和感测回路的透视图。可能的位置602是虚拟电流回路可能处于测试的不可及区域中的位置。可能的位置604是拾波线圈传感器(例如，磁场传感器122)可以用于感测第二磁场的变化的位置。此外，606是例如测试中的BGA电气连接。
尽管参考几个示例性实施方案描述了用于在不可及区域中测试DUT的装置和系统，但是应当理解，已经使用的词语是描述和说明性的词语，而不是限制性的词语。如目前陈述和修改的那样，可以在所附权利要求书的范围内进行改变，而不会在各方面偏离主题估测的范围和精神。尽管已经参考特定的手段、材料和实施方案描述了开发适应性的预测分析，但是开发适应性的预测分析并不旨在限于所公开的细节；相反，开发适应性的预测分析扩展到所有功能等效的结构、方法和用途，例如在所附权利要求书的范围内。
本文描述的实施方案的图示旨在提供对各种实施方案的结构的大致理解。图示不旨在用作对本文所描述的本公开文本的所有元素和特征的完整描述。在阅读本公开文本后，许多其他实施方案对于本领域技术人员而言会是显而易见的。可以利用其他实施方案并从本公开文本派生出其他实施方案，使得可以在不脱离本公开文本的范围的情况下做出结构和逻辑上的替换和改变。此外，这些图示仅仅是代表性的，并且可能不是按比例绘制的。图示内的某些比例可以被夸大，而其他比例可以被最小化。因此，本公开文本和附图被视为是说明性的而非限制性的。
本公开文本的摘要是为了符合37C.F.R.§1.72(b)而提供，并且在提交时所理解的是，此摘要将不会用来解释或限制权利要求书的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，为了精简本公开文本，各种特征可能被组合在了一起或在单个实施方案中进行了描述。本公开文本不应被解释为反映所要求保护的实施方案需要比每项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如下面的权利要求所反映的，本实用新型的主题可以针对少于所公开的实施方案中的任一者的所有特征。因此，下面的权利要求被结合到具体实施方式中，每个权利要求独立地限定分别要求保护的主题。
提供所公开的实施方案的前述描述以使任何本领域技术人员均能够实践本公开文本中描述的概念。因此，上述公开的主题应被认为是说明性的而非限制性的，并且所附权利要求书旨在覆盖落入本公开文本的真实精神和范围内的所有这样的修改、改善和其他实施方案。因此，在法律允许的最大程度内，本公开文本的范围将由所附权利要求及其等同物的最广泛的可允许的解释来确定，而不受前述具体实施方式的约束或限制。
综上所述，本实用新型包括如下技术方案：
在一个实施方案中，本实用新型涉及一种用于使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置，所述传感器装置包括：
表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处，其中所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场；和
磁性传感器，其适配成检测位于远离所述电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，所述传感器处的所述第二磁场包括所述第一磁场和第三磁场的组合。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，同轴中间电流回路生成穿过第三区域的所述第一磁场，并且所述电气连接中的电流生成所述第三磁场。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，所述第二磁场中的变化由所述电气连接中的开路缺陷或短路缺陷引起。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，与没有短路缺陷的电气连接相比，所述短路缺陷阻挡了来自所述同轴中间电流回路的所述第一磁场，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有较低的磁场。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，与没有开路的电气连接相比，所述开路缺陷导致磁场通过所述开路缺陷泄漏到所述传感器，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有更大的量值。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，所述表面线圈是设置在平面中的静态负磁导率(SNP)超表面线圈。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，电气连接是被测装置(DUT)的部件，并且所述电气连接位于第三区域中。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，所述DUT包括电路封装，所述电路封装包括电子部件和电气连接。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，所述电气连接包括多个导电球，所述导电球被配置成提供电路封装和印刷电路板之间的电气连接。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的传感器装置中，基于所述同轴中间电流回路的期望位置确定所述激励电流中的电流水平。
在另一个实施方案中，本实用新型涉及一种使用非接触式故障检测来测试被测装置(DUT)中的电气连接的系统，所述系统包括：
表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处，其中所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场；
传感器，其适配成检测位于远离所述电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别；和
控制器，其适配成调整所述表面线圈的位置和电流值，以在所需位置提供所述同轴中间电流回路。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，所述传感器处的所述第二磁场包括所述第一磁场和第三磁场的组合。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，同轴中间电流回路生成穿过第三区域的所述第一磁场，并且所述电气连接中的电流生成所述第三磁场。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，所述第二磁场中的变化由所述电气连接中的开路缺陷或短路缺陷引起。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，与没有短路缺陷的电气连接相比，所述短路缺陷阻挡了来自所述同轴中间电流回路的所述第一磁场，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有较低的磁场。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，与没有开路的电气连接相比，所述开路缺陷导致磁场通过所述开路缺陷泄漏到所述传感器，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有更大的量值。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，所述表面线圈是设置在平面中的静态负磁导率(SNP)超表面线圈。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，电气连接是被测装置(DUT)的部件，所述电气连接在所述第三区域中。
在一个具体的实施方案中，在本实用新型所涉及的系统中，所述电气连接包括多个导电球，所述导电球被配置成提供电路封装和印刷电路板之间的电气连接。

Claims (20)

1.一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置，所述传感器装置包括：
表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处，其中所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场；和
磁性传感器，其适配成检测位于远离所述电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述传感器处的所述第二磁场包括所述第一磁场和第三磁场的组合。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，其中同轴中间电流回路生成穿过第三区域的所述第一磁场，并且所述电气连接中的电流生成所述第三磁场。
4.根据权利要求2所述的传感器装置，其中所述第二磁场中的变化由所述电气连接中的开路缺陷或短路缺陷引起。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中与没有短路缺陷的电气连接相比，所述短路缺陷阻挡了来自所述同轴中间电流回路的所述第一磁场，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有较低的磁场。
6.根据权利要求4所述的传感器装置，其中与没有开路的电气连接相比，所述开路缺陷导致磁场通过所述开路缺陷泄漏到所述传感器，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有更大的量值。
7.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述表面线圈是设置在平面中的静态负磁导率超表面线圈。
8.根据权利要求1所述的传感器装置，其中电气连接是被测装置的部件，并且所述电气连接位于第三区域中。
9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述被测装置包括电路封装，所述电路封装包括电子部件和电气连接。
10.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述电气连接包括多个导电球，所述导电球被配置成提供电路封装和印刷电路板之间的电气连接。
11.根据权利要求1所述的传感器装置，其中基于所述同轴中间电流回路的期望位置确定所述激励电流中的电流水平。
12.一种使用非接触式故障检测来测试电气连接的传感器装置，所述传感器装置包括：
表面线圈，其包括多个同心回路，所述多个同心回路设置在远离所述电气连接的第一区域处，其中所述同心回路生成穿过所述电气连接的第一磁场，并且所述第一磁场等效于由与所述电气连接相邻的同轴中间电流回路基于所述表面线圈中的激励电流生成的磁场；
传感器，其适配成检测位于远离所述电气连接的第二区域处的第二磁场，其中检测到的第二磁场中的变化提供所述电气连接的性能类别；和
控制器，其适配成调整所述表面线圈的位置和电流值，以在所需位置提供所述同轴中间电流回路。
13.根据权利要求12所述的传感器装置，其中所述传感器处的所述第二磁场包括所述第一磁场和第三磁场的组合。
14.根据权利要求13所述的传感器装置，其中同轴中间电流回路生成穿过第三区域的所述第一磁场，并且所述电气连接中的电流生成所述第三磁场。
15.根据权利要求13所述的传感器装置，其中所述第二磁场中的变化由所述电气连接中的开路缺陷或短路缺陷引起。
16.根据权利要求15所述的传感器装置，其中与没有短路缺陷的电气连接相比，所述短路缺陷阻挡了来自所述同轴中间电流回路的所述第一磁场，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有较低的磁场。
17.根据权利要求15所述的传感器装置，其中与没有开路的电气连接相比，所述开路缺陷导致磁场通过所述开路缺陷泄漏到所述传感器，并且导致由所述传感器测量的所述第二磁场具有更大的量值。
18.根据权利要求12所述的传感器装置，其中所述表面线圈是设置在平面中的静态负磁导率超表面线圈。
19.根据权利要求12所述的传感器装置，其中电气连接是被测装置的部件，所述电气连接在第三区域中。
20.根据权利要求12所述的传感器装置，其中所述电气连接包括多个导电球，所述导电球被配置成提供电路封装和印刷电路板之间的电气连接。
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