-
Die
Erfindung betrifft ein Modul zur elektrischen Kontaktierung von
Leiterplatten, mit dem elektrische Signale von außen in die
Leiterbahnen der Leiterplatte eingespeist und wieder ausgelesen
werden können.
-
Seit
es Leiterplatten gibt, besteht die Notwendigkeit, die elektrische
Funktionsfähigkeit
zu testen. Diese Funktionsprüfung
erfolgt in aller Regel über
vorhandene oder eigens zu Prüfzwecken
auf der Leiterplatte angeordnete Steckverbinder. Entgegen dem Betreiben
der Leiterplatte im Einsatzfall, ist für Prüfzwecke nur eine kurzzeitige
und zumeist einmalige elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte und
Testsystem notwendig. Deshalb erweist es sich als viel zu aufwendig
und kostenintensiv, allein zu Prüfzwecken
extra Steckverbinder auf der Leiterplatte aufzubringen.
-
Soll
dieses elektrische Testen der Leiterplatte in eine Fertigungslinie
integriert werden, so steht ebenfalls das Aufstecken und Abnehmen
von Steckverbindern einer effizienten Automatisierbarkeit entgegen.
-
Dieses
Problem lösen
die beiden bekannten Testverfahren der In-Circuit Test und der Flying
Probe Test dadurch, dass die elektrische Kontaktierung der einzelnen
Leiterbahnen über
Nadeln erfolgt. Beim In-Circuit Test Verfahren erfolgt dies in einem
Nadelbettadapter, wobei die einzelne Nadel starr angeordnet ist
und nur in horizontaler Richtung verändert werden kann. Beim Flying
Probe Test Verfahren hingegen sind die einzelnen Nadeln in alle
Richtungen beweglich angeordnet. Auf den zu testenden Leiterplatten
sind zu diesen Zwecken so genannte Testpunkte vorgesehen. Beide
Testverfahren sind sehr aufwendig und können deshalb erst ab einer
bestimmten Stückzahl
an zu testenden Leiterplatten oder erst ab einer gewissen Zahl von
Testpunkten wirtschaftlich betrieben werden.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, unter Beachtung der Nachteile des Standes
der Technik eine Möglichkeit
anzugeben, dass Leiterplatten einfach elektrisch kontaktiert werden
können,
um so die notwendige Verbindung zwischen Testsystem und den Leiterbahnen
der Leiterplatte über
Testpunkte für Prüfzwecke
zu realisieren.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit einem Modul zur elektrischen Kontaktierung von Leiterplatten
mit Testpunkten dadurch gelöst,
dass die Testpunkte in Form eines Musters bezüglich mindestens eines in der
Leiterplatte befindlichen Durchbruches angeordnet sind, wobei mindestens
ein Testpunkt, der so genannte Referenztestpunkt, eine andere geometrische
Ausdehnung als die übrigen
Testpunkte aufweist, und dass das Modul einen Arretierungsmechanismus
aufweist, der über
die Dauer der Kontaktierung das Modul unter Nutzung des Durchbruches
fest auf der Leiterplatte arretiert. Das Modul weist ferner Kontaktflächen auf,
wobei im arretierten Zustand des Moduls jeder Testpunkt mit mindestens einer
Kontaktfläche
in Verbindung steht und jede Kontaktfläche mit einer Signalleitung
verbunden ist, die die Verbindung zwischen Testmodul und Testsystem
herstellt. Ein besonders effektives Ausführungskonzept der Erfindung
besteht darin, dass der Durchbruch eine Bohrung ist und die Testpunkte
auf Rasterfeldern angeordnet sind, wobei alle Rasterfelder zusammen
genommen einen Kreisring ergeben, dessen Mittelpunkt gleichzeitig
der Mittelpunkt der Bohrung ist. Der Referenztestpunkt erstreckt
sich dabei über
zwei benachbarte Rasterfelder. Das zu diesem Konzept passende Modul
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Rasterfelder des
Moduls ein Vielfaches der Anzahl der Rasterfelder der Leiterplatte
ist, wobei jedes Rasterfeld mit einer Kontaktfläche belegt ist und diese auch
auf einen gleich großen Kreisring
auf der unteren Seite des Moduls sich befinden. Der wesentliche
Vorteil des Konzepts besteht darin, dass das Modul beliebig aufgesetzt
werden kann, da durch einen einfachen elektrischen Kontakttest der
Referenztestpunkt feststellbar ist, denn dieser steht als einziger
mit mehr Kontaktflächen
in Verbindung. Die Arretierung des Moduls wird vorteilhafterweise
dadurch erreicht, dass im Zentrum des Moduls ein hohler Zentrierdorn
vorhanden ist und in dem Zentrierdorn eine Spindel geführt ist,
wobei der aus dem Zentrierdorn herausragende Teil der Spindel von
einem Gummi, der die Form eines Zylindermantels aufweist, ummantelt
ist, wobei der unterste Teil des Gummis über den gesamten Kreisring
mit der Spindel fest verbunden ist und der obere Kreisring des Gummis
mit dem Zentrierdorn in Verbindung steht. Im ausgefahrenen Zustand
der Spindel nimmt dabei der Gummimantel die Form eines Zylinders
an und im eingefahrenen Zustand der Spindel nähert sich die Form einem Rotationsellipsoid.
Ein weiteres Ausführungskonzept
besteht darin, dass zwei rechteckförmige Durchbrüche in die
Leiterplatte eingebacht werden und die Testpunkte dazwischenliegend in
Form eines rechteckig unterteilten Rasters angeordnet werden. Das hierzu
gehörige
Modul weist auf seiner Unterseite ein identisch aufgebautes Raster wie
das auf der Leiterplatte auf, wobei jedes Rasterfeld mit einer Kontaktfläche belegt
ist. Eine Möglichkeit
für die
Arretierung des Moduls auf der Leiterplatte besteht nun darin, dass
Krallen durch die Durchbrüche
hindurch geführt
werden können,
die dann, durch einen Spindelmechanismus angetrieben, das Modul
auf der Leiterplatte derart fest arretieren, dass jeder Testpunkt
mit einer Kontaktfläche
in einem direkten Kontakt steht. Da das Modul grundsätzlich zwei
verschiedene Einbauzustände
einnehmen kann, ist es wieder von Vorteil, wenn ein Referenztestpunkt
geschaffen wird, durch den der eingesetzte Zustand dann leicht ermittelt
werden kann. Von Vorteil kann es insbesondere beim automatischen
Einsetzen des Moduls sein, wenn dieser auf seiner Unterseite mit
einem Sensor zum Ermitteln der Entfernung zwischen Modul und Leiterplatte
ausgestattet wird. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Modul
auf seiner Unterseite im Randbereich mit einem Schutzgummi versehen
ist, so dass im aufgesetzten Zustand die Kontaktflächen und
Testpunkte geschützt sind
und ferner eine Beschädigung
der Leiterplatte dadurch weitestgehend vermieden wird. Als günstig erweist
es sich, wenn Kontaktflächen
mit einem elektrisch leitfähigen
Gummi belegt werden, über
den im aufgesetzten Zustand der Kontakt zwischen Testpunkten und
Kontaktflächen
dann erfolgt. Der elektrisch leitfähige Gummi ist dabei so ausgelegt,
dass er im Stande ist, eine elektrische Verbindung zwischen der
Ober- und Unterseite, nicht jedoch quer, herzustellen.
-
Die
Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die dazugehörigen
Zeichnungen zeigen:
-
1:
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Testpunktanordnung
auf einer Leiterplatte,
-
2:
eine schematische Darstellung eines Moduls als Querschnitt zugehörig zur
Ausführungsform
der Testpunktanordnung gemäß 1,
-
3:
eine schematische Darstellung des Moduls gemäß 2 von unten,
-
4:
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Testpunktanordnung auf einer Leiterplatte und
-
5 eine
schematische Darstellung eines Moduls als Querschnitt zugehörig zur
Ausführungsform
der Testpunktanordnung gemäß 4.
-
Vorangestellt
sei, dass der Begriff Testpunkt in dieser Anmeldung immer so auszulegen
ist, dass es sich hierbei um einen Punkt mit flächenhafter Ausdehnung handelt.
-
Gemäß 1 ist
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Anordnung der Testpunkte 2, inklusive
dem Referenztestpunkt 3, zu erkennen, wenn gleichzeitig
der Durchbruch 1 eine Bohrung ist. Der Kreisring 4 ist
dabei in gleichgroße
Rasterfelder 5 unterteilt. Jedes Rasterfeld 5 ist
dabei jeweils mit einem Testpunkt 2 belegt, wobei der Referenztestpunkt 3 sich über zwei
benachbarte Rasterfelder erstreckt.
-
In 2 ist
ein erfindungsgemäßes Modul 6 im
auf die Leiterplatte aufgesetzten Zustand im Querschnitt dargestellt.
Erkennbar sind als seine wesentlichen Bestandteile das Gehäuse 7,
der Spindelantrieb 8 mit Spindel 9 und dem daran
im Endbereich ummantelten Gummi 10, die Kontaktflächen 11 und die
Signalleitung 12. Zwischen den Kontaktflächen 11 und
den Testpunkten 2 ist gemäß 2 noch ein elektrisch
leitfähiger
Gummi 13 zu erkennen, der zum Modul 6 gehört und der über eine
Führung 14 den Kontaktflächen 11 vorgeordnet
ist. Dies erweist sich als günstig,
da der leitfähige
Gummi 13 bestens geeignet ist, um einen sicheren Kontakt
zwischen Kontaktflächen 11 und
Testpunkten 2 bzw. 3 herzustellen. Der elektrisch
leitfähige
Gummi 13 ist dabei so ausgelegt, dass er im Stande ist,
eine elektrische Verbindung zwischen der Ober- und Unterseite, nicht
jedoch quer, herzustellen. Solche Gummis werden üblicherweise bei der Kontaktierung
von LCD Anzeigeelementen eingesetzt. Des Weiteren ist der Schutzgummi 15 erkennbar,
der eine Beschädigung
der Leiterplatte durch die starre Außenkante des Moduls 6 vermeiden
soll.
-
In 3 ist
eine schematische Darstellung des Moduls 6 gemäß 2 von
unten zu sehen. Dabei sind neben den in bereits zu 2 erläuterten Bestandteilen
des Moduls 6 weiterhin ein Sensor 16 zur Ermittlung
der Entfernung zwischen Modul 6 und Leiterplatte erkennbar.
Darüber
hinaus ist hier deutlich zu erkennen, dass doppelt soviel Rasterfelder wie
in 1 auf dem Modul 6 vorhanden sind, wobei jedes
Rasterfeld mit genau einer Kontaktfläche 11 belegt ist.
-
Im
Folgenden soll der Ablauf zur Kontaktierung der Testpunkte 2 dargelegt
werden. Das Modul 6 ist axialsymmetrisch ausgeführt. Im
Zentrum befindet sich ein hohler Zentrierdorn, an dessen unterem Ende
der Gummi 10 fest angebracht ist. Das andere Ende des Gummis 10 ist
mit einer, in dem Zentrierdorn beweglichen Spindel 9 fest
verbunden. Durch ein Bewegen der Spindel 9 nach unten,
aus dem Modul 6 heraus, wird der Gummi 10 gestreckt,
woraufhin sich dessen Durchmesser verringert. D.h. im geöffneten
Zustand nimmt der Gummi 10 die Form eines Zylinders an.
Umgekehrt vergrößert sich
der Durchmesser von Gummi 10, sobald die Spindel 9 nach
oben, also in das Modul 6 hineingezogen wird. D.h. im geschlossenen
Zustand wird der Zylinder zusammengestaucht, so dass er nach außen aufbeult
und somit die Form eines Rotationsellipsoids annimmt. Das Bewegen
der Spindel 9 erfolgt vorzugsweise über einen Spindelantrieb 8.
Das Aufsetzen des Moduls 6 auf die Leiterplatte erfolgt
dadurch, dass das Modul 6 sich zunächst im geöffneten Zustand befindet, wodurch es
sich bequem in den Durchbruch 1 der Leiterplatte einführen lässt. Der
Sensor 16 des Moduls 6 überwacht ständig die Entfernung zur Leiterplatte.
Sobald das Modul 6 weit genug aufgesetzt ist, gibt der
Sensor 16 ein Signal an den Spindelantrieb 8,
woraufhin dieser die Spindel 9 in Bewegung setzt. Infolge
dessen verbreitert sich der Gummi 10 und bewirkt dadurch
eine feste Arretierung des Moduls 6 auf der Leiterplatte.
Das Ausrichten des Moduls 6 erfolgt dabei selbstständig über die
Geometrie des Zentrierdorns, der, wie aus 3 ersichtlich,
im unteren Bereich konisch ausläuft,
um somit ein erleichtertes Einsetzen zu ermöglichen. Ein seitliches Verkanten
des Moduls 6 wird über
die Geometrie der Außenkante des
Moduls 6 selbst erreicht. Um eine Beschädigung der Leiterplatte durch
diese starre Außenkante
zu vermeiden, empfiehlt sich die Verwendung des Schutzgummis 15.
Ist eine vorgegebene Anpresskraft erreicht oder eine bestimmte Entfernung
zwischen dem Modul 6 und der Leiterplatte unterschritten,
so wird der Spindelantrieb 8 abgeschaltet. Das Modul 6 ist
nun geschlossen und hält
ohne eine weitere Energiezufuhr von selbst. Die elektrische Verbindung
ist nunmehr zwischen den Testpunkten 2 und Referenztestpunkt 3 der
Leiterplatte einerseits und den Kontaktflächen 11 andererseits über die
leitfähigen
Gummis 13 hergestellt. Das Öffnen des Moduls 6 und
somit das Abstoßen
von der Leiterplatte erfolgt durch das Herausfahren der Spindel 9 mit
Hilfe des Spindelantriebes 8.
-
Durch
die doppelte Anzahl, bezogen auf die Anzahl der Rasterfelder 5 der
Leiterplatte, von Kontaktflächen 11 auf
dem Modul 6 ist gewährleistet, dass
stets mindestens eine Kontaktfläche 11 mit
einem Testpunkt 2 elektrisch verbunden ist. Um nun automatisch
erkennen zu können,
welche Kontaktfläche 11 mit
welchem Testpunkt 2 in Verbindung steht, wurde der Referenztestpunkt 3 geschaffen.
Dieser steht durch seine anders gewählte geometrische Ausdehnung
immer mit mehreren Kontaktflächen 11 in
Verbindung. Durch einen einfachen elektronischen Test kann somit
ermittelt werden, welche Kontaktflächen 11 mit dem Referenztestpunkt 3 in
Verbindung stehen, wodurch dann wiederum jeder andere Testpunkt 2 eindeutig
bestimmbar ist.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht darin, dass der Zentrierdorn des Moduls 6 mit
einer Nut oder Feder ausgeführt
ist und in dem Durchbruch 1 der Leiterplatte ein entsprechendes
Gegenstück,
also eine Feder bzw. eine Kerbe angebracht ist. Dadurch ist eine
statische Zuordnung zwischen den einzelnen Testpunkten 2 und
den Kontaktflächen 11 gegeben.
Eine Elektronik zur Erkennung der Zuordnung von Testpunkten 2 zu
den Kontaktflächen 11 würde somit
nicht mehr benötigt.
Der Referenztestpunkt 3 bezüglich seiner anderen geometrischen
Ausdehnung wäre
ebenfalls nicht notwendig, allerdings geschieht dies zu Ungunsten
der einfachen Handhabung.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass die Kontaktflächen 11 und der elektrisch leitfähige Gummi 13 vom
Modul 6 ersetzt werden durch federnd gelagerte Nadeln,
wie diese bei den bereits bekannten Nadelbettadaptern verwendet werden.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass der Spindelantrieb 8 durch eine Mechanik ersetzt
wird, die analog aufgebaut ist wie die bei einem Druckkugelschreiber.
Die Spindel 9 würde
somit durch einen Druck des Moduls 6 auf die Leiterplatte mit
Hilfe einer Feder nach innen gezogen (geschlossener Zustand) und
mit einem weiteren Druck wieder nach außen bewegt (geöffneter
Zustand) werden.
-
Eine
weitere Ausführungsform
besteht darin, dass der Sensor 16 ersetzt oder ergänzt wird
durch einen Helligkeitssensor.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass der Gummi 10 vom Modul 6 ersetzt
wird durch eine Mechanik, die durch Einfahren der Spindel 9 gespreizt
wird und durch Ausfahren der Spindel 9 wieder zusammengezogen
wird, bzw. sich selbst wieder zusammenzieht.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass um die ringförmige
Anordnung der Rasterfelder 5 weitere Testpunkte 2 angeordnet
werden. Hierdurch kann die Anzahl der Testpunkte 2 beliebig erhöht werden,
ohne die Kompatibilität
zu der geringeren Ausbaustufe zu verlieren, vorausgesetzt natürlich, dass
im Modul 6 analog die entsprechenden Kontaktflächen 11 geschaffen
werden.
-
Gemäß 4 ist
ein weiteres Konzept der Gestaltung der Testpunktanordnung und damit
einhergehend eine weitere Ausführungsform
des Moduls gemäß 5 aufgezeigt.
Hier sind zwei längliche
Durchbrüche 1 auf
der Leiterplatte ausgeführt und
zwischen diesen sind die Rasterfelder 5 diesmal orthogonal
zueinander angeordnet. Die Rasterfelder 5 sind dabei wieder
mit den Testpunkten 2 belegt und der eine Referenztestpunkt 3 ist
wiederum über
zwei benachbarte Rasterfelder 5 ausgedehnt. Dies dient wiederum
dem gleichen Zweck, um eine eindeutige Identifizierung vornehmen
zu können,
obwohl diesmal das Modul 6 nur zwei unterschiedliche Aufsetzzustände einnehmen
kann. Werden wieder zusätzliche
Maßnahmen
getroffen, um nur eine Aufsetzmöglichkeit
zu gewährleisten,
dann kann auf die Gestaltung des Referenztestpunktes 3 wieder
verzichtet werden. Das Modul 6 wird in dieser Ausführung auf die
Leiterplatte aufgesetzt, dabei ragen zwei beweglich um die Achsen 19 gelagerte
Krallen 20 in die Durchbrüche 1 und mittels
zwei Spindeln, Spindel mit Linksgewinde 17 und Spindel
mit Rechtsgewinde 18, werden diese über den Spindelantrieb 8 geöffnet bzw.
geschlossen. 5 zeigt den geschlossenen Zustand.
-
- 1
- Durchbruch
- 2
- Testpunkt
- 3
- Referenztestpunkt
- 4
- Kreisring
- 5
- Rasterfeld
- 6
- Modul
- 7
- Gehäuse
- 8
- Spindelantrieb
- 9
- Spindel
- 10
- Gummi
- 11
- Kontaktfläche
- 12
- Signalleitung
- 13
- leitfähiger Gummi
- 14
- Führung
- 15
- Schutzgummi
- 16
- Sensor
- 17
- Spindel
mit Linksgewinde
- 18
- Spindel
mit Rechtsgewinde
- 19
- Achse
- 20
- Kralle