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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Modul für eine Prüfvorrichtung zum Testen von
Leiterplatten sowie eine Vorrichtung zum Prüfen von Leiterplatten.
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Vorrichtungen
zum Prüfen
von elektrischen Leiterplatten sind bspw. aus der
US 3,564,408 bzw. der
US 4,417,204 bekannt. Diese Vorrichtungen
weisen eine Kontaktplatte auf, an der Prüfstifte in einem Grundraster
angeordnet sind. Die Prüfstifte
sind über lange
Kabel mit einer Prüfschaltung
verbunden. Die zu prüfenden
Leiterplatten werden auf die Prüfplatte aufgelegt,
wobei ein Adapter zwischen der Leiterplatte und der Prüfplatte
angeordnet sein kann, so dass zwischen jedem Prüfpunkt der zu prüfenden Leiterplatte
und einem Prüfstift
ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.
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Ausgehend
von dieser Art von Prüfvorrichtungen
wurden modular aufgebaute Prüfvorrichtungen
entwickelt, wie sie in den Patenten
DE 32 40 916 C2 und
DE 33 40 180 C1 beschrieben
sind. Diese Art von Prüfvorrichtungen
weisen eine Grundplatte auf, auf der vertikal angeordnete Module
lagern, die jeweils einen Teil der elektronischen Prüfschaltung
umfassen und an ihrem oberen Ende vertikal ausgerichtete Prüfstifte
aufweisen. In einer Prüfvorrichtung werden
mehrere derartige Module nebeneinander angeordnet, wobei die Anordnung
der Prüfstifte
ein die Kontaktplatte ersetzendes Kontaktfeld bildet. Für einen
guten Zusammenhalt der Module kann eine Lochplatte auf die Prüfstifte
aufgesetzt werden, wobei jeder Prüfstift ein Loch in der Lochplatte
durchsetzt und so in seiner Lage fixiert ist.
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Dieser
modulare Aufbau des Kontaktfeldes hat sich sehr bewährt und
in der Praxis durchgesetzt. Ein wesentlicher Vorteil dieses modularen
Aufbaus ist, dass der Kontaktdruck, der beim Prüfen einer Leiterplatte angelegt
wird, über
die Module an die Grundplatte weitergeleitet wird.
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Aus
dem Gebrauchsmuster
DE
88 06 064 U1 ist eine weitere Prüfvorrichtung bekannt, bei der
das Kontaktfeld modular ausgebildet ist. Diese Module sind streifenförmig ausgebildet
mit zum Beispiel je vier Reihen quadratischer Pads bzw. Kontaktflächen. Es
ist hierin offenbart, dass die Pads in einem Raster mit einem Rastermaß von beispielsweise
0,5–2
mm angeordnet sind. Diese Module mit einer derart dichten Anordnung
von Pads haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da sie zum
einen wegen der hohen Anzahl von Kontaktstellen nur von einer sehr großen und
damit teuren Auswertelektronik ausgelesen werden konnten und zum
anderen hat die im Gebrauchsmuster
DE 88 06 064 beschriebene Ausführungsform
mit einer vertikal gestellten Leiterplatte, an deren Stirnseite
unmittelbar die Kontaktflächen
ausgebildet sind, in der Serienproduktion erhebliche Probleme bereitet.
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Aus
der
EP 0 875 767 A2 geht
eine Prüfvorrichtung
hervor, die mit einer eine Anzahl von Testanschlüssen aufweisenden Auswerteelektronik
versehen ist. Diese Prüfvorrichtung
weist ein aus einer mehrlagigen Leiterplatte ausgebildetes Grundraster auf,
das an der Oberseite in einem Raster angeordnete Kontaktstellen
besitzt. Mehrere dieser Kontaktstellen sind mittels in der Leiterplatte
des Grundrasters verlaufender Scankanäle elektrisch miteinander verbunden.
Auf dem Grundraster lagert ein Adapter und/oder ein Translator,
auf welche eine zu testende Leiterplatte aufgelegt werden kann.
Der Adapter und/oder Translator stellt einen elektrischen Kontakt von
auf der Leiterplatte befindlichen Leiterplattentestpunkten zu den
Kontaktstellen des Grundrasters her.
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Die
EP 1 322 967 B1 offenbart
ein weiteres Modul für
eine Prüfvorrichtung
zum Testen von Leiterplatten, das einen streifenförmigen Abschnitt
mit Kontaktstellen aufweist, der einen Teil eines Grundrasters der
Prüfvorrichtung
bildet. Unterhalb des streifenförmigen
Abschnittes ist eine vertikal stehende Platte angeordnet, auf welcher
ein Teil einer Auswerteelektronik zum Auswerten von Prüfsignalen angeordnet
ist. Die Kontaktstellen auf dem streifenförmigen Abschnitt sind in einem
Raster mit einem Rasterabschlag von nicht mehr als 2 mm angeordnet und
zumindest zwei Kontaktstellen eines Moduls sind derart elektrisch
miteinander verbunden, dass die elektrisch verbundenen Kontaktstellen
mit einem einzigen Eingang einer Elektronikeinheit in Kontakt stehen.
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In
der
EP 1 083 434 A2 bzw.
der
US 6,445,173 B1 ist
eine weitere Vorrichtung zum Prüfen von
Leiterplatten beschrieben, bei welcher das Grundraster aus zur Ebene
des Grundrasters senkrecht stehenden Leiterplatten ausgebildet ist.
Diese Leiterplatten, die als Grundrasterleiterplatten bezeichnet
werden, weisen an den in der Ebene des Grundrasters liegenden Schmalseitenflächen Kontaktpunkte
auf, die die Kontaktelemente des Grundrasters darstellen. Diese
Kontaktpunkte sind mit Leiterbahnen verbunden, die sich über eine
Seitenfläche
der Grundrasterleiterplatten erstrecken. Diese Grundrasterleiterplatten
sind als mehrlagige Leiterplatten ausgebildet, wobei in unterschiedlichen Lagen
zueinander quer verlaufende Leiterbahnen angeordnet sind, die eine
Matrix ausbilden. An den Kreuzungspunkten dieser quer zueinander
verlaufenden Leiterbahnen können
diese mittels einer Durchkontaktierung elektrisch verbunden werden. Mit
diesen Durchkontaktierungen und der Matrix können ausgewählte Kontaktstellen des Grundrasters elektrisch
miteinander verbunden werden, so dass die miteinander verbundenen
Kontaktstellen lediglich einen einzigen Anschluss an eine Auswerteelektronik benötigen. Da
die Leiterbahnen dieser Matrix über eine
größere Fläche der
Grundrasterleiterplatten verteilt sind, ist deren Ausgestaltung
wesentlich einfacher als die Scankanäle, die aus der oben erläuterten
EP 0 875 767 A2 bekannt
sind.
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Bisher
beträgt
die maximale Dichte der Kontaktstellen eines Grundrasters einer
am Markt erhältlichen
Prüfvorrichtung
62 Kontaktpunkte pro Quadratzentimeter, was einem quadratischen
Raster mit einer Kantenlänge
von 1,27 mm entspricht.
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Es
gibt zwar auch Prüfvorrichtungen
am Markt mit höherer
Kontaktpunktdichte (doppelte oder vierfache). Diese sind jedoch
bisher technisch sehr aufwendig und daher teuer und wurden deshalb
nur in sehr geringen Stückzahlen
realisiert.
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Bei
Prüfvorrichtungen
mit Grundrastern, den Paralleltestern, soll die Dichte der Kontaktpunkte
des Grundrasters weiter erhöht
werden. Dies macht die Herstellung derartiger Grundraster schwierig,
insbesondere wenn bestimmte Kontaktstellen des Grundrasters elektrisch
miteinander verbunden werden sollen. Bei den aus der
EP 1 083 434 A2 bekannten
Grundrasterleiterplatten ist die Produktion derart eng beieinander
benachbarter Kontaktstellen auf den Schmalseitenflächen der
Grundrasterleiterplatten schwierig. Bei den anderen oben erläuterten
Modulen mit Grundraster deren Kontaktstellen elektrisch miteinander
verbunden sind, ist es schwierig, die elektrische Verbindung ausgewählter Kontaktstellen zu
realisieren, wenn die Dichte der Kontaktstellen weiter erhöht werden
soll.
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Will
man die Dichte der Kontaktstellen zum Beispiel verdoppeln (64 Kontaktpunkte
pro Quadratzentimeter), ist dies mit den bekannten Technologien nicht
möglich.
So müsste
bei der Ausbildung des Grundrasters gemäß der
EP 0875767 A2 eine Grundrasterleiterplatte
vorgesehen werden, die 48 Lagen aufweist. Eine derartige Leiterplatte
kann mit heutigen Herstellungsverfahren nicht zuverlässig erzeugt
werden. Es ist unmöglich,
dass in einer solchen Leiterplatte alle Verbindungen korrekt ausgebildet sind.
Ein fehlerhaftes Grundraster ist jedoch nicht akzeptabel in einer
Prüfvorrichtung.
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Ein
weiteres Problem, das sich bei der Erhöhung der Dichte der Kontaktstellen
eines Grundraster ergibt, ist der zunehmende mechanische Druck,
der auf dem Grundraster lastet. Der Druck ist proportional zur Anzahl
der Kontaktstellen. Wenn die Kontaktstellen verdoppelt werden, erhöht sich
der Druck entsprechend.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Modul für eine Prüfvorrichtung
zum Testen von Leiterplatten zu schaffen, das eine zunehmende Dichte
der Kontaktstellen des Grundrasters erlaubt und auch ein einfaches
Verbinden ausgewählter
Kontaktstellen des Grundrasters ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch ein Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfindungsgemäße Modul
für eine
Prüfvorrichtung
zum Testen von unbestückten
Leiterplatten ist für
eine Prüfvorrichtung
vorgesehen, die ein Grundraster aufweist, auf dem ein Adapter und/oder ein
Translator angeordnet werden können,
um Kontaktstellen des Grundrasters mit Leiterplattentestpunkten
einer zu testenden Leiterplatte zu verbinden. Das Modul umfasst
eine Stützplatte
und eine Kontaktplatte. Die Kontaktplatte ist aus einem starren
Leiterplattenabschnitt, der als Grundrasterelement bezeichnet wird
und zumindest einem flexiblen Leiterplattenabschnitt ausgebildet.
Am Grundrasterelement sind Kontaktstellen vorgesehen, die jeweils
einen Teil der Kontaktstellen des Grundrasters bilden und mit einer
Dichte von zumindest 100 Kontaktstellen pro Quadratzentimeter angeordnet
sind. Das Grundrasterelement ist quer zur jeweiligen Stützplatte
an einer Stirnseite der Stützplatte
angeordnet und der biegsame Leiterplattenabschnitt ist derart abgebogen,
dass zumindest ein Teil des übrigen
Bereichs der Kontaktplatte etwa parallel zu der Stützplatte
angeordnet ist. Die Kontaktstellen des Grundrasterelementes stehen
jeweils im elektrischen Kontakt mit einer in der Kontaktplatte verlaufenden
Leiterbahn, die sich von dem Grundrasterelement in den flexiblen Leiterplattenabschnitt
erstreckt.
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Durch
die Ausbildung des Grundrasterelementes aus einem starren Leiterplattenabschnitt, können die
Kontaktstellen des Grundrasters in herkömmlicher Weise in an sich beliebige
Dichte erzeugt werden. Da das Grundrasterelement mit einem flexiblen
Leiterplattenabschnitt verbunden ist, in den mit den Kontaktstellen
des Grundrasterelementes in Verbindung stehende Leiterbahnen verlaufen,
die sich in den flexiblen Leiterplattenabschnitt hinein erstrecken,
steht in senkrecht zum Grundraster stehenden Ebenen viel Platz zur
Verfügung,
um ausgewählte Leiterbahnen
und damit ausgewählte
Kontaktstellen des Grundrasters elektrisch miteinander zu verbinden.
Diese Verbindungen können
in der Kontaktplatte oder auch in der Stützplatte, wenn diese als Leiterplatte
ausgebildet ist, realisiert sein. Diese Verbindungen können auch
in einer Kombination von in der Kontaktplatte und der Stützplatte
oder in einer weiteren Leiterplatte verlaufenden Leiterbahnen realisiert sein.
Da in der zur Ebene des Grundrasters senkrechten Ebene viel Platz
zur Verfügung
steht, ist es grundsätzlich
auch möglich,
die mit den Kontaktstellen des Grundrasters in Verbindung stehenden
Leiterbahnen zu einer Auswerteelektronik zu führen, ohne dass einzelne dieser
Leiterbahnen und damit die entsprechenden Kontaktstellen elektrisch
miteinander verbunden sind. Nachteilig bei einer solchen Ausführungsform
ist jedoch, dass die Kapazität
der Auswerteelektronik entsprechend der Anzahl der Kontaktstellen
des Grundrasters erhöht
werden muss.
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Durch
das Vorsehen des flexiblen Leiterplattenabschnittes werden die mit
den Kontaktstellen verbundenen Leiterbahnen aus der zum Grundraster parallelen
Ebene in eine etwa senkrecht zum Grundraster stehende Ebene gebogen.
Hier kann einfach eine Matrix aus quer zueinander verlaufenden Leiterbahnen
ausgebildet werden, wobei bestimmte Kreuzungspunkte selektiv mittels
Durchkontaktierung verbunden werden. Diese Verbindungen können jedoch
auch auf andere Art und Weise realisiert werden. So können die
einzelnen mit den Kontaktstellen des Grundrasters verbundenen Leiterbahnen
mit Anschlüssen
von einem oder mehreren Multiplexern und Logikbausteinen (Asics,
FPGA) verbunden werden, in welchen eine entsprechende Verknüpfungsmatrix
geschaltet ist. Die Verwendung von FPGAs ist hierbei besonders vorteilhaft,
da die Verbindung bzw. die Verknüpfung
der Kontaktstellen des Grundrasters jederzeit verändert werden
kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktplatte
zwei flexible Leiterplattenabschnitte auf, wobei zwischen den beiden flexiblen
Leiterplattenabschnitten das Grundrasterelement angeordnet ist.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kontaktplatte
aus einer sich über
den gesamten Bereich der Kontaktplatte erstreckenden flexiblen Leiterplatte
ausgebildet, auf die eine oder mehrere starre Leiterplattenabschnitte
aufgesetzt sind, wobei Durchkontaktierungen vorgesehen sind, die
sich sowohl durch die starren Leiterplattenabschnitte als auch durch
die flexible Leiterplatte erstrecken, so dass zwischen Kontaktstellen
und Leiterbahnen in den beiden unterschiedlichen Leiterplattentypen
elektrische Verbindungen bestehen.
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Die
Kontaktplatte kann auch mit einem oder mehreren weiteren starren
Leiterplattenabschnitten versehen sein, die als Channel-Abschnitte
bezeichnet werden. Die Channel-Abschnitte weisen mehrere quer zu
den mit den Kontaktstellen des Grundrasterelementes verbundenen
Leiterbahnen verlaufende Leiterbahnen auf, die Scan-Kanäle bilden
und selektiv mittels Durchkontaktierung mit den zu den Kontaktstellen
des Grundrasterelementes führenden
Leiterbahnen elektrisch verbunden sind.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann auch innerhalb der Stützplatte
eine Matrix von zueinander quer verlaufenden Leiterbahnen vorgesehen sein,
wobei an bestimmten Kreuzungspunkten dieser Leiterbahnen Durchkontaktierungen
derart ausgebildet sind, dass die bestimmten Kontaktstellen des Grundrasterelements
elektrisch miteinander verbunden sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen
erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in:
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1 ein
erfindungsgemäßes Modul
im Querschnitt,
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2a das
Modul aus 1 in der Draufsicht,
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2b einen
Ausschnitt über
größere Darstellung
der Draufsicht aus 2a,
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3 eine
Kontaktplatte im gestreckten Zustand, die Bestandteil des Moduls
aus 1 ist,
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4 das
erfindungsgemäße Modul,
wobei eine Kontaktplatte separat von einer Stützplatte dargestellt ist,
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5 einen
Ausschnitt der Kontaktplatte des Moduls aus 1 im Bereich
eines Channel-Abschnittes,
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6 eine
weitere Kontaktplatte im gestreckten Zustand eines anderen Ausführungsbeispieles
des erfindungsgemäßen Moduls,
und
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7 ein
weiteres Beispiel für
ein Modul in einer Seitenansicht.
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Die 1 bis 4 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Moduls für eine Prüfvorrichtung
zum Testen von unbestückten
Leiterplatten. Das Modul 1 ist aus einer Stützplatte 2 und
einer Kontaktplatte 3 ausgebildet.
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Die
Stützplatte 2 ist
eine aus Stahl ausgebildete, lang gestreckte rechteckförmige Platte
mit einer Länge
von etwa 30 cm und einer Höhe
von etwa 6 cm. Sie besitzt am oberen und unteren Rand etwa eine
Stärke
von 4 bis 5 mm. An Seitenflächen 4 der Stützplatte 2 sind
flache Ausnehmungen 5 vorgesehen, die sich über die
gesamte Länge
der Stützplatte 2 erstrecken.
Diese muldenförmigen
Ausnehmungen 5 besitzen eine Tiefe von etwa 1 mm und eine
Breite von etwa 3 bis 4 cm.
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Am
unteren Rand der Stützplatte 2 weist
diese einen mittig angeordneten und nach unten vorstehenden Steg 6 (1, 4)
auf. Der Steg 6 und die nach unten weisende Stirnfläche der
Stützplatte 2 begrenzen
zwei Rücksprünge bzw.
Stufen 7, in welche jeweils ein Rand eines Kontaktstreifens
aufgenommen wird, die unten näher
erläutert
werden. Die Kontaktplatte 3 ist aus einer flexiblen Leiterplatte 8 ausgebildet,
die sich über
den gesamten Bereich der Kontaktplatte 3 erstreckt. In 3 ist
die Kontaktplatte 3 im gestreckten Zustand dargestellt.
Auf der flexiblen Leiterplatte 8 ist zumindest eine starre
Leiterplatte 9 angeordnet, die auf der von der flexiblen
Leiterplatte 8 abweisenden Seite in einen vorbestimmten
Raster angeordnete Kontaktstellen 9 aufweist. Diese starre
Leiterplatte bildet ein Grundrasterelement 10, das einen
Abschnitt eines Grundrasters eines Paralleltesters zum Testen von
bestückten
Leiterplatten darstellt. Dieses Grundrasterelement 10 ist langgestreckt,
streifenförmig
ausgebildet, mit einer Breite von z. B. etwa 5 mm und einer Länge von
etwa 26 cm. An den Endbereichen des Grundrasterelementes 10 steht
dieses jeweils etwas an der flexiblen Leiterplatte 8 vor.
Diese starre Leiterplatte ist mit der flexiblen Leiterplatte flächig verklebt,
wobei beispielsweise ein faserverstärktes Klebeharz (Prepreg) verwendet
wird. Weiterhin sind im Grundrasterelement Durchkontaktierungen
(nicht dargestellt) vorgesehen, die sich jeweils von den einzelnen
Kontaktstellen 9 durch die starre Leiterplatte hindurch
bis in die flexible Leiterplatte 8 erstrecken und dort
jeweils mit einer Leiterbahn 14 (5) verbunden
sind.
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Die
Kontaktstellen sind kreisförmig
ausgebildet, da sie durch Füllen
der Bohrungen, die die Durchkontaktierungen begrenzen, mit Gold
erzeugt werden. Sie besitzen einen Durchmesser von 0,7 mm. Das Raster,
in dem die Kontaktstellen 9 angeordnet sind, ist aus zwei
ineinander verschränkten quadratischen
Raster zusammengesetzt. In den quadratischen Raster sind die Kontaktstellen 9 jeweils etwa
1,27 mm voneinander beabstandet, wobei an jedem Eckpunkt eines Quadrates
eine Kontaktstelle 9 angeordnet ist. Im Zentrum zwischen
vier an den Ecken eines Quadrates angeordneten Kontaktstellen 9 eines
Rasters, ist jeweils eine Kontaktstelle des anderen quadratischen
Rasters angeordnet. Diese beiden Raster sind somit um den halben
Abstand zwischen zwei benachbarten Kontaktstellen eines Rasters
zueinander versetzt. Dieser halbe Abstand beträgt 0,635 mm (2b).
Die Dichte der Kontaktstellen dieses Rasters beträgt ca. 124
Kontaktpunkte pro Quadratzentimeter und ist somit doppelt so hoch
wie die maximale Dichte an Kontaktstellen eines Grundrasters der
bisher üblichen
Prüfvorrichtungen. Grundraster
mit einer derart hohen Dichte von Kontaktstellen werden zum Testen
von unbestückten
Leiterplatten verwendet, da bei unbestückten Leiterplatten gleichzeitig
eine Vielzahl von Leiterplattentestpunkten kontaktiert werden müssen. Dieses
Modul ist somit zum Testen von unbestückten Leiterplatten vorgesehen.
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Die
Kontaktplatte 3 weist zwei weitere starre Leiterplatten 11, 12 auf,
die beidseitig vom Grundrasterelement 10 mit Abstand zu
diesem angeordnet sind. Diese Abschnitte der Kontaktplatte 3 mit
den starren Leiterplatten 11, 12 werden als Channel-Abschnitte 13 bezeichnet.
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5 zeigt
einen Ausschnitt eines solchen Channel-Abschnittes
13 und
angrenzende Bereiche der Kontaktplatte
3. In der flexiblen
Leiterplatte
8 verlaufen Leiterbahnen
14, die
jeweils mit einer Kontaktstelle
9 verbunden sind und sich
zumindest bis in einen der Channel-Abschnitte
13 erstrecken.
In der starren Leiterplatte des Channel-Abschnittes
13 sind quer
zu den Leiterbahnen
14 verlaufende Leiterbahnen
15 vorgesehen,
die als Scan-Kanäle
15 bezeichnet
werden. An bestimmten Kreuzungsstellen zwischen den Scan-Kanälen
15 und
den Leiterbahnen
14 der flexiblen Leiterplatte
8 sind
Durchkontaktierungen
16 angeordnet, die jeweils eine Leiterbahn
14 mit
einem Scan-Kanal
15 verbinden. Hierbei ist jeder Scan-Kanal
15 mittels
mehrerer Durchkontaktierungen
16 mit mehreren Leiterbahnen
14 verbunden.
Es sind somit Gruppen von Leiterbahnen
14 bzw. Gruppen
von Kontaktstellen
9 über
die Scan-Kanäle
15 elektrisch
miteinander verbunden. Bezüglich
der Verknüpfung
der Kontaktstellen wird auf die
EP 0 875 767 A2 und die
EP 1 083 434 A2 verwiesen,
auf welche vollinhaltlich Bezug genommen werden.
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In 5 sind
lediglich einige wenige Leiterbahnen 14 und wenige Scan-Kanäle 15 schematisch dargestellt.
Typischerweise sind 64, 128 oder 256 Gruppen von miteinander elektrisch
verbunden Leiterbahnen und entsprechend viele Scan-Kanäle 15 vorgesehen.
Die Zahl dieser Gruppen kann je nach Anwendung variieren. Typischerweise
liegt die Anzahl der Gruppen von miteinander verbundenen Leiterbahnen
im Bereich von 50 bis 500 und vorzugsweise im Bereich von 100 bis
300.
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Der
Channel-Abschnitt ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass jeweils
zwei, drei, vier oder fünf Leiterbahnen 14 miteinander
verknüpft
werden. Hierdurch wird die Anzahl der Anschlüsse gegenüber der Anzahl der Kontaktstellen
des Grundrasters halbiert oder sogar bis auf ein Fünftel reduziert.
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Dadurch,
dass die Verknüpfung
der Kontaktstellen
9 mittels der Verknüpfung der Leiterbahnen
14 in
einer senkrecht zum Grundraster stehenden Ebene erfolgt, steht wesentlich
mehr Platz als bei der Ausbildung der Verknüpfung gemäß der
EP 0 875 767 A2 zur Verfügung. Die
Verknüpfung
ist daher wesentlich einfacher und kostengünstiger. Zudem kann eine deutlich
höhere
Anzahl von Kontaktstellen
9 sicher und zuverlässig elektrisch
verknüpft
werden.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
im Channel-Abschnitt 13 eine zusätzliche starre Leiterplatte 11, 12 vorgesehen,
die mit der flexiblen Leiterplatte 8 mittels einer Prepreg-Verbindung
vollflächig
verklebt ist. Mit der starren Leiterplatte 11, 12 wird
zumindest eine weitere Lage vorgesehen, in welcher Leiterbahnen
(Scan-Kanäle) ausgebildet werden
können.
Anstelle einer starren Leiterplatte kann selbstverständlich eine
mehrlagige flexible Leiterplatte 8 verwendet werden. Die
Verwendung einer starren Leiterplatte ist jedoch kostengünstiger
und in einer starren Leiterplatte können die Durchkontaktierungen
auch einfacher und zuverlässiger
eingebracht werden.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden die Scan-Kanäle 15 mit
den Leiterbahnen 14 mittels Durchkontaktierung 16 verbunden.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich den Channel-Abschnitt 13 als
Leiterplatte auszubilden, wobei die Scan-Kanäle Leiterbahnen sind, die mit
an der Oberfläche
des Channel-Abschnittes
liegenden Kontaktstellen in Kontakt stehen. Beim Zusammenfügen der
den Channel-Abschnitt bildenden Leiterplatte mit der flexiblen Leiterplatte
werden die Kontaktstellen des Channel-Abschnittes mit entsprechenden
Kontaktstellen der flexiblen Leiterplatte verlötet, die wiederum in Kontakt
mit den Leiterbahnen 14 stehen. Eine solche Ausführungsform
ist zweckmäßig, wenn die
Gruppen der elektrisch miteinander verbundenen Leiterbahnen nur
eine geringe Anzahl von Leiterbahnen 14, wie zum Beispiel
zwei oder drei Leiterbahnen, umfassen.
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Die
Channel-Abschnitte 13 sind mit Abstand zum Grundrasterelement 10 angeordnet,
so dass zwischen den Channel-Abschnitten 13 und dem Grundrasterelement 10 jeweils
ein flexibler Abschnitt 17 der Kontaktplatte 3 ausgebildet
ist. Die Channel-Abschnitte 13 sind
symmetrisch zum Grundrasterelement 10 angeordnet, so dass
die beiden flexiblen Abschnitte 17 gleich breit ausgebildet
sind.
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An
den vom Grundrasterelement 10 entfernten Rändern der
Kontaktplatte 3 sind Kontaktstreifen 18, 19 angeordnet.
Die Kontaktstreifen 18, 19 erstrecken sich entlang
dem gesamten Rand der flexiblen Leiterplatte 8 und stehen
an den Enden ein Stück
gegenüber
der flexiblen Leiterplatte 8 vor. Die Kontaktstreifen 18, 19 sind
als streifenförmige,
starre Leiterplatten ausgebildet, die auf der flexiblen Leiterplatte 8 verklebt
sind. An den Kontaktstreifen 18, 19 sind Kontaktpunkte
(nicht dargestellt, da sie in 3 auf der
Rückseite
der Kontaktplatte 3 angeordnet sind) ausgebildet, die mit
in der flexiblen Leiterplatte 8 verlaufenden Leiterbahnen 14 verbunden
sind. Jedoch ist nicht jede Leiterbahn 14 der flexiblen
Leiterplatte 8 auf einen Kontaktpunkt geführt, sondern
lediglich von einer Gruppe über
die Scan-Kanäle
miteinander verknüpfter Leiterbahnen 14 ist
lediglich eine einzige Leiterbahn mit einem Kontaktpunktelektrisch
verbunden. Hierdurch ist die gesamte Anzahl der Kontaktpunkte der
Kontaktstreifen 18, 19 wesentlich geringer als
die Anzahl der Kontaktstellen 9 des Grundrasterelementes 10.
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Die
Kontaktplatte 3 ist mit der Stützplatte 2 derart
verbunden, dass das Grundrasterelement 10 an einer Stirnfläche 21 der
Stützplatte 2 angeordnet ist
und die benachbarten flexiblen Abschnitte 17 derart abgebogen
sind, dass sich die Kontaktplatte 3 mit den daran angrenzenden
Bereichen etwa parallel zu den Seitenflächen 4 der Stützplatte 2 verläuft.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Kontaktplatte 3 vollflächig mit der Stützplatte 2 verklebt,
wobei die Channel-Abschnitte 13 in den Ausnehmungen 5 der
Stützplatte 2 angeordnet
sind. Die Kontaktstreifen 18, 19 sind jeweils
mit einem Randbereich in einem der beiden Rücksprünge 7 der Stützplatte 2 eingesetzt
und stehen nach unten gegenüber
dem Steg 6 ein Stück
hervor und begrenzen somit zwischen sich einen spaltförmigen Zwischenbereich.
Die Kontaktstreifen 18, 19 sind im Bereich des
Steges 6 mit einer Schraubverbindung an der Stützplatte 2 befestigt.
In dem Zwischenbereich zwischen den beiden Kontaktstreifen 18, 19 befindet sich
der Rand einer Schaltungsplatte 22, die sich gegenüber den
Kontaktstreifen 18, 19 ein gutes Stück nach
unten erstreckt. Diese Schaltungsplatte 22 weist in ihrem
Bereich, in dem sie mit den Kontaktstreifen 18, 19 in
Berührung
steht, Kontaktstellen auf, die mit den entsprechenden Kontaktstellen
der Kontaktstreifen 18, 19 verlötet sind.
Da hier im Vergleich zum Grundrasterelement sehr viel Platz zur
Verfügung
steht und die Kontaktstellen großflächig ausgebildet und in einem
groben Raster angeordnet sind, können
sie relativ einfach verlötet
werden. Es sind grundsätzlich
jedoch auch andere Arten der Kontaktierung der Kontaktstellen der
Kontaktstreifen 18, 19 mit den Kontaktstellen
der Schaltungsplatte 22 möglich. Beispielsweise können kleine
Federkontakte zwischen den Kontaktstreifen und der Schaltungsplatte
angeordnet werden.
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Die
Kontaktstreifen 18, 19 sind mit der Schaltungsplatte 22 verschraubt,
so dass eine ausreichende mechanische Stabilität sichergestellt wird.
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Auf
der Schaltungsplatte 22 können integrierte Schaltungen 23 angeordnet
sein, die einen Teile der Auswerteelektronik bilden, mit welchem
die Messsignale erzeugt und ausgewertet werden. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die
Schaltungsplatte 22 ohne derartige Bauelemente zu versehen
und lediglich in der Schaltungsplatte 22 Leitungen vorzusehen,
die mit der Auswerteelektronik verbunden sind. Die Verbindung zur
Auswerteelektronik erfolgt vorzugsweise über Steckverbinder (nicht dargestellt), die
in der Prüfvorrichtung
vorgesehen sind, und in welche der untere Rand der Schaltungsplatten 22 eingesteckt
ist.
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Die
Stützplatte 2 steht
seitlich etwas an der Kontaktplatte 3 hervor. Der untere
Rand der vorstehenden Abschnitte der Stützplatte 2 bildet
Auflager 24 (4), die auf entsprechenden Trageschienen (nicht
dargestellt) in der Prüfvorrichtung
aufliegen und die gesamte Druckkraft der Prüfvorrichtung, die auf dem Grundraster
lastet, aufnehmen. Durch die Ausbildung des Moduls 1 mit
einer stabilen Stützplatte 2,
die die gesamte Druckkraft der Prüfvorrichtung auf die Trageschienen
ableitet, ist die Schaltungsplatte 22 frei von mechanischen
Belastungen. Hierdurch wird im Bereich unterhalb des Grundrasters
die mechanische Belastung frühzeitig
von der elektrischen Schaltungstechnik separiert, wodurch es einfach
möglich
ist, die Schaltungsplatte 22 mit weiteren funktionalen
Elementen zu versehen, da sie keinen mechanischen Belastungen unterliegt.
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6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Kontaktplatte 3. Diese Kontaktplatte weist wiederum
eine flexible Leiterplatte 8, ein Grundrasterelement 10,
einen mit Abstand zum Grundrasterelement 10 angeordneten
Channel-Abschnitt 13 auf, wobei dazwischen ein flexibler
Abschnitt 17 ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Kontaktstreifen 18 vorgesehen.
Bei dieser Ausführungsform
der Kontaktplatte ist lediglich ein einziger Channel-Abschnitt 13 und
ein einziger Kontaktstreifen 18 vorgesehen. Diese Kontaktplatte 13 erstreckt
sich somit von der Stirnfläche 21 der
Stützplatte 2 lediglich über eine
der beiden Seitenflächen
der Stützplatte 2 zur
Kontaktplatte 7. Im übrigen
entspricht der Aufbau und die Funktion eines Moduls mit dieser Kontaktplatte 3 dem
oben beschriebenen Modul 1.
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Bei
der in 6 gezeigten Ausführungsform ist nachteilig,
dass alle Leiterbahnen über
eine flexible Leiterplatte 8 auf einer Seite des Grundrasterelementes 10 geführt werden,
so dass die Dichte der Leiterbahnen in der flexiblen Leiterplatte
wesentlich höher
ist, als bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Es kann deshalb auch zweckmäßig sein,
bei einer einseitigen Anordnung der Kontaktplatte 3 bezüglich der
Stützplatte 2 zwei
oder mehrere flexible Leiterplatten vorzusehen, die übereinander liegend
angeordnet sind. Hierdurch kann die Dichte der Leiterbahnen vermindert
werden.
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Die
Erfindung ist oben anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert worden.
Im Rahmen der Erfindung sind diverse Abwandlungen möglich. So
ist es z. B. nicht notwendig, dass die Kontaktplatte 3 vollflächig mit
der Stützplatte 2 verklebt
wird. Es sind auch andere Verbindungsarten, wie Schrauben oder Nieten
möglich.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Stützplatte 2 aus
Stahl ausgebildet und kann erhebliche Kräfte aufnehmen. Bei kleineren Prüfvorrichtungen,
bei welchen nicht derart hohe Kräfte
auftreten, können
auch weniger feste Materialien, wie Stahl, für die Stützplatte verwendet werden. Anstelle
von Stahl kann auch ein ähnlich
fester Verbundwerkstoff verwendet werden. Insbesondere kann es auch
zweckmäßig sein,
die Stützplatte
als Leiterplatte auszubilden und in der Stützplatte die Verknüpfung der
Kontaktstellen durchzuführen.
Die Verknüpfung
der Leiterbahnen kann auch in einer separat von der Kontaktplatte 3 ausgebildeten
Verknüpfungsplatte
erfolgen. Eine solche Verknüpfungsplatte ist
eine Leiterplatte, die an einer Seitenfläche Kontaktpunkte aufweist,
die mit korrespondierenden Kontaktpunkten der Kontaktplatte in elektrischer
Verbindung stehen. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil,
dass durch Austausch der Verknüpfungsplatte
die Verknüpfungen
der einzelnen Kontaktstellen unterschiedlich einstellbar sind.
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Das
Umlenken der Leiterbahnen mittels der flexiblen Leiterplatte 8 vom
Grundrasterelement 10 in die vertikale Richtung bietet
viel Platz, so dass nicht nur eine Verknüpfung, sondern im Bereich der
Channel-Abschnitte 13 auch eine aufwendige Schaltung möglich ist. 7 zeigt
ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
eines Moduls 1, mit einem Grundrasterelement 10 in
der Seitenansicht. Mechanisch ist das Modul wie das oben beschriebene
Ausführungsbeispiel
ausgebildet. Im Channel-Abschnitt 13 ist eine
mehrlagige starre Leiterplatte angeordnet, die eine komplexe Schaltung
ermöglicht.
Diese Schaltung umfasst vier Multiplexer 25 und ein Steuerelement 26,
das ein Logikbaustein ist. Das Steuerelement 26 ist über eine
Datenleitung 27 mit der Auswerteelektronik verbunden. Die
Datenleitung 27 ist vorzugsweise als Datenbus ausgebildet,
der durch alle Module einer Prüfvorrichtung
hindurchgeführt
ist und über
welchen die einzelnen Steuerelemente 26 von der Auswerteelektronik
angesteuert werden können.
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Das
Steuerelement steuert wiederum die Multiplexer 25 an. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind vier Multiplexer 25 vorgesehen. Jeder Multiplexer 25 ist
mittels Leiterbahnen 28 (zur einfacheren Darstellung sind
lediglich einige wenige Leiterbahnen 28 gezeigt) mit den
Kontaktstellen 9 des Grundrasterelementes 10 verbunden.
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Die
Leiterbahnen 28, die mit einem Multiplexer 25 verbunden
sind, sind in n Gruppen unterteilt, wobei ein jeder Multiplexer
jeweils alle Leiterbahnen 28 einer Gruppe auf entsprechende
Ausgangsleiterbahnen 29 durchschalten kann. Die Ausgangsleiterbahnen 29 sind
zur Auswerteelektronik weiter geführt.
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Die
Steuereinheit 26 steuert, welche der n Gruppen von Leiterbahnen 28 bzw.
Kontaktstellen 9 von dem jeweiligen Multiplexer 25 auf
die Ausgangsleitungsbahnen 29 durchgeschaltet werden. Auch hierdurch
kann die Anzahl der Ausgänge
(Ausgangsleitungsbahnen 29) eines Moduls gegenüber Anzahl der
Kontaktstellen 9 erheblich verringert werden. Eine solche
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass keine festen Verknüpfungen
zwischen einzelnen Kontaktstellen vorhanden sind, sondern jede Kontaktstelle
kann einzeln auf einen Anschluss der Auswerteelektronik geschaltet
werden.
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Grundsätzlich würde ein
einziger Multiplexer genügen,
um die Anzahl der Ausgangsleiterbahnen gegenüber der Anzahl der Kontaktstellen
zu verringern. Jedoch ist die Verwendung mehrere Multiplexer zweckmäßig, die
voneinander unabhängig
vom Steuerelemente
26 angesteuert werden können, denn
es ist keine Messung zwischen Kontaktstellen
9, die mit Leiterbahnen
28 verbunden
sind, die zu unterschiedlichen Gruppen eines gemeinsamen Multiplexers
gehören,
möglich,
denn zwei solche Kontaktstellen können nicht gleichzeitig auf
die Ausgangsleiterbahnen geschaltet werden. Wenn mehrere Multiplexer
25 vorgesehen
werden, dann ist die Anzahl der Kontaktstellen pro Gruppe kleiner
wodurch sich das entsprechende Problem verringert, denn Kontaktstellen,
die mit unterschiedlichen Multiplexern
25 verbunden sind,
können
unabhängig
von der Gruppenzugehörigkeit
immer miteinander getestet werden, da sie gleichzeitig auf Ausgangsleiterbahnen
29 geschaltet werden
können.
Zudem erlaubt eine geschickte Zuordnung der Kontaktstellen des Grundrasters
zu den jeweiligen Leiterplattentestpunkten einer zur testenden Leiterplatte,
dass es vermieden werden kann, dass zwei Leiterplattentestpunkte,
zwischen welchen eine Messung ausgeführt werden soll, mit Leiterbahnen
28 verbunden
sind, zu unterschiedlichen Gruppen eines gemeinsamen Multiplexers
25 gehören. Diese
Zuordnung kann durch Schrägstellung
von Prüfnadeln
in einem auf dem Grundraster aufliegenden Adapter erfolgen, wie
es bereits aus der
EP
0 875 767 A2 bekannt ist.
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Mit
diesem Modul können
mehrere Gruppen von Kontaktstellen des Grundrasterelementes 10 individuell
von der Auswerteelektronik über
die Datenleitung 27 durchgeschaltet und gemessen werden. Hierdurch
wird ein hochflexibles Messsystem geschaffen, das in Anbetracht
der großen
Anzahl von Kontaktstellen mit einer relativ geringen Messelektronik
auskommt.
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Das
Steuerelement 26 kann auch derart programmiert sein, dass
es automatisch nach Maßgabe eines
vorbestimmten Messtaktes, der entweder über die Datenleitung 27 übertragen
wird oder vorab einmal synchronisiert worden ist, zwischen allen
Modulen automatisch die Multiplexer 25 schaltet.
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Der
in 7 gezeigte Schaltmechanismus stellt einen eigenständigen Erfindungsgedanken
dar, der auch unabhängig
von der Anbindung des Grundrasterelementes über die flexible Leiterplatte realisierbar
ist.
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Die
oben erläuterten
Ausführungsbeispiele von
Modulen für
eine Prüfvorrichtung
weisen ein Grundrasterelement auf, auf dem die Kontaktstellen des
Grundrasters in einer Dichte von 124 Kontaktstellen pro Quadratzentimeter
angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Kombination aus dem streifenförmigen Grundrasterelement,
das aus einem starren Leiterplattenabschnitt ausgebildet ist, in
Verbindung mit dem flexiblen Leiterplattenabschnitt, in dem mit den
Kontaktstellen des Grundrasterelementes in Kontakt stehende Leiterbahnen
geführt
werden, wird durch die Umlenkung in die Senkrechte bezüglich des
Grundrasters auf einfache Art und Weise viel Platz zur Verfügung gestellt,
so dass eine derart große
Anzahl von Kontaktstellen des Grundrasters zuverlässig mit
der Auswerteelektronik verbunden werden kann. Vorzugsweise werden
zwei flexible Leiterplattenabschnitte vorgesehen, die jeweils einen
Teil der Leiterbahnen enthalten. Bei einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
werden die in den flexiblen Leiterplattenabschnitten enthaltenen
Leiterbahnen gezielt mittels Scan-Kanälen elektrisch verbunden, so
dass die notwendigen Anschlüsse
der Auswerteelektronik vermindert werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in der Kombination
aus dem Grundrasterelement, dem daran angeschlossenen flexiblen
Leiterplattenab schnitt und der Stützplatte, die aus einem hochfesten
Material, wie zum Beispiel Stahl oder einem entsprechend festen
Verbundwerkstoff ausgebildet ist, so dass sowohl die mechanische Belastung
die durch die Vielzahl der Kontaktstellen hervorgerufen wird, als
auch die elektrischen Verbindungen zuverlässig gehandhabt werden können.
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Bei
der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
wurden die Richtungen oben und unten verwendet. Oben bedeutet in
Richtung zum Grundraster und unten bedeutet in Richtung weg vom
Grundraster. Das erfindungsgemäße Modul
ist für
eine Prüfvorrichtung
zum Testen von unbestückten
Leiterplatten vorgesehen, die üblicherweise
auf der Oberseite und der Unterseite der zu testenden Leiterplatte gleichzeitig
getestet werden, so dass die Prüfvorrichtung
zwei gegenüberliegende
Grundrasterfelder aufweist, die mit einer Presse aufeinander zu
bewegt werden, so dass eine dazwischenliegende zu testende Leiterplatte
zwischen den Grundrasterfeldern und gegebenenfalls zwischen dazwischen
angeordneten Adapter und Translator von oben und unten mit Kontaktelementen
beaufschlagt wird. Für
die oberhalb der Leiterplatte angeordneten Module sind die Richtungsangaben „unten" und „oben" natürlich entsprechend
umzukehren.
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Die
Erfindung kann folgendermaßen
kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft ein Modul
für eine
Prüfvorrichtung
zum Testen von Leiterplatten. Derartige Prüfvorrichtungen weisen ein Grundraster
auf, auf dem ein Adapter und/oder ein Translator angeordnet werden können, um
Kontaktstellen des Grundrasters mit Leiterplattentestpunkten mit
einer zu testenden Leiterplatte zu verbinden. Das Modul weist eine
Stützplatte und
eine Kontaktplatte auf. Die Kontaktplatte ist aus einem starren
Leiterplattenabschnitt, der als Grundrasterelement bezeichnet wird,
und zumindest einem flexiblen Leiterplattenabschnitt ausgebildet. Am
Grundrasterelement sind Kontaktstellen vorgesehen, die jeweils ein
Teil der Kontaktstellen des Grundrasters bilden. Das Grundrasterelement
ist an einer Stirnfläche
der Stützplatte
angeordnet und der biegsame Leiterplattenabschnitt ist derart abgebogen,
dass zumindest ein Teil des übrigen
Bereichs der Kontaktplatte parallel zur Stützplatte angeordnet ist. Die
Kontaktstellen des Grundrasterelementes stehen jeweils im elektrischen
Kontakt mit in der Kontaktplatte verlaufenden Leiterbahnen, die
sich von dem Grundrasterelement in den flexiblen Leiterabschnitt
erstrecken.
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- 1
- Modul
- 2
- Stützplatte
- 3
- Kontaktplatte
- 4
- Seitenfläche der
Stützplatte
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Steg
- 7
- Stufe
- 8
- flexible
Leiterplatte
- 9
- Kontaktstelle
- 10
- Grundrasterelement
- 11
- starre
Leiterplatten
- 12
- starre
Leiterplatten
- 13
- Channel-Abschnitt
- 14
- Leiterbahn
- 15
- Scan-Kanal
- 16
- Durchkontaktierung
- 17
- flexibler
Abschnitt
- 18
- Kontaktstreifen
- 19
- Kontaktstreifen
- 20
-
- 21
- Stirnfläche
- 22
- Schaltungsplatte
- 23
- integrierte
Schaltung
- 24
- Auflagen
- 25
- Multiplexer
- 26
- Steuerelement
- 27
- Datenleitung
- 28
- Leiterbahn
- 29
- Ausgangsleitungsbahn