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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen funktionalen Überprüfung elektronischer Bauelemente in Schaltungsanordnungen mit örtlicher Fehlerlokalisierung.
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Das Testen von Schaltungsanordnungen, beispielsweise Leiterplatten, mittels optischer Messverfahren ist bekannt und beispielsweise in
WO 9209880 A2 und
WO 9315474 A1 offenbart. Dabei wird mittels einer optischen Abtasteinrichtung, beispielsweise einer Kamera, die Leiterplatte optisch erfasst. Die optische erfasste Leiterplatte wird digitalisiert und in einer Merkmalsdatei abgelegt. Diese Merkmalsdatei wird wiederum mit einer Referenzmerkmalsdatei verglichen. Abweichungen zwischen der Merkmalsdatei der zu prüfenden Leiterplatte und der Referenz-Merkmalsdatei weisen auf Fehler der zu prüfenden Leiterplatte hin. Diese Fehler müssen daraufhin manuell durch entsprechendes Personal gefunden werden.
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In
DE 19709939 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Prüfung von Leiterplatten mittels einer optischen Abtastung vorgestellt. Zusätzlich erfolgt eine elektrische Messprüfung der Netze, welche um die gefunden optischen Fehler angeordnet sind. Die elektrische Messung umfasst dabei eine Messung auf Unterbrechung des Netzes, die durch eine Leitwertmessung an dem zu prüfenden Netz ausgeführt wird, und eine Messung auf Kurzschluss zwischen zwei Netzen, die durch eine Widerstandsmessung zwischen den beiden zu prüfenden Netzen ausgeführt wird. Für eine elektrische Kurzschlussmessung werden gemäß der Offenbarungsschrift
DE 19709939 A1 u.a. auch Magnetfeldsonden verwendet, die einen durch die zu prüfenden Leitungen geleiteten Strom berührungslos erfassen und dementsprechend einen Kurzschluss feststellen können.
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In
DE 102008061507 A1 wird ein Magnetsensor zur Prüfung von Wertdokumenten offenbart, welcher zwei Sensorzeilen umfasst, die mehrere magnetosensitive Elemente mit verschiedenen Hauptempfindlichkeitsrichtungen aufweisen. Die erste Sensorzeile detektiert selektiv erste Magnetbereiche einer ersten Koerzitivfeldstärke und die zweite Sensorzeile detektiert selektiv zweite Magnetbereiche einer zweiten Koerzitivfeldstärke.
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Die offenbarte Lösung in
WO 1998038792 A1 betrifft ein magnetoresistives Abtastarray und ein System zum Abtasten von Magnetfeldern auf einer Fläche eines Gegenstands. Das Sensorarray enthält eine Vielzahl von unabhängigen magnetoresistiven Sensoren in einer vorbestimmten Konfiguration zur Erzeugung zweidimensionaler Daten der Magnetfelder auf einem Objekt. Nachteil dieser Anordnungen ist es, dass keine räumliche Auflösung der Objekte möglich ist. Ein Einsatz von sehr kleinen Magnetfeldsensoren mit hoher räumlicher Auflösung in einer Zeilen- oder Matrixanordnung ist nicht möglich, weil die räumliche Auflösung der Magnetfeldsensorzeile und der Magnetfeldsensormatrix einerseits durch die Geometrie (Packungsdichte) und andererseits durch die wechselwirkungsfreie Funktion der einzelnen Sensoren begrenzt ist. Somit ist der Wirkbereich der Sensoren kleiner als die Einbaugeometrie. Damit verbleiben in der ermittelten räumlichen Magnetfeldverteilung Lücken.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und darüber hinaus ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, womit Schaltungsanordnungen einfach, automatisiert und mit hoher Zuverlässigkeit auf Fehler überprüft werden können. Dabei soll nicht nur der fehlerhafte Funktionsbereich und die fehlerhafte Funktion erkannt werden, sondern zusätzlich das entsprechende fehlerbehaftete Bauelement oder die entsprechende fehlerbehaftete elektrische Verbindung zwischen den Bauelementen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur berührungslosen funktionalen Überprüfung elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente in Schaltungsanordnungen mit statischen und dynamischen Magnetfeldern bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
- a) Erfassen einer statischen oder dynamischen Magnetfeldverteilung eines zu vermessendes Objektes mittels einer Magnetfeldsensoranordnung, welche mehrere Magnetfeldsensoren umfasst. Das Erfassen erfolgt zeitlich und/oder örtlich versetzt, wobei n magnetische Positionsabbilder in n verschiedenen Positionen in einer i-ten Ebene erzeugt werden und/oder i magnetische Ebenenabbilder in i verschiedenen untereinander parallelen Ebenen mit unterschiedlichem Abstand zum zu vermessenden Objekt erzeugen werden und/oder t magnetische Momentabbilder in t verschiedenen Zeitschritten erzeugt werden,
- b) Verarbeitung der n magnetischen Positionsabbilder, und/oder der i magnetische Ebenenabbilder und/oder t magnetische Momentabbilder zu einem magnetischen Abbild A und Vergleich mit einem in einer Datenbank, beispielsweise einer elektronischen Bibliothek, hinterlegtem magnetischen Referenzabbild eines fehlerfreien Objektes. Weichen das aufgenommene magnetische Abbild und das Referenzabbild voneinander ab, so erfolgt eine räumliche Fehlereingrenzung.
- c) Ausgabe von Informationen über die gefundenen Fehlerkoordinaten oder einer Fehlerfreiheit des zu vermessenden Objektes.
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Das Erfassen der statischen oder dynamischen Magnetfeldverteilung des zu vermessendes Objektes mittels einer Magnetfeldsensoranordnung erfolgt bevorzugt dadurch, dass die Magnetfeldsensoranordnung zeilenweise in beispielsweise n Positionen über das zu vermessende Objekt bewegt wird. Denkbar ist jedoch auch, dass die Magnetfeldsensoranordnung mäanderförmig und/oder rotatorisch über das zu vermessende Objekt bewegt wird. Die zeitliche Erfassung erfolgt entweder isochron oder asynchron deterministisch oder asynchron irregulär.
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Die Magnetfeldsensoranordnung umfasst Magnetfeldsensoren. Diese sind beispielsweise regulär oder irregulär auf der Magnetfeldsensoranordnung angeordnet.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur berührungslosen funktionalen Überprüfung elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente in Schaltungsanordnungen gelöst. Die Vorrichtung umfasst dabei mindestens eine Magnetfeldsensoranordnung mit mindestens einem daran angeordneten Magnetfeldsensor. Weiterhin umfasst die Vorrichtung mindestens eine Datenverarbeitungseinheit mit einer Verbindung zu einem Datenspeicher mit darin gespeicherten magnetischen Referenzabbildern fehlerfreier zu vermessender Objekte.
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Die Magnetfeldsensoranordnung ist in einem Ausführungsbeispiel eine Magnetfeldsensorzeile, welche in ihrer Längsachse gekrümmt sein kann, wobei ihre konkave Innenseite zu dem zu vermessenden Objekt zeigt. Vorteilhafterweise können zwei oder mehrere Magnetfeldsensorzeilen angeordnet sein, die gemeinsam bewegt werden, um eine lückenlose Abdeckung des zu vermessenden Objektes zu erreichen. Dies ist gerade dann vorteilhaft, wenn das zu vermessende Objekt eine komplizierte Struktur aufweist.
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Alternativ kann die Magnetfeldsensoranordnung auch eine Magnetfeldsensormatrix sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die Magnetfeldsensormatrix in ihrer Längsachse und/oder in ihrer Querachse gekrümmt, wobei die Magnetfeldsensoren auf der Magnetfeldsensoranordnung regulär äquidistant oder regulär nicht äquidistant oder irregulär verteilt angeordnet sind. Die äquidistante oder nicht äquidistante Anordnung der Magnetfeldsensoren kann dabei einer logarithmischen oder quadratischen Funktion folgen, wobei der Beginn der logarithmischen oder quadratischen Funktion in der Mitte oder an den Rändern der Magnetfeldsensorzeile oder der Magnetfeldsensormatrix liegt. Es ist auch jede weitere mathematische Funktion für die Verteilung der Sensoren auf der Magnetfeldsensoranordnung denkbar und fällt somit auch unter den Anspruch. Die Magnetfeldsensoren können auf der Magnetfeldsensoranordnung entlang einer gekrümmten Linie derart angeordnet sein, dass die Wirkfläche der Magnetfeldsensoren in Richtung des Krümmungsvektors orientiert ist.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung Mittel zur Bewegungsführung auf, um die Magnetfeldsensoranordnung über das zu vermessende Objekt zu bewegen. Ein Mittel zur Bewegungsführung kann ein Drehpunkt sein, welcher beispielsweise in der geometrischen Mitte der Magnetfeldsensorzeile angeordnet ist. Bevorzugt ist das Mittel zur Bewegungsführung ein Schienensystem, welches mit einem Antrieb verbunden ist, mittels dessen die Magnetfeldsensoranordnung über dem zu vermessenden Objekt bewegt wird. Das Mittel zur Bewegungsführung kann mit einem Antrieb verbunden sein, mittels dessen die Magnetfeldsensoranordnung um das zu vermessende Objekt herum bewegt wird. Auch kann das zu vermessende Objekt an einer feststehenden Sensoranordnung vorbei geführt werden. Das kann sowohl horizontal als auch vertikal erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen eine exakte räumliche Fehlereingrenzung. Damit entfällt eine aufwendige Fehlersuche mit zusätzlichen personellen und/oder gerätetechnischem Aufwand.
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Ausführung der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierzu zeigen
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1 Prüfling in beispielhafter Ausführung als Leiterplatte
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2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer translatorisch bewegten Magnetfeldsensorzeile,
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3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer rotatorisch bewegten Magnetfeldsensorzeile,
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4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Magnetfeldsensormatrix,
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5 Ablaufschema einer Prüfung eines Prüflings
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In 1 ist ein zu vermessendes Objekt 1, im Folgenden Prüfling 1 genannt, in einer beispielhaften Ausführungsform als Leiterplatte dargestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Überprüfung der Funktionalität der darauf befindlichen Bauelemente 11 und elektrischen Leiter 12 ermöglicht, wobei eine exakte räumliche Fehlereingrenzung vorgenommen wird.
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Die Vorrichtung zur berührungslosen funktionalen Überprüfung elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente in Schaltungsanordnungen mit örtlicher Fehlerlokalisierung umfasst mindestens eine Magnetfeldsensoranordnung 2, auf welcher Magnetfeldsensoren 20 angeordnet sind. Für die Prüfung zu vermessender Objekte 1, beispielsweise Schaltungsanordnungen und im folgenden Prüfling 1 genannt, ist der Prüfling 1 an einer Spannungsversorgung US angeschlossen. Die Spannungsversorgung US in Verbindung mit den Bauelementen und Leitern des Prüflings 1 erzeugen zusammen ein für diesen Prüfling 1 charakteristisches Magnetfeld. Die Magnetfeldsensoren 20 der Magnetfeldsensoranordnung 2 erfassen berührungslos dieses Magnetfeld und erstellen ein magnetisches Abbild A des Prüflings.
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Bei statischen Magnetfeldern erfolgt die Aufnahme des magnetischen Abbildes nach folgender Gleichung:
mit i = 1 ... K untereinander parallelen Ebenen und mit n = 1 ... N Positionen der Magnetfeldsensoranordnung in einer i-ten Ebene. Hier bezeichnen A
n das magnetische Positionsabbild und A
i das magnetische Ebenenabbild der statischen Magnetfeldverteilung in der i-ten Ebene. Die Ebenenabbilder A
i können durch Summation zu einem räumlichen magnetischem Abbild A zusammengesetzt werden.
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Bei dynamischen Magnetfeldern erfolgt die Aufnahme des magnetischen Abbildes in einer ausgezeichneten Ebene, indem die Magnetfeldsensoren in einer Magnetfeldsensormatrixanordnung gleichzeitig ausgelesen werden. Ein solches magnetisches Momentabbild zum Zeitpunkt t wird mit A
t bezeichnet. Das dynamische magnetische Abbild A (magnetischer Film) ergibt sich dann durch Summation aller magnetischer Momentabbilder A
t. Deren Gesamtheit wird mit A bezeichnet und ist formal durch
gegeben. Die Erfassung erfolgt beispielsweise durch eine isochrone Abfolge Δt mit t = 1 ... T Zeitschritten.
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In 1 ist eine Magnetfeldsensoranordnung 2 in Form einer Magnetfeldsensorzeile 21 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst Mittel zur Bewegungsführung 3, hier in diesem Ausführungsbeispiel ein Schienensystem 31. Über das Schienensystem 31 wird die Magnetfeldsensorzeile 21 händisch oder mit Hilfe einer entsprechenden Antriebsvorrichtung (hier nicht dargestellt) zeilenweise über den Prüfling 1 in einer Ebene i parallel zum Prüfling in translatorischer Richtung (Pfeil) verschoben, um so ein statisches Magnetfeld des Prüflings 1 zu erfassen. Die Verschiebung der Manetfeldsensorzeile 21 kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Eine mänanderförmige Verschiebung der Magnetfeldsensorzeile 21 über den Prüfling 1 ist ebenfalls denkbar. Es entstehen n verschiedene Positionsabbilder An für n verschiedene Positionen der Magnetfeldsensorzeile 21. Das vollständige magnetische Abbild A des Prüflings 1 ergibt sich aus der Zusammensetzung der einzelnen magnetischen Positionsabbilder An, welche nach jeder Positionsverschiebung der Magnetfeldsensorzeile 21 aufgenommen werden.
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Nach der Aufnahme aller Positionsabbilder An einer 1. Ebene (i = 1) und einer damit erfassten Aufnahme einer ersten magnetischen Abbildung A1, kann für die Erfassung einer vollständigen räumlichen Magnetfeldverteilung die Magnetfeldsensoranordnung 2 mit weiteren veränderten Abständen zu dem Prüfling 1 weitere Ebenenabbilder Ai aufnehmen. Durch das Übereinanderlegen der i verschiedenen Ebenenabbilder Ai entsteht ein räumliches magnetisches Abbild A des Prüflings 1. Für dieses statische Abbildungsverfahren ist der Prüfling 1 an eine Spannungsversorgung US, welche über einen einsetzenden Stromfluss ein statisches Magnetfeld des Prüflings 1 erzeugt, angeschlossen. Für eine Fehlererkennung wird das auf diese Weise erzeugte statische magnetische Abbild A des Prüflings 1 mit einem bekannten magnetischen Referenzabbild eines fehlerfreien Prüflings 1 verglichen, welches beispielsweise in einer elektronischen Bibliothek abgelegt ist. Weichen das aufgenommene magnetische Abbild A und das Referenzabbild voneinander ab, so erfolgt eine räumliche Fehlereingrenzung, deren Genauigkeit abhängig ist von einer Abbildungsdichte (Anzahl der Positionsabbilder An und Anzahl der Ebenenabbilder Ai) und der Anordnung der Magnetfeldsensoren 20 auf der Magnetfeldsensorzeile 21. Die Magnetfeldsensoren 20 können dabei regulär oder irregulär auf der Magnetfeldsensoranordnung 2 angeordnet sein.
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2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Magnetfeldsensoranordnung 2 wieder eine Magnetfeldsensorzeile 21 ist, auf welcher die Magnetfeldsensoren 20 angeordnet sind. Im Unterschied zu 1 wird die Magnetfeldsensorzeile 21 zur Ermittlung des statischen Magnetfeldes rotatorisch (in Pfeilrichtung) um einen Drehpunkt 32 (beispielsweise in der geometrischen Mitte der Magnetfeldsensorzeile 21 angeordnet) über den Prüfling 1 bewegt.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Magnetfeldsensoranordnung 2 in Form einer Magnetfeldsensormatrix 22 ausgebildet ist. Auf der Magnetfeldsensormatrix 22 sind wieder Magnetfeldsensoren 20 angeordnet. Es ist denkbar, dass alle möglichen Plätze der Matrix mit Magnetfeldsensoren besetzt sind, die Magnetfeldsensoren können jedoch auch nur auf einer Teilmenge aller möglichen Plätze regulär oder irregulär angeordnet sein. Die Magnetfeldsensormatrix 22 wird für eine Durchführung einer Prüfung über dem zu prüfenden Prüfling 1 positioniert, so dass sich der gesamte zu vermessende Prüfling 1 innerhalb des Erfassungsbereiches der Magnetfeldsensormatrix 22 befindet. Das magnetische Feld aller einzelnen Raumpunkte wird gleichzeitig erfasst. Auf diese Art und Weise entsteht das magnetische Abbild des Prüflings 1 mit der durch die Anordnung der Magnetfeldsensoren 20 gegebenen räumlichen Auflösung. Die Magnetfeldsensormatrix 22 erlaubt das Erfassen eines statischen magnetischen Feldes.
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Mittels der Magnetfeldsensormatrix 22 ist jedoch auch die Erfassung eines dynamischen magnetischen Feldes denkbar. Die Position der Magnetfeldsensormatrix 22 verbleibt während der zeitgleichen Positions-Aufnahmen aller Sensoren in einer unveränderten Position bezüglich des zu vermessenden Prüflings 1. Mittels dieses Verfahrens lassen sich dynamische Magnetfelder, hervorgerufen durch zeitlich veränderliche elektrische Ströme erfassen.
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Dazu ist die Aufnahme einer zeitlichen Abfolge von Momentabbilder At erforderlich. Die Magnetfeldsensormatrix 22 erfasst dabei die Momentabbilder At des dynamischen Magnetfeldes des Prüflings 1 in einer zeitlich synchronen Abfolge Δt über einen Zeitraum Δt·T.
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4 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überprüfung von Prüflingen 1. Das magnetische Abbild A der Charakteristik des zu erwartenden statischen oder dynamischen Magnetfeldes des Prüflings 1 wird in einer Datenverarbeitungseinheit mit dem Referenzabbild aus der in einem Datenspeicher abgelegten Charakteristik des Magnetfeldes eines fehlerfreien Prüflings auf Basis eines Prüfsignals verglichen.
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Ist das Prüfsignal zeitunabhängig, so bildet der Prüfling 1 ein statisches Magnetfeld aus. Damit ist die Erfassung des magnetischen Abbildes A des Prüfling 1 und der Vergleich mit dem Referenzabbild im Datenspeicher auch zeitunabhängig.
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Sind die Prüfsignale zeitabhängig, so bildet der Prüfling 1 ein dynamisches Magnetfeld aus. Damit ist die Erfassung des magnetischen Abbildes A des Prüfling 1 und der Vergleich mit dem Referenzabbild im Datenspeicher auch zeitabhängig. Dazu ist es notwendig, den zeitlichen Verlauf des Referenzabbildes mit dem zeitlichen Verlauf des Prüfsignals zu synchronisieren.
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Nach der Auswertung des Vergleichs werden bei einer Abweichung die Fehlerkoordinaten des Prüflings ausgegeben und somit das defekte Bauelement oder die defekte Leiterbahn ermittelt. Werden beim Vergleich keine Abweichungen festgestellt, so wird die Information, dass der Prüfling 1 fehlerfrei ist durch die Datenverarbeitungseinheit ausgegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- zu vermessendes Objekt, Prüfling
- 11
- Bauelemente
- 12
- elektrische Leiter
- 2
- Magnetfeldsensoranordnung
- 20
- Magnetfeldsensor
- 21
- Magnetfeldsensorzeile
- 22
- Magnetfeldsensormatrix
- 3
- Mittel zur Bewegung der Magnetfeldsensoranordnung
- 31
- Schienensystem
- 32
- Drehpunkt
- 4
- Prüfgerät zur Erzeugung von Prüffunktionen
- A
- magnetisches Abbild
- An
- magnetische Positionsabbilder
- Ai
- magnetische Ebenenabbilder
- At
- magnetische Momentabbilder
- n
- Anzahl der Positionen der Magnetfeldsensoranordnung ist gleich der Anzahl der magnetischen Positionsabbilder
- i
- Anzahl der Ebenen ist gleich der Anzahl der magnetischen Ebenenabbilder
- t
- Anzahl der Zeitschritte ist gleich der Anzahl der magnetischen Momentabbilder
- N
- Maximalanzahl der Positionen der Magnetfeldsensoranordnung
- K
- Maximalanzahl der Ebenen
- T
- Maximalanzahl der Zeitschritte
- Us
- Spannungsversorgung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9209880 A2 [0002]
- WO 9315474 A1 [0002]
- DE 19709939 A1 [0003, 0003]
- DE 102008061507 A1 [0004]
- WO 1998038792 A1 [0005]
