DE10240143B4 - Testing and detection of potential-carrying parts and conductor tracks by means of a film sensor on the basis of stray capacitance measurements - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Prüfen
eines Bauelements (9), mit
– einer Vielzahl von Streufeldelementen
(51, 71), die für eine
ortsaufgelöste
Messung angeordnet sind, zum Erzeugen und/oder Messen eines Streufeldes
an und/oder in dem Bauelement (9),
– Mitteln zum Detektieren eines
Fehlers des elektrischen Bauelements (9) aufgrund des gemessenen
Streufeldes, wobei die Vorrichtung und ihre Vielzahl von Streufeldelementen
(51, 71) gebildet sind mit
– einer Basisschicht (3) aus
einem elektrisch isolierenden Material,
– mehreren auf der Basisschicht
(3) angeordneten ersten Leiterbahnen (5),
– einer auf die Basisschicht
(3) und die ersten Leiterbahnen (5) aufgebrachten ersten Isolationsschicht
(6) aus einem elektrisch isolierenden Material,
– mehreren
auf der ersten Isolationsschicht (6) angeordneten ersten Elektroden
(51), die über
Durchkontaktierungen mit zugeordneten darunter liegenden ersten
Leiterbahnen (5) elektrisch leitend verbunden sind,
– mehreren
auf der ersten Isolationsschicht (6) angeordneten und die ersten
Leiterbahnen (5) kreuzenden zweiten Leiterbahnen (7),...Device for testing a component (9), with
A plurality of stray field elements (51, 71), which are arranged for a spatially resolved measurement, for generating and / or measuring a stray field at and / or in the component (9),
- Means for detecting a fault of the electrical component (9) due to the measured stray field, wherein the device and its plurality of stray field elements (51, 71) are formed with
A base layer (3) made of an electrically insulating material,
- A plurality of on the base layer (3) arranged first conductor tracks (5),
A first insulating layer (6) made of an electrically insulating material applied to the base layer (3) and the first printed conductors (5),
A plurality of first electrodes (51) arranged on the first insulating layer (6) and electrically conductively connected via plated-through holes to associated underlying first printed conductors (5),
- A plurality of on the first insulating layer (6) arranged and the first interconnects (5) crossing the second interconnects (7), ...
Description
Für die Inspektion an potentialführenden Teilen und planaren Leiterzügen (Leiterplatten, Dünn- und Dickschichtschaltungen, flexible Schaltungsträger) werden Testspitzen zur Detektion von Leiterunterbrechungen und Kurzschlüssen eingesetzt. Solche Verfahren erfordern einen hohen Prüfaufwand, da zahlreiche Anschlüsse mit den Testspitzen einzeln angefahren werden müssen.For the inspection at potential leaders Split and planar circuit traces (Printed circuit boards, thin and Thick film circuits, flexible circuit carriers) are test tips for Detection of conductor interruptions and short circuits used. Such procedures require a lot of testing because numerous connections must be approached with the test tips individually.
Bei der klassischen Inspektion von Schaltungsträgern wird ein Testsignal in eine Leiterbahn eingespeist und anschließend mit galvanisch und kapazitiv gekoppelten Testspitzen entlang der Leiterzüge detektiert. Insbesondere bei komplexen Schaltungen ist dieses Verfahren sehr aufwändig.at The classical inspection of circuit boards will be a test signal in fed a conductor and then with galvanic and capacitive coupled test probes detected along the conductor tracks. Especially in complex circuits, this process is very complex.
Bildgebende Inspektionsverfahren sind häufig hinsichtlich der Detektion kleinerer Fehlstellen, wie zum Beispiel Haarrisse, problematisch. Systembedingte Risiken, wie mangelnde Kontrastschärfe und die erforderlichen hohen Scan-Raten, führen bei optischer Inspektion zu unvermeidlichen Fehlern.Imaging Inspection procedures are common with regard to the detection of minor defects, such as Hairline cracks, problematic. Systemic risks, such as lack of Contrast sharpness and the required high scan rates, result in optical inspection to inevitable mistakes.
Ein alternatives Testverfahren wird mit Hilfe eines kapazitiven CMOS-Bildsensors realisiert, bei dem die Fotodioden gegen Metallelektroden ausgetauscht werden. Aus Scheffer, D.: "Platinentest elektrostatisch", Elektronik 11/2002, WEKA Fachzeitschriften-Verlag GmbH, Poing, ist ein bildgebendes Inspektionsverfahren bekannt, für das CCDs zu kapazitiv messenden Sensoren umgebaut werden.One alternative testing method is using a capacitive CMOS image sensor realized in which the photodiodes exchanged for metal electrodes become. From Scheffer, D .: "Platinum test electrostatically " Elektronik 11/2002, WEKA Fachzeitschriften-Verlag GmbH, Poing, is an imaging inspection method known for the CCDs to capacitive measuring Sensors are rebuilt.
Aus
Davon ausgehend besteht die Aufgabe in der Entwicklung einer wirtschaftlichen und zuverlässigen Vorrichtung mit hoher Ortsauflösung.From that Starting from the task in the development of an economic and reliable device with high spatial resolution.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These The object is solved by the invention of the independent claim. advantageous Embodiments emerge from the subclaims.
Eine Vorrichtung zum Prüfen eines elektrischen Bauelements, insbesondere einer Leiterplatte, Dünn- und Dickschichtschaltung, eines flexiblen Schaltungsträgers oder einer Platine, weist ein Streufeldelement zum Erzeugen und/oder Messen eines Streufeldes in und/oder an dem elektronischen Bauelement auf. Die Vorrichtung arbeitet also nach dem Fringing-Field-Messprinzip. Weiterhin weist die Vorrichtung Mittel zum Detektieren eines Fehlers des elektrischen Bauelements aufgrund des gemessenen Streufelds auf. Diese Mittel können beispielsweise aus Mitteln zum Feststellen einer unzulässigen Größe des gemessenen Streufeldes bestehen. Die unzulässige Größe kann durch eine entsprechende Schaltung oder auch, wie unten im einzelnen beschrieben, durch die Beobachtung durch einen Benutzer festgestellt werden.A Device for testing an electrical component, in particular a printed circuit board, thin and Thick film circuit, a flexible circuit board or a board, has a stray field element for generating and / or Measuring a stray field in and / or on the electronic component on. The device thus operates according to the fringing field measuring principle. Furthermore, the device has means for detecting an error of the electrical component due to the measured stray field on. These funds can for example, means for determining an impermissible size of the measured Stray field exist. The invalid Size can by a corresponding circuit or also, as below in detail described by observation observed by a user become.
Sollen nicht nur große Defekte des elektrischen Bauelements, sondern zum Beispiel auch Haarrisse gemessen werden können, so ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung Mittel zum Erzeugen eines Wechselfeldes an zumindest einem potentialführenden Teil des elektrischen Bauelements aufweist. Durch die Vorrichtung wird dann mit dem Bauelement eine aktive Struktur mit einem aktiven Feld gemessen, die potentialführend ist, indem beispielsweise ein Leiterzug selbst ein Feld generiert. Es wird also die Veränderung des Streufeldes durch Einbringen eines weiteren Feldes in das Streufeld gemessen. Gerade Defekte werden hier eine sehr starke Streufeldänderung hervorrufen.Should not just big ones Defects of the electrical component, but also, for example, hairline cracks can be measured so it is advantageous if the device means for generating an alternating field at least one potential-carrying Part of the electrical component. Through the device becomes then with the device an active structure with an active Field measured, the potential leading is, for example, by a circuit itself generates a field. So it will be the change of the stray field by introducing another field in the stray field measured. Just defects here become a very strong stray field change cause.
Die Mittel zum Erzeugen eines Wechselfeldes an zumindest einem potentialführenden Teil des elektrischen Bauelementes können beispielsweise als Elektrodenfeld ausgebildet sein, das an der der Vorrichtung zum Prüfen des elektrischen Bauelementes gegenüberliegenden Seite des elektrischen Bauelementes angeordnet werden kann. Dieses Elektrodenfeld zum Erzeugen eines Wechselfeldes an zumindest einem potentialführenden Teil kann analog zum im Weiteren beschriebenen Elektrodenfeld mit Streufeldelementen zum Erzeugen und/oder Messen eines Streufeldes ausgebildet sein. Alternativ ist aber auch die Verwendung herkömmlicher Kontaktspitzen denkbar, um eine Wechselspannung im zu prüfenden elektronischen Bauelement zu erzeugen.The Means for generating an alternating field at least one potential-carrying Part of the electrical component, for example, as an electrode field be formed on the of the device for testing the electrical component opposite Side of the electrical component can be arranged. This electrode field for generating an alternating field on at least one potential-carrying Part can analogously to the electrode field described below with Stray field elements for generating and / or measuring a stray field be educated. Alternatively, however, the use of conventional Contact tips conceivable to an AC voltage in the electronic to be tested To produce device.
Zur Erzeugung und/oder Messung des Streufeldes enthält das Streufeldelement vorzugsweise ein Elektrodenpaar. Das Steuerfeldelement kann dabei ein Elektrodenpaar zur Erzeugung des Streufeldes und ein Elektrodenpaar zur Messung des Streufeldes enthalten. Vorzugsweise enthält das Streufeldelement allerdings ein Elektrodenpaar, mit dem das Streufeld sowohl erzeugt als auch gemessen werden kann.to Generation and / or measurement of the stray field preferably contains the stray field element a pair of electrodes. The control field element can be a pair of electrodes for generating the stray field and a pair of electrodes for measurement of the stray field. However, the stray field element preferably contains a pair of electrodes with which the stray field both generates and can be measured.
Soll ein flächiges elektrisches Bauelement geprüft werden, so ist die Vorrichtung vorzugsweise als Streufeldflächensensor in Form eines Sensorfeldes ausgebildet, indem sie eine Vielzahl von Streufeldelementen aufweist, die für eine ortsaufgelöste Messung des elektrischen Anordnung angeordnet sind.Should a flat electrical component tested are, the device is preferably as a stray field sensor formed in the form of a sensor array by a variety of stray field elements used for a spatially resolved measurement the electrical arrangement are arranged.
Zur Kontaktierung der Vielzahl von Streufeldelementen weist die Vorrichtung insbesondere sich in zumindest zwei Ebenen überkreuzende Leiterbahnen auf.For contacting the plurality of stray field elements, in particular, the device has in at least two levels crossing interconnects.
Ist die Vielzahl von Streufeldelementen an und/oder in einer Folie angeordnet, bzw. die Vorrichtung als Folie realisiert, so ergeben sich gleich mehrere Vorteile. Beispielsweise können nicht nur vollständig planare, sondern auch gewölbte elektrische Bauelemente geprüft werden. Weiterhin kann die Folie zum Prüfen eines elektrischen Bauelementes durch Unterdruck an das Bauelement angesaugt werden, so dass Streufeldelemente und elektrisches Bauelement sich jeweils immer in einem definierten, engen Abstand zueinander befinden.is arranged on the plurality of stray field elements and / or in a film, or the device realized as a film, the result is the same several advantages. For example, not only completely planar, but also arched electrical components tested become. Furthermore, the film for testing an electrical component by Vacuum be sucked to the device, so that stray field elements and electrical component always in a defined, tight Distance apart.
Zum vorgenannten Zweck kann die Vorrichtung über Mittel zum Ansaugen der Folie an das elektrische Bauelement verfügen.To the The above purpose, the device via means for sucking the Foil to the electrical component have.
Ein Verfahren zum Prüfen eines elektrischen Bauelementes ist analog zur Vorrichtung zum Prüfen eines elektrischen Bauelementes realisierbar. Dies gilt auch für bevorzugte Weiterbildungen.One Method of testing an electrical component is analogous to the device for testing a electrical component realized. This also applies to preferred Training.
Weitere wesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Dabei zeigtFurther Essential features and advantages of the invention will become apparent the description of an embodiment based on the figures. It shows
Die
nachfolgende Erzeugung metallischer Strukturen in Form einer Schar
von ersten Leiterbahnen
Auf
die ersten Leiterbahnen
In
Bei
der geschilderten Vorrichtung dient das Streufeld zwischen benachbarten
ersten Elektroden
Die
Messempfindlichkeit kann aber noch ganz wesentlich erhöht werden,
indem an das potentialführende
Teil
Zum Prüfen wird das Bauelement beispielsweise unter der mit dem beschriebenen Foliensensor ausgebildete Vorrichtung positioniert. Die Folie des Foliensensors wird dann an das elektrische Bauelement mittels Vakuum angesaugt.To the Check For example, the device is described with the described Slide sensor trained device positioned. The foil of the film sensor is then sucked to the electrical component by means of vacuum.
Die Sensorfläche, die durch die Vielzahl der Streufeldelemente in Form von Elektrodenpaaren abgedeckt wird, ist von der Größe des zu prüfenden elektrischen Bauelementes abhängig und beträgt beispielsweise mehr als 50 mm × 50 mm und je nach Anwendung auch 200 mm × 200 mm oder mehr. Entsprechend ergibt sich ein Feld von beispielsweise 20.000 × 20.000 Streufeldelementen in Form von Elektrodenpaaren. Diese werden über eine Ausleseelektronik ausgelesen und die Messwerte können dann über schnelle A-D-Umsetzer mit 8 Bit Auflösung digitalisiert werden. Dadurch sind kurze und wirtschaftliche Abfragezyklen im μs-Bereich realisierbar.The Sensor surface, the by the plurality of stray field elements in the form of electrode pairs is covered by the size of the testing electrical Component dependent and is for example more than 50 mm × 50 mm and depending on the application also 200 mm × 200 mm or more. Corresponding This results in a field of, for example, 20,000 × 20,000 stray field elements in the form of electrode pairs. These are via a readout electronics read out and the measured values can then over fast A-D converter with 8 bit resolution digitized become. This results in short and economical polling cycles in the μs range realizable.
Zum Detektieren eines Fehlers des elektrischen Bauelements werden die digitalisierten Messwerte beispielsweise als Graustufenbild dargestellt. Über Bildverarbeitungssoftware, die beispielsweise über Fourier-Transformation Verschiebungen und Verdrehungen des elektrischen Bauelements herausfiltert, können Ungenauigkeiten in der Positionierung des Bauelements gegenüber der Vorrichtung eliminiert werden.To the Detecting a fault of the electrical component are the digitized measured values, for example, as a gray scale image. About image processing software, the example over Fourier transform shifts and rotations of the electric Component can filter out Inaccuracies in the positioning of the device over the Device can be eliminated.
Bildverarbeitungssoftware kann beispielsweise auch eingesetzt werden, um das Messbild des zu prüfenden Bauelementes mit einem Referenzbild eines intakten Bauelementes zu vergleichen, und dadurch einen eventuellen Fehl er des zu prüfenden Bauelementes zu detektieren.Image processing software For example, it can also be used to capture the measurement image of the tested Component with a reference image of an intact component to compare, and thus a possible Fehl er of the device to be tested to detect.
Es ist aber auch denkbar, das Messbild auf einem Bildschirm darzustellen und dadurch einem Benutzer der Vorrichtung Mittel zum Detektieren eines Fehlers des elektrischen Bauelementes aufgrund des gemessenen Streufeldes zur Verfügung zu stellen.It But it is also conceivable to display the measurement image on a screen and thereby means for detecting to a user of the device a fault of the electrical component due to the measured Streufeldes available to deliver.
Zusammenfassend lassen sich die Vorrichtung und das Verfahren wie folgt darstellen: Zur Überprüfung von Fehlstellen in Leiterzügen wird ein passives Sensorfeld nach dem Fringing-Field-Messprinzip verwendet. Das Sensorfeld mit Streufeldelementen besteht aus einem Mehrlagenaufbau in Dünnfilmtechnik und wird als Foliensensor ausgeführt. Zur Inspektion wird das flexible und großflächige Sensorfeld auf den zu prüfenden Schaltungsträger gepresst oder die Folie angesaugt. Die Fehlererkennung an potentialtragenden Leiterzügen erfolgt dabei durch entstehende Streukapazitätsänderungen, die in einem Mehrlagenaufbau mit sich orthogonal kreuzenden Elektrodenstrukturen detektiert werden.In summary the device and the method can be represented as follows: For checking Defects in circuit traces a passive sensor field according to the fringing field measuring principle is used. The sensor field with stray field elements consists of a multi-layer structure in thin-film technology and is executed as a foil sensor. For inspection, the flexible and large sensor field on the zu tested circuit support pressed or sucked the film. Error detection on potential-carrying traces takes place by resulting stray capacitance changes, which in a multi-layer structure be detected with orthogonal crossing electrode structures.
Durch die konstruktive Auslegung des Sensorfeldes werden eine hohe lokale Auflösung von weniger als 50 μm und kurze Pixelabfragezyklen im μs-Bereich möglich. Das verwendete Messprinzip führt zu einer extrem hohen Empfindlichkeit gegenüber Sreukapazitätsänderungen. Gleichzeitig ist mit der Herstellbarkeit großer Sensorfelder von 200 mm × 200 mm oder mehr eine sehr effektive und schnelle Inspektion von Fehlstellen garantiert. Der Aufbau des Sensorfeldes auf Folie ermöglicht eine kostengünstige Fertigung und die verwendete Dünnfilmtechnologie garantiert eine hohe Ortsauflösung.By the constructive design of the sensor field will be a high local resolution less than 50 μm and short pixel polling cycles in the μs range possible. The measuring principle used leads to an extremely high sensitivity to Sreukapazitätsänderungen. At the same time with the manufacturability of large sensor fields of 200 mm × 200 mm or more a very effective and quick inspection of defects guaranteed. The structure of the sensor field on foil allows a inexpensive Manufacturing and the used thin-film technology guarantees a high spatial resolution.
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