DE19703982A1 - Verfahren zum Prüfen von Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Leiterplat­ ten.

Zum Prüfen von Leiterplatten werden sogenannte Fingertester verwendet. Das sind Vorrichtungen, die mit zwei oder mehreren Prüffingern die einzelnen Prüfpunkte sequentiell abtasten.

Ein solcher Fingertester ist bspw. aus der EP 0 468 153 A1 be­ kannt. Fig. 4 der EP 0 468 153 A1 zeigt einen Fingertester mit drei Traversen, die über dem Prüffeld angeordnet sind, wobei an jeder Traverse zumindest ein Positionierglied entlang der Tra­ verse verschiebbar befestigt ist. An jedem Positionierglied ist ein Schwenkarm angelenkt, der mittels eines Servomotors vorzugs­ weise in der Ebene des Prüffeldes um 360° drehbar ist. Am freien Ende des Schwenkarmes befindet sich ein Prüffinger, der in der Regel aus einer dünnen Metallspitze ausgebildet ist. Der Prüf­ finger kann auf einen Prüfkontakt einer zu prüfenden Leiterplat­ te abgesenkt werden, so daß zwischen dem Prüfkontakt und dem Prüffinger zu Testzwecken ein elektrischer Kontakt hergestellt wird.

Um eine Kollision zwischen den einzelnen Prüffingern zu vermei­ den, kann es zweckmäßig sein, die zu prüfende Leiterplatte in mehrere Bereiche zu unterteilen, in welchen nur einer oder meh­ rere bestimmte Prüffinger die Prüfkontakte der Leiterplatte abtasten.

Bei herkömmlichen Fingertestern werden die zu prüfenden Leiter­ platten am Prüffeld fixiert. Da die Leiterplatten jedoch oftmals einen Verzug aufweisen, kann es zu Fehlkontaktierungen kommen, da die Prüffinger nicht die gewünschten Prüfkontakte treffen. Die Leiterplatten müssen deshalb oft von Hand justiert werden, wodurch der an einer Prüfmaschine erzielte Durchsatz an geprüf­ ten Leiterplatten erheblich beschrankt ist. Zudem verhindert die manuelle Justierung der Leiterplatten einen Einsatz der Prüfvor­ richtung in einer automatisch arbeitenden Linie zum Prüfen von Leiterplatten.

Von der Anmelderin wurden deshalb Versuche durchgeführt, die Leiterplatten automatisch auf dem Prüffeld auszurichten. Das Ausrichten von Leiterplatten gegenüber Prüfstiften ist ein bei sogenannten mit Prüfadaptern arbeitenden Prüfvorrichtungen be­ kanntes Verfahren (US 5,381,104, EP 0 667 962 B1). Es hat sich jedoch gezeigt, daß das Prüffeld der mit Prüffingern arbeitenden Prüfvorrichtung durch die Sensoren und Stellelemente zum Justie­ ren der Leiterplatte wesentlich komplizierter ausgestaltet wer­ den muß, als es bei herkömmlichen Fingertestern der Fall war.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für mit Prüffingern arbeitende Prüfvorrichtungen zu schaffen, das auf einfache Art und Weise ein schnelles und fehlerfreies Prüfen von Leiterplatten erlaubt.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Kamera oder dgl. zum Erfassen der Lage der zu prüfenden Leiterplatte auf dem Prüffeld verwendet und ein Koordinatensystem der Prüfvorrich­ tung, in dem die Prüffinger verfahren werden, wird an die Lage der Leiterplatte angepaßt.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung naher erläutert. Es zeigen schematisch vereinfacht:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine mit Prüffingern arbeitende Prüfvorrichtung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Prüfvor­ richtung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Kalibrier­ platte.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen mit Prüffingern 1 arbeitende Prüfvor­ richtungen, sogenannte Fingertester. Die Prüfvorrichtung weist eine Arbeitsfläche 3 auf, auf die eine zu prüfende Leiterplatte 4 aufgelegt und bspw. mittels Stiften 5 fixiert werden kann. Anstatt einer Arbeitsfläche kann auch ein Rahmen vorgesehen sein, in den die zu prüfende Leiterplatte eingeklemmt wird, so daß sie beidseitig für Prüffinger frei zugänglich ist.

Die Prüfvorrichtung weist bspw. drei Traversen 7a, 7b, 7c auf, die in Art einer Brücke über der Arbeitsfläche 3 angeordnet sind. An jeder Traverse 7a, 7b, 7c ist zumindest ein Positio­ nierglied 8 entlang der Traverse 7a, 7b, 7c verschiebbar ange­ ordnet. An jedem Positionierglied 8 ist ein Schwenkarm 9 ange­ lenkt, der mittels eines Servomotors (nicht dargestellt) vor­ zugsweise in einer Ebene parallel zur Arbeitsfläche 3 um 360° drehbar ist. Am freien Ende des Schwenkarmes 9 befindet sich der Prüffinger 1, der in der Regel aus einer dünnen Metallspitze ausgebildet ist. Der Prüffinger 1 kann auf einen Prüfkontakt der zu prüfenden Leiterplatte 4 abgesenkt werden, so daß zwischen dem Prüfkontakt und dem Prüffinger 1 zu Testzwecken ein elek­ trischer Kontakt hergestellt werden kann.

Durch das Verfahren der Positionierglieder 8 entlang einer der Traversen 7a, 7b, 7c und das Drehen des Schwenkarmes 9 kann durch den jeweiligen Prüffinger 1 jeweils ein streifenförmiger Abtastbereich 11a, 11b, 11c abgetastet werden. Diese streifen­ förmigen Abtastbereiche 11a, 11b, 11c erstrecken sich symme­ trisch um die Traversen 7a, 7b, 7c, und deren seitliche Ränder sind in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 10a, 10a', 10b, 10b', 10c, 10c' dargestellt, wobei der Abstand der Ränder 10a, 10a', 10b, 10b', 10c, 10c' der streifenförmigen Abtastbereiche 11a, 11b, 11c zu den Traversen 7a, 7b, 7c der Länge a der Schwenkarme 9 in der horizontalen Projektion auf die Arbeits­ fläche 3 entspricht.

Die äußersten Ränder 10a, 10c der Abtastbereiche begrenzen die maximal abtastbare Fläche, das Prüffeld 13. Die streifenförmigen Abtastbereiche 11a, 11b, 11c überlappen sich in den Bereichen zwischen den Traversen 9, damit eine durchgehende Abtastung der zu prüfenden Leiterplatte 4 sichergestellt ist.

Mittig über dem Prüffeld 13 ist mit Abstand zur Arbeitsfläche 3 eine Kamera 14 angeordnet, die das Prüffeld optisch abtastet.

Bevor ein erster Prüfvorgang ausgeführt werden kann, werden mit­ tels einer Computersimulation die einzelnen Bewegungen analy­ siert und optimiert, die die Prüffinger ausführen müssen, um die gesamte Leiterplatte zu testen. Als Ergebnis dieser Computer­ simulation werden die x- und y-Koordinaten der Meßpunkte bzw. Prüfpunkte der Leiterplatte in der Reihenfolge in einer Arbeits­ liste abgespeichert, in der sie mit den Prüffingern 1 abgetastet werden. Für jeden Prüffinger 1 kann eine separate Arbeitsliste erstellt werden. Gleichermaßen ist es auch möglich, die Koor­ dinaten aller Prüffinger 1 in einer einzigen Arbeitsliste abzu­ speichern.

Um die Gefahr einer Kollision zwischen den einzelnen Prüffingern 1 zu verringern, wird bei dieser Computersimulation die zu prü­ fende Leiterplatte in mehrere Bereiche unterteilt, in welchen nur einer oder mehrere bestimmte Prüffinger 1 die Prüfkontakte der Leiterplatte 4 abtasten. Bspw. werden die sich überlappenden Abtastbereiche durch die in Fig. 1 gezeigte punktierte Trenn­ linie 16 aufgeteilt, so daß die Prüffinger 1 einer jeden Tra­ verse 9 keine Prüfpunkte der Leiterplatte 4 abtasten, die auf der von der Traverse 9 entfernten Seite der Trennlinie 16 lie­ gen. Hierdurch wird eine Kollision der Prüffinger zweier benach­ barter Traversen 9 vermieden.

Nach Abschluß der Computersimulation können die Prüfvorgänge zum Testen der Leiterplatten 4 beginnen.

Die zu testende Leiterplatte 4 wird hierzu in das Prüffeld 13 eingebracht. Mittels der Kamera 14 wird das Muster der Prüfpunk­ te der Leiterplatte 4 erfaßt. Es werden dann die Abweichungen der Prüfpunkte von einer fiktiven, idealen Leiterplatte, die ideal in der Prüfvorrichtung angeordnet ist, ermittelt.

Erfindungsgemäß wird auf Grundlage der ermittelten Abweichungen das Koordinatensystem der Prüfvorrichtung, in dem die Prüffinger 1 verfahren werden, entsprechend korrigiert, wobei die Ausrich­ tung und Anordnung der Koordinatenachsen X, Y auf neue Koordina­ tenachsen X', Y' transformiert wird.

Die Prüfpunkte fahren während des Prüfvorganges alle in der bzw. den Arbeitslisten gespeicherten Prüfpunkte ab, wobei jedoch das transformierte X'-,Y'-Koordinatensystem als Basis zur Bestimmung des tatsächlichen Ortes der Prüfkontakte dient. D.h., daß die tatsächlichen Orte der in der bzw. den Listen gespeicherten Prüfpunkte in dem korrigierten X'-, Y'-Koordinatensystem festge­ legt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit lediglich das Koordinatensystem, aber nicht die Leiterplatte selbst verscho­ ben. Dies ist ohne mechanische Hilfsmittel möglich.

Anhand dem in Fig. 3 gezeigten Ausschnitt einer Kalibrierplatte 15 wird nachfolgend ein mögliches Verfahren zum Ansteuern eines abzutastenden Prüfpunktes und Korrigieren eines Koordinatensy­ stems erläutert.

Während eines Kalibriervorgangs wird anstatt der Leiterplatte 4 die Kalibrierplatte 15 eingelegt. Die Kalibrierplatte 15 weist ein gleichmäßiges Raster mit horizontalen Linien 17 und vertika­ len Linien 18 auf, die sich jeweils in einem rechten Winkel schneiden und mit regelmäßigen, gleichen Abständen voneinander beabstandet sind. In Fig. 3 ist ein Raster mit sieben horizonta­ len Linien RH0 bis RH6 und neun vertikalen Linien RV0 bis RV8 dargestellt. Die Kreuzungspunkte der horizontalen und vertikalen Linien entsprechen bestimmten Orten Xp (RVx), Yp (RHy) im physi­ kalischem Koordinatensystem Xp, Yp der Arbeitsfläche 3 bzw. der Leiterplatte 4, wobei Xp (RVx) die X-Koordinate einer der ver­ tikalen Linien RV0 bis RV8 und Yp (RVy) die Y-Koordinate einer der horizontalen Linien RH0 bis RH7 im Koordinatensystem der Arbeitsfläche sind. Da die Kalibrierplatte 15 exakt gearbeitet ist und exakt ausgerichtet in die Prüfvorrichtung eingelegt wird, können durch Abtasten der Kreuzungspunkte der vertikalen und horizontalen Linien 17, 18 die physikalischen Ortskoordina­ ten exakt erfaßt werden.

Zum Kalibrieren der einzelnen Prüffinger werden diese Kreuzungs­ punkte der Kalibrierplatte 15 einzeln abgetastet. Hierbei wird die Position T (∼ translatorische Bewegung) der Positionierglieder 8 auf den Traversen 7a, 7b, 7c durch Wegaufnehmer festgestellt und die Drehposition R (∼ rotatorische Bewegung) der Schwenkarme durch entsprechende Sensoren erfaßt. Diese Positionen T, R stel­ len physikalische Koordinaten der Prüffinger 1 dar, die durch einfache mathematische Umformungen in virtuelle kartesische Koordinaten Xv, Yv der Prüffinger umgesetzt werden.

Zu jedem Kreuzungspunkt werden die virtuellen Koordinaten Xv, Yv in einer Kalibriertabelle abgespeichert. Eine solche Kalibrier­ tabelle wird für jeden Finger angelegt. Diese Kalibriertabellen stellen einen exakten Bezug des durch die Sensoren erfaßten virtuellen Koordinatensystem Xv, Yv zum physikalischem Koordina­ tensystem Xp, Yp der Arbeitsfläche 3 dar. Somit kann durch ge­ zieltes Anfahren eines virtuellen Koordinatenpaares, bzw. den entsprechenden Positionen T, R ein bestimmter physikalischer Ort auf der Arbeitsfläche 3 angesteuert werden. Soll ein von einem Kreuzungspunkt abweichender Ort mit einem Prüffinger 1 abgeta­ stet werden, so werden zur Berechnung der virtuellen Koordina­ ten, die von einem Prüffinger 1 abgetastet werden sollen, die virtuellen Koordinaten der nächsten, benachbarten Kreuzungspunk­ te entsprechend interpoliert.

Durch die Speicherung von einer Vielzahl von Wertepaaren im Koordinatensystem der Prüffinger, die über die gesamte Arbeits­ fläche 3 verteilt sind, werden auch nichtlineare Ungenauigkei­ ten, wie sie bspw. durch kleine Wellen in den Traversen auftre­ ten, kompensiert.

Soll ein bestimmter Prüfpunkt einer Leiterplatte 4 durch einen Prüffinger 1 abgetastet werden, werden folgende Verfahrens­ schritte ausgeführt:

• 1. Bestimmung der physikalischen Koordinaten Xp, Yp des Prüf­ punktes. Diese Koordinaten sind aus den Fertigungszeichnun­ gen bzw. Fertigungsdaten der Leiterplatten bekannt und in der Arbeitsliste abgespeichert.
• 2. Bestimmung der nächsten, benachbarten Kreuzungspunkte im physikalischen Koordinatensystem der Arbeitsfläche 3.
• 3. Bestimmung der virtuellen Koordinaten Xv, Yv im Koordina­ tensystem der Prüffinger, die den nächsten, benachbarten in Schritt (2) ermittelten Kreuzungspunkten entsprechen.
• 4. Bestimmung der virtuellen Koordinaten Xv, Yv des abzuta­ stenden Prüfpunktes durch Interpolation der im Schritt (3) ermittelten virtuellen Koordinaten der Kreuzungspunkte.
• 5. Umsetzen der virtuellen Koordinaten Xv, Yv des Prüfpunktes in die physikalischen Koordinaten der Prüffinger, d. h. in die Positionen T, P.
• 6. Einstellen des Positioniergliedes in die Position T und des Schwenkarmes 9 in die Position R. Hierdurch wird der Prüf­ finger über dem abzutatsenden Prüfpunkt angeordnet.

Soll bei diesem Verfahren des Ansteuerns eines bestimmten Prüf­ punktes die oben angegebene Korrektur nach Erfassen der Abwei­ chungen einer eingelegten Leiterplatte mittels der Kamera 14 ausgeführt werden, so werden lediglich, einmalig vor Beginn des Prüfverfahrens die in der Kalibriertabelle gespeicherten vir­ tuellen Koordinaten korrigiert, indem die mittels der Kamera 14 festgestellten Abweichungen zu den gespeicherten virtuellen Koordinaten addiert und als neue, korrigierte virtuelle Daten abgespeichert werden. Wird nun das oben mit den Schritten (1) bis (6) angegebene Verfahren durchgeführt, so erfolgt im Schritt (3), bei dem die virtuellen Koordinaten Xv, Yv aufgerufen wer­ den, automatisch die Korrektur, der nicht exakt ausgerichteten, zu prüfenden Leiterplatte in der Prüfvorrichtung. Da eine Kor­ rektur des virtuellen Koordinatensystems erfolgt, ist es nicht notwendig, das Verfahren zum Ansteuern bestimmter Prüfpunkte (Schritt (1) bis (6)) an sich zu ändern.

Es ist gleichermaßen möglich, anstatt der virtuellen Koordina­ ten, die physikalischen Koordinaten zu korrigieren.

Ist die Prüfvorrichtung so ausgebildet, daß das Positionierglied in der Prüfebene entlang zweier zueinander senkrecht angeord­ neter Schienen verfahren wird (EP 0 468 153 A1), so stellen die virtuellen, kartesischen Koordinaten die physikalischen Koor­ dinaten der Prüfvorrichtung dar, d. h. sie geben unmittelbar die Verfahrwege des Positioniergliedes auf den Schienen an, so daß Schritt (5) des oben angegebenen Verfahrens entfallen kann.

Die erfindungsgemäßen Prüfvorrichtungen arbeiten mit einer Ge­ nauigkeit von +/- 20 µm. Mit dem erfindungsgemäßen Korrekturver­ fahren können Abweichungen von +/- 2 mm ausgeglichen werden.

In Fig. 1 ist die Abweichung der Leiterplatte 4 aus einer zen­ trierten, parallel zu den Kanten der Arbeitsfläche 3 ausgerich­ teten Anordnung etwas übertrieben dargestellt. Es hat sich über­ raschenderweise gezeigt, daß durch dieses einfache Verfahren, insbesondere sehr geringe Abweichungen im Bereich von 0,1 mm, die bei modernen, eine hohe Prüfpunktdichte aufweisenden Leiter­ platten schon zu Meßfehlern führen können, hervorragend korri­ giert werden können. Zudem kann eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Prüfvorrichtung in einer automatisch arbei­ tenden Prüflinie eingesetzt werden, bei der die zu prüfenden Leiterplatten automatisch zugeführt, in die Prüfvorrichtung eingelegt, der Prüfvorrichtung entnommen und abtransportiert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Prüfen von Leiterplatten für eine mit Prüf­ fingern arbeitende Prüfvorrichtung, wobei
nach dem Einlegen einer zu prüfenden Leiterplatte (4) diese optisch abgetastet und das Muster von auf der Leiterplatte (4) angeordneten Prüfpunkten erfaßt wird,
eine Abweichung gegenüber einer idealen Leiterplatte, die ideal in die Prüfvorrichtung eingelegt ist, ermittelt wird, und
ein Koordinatensystem der Prüfvorrichtung nach Maßgabe der ermittelten Abweichung korrigiert wird, und
die Prüffinger nach dem korrigierten Koordinatensystem ver­ fahren werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Kalibriervorganges ein Koordinatensystem einer Arbeitsfläche (3) der Prüfvorrichtung festgelegt wird, bestimmte Punkte im Koordinatensystem der Arbeitsfläche (3) durch die Prüffinger abgetastet werden, wobei mittels Sen­ soren die Bewegung der Prüffinger zu den bestimmten Punkten erfaßt und als Koordinaten der Prüffinger in einer Kali­ briertabelle abgespeichert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einlegen einer zu prüfenden Leiterplatte die bspw. vorab mittels einer Computersimulation gewonnenen Koor­ dinaten der Prüffinger korrigiert werden, indem zu den Koordinaten der Prüffinger bestimmte Korrekturwerte, die den ermittelten Abweichungen entsprechen, addiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einlegen einer zu prüfenden Leiterplatte die Koordinaten der bestimmten Punkte der Arbeitsfläche (3) korrigiert werden, indem bestimmte Korrekturwerte, die den ermittelten Abweichungen entsprechen, zu deren Koordinaten addiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der Prüffinger kartesische Koordinaten (Xv, Yv) sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Punkte der Arbeitsfläche (3) in einem Raster angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansteuern eines bestimmten Prüfpunktes einer Lei­ terplatte (4) durch einen Prüffinger (1) folgende Verfah­ rensschritte ausgeführt werden:

• - Bestimmung der Koordinaten (Xp, Yp) des Prüfpunktes auf der Arbeitsfläche (3);
• - Bestimmung der nächsten, benachbarten Kreuzungspunkte im Koordinatensystem der Arbeitsfläche (3);
• - Bestimmung der Koordinaten (Xv, Yv) der gemäß dem letzten Schritt ermittelten nächsten, benachbarten Kreuzungspunkte im Koordinatensystem der Prüffinger;
• - Bestimmung der Koordinaten (Xv, Yv) des abzutatsenden Prüfpunktes im Koordinatensystem der Prüffinger durch Interpolation der im letzten Schritt ermittelten Koor­ dinaten der Kreuzungspunkte;
• - Umsetzen der im letzten Schritt ermittelten Koordina­ ten (Xv, Yv) in auszuführende Bewegungen der Prüffin­ ger (1) zum Abtasten der Prüfpunkte.