DE19703982A1 - Verfahren zum Prüfen von Leiterplatten - Google Patents
Verfahren zum Prüfen von LeiterplattenInfo
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- G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
- G01R31/309—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of printed or hybrid circuits or circuit substrates
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.
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.
Priority Applications (1)
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DE1997103982 DE19703982B4 (de) | 1997-02-03 | 1997-02-03 | Verfahren zum Prüfen von Leiterplatten |
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Family
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