DE19707511C1 - Verfahren, Vorrichtung und Testleiterplatte zum Messen der Übergangswiderstände zwischen einer Leiterbahn und einer Schirmung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Simulieren und Messen der Übergangswiderstände zwischen einer Leiter­ bahnlänge und einer mit dieser mechanisch und elektrisch in Verbindung bringbaren Schirmung, weiters auf eine Vorrichtung zum Messen der Übergangswiderstände zwischen einer Leiter­ bahnlänge einer Testleiterplatte und einer mit der Leiter­ bahnlänge mechanisch und elektrisch in Verbindung bringbaren Schirmung und schließlich auch auf eine Testleiterplatte zum Simulieren und Messen der Übergangswiderstände zwischen einer Schirmung und einer der Schirmung zugeordneten, mit dieser elektrisch und mechanisch in Verbindung bringbaren Lei­ terbahnlänge einer Leiterplatte.

Elektrische und elektronische Baugruppen werden oft mit einer Abschirmung versehen, die im zusammengebauten Zustand eines Gerätes guten elektrischen Kontakt mit einer im allgemeinen Massepotential aufweisenden Leiterbahn einer Leiterplatte ha­ ben, jedoch von der Leiterbahn leicht lösbar sein soll. Man verwendet beispielsweise mit ihrer Umrandung bzw. Kante gegen eine entsprechend verlaufende Leiterbahn elastisch gepreßte Abschirmungen, wobei mit Vorteil eine Richtung aus elektrisch leitfähigem Elastomermaterial zwischen der Schirmung und der Leiterbahn angeordnet wird.

Falls auch nur abschnittsweise eine schlechte Kontaktierung zwischen Schirmung und Leiterbahn, somit ein zu hoher Über­ gangswiderstand vorliegt, kann dies, speziell bei höheren Frequenzen, z. B. im GHz-Bereich, die Funktion der Schirmung in Frage stellen. Diese Funktion kann zwar im Einzelfall durch hochfrequenztechnische Messungen überprüft werden, doch eignen sich diese weder für eine rasche Serienüberprüfung noch ist eine einfache Lokalisierung einer "undichten" Stelle mit höherem Übergangswiderstand möglich.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Lösung des vor­ hin skizzierten Problems, nämlich durch einfache Messung den Übergangswiderstand zwischen einer Leiterbahnlänge und einer dieser zugeordneten Schirmung in dem Sinn zu bestimmen, daß auch eine Lokalisierung von Bereichen mit zu hohem Übergangs­ widerstand möglich ist.

Diese Aufgabe läßt sich mit einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art lösen, bei welchem erfindungsgemäß eine in ihrer Geometrie der Leiterbahnlänge entsprechende Testleiterbahn­ länge in eine Anzahl von je gegeneinander isolierten Segmen­ ten unterteilt und der Übergangswiderstand zwischen jedem Segment und der Schirmung gemessen wird.

Gemäß der Erfindung wird demnach die Messung zwischen der Schirmung und einer Testleiterbahn durchgeführt, die sich von der entsprechenden Leiterbahn einer in Serie hergestellten Leiterplatte nur dadurch unterscheidet, daß sie in einzelne Segmente unterteilt ist. Da sich diese Unterteilung in Seg­ mente sehr fein vornehmen läßt, können Fehlerstellen mit zu hohem Übergangswiderstand praktisch beliebig genau lokali­ siert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Messung für aufeinanderfolgende Segmente zeitlich aufeinanderfolgend als Multiplexmessung durchgeführt wird, da man hierdurch eine eindeutige räumlich- zeitliche Zuordnung der Einzelmeßergebnisse erhält. Falls da­ bei die Messung für alle Segmente wiederkehrend zyklisch er­ folgt, läßt sich das Ergebnis der Messung stationär mittels eines Oszilloskops darstellen.

Einfache Messungen sind möglich, wenn man über jedes Segment und die Schirmung einen vorgegebenen Strom fließen läßt und die Spannung an dem Übergangswiderstand zwischen Leiterbahn­ segment und Schirmung mißt. Die Messung kann dadurch verein­ facht und aussagekräftiger gemacht werden, daß zwischen zu­ mindest ein Segment und die Schirmung ein Referenzwiderstand geschaltet wird.

Zur Lösung der Aufgabe dient in gleicher Weise eine Vorrich­ tung der zu Beginn zitierten Art, die gemäß der Erfindung ge­ kennzeichnet ist durch einen Taktgeber, eine elektronische Schalteinrichtung und zumindest eine Stromquelle, wobei die Schalteinrichtung dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Stromquelle in aufeinanderfolgenden Zeitabständen an den Übergang zwischen je einzelnen, elektrisch voneinander iso­ lierten Segmenten der Leiterbahnlänge und der Schirmung zu legen, sowie durch eine Spannungsmeßeinrichtung zur Messung der Spannung an den Übergängen zwischen den Segmenten und der Schirmung. Die Spannungsmeßeinrichtung kann bequemerweise ein Oszilloskop sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Schalteinrichtung durch den Taktgeber zyklisch gesteuert und das Oszilloskop mit dem Taktgeber synchronisiert ist.

Falls zwischen ein Segment und die Schirmung ein Referenz­ widerstand geschaltet ist, ergibt sich eine leichte Kontrolle über die Funktionsfähigkeit der Meßanordnung in der Testumge­ bung mit einem Oszilloskop. Eine sichere und nicht störanfäl­ lige Zuleitung der einzelnen Meßspannungen zu dem Meßgerät ergibt sich, falls die Spannungsmeßeinrichtung über einen von dem Taktgeber gesteuerten Analogmultiplexer mit den einzelnen Segmenten verbindbar ist. Zwecks Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es von Vorteil, wenn für jedes Segment (S_i) sowohl eine Einspeiseleitung für den Meßstrom all auch eine Meßleitung vorgesehen ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird weiters erfindungsgemäß eine Testleiterplatte der eingangs zitierten Art herangezogen, welche eine in ihrer Geometrie der Leiterbahnlänge entspre­ chende Testleiterbahnlänge aufweist, die in eine Anzahl von je gegeneinander isolierten Segmenten unterteilt ist.

Dank dieser Testleiterplatte läßt sich eine Nachbildung der Anordnung in einem Seriengerät erreichen, die einer Messung problemlos zugänglich ist.

Da die Testleiterplatte keine der anderen, auf der Serienlei­ terplatte enthaltenen Bauteile und Leiterbahnen aufweisen muß, ist es möglich und von Vorteil, wenn auf ihr ein Taktge­ ber und eine elektronische Schalteinrichtung angeordnet sind, wobei die einzelnen Segmente so mit der Schalteinrichtung verbunden sind, daß über diese in aufeinanderfolgenden Zeitabständen ein vorbestimmter Strom an den Übergang zwi­ schen den einzelnen Segmenten und der Schirmung legbar ist. Durch die Unterbringung der wesentlichsten Teile der Meßvor­ richtung auf der Testleiterplatte kann die Messung ohne auf­ wendige Spezialmeßgeräte überall, z. B. auch im Serviceein­ satz, durchgeführt werden. Aus diesem Grunde ist es weiters empfehlenswert, daß die Testleiterplatte Anschlüsse für ein externes Spannungsmeßgerät, z. B. ein Oszilloskop aufweist, an welchen die Spannung an den Übergängen zwischen den ein­ zelnen Segmenten detektierbar ist, bzw. daß auf ihr ein von dem Taktgeber gesteuerter, elektrisch zwischen die Anschlüsse für das Spannungsmeßgerät und die einzelnen Segmente ge­ schalteter Analogmultiplexer angeordnet ist, bzw. daß auf ihr ein Referenzwiderstand angeordnet ist, der zwischen zumindest ein Segment und die Schirmung schaltbar ist.

Falls die Testleiterplatte einen Anschluß für eine externe Spannungs- oder Stromquelle besitzt, kann beispielsweise eine Spannungsquelle jenes Gerätes verwendet werden, für dessen Leiterplatte die Messung erfolgt.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines elektronischen Gerätes mit einer Testleiterplatte,

Fig. 2 eine Ansicht eines Teiles der Testleiterplatte nach Fig. 1, vereinfacht und schematisch,

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für die Messung des Übergangs­ widerstandes an einem Segment einer Testleiterbahn und

Fig. 4 eine Ausführungsform einer Meßvorrichtung nach der Er­ findung, vereinfacht für fünf Segmente dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 1 eines elektronischen Gerätes, z. B. eines Sprechfunkgerätes, welches durch einen Deckel 2 ver­ schlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Leiterplatte 3 angeordnet, die verschiedene Bauelemente trägt. Für einen Abschnitt der Leiterplatte 3 ist eine Schirmung 4 vorgesehen, die hier als Metallisierung einer Mulde 5 des Gehäuses ver­ wirklicht ist. Auf der Umrandung 6 der Schirmung 4 liegt eine umlaufende Dichtung 7 aus einem leitfähigen Elastomermaterial auf. Auf der Leiterplatte 3 ist eine Leiterbahnlänge 8 vorge­ sehen, welche der Umrandung 6 bzw. der Dichtung 7 zugeordnet und somit auch umlaufend ausgebildet ist. Die Leiterplatte 3 ist mit ihrer Leiterbahnlänge 8 beispielsweise mittels einer Feder 9 gegen die Dichtung 7 bzw. die Umrandung 6 der Schir­ mung 4 gedrückt.

Die Leiterbahnlänge 8, die z. B. Massepotential aufweist, soll auf diese Weise "elektrisch dicht" über die Dichtung 7 mit der Umrandung 6 verbunden sein. Andere, allenfalls erforder­ liche Schirmungen auf der Leiterplatte 3 und/oder dem Gehäuse 1 sind hier der Einfachheit halber weggelassen.

Zur Simulierung und zum Messen der Übergangswiderstände zwi­ schen der Leiterbahnlänge 8 und der Schirmung 4 ist gemäß der Erfindung eine in Fig. 2 skizzierte Testleiterplatte 10 vor­ gesehen. Diese Testleiterplatte 10 weist genau die gleichen Abmessungen auf wie die Leiterplatte 3. Überdies ist eine Testleiterbahnlänge 11 auf der Testleiterplatte 10 ausgebil­ det, deren Geometrie fast vollkommen jener der "echten" Lei­ terplatte 3 entspricht, allerdings ist die Testleiterbahn­ länge 11 in eine größere Zahl von Segmenten S_i unterteilt, die elektrisch voneinander isoliert sind.

Diese Unterteilung ermöglicht es, nun den Übergangswiderstand R_i zwischen jedem Segment S_i und der Schirmung 4 zu messen, wobei sich dieser Übergangswiderstand R_i im vorliegenden Fall aus zwei Kontakt(übergangs)widerständen und dem Widerstand durch die Dichtung 7 zusammensetzt. Die Unterteilung in Seg­ mente kann relativ fein erfolgen, beispielsweise in 5 mm lange Segmente S_i, was bei einem Umfang der Umrandung von beispielsweise 300 mm zu ungefähr 60 Segmenten S_i führt.

An Hand der Fig. 3 sei zunächst das Meßprinzip zum Messen der Übergangswiderstände R_i erläutert. Eine Stromquelle 12 speist einen Meßstrom I über eine Einspeiseleitung 13 und über ein Segment S_i der Testleiterbahnlänge sowie über den zugehörigen Übergangswiderstand R_i und über die Schirmung 4 nach Masse. Der an dem Übergangswiderstand R_i auftretende Spannungsabfall U_i = I.R_i wird an dem Segment S_i über eine getrennte Meßlei­ tung 14 erfaßt und nach Verstärkung in einem Spannungsver­ stärker 15 einem Meßgerät 16 zugeführt. Die Bezugmasse für die Meßschaltung ist in Fig. 3 mit 17 bezeichnet. Dadurch, daß die Segmente S_i je mit zwei Leitungen 13, 14 mit der Stromquelle bzw. der Meßschaltung verbunden sind, werden Meß­ fehler durch die Zuleitungen vermieden. Die Grundgenauigkeit der Messung wird damit nur noch von der Verbindung der Masse 17 der Meßschaltung zu der Schirmung 4, hier der leitenden Metallisierung, beeinflußt. Es versteht sich, daß man diese Verbindung möglichst niederohmig, je nach Meßaufbau mittels Kontaktfedern oder einer Leitung ausführen wird.

Um eine rasch erfaßbare Darstellung der Übergangswiderstände R_i längs der Leiterbahnlänge 11 bzw. 8 zu ermöglichen, er­ folgt die Messung der Übergangswiderstände R_i räumlich und zeitlich aufeinanderfolgend und - zweckmäßigerweise - auch zyklisch.

Eine hierzu geeignete Vorrichtung ist in Fig. 4 gezeigt, wo­ bei zur Vereinfachung lediglich fünf Segmente S_i dargestellt sind. Eine Spannungsquelle 18 bildet mit einem Widerstand R_v, der groß gegen die Übergangswiderstände R_i ist, in Näherung eine Stromquelle 12. Als Spannungsquelle kann gegebenenfalls die Spannungsquelle des Gerätes, z. B. Funksprechgerätes, verwendet werden, dessen Leiterplatte simuliert bzw. unter­ sucht wird. Über einen elektronischen Schalter 19 kann der Meßstrom I der Reihe nach über einen Referenzwiderstand R_ref und über die - hier fünf - Übergangswiderstände R_i, die in Fig. 4 nicht mit Widerstandssymbolen eingezeichnet sind, ge­ sandt werden. Die an den Übergangswiderständen R_i während der Messung auftretenden Spannungen werden bei dieser Ausfüh­ rungsform über einen Analogmultiplexer 20 dem Verstärker 13 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Vertikaleingang eines Os­ zilloskops 21 verbunden ist. Eine Leitung führt von dem Refe­ renzwiderstand R_ref zu dem Synchronisations- oder Triggerein­ gang sync des Oszilloskops und führt diesem Synchronisier­ signale zu.

Multiplexer 20 sowie der elektronische Schalter 19 werden von einer Zählkette 22 und einem dieser nachgeschalteten Decoder 23 gesteuert, wobei der Decoder 23 zum Anwählen im Schalter 16 bzw. dem Multiplexer 20 dient. Die Zählkette 22 wird von einem Taktgeber 24 angesteuert.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß sich bei Messung mit dieser Vorrichtung die einzelnen Übergangswiderstände R_i als unterschiedliche Amplitudenwerte auf dem Schirm des Oszil­ loskops darstellen, wobei für den Referenzwiderstand R_ref eine Referenzamplitude aufscheint. Die Verstärkung des Verstärkers 13 und der Meßstrom I können beispielsweise so gewählt wer­ den, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 13 in mV/mOhm auftritt. Wenngleich die Messung und Darstellung der Über­ gangswiderstände auch anders, z. B. unter Verwendung eines Schreibers, erfolgen kann, hat die unmittelbare Darstellung auf einem Oszilloskop (oder dem Bildschirm eines mit der Meß­ wertverarbeitung betrauten Rechners) den Vorteil, daß Ge­ häuse, Testleiterplatte und Schirmung während der Messung me­ chanischen Beanspruchungen unterzogen werden können, wie z. B. Gewichtsbelastung, Biegen, Tordieren, etc., wobei man auf dem Bildschirm unmittelbar größer oder kleiner werdende Über­ gangswiderstände einschließlich ihrer Lage erkennt.

Der Fachmann versteht, daß auch viele andere Realisierungs­ möglichkeiten für das erfindungsgemäße Verfahren möglich sind. Der gesteuerte Schalter 16 samt Stromquelle 12 kann beispielsweise Transistorschalter mit entsprechend hochohmi­ gen Kollektor/Emitterwiderständen aufweisen, so daß entspre­ chend der Anzahl n der Übergangswiderstände R_i samt Refe­ renzwiderstand R_ref, n (angenäherte) schaltbare Stromquellen vorliegen.

Da die Testleiterplatte 10 frei von den Bauelementen der "echten" Leiterplatte 3 sein kann, bietet sich die Möglich­ keit an, sämtliche für die Messung gemäß der Erfindung erfor­ derlichen Elemente - ausgenommen das Meßgerät 16 bzw. Oszil­ loskop 21 - auf der Testleiterplatte 10 unterzubringen. Es muß lediglich für geeignete Leitungswege und Anschlüsse ge­ sorgt werden. In Fig. 2 ist angedeutet, daß auf der Testlei­ terplatte 10 beispielsweise die Bauelemente 15, 19, 24, 20, 22, 23 gemäß Fig. 4 angeordnet sein können. Die Span­ nungs(Strom)quelle kann gegebenenfalls auch auf der Testlei­ terplatte 10 in Form einer Batterie vorgesehen sein.

Die Begriffe "Leiterbahn" und "Schirmung" sind im Rahmen der Erfindung sehr allgemein zu sehen. "Leiterbahn" kann auch eine nicht notwendigerweise auf einer üblichen Leiterplatte befindliche Leitung sein. Eine solche Leitung oder Leiterbahn kann auch auf einem Gehäuseteil sitzen und sie muß nicht in einer Ebene verlaufen, sondern sie kann auch im Raum gekrümmt sein.

Leiterbahnen und zugeordnete Schirmungen können beidseitig auf einer Leiterplatte vorgesehen sein. Der Begriff "Schirmung" umfaßt flächige Gebilde, z. B. Schirmbleche ebenso wie gekrümmte und auch geschlossene Gebilde, wie z. B. Becher. Die Schirmung kann ein Bauteil für sich sein, oder - wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert - auch als Metalli­ sierung realisiert sein. Ebenso kann die Schirmung ein ober­ flächliches oder in ein Isoliermaterial eingearbeitetes Drahtnetz sein.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Messung nach Einsetzen der Testleiterplatte bei ge­ schlossenem Gerät in allen möglichen Gebrauchslagen und Bean­ spruchungsphasen durchführbar ist. Meist können die an vielen Geräten vorhandenen Steckverbindungen zum Anschließen des Meßgerätes und allfällig einer Spannungs/Stromquelle bzw. an­ derer Blöcke der Meßvorrichtung benutzt werden.

Claims (17)

1. Verfahren zum Simulieren und Messen der Übergangswider­ stände zwischen einer Leiterbahnlänge und einer mit dieser mechanisch und elektrisch in Verbindung bringbaren Schir­ mung, dadurch gekennzeichnet, daß eine in ihrer Geometrie der Leiterbahnlänge entsprechende Testleiterbahnlänge in eine Anzahl von je gegeneinander isolierten Segmenten unterteilt und der Übergangswiderstand zwischen jedem Segment und der Schirmung gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung für aufeinanderfolgende Segmente zeitlich aufeinan­ derfolgend als Multiplexmessung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung für alle Segmente wiederkehrend zyklisch erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man über jedes Segment und die Schirmung einen vorgegebenen Strom fließen läßt und die Spannung an dem Übergangswiderstand zwischen Leiterbahnsegment und Schirmung mißt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest ein Segment und die Schirmung ein Re­ ferenzwiderstand geschaltet wird.

6. Vorrichtung zum Messen der Übergangswiderstände (R_i) zwi­ schen einer Leiterbahnlänge (11) einer Testleiterplatte (10) und einer mit der Leiterbahnlänge mechanisch und elek­ trisch in Verbindung bringbaren Schirmung (4), gekennzeichnet durch einen Taktgeber (24), eine elektronische Schalteinrichtung (19) und zumindest eine Stromquelle (12), wobei die Schalt­ einrichtung dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Stromquelle in aufeinanderfolgenden Zeitabständen an den Übergang zwischen je einzelnen, elektrisch voneinander iso­ lierten Segmenten (S_i) der Leiterbahnlänge und der Schir­ mung (4) zu legen, sowie durch eine Spannungsmeßeinrich­ tung (16, 21) zur Messung der Spannung an den Übergängen zwischen den Segmenten und der Schirmung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinrichtung ein Oszilloskop (21) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (19) durch den Taktgeber (24) zyk­ lisch gesteuert und das Oszilloskop (21) mit dem Taktgeber synchronisiert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen ein Segment und die Schirmung (4) ein Referenzwiderstand (R_ref) geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinrichtung (16, 21) über einen von dem Taktgeber (24) gesteuerten Analogmulti­ plexer (20) mit den einzelnen Segmenten (S_i) verbindbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Segment (S_i) sowohl eine Ein­ speiseleitung (13) für den Meßstrom als auch eine Meßlei­ tung (14) vorgesehen ist.

12. Testleiterplatte zum Simulieren und Messen der Übergangs­ widerstände (R_i) zwischen einer Schirmung (4) und einer der Schirmung zugeordneten, mit dieser elektrisch und mecha­ nisch in Verbindung bringbaren Leiterbahnlänge einer Lei­ terplatte, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine in ihrer Geometrie der Leiterbahnlänge entspre­ chende Testleiterbahnlänge (11) aufweist, die in eine An­ zahl von je gegeneinander isolierten Segmenten (S_i) unter­ teilt ist.

13. Testleiterplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf ihr ein Taktgeber (24) und eine elektronische Schalteinrichtung (19) angeordnet sind, wobei die einzelnen Segmente (S_i) so mit der Schalteinrichtung verbunden sind, daß über diese in aufeinanderfolgenden Zeitabständen ein vorbestimmter Strom (I) an den Übergang zwischen den einzelnen Segmenten und der Schirmung (4) legbar ist.

14. Testleiterplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie Anschlüsse für ein externes Spannungsmeßgerät, z. B. ein Oszilloskop (21) aufweist, an welchen die Spannung, an den Übergängen zwischen den einzelnen Segmenten (S_i) detek­ tierbar ist.

15. Testleiterplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf ihr ein von dem Taktgeber (24) gesteuerter, elekt­ risch zwischen die Anschlüsse für das Spannungsmeßgerät (21) und die einzelnen Segmente (S_i) geschalteter Analog­ multiplexer (20) angeordnet ist.

16. Testleiterplatte nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß auf ihr ein Referenzwiderstand (R_ref) angeordnet ist, der zwischen zumindest ein Segment (S_i) und die Schirmung (4) schaltbar ist.

17. Testleiterplatte nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß sie einen Anschluß für eine ex­ terne Spannungs- oder Stromquelle besitzt.