DE202009012468U1 - Measuring device for faulty components - Google Patents
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Abstract
Messeinrichtung geeignet für Labor, Fertigung, Qualitätskontrolle und Produktion, zur universellen, online-fähigen, messtechnischen Erfassung, von Qualitätsfehlern an im Messkreis integrierten, meist verborgenen, meist nicht messtechnisch erfass- oder kontaktierbaren Schwachstellen, unzugänglichen Bauelementen, Verbindungsstellen, kalten Lötstellen o. ä. in einfachen und komplexen, elektrischen und elektronischen Schaltkreisen, mit der die komplexe Impedanz eines Bauteils oder eines Messkreises als linearer Zweipol messbar ist und insbesondere komplexe Impedanz-Parameter, wie Dämpfung, Güte und Verlustfaktor u. a. erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzeinrichtung vorhanden ist, mittels der bei einem Messvorgang einer die komplexe elektrische Impedanz einer Zweipolmatrix messenden Einrichtung zeitlich versetzt, gleichzeitig oder kurzzeitig durch extern eingeleitete, fremderregte energetische Stimulation des Messkreises oder eines singulären Bauteils oder einer Schwachstelle, etwa kalten Lötstelle, in den komplexen Impedanzparameterwerten im Fehlerfall eine deutliche Veränderung hervorzurufen ist, die mittels der messenden Einrichtung messbar und auswertbar ist.Measuring equipment suitable for laboratory, production, quality control and production, for universal, online-capable, metrological detection of quality errors on integrated in the measuring circuit, mostly hidden, mostly not metrologically detected or contactable vulnerabilities, inaccessible components, joints, cold solder joints o in simple and complex electrical and electronic circuits, with which the complex impedance of a component or a measuring circuit can be measured as a linear dipole and in particular complex impedance parameters, such as damping, quality and loss factor u. a. can be detected, characterized in that an additional device is present, by means of which in a measuring operation of the complex electrical impedance of a two-terminal measuring device temporally offset, simultaneously or temporarily by externally initiated, externally excited energetic stimulation of the measuring circuit or a singular component or a weak point, such cold solder joint, in the complex impedance parameter values in the event of a fault to cause a significant change, which can be measured and evaluated by means of the measuring device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung geeignet für Labor, Fertigung, Qualitätskontrolle und Produktion, zur universellen, online-fähigen, messtechnischen Erfassung, von Qualitätsfehlern an im Messkreis integrierten, meist verborgenen, meist nicht messtechnisch erfass- oder kontaktierbaren Schwachstellen, unzugänglichen Bauelementen, Verbindungsstellen, kalten Lötstellen o. ä. in einfachen und komplexen, elektrischen und elektronischen Schaltkreisen, wobei die komplexe Impedanz des Bauteils oder des Messkreises, als linearer Zweipol, gemessen wird und insbesondere komplexe Impedanz-Parameter, wie Dämpfung, Güte und Verlustfaktor u. a. erfasst werden.The Invention relates to a measuring device suitable for laboratory, Manufacturing, quality control and production, for universal, online-capable, metrological recording of quality defects integrated in the measuring circuit, mostly hidden, mostly not metrologically detectable or contactable vulnerabilities, inaccessible Components, joints, cold solder joints o. Ä. in simple and complex electrical and electronic circuits, the complex impedance of the component or of the measuring circuit, as linear two-pole, is measured and in particular complex impedance parameters, such as damping, quality and loss factor u. a. detected become.
Alle elektrischen, elektronischen und elektromechanischen Bauteile, wie auch deren Zusammenbau zu elektrischen und elektronischen Schaltkreisen besitzen infolge ihrer unterschiedlichen Herstellung, ihres Einbaus und ihrer Konfektionierung in Produktion und Fertigung auch unterschiedliche Gesamt-Qualitätsmerkmale. Daher sind bei der statistischen Qualitätsprüfung verschiedene Prüfungsarten und Normen vorgesehen, um verlässliche Kontrollwerte zu gewinnen, die eine Aussage zur Lebensdauer und Ausfallwahrscheinlichkeit geben.All electrical, electronic and electromechanical components, such as also have their assembly to electrical and electronic circuits due to their different production, their installation and their Assembly in production and production also different Total quality features. Therefore, in the statistical Quality control different types of examination and Standards to obtain reliable control values, which give a statement about the lifetime and probability of failure.
Besonders häufig treten Qualitätsfehler bei dem Zusammenbau, der Montage, Lötungen, der Konfektionierung von Verbindungen und Anschlüssen auf.Especially often quality defects occur during assembly, assembly, soldering, assembly of connections and connections on.
Mit den allgemein bekannten, und oben erwähnten, elektrischen Prüfverfahren können durch Funktions-, Bauteil- oder In-curcuit-Tests nahezu alle Bauteil-Prüfkriterien erfasst werden. Statistisch sehr häufig bezüglich Ausfallrate und Qualitätsmängel sind Fehler, die bei Verbindungen, Lötungen, Durchkontaktierungen oder dgl. auftreten. Stellvertretend kann hier die kalte Lötstelle erwähnt werden. Mit bekannten elektronischen Messinstrumenten kann deren Fehlfunktion häufig nicht erkannt werden. Oft erst bei Langzeitbelastung und Dauerbetrieb tritt der Fehlerfall auf. Es kommt zu Frühausfällen, meist mit Funktionsausfall, bis Überhitzung und Abbrand.With the well-known, and above-mentioned, electrical Test methods may be used by function, component or in-curcuit tests almost all component test criteria be recorded. Statistically, very often Failure rate and quality defects are mistakes that in connections, soldering, vias or the like. occur. Representative here is the cold solder joint be mentioned. With known electronic measuring instruments their malfunction can often not be detected. Often only in the case of long-term loading and continuous operation does the fault occur on. It comes to early failures, usually with functional failure, until overheating and burning.
Dem Fachmann ist bekannt, durch Klopfen und Verbiegen von Leiterplatten z. B. Leiterbahnunterbrechungen oder kalte Lötstellen zu orten oder zu lokalisieren.the The person skilled in the art is known by tapping and bending printed circuit boards z. B. trace interruptions or cold solder joints locate or locate.
Eine exakte, physikalische, messtechnische Erfassung, mit auswertbaren Grenzwerten, ist so fertigungstechnisch und im on-line-Betrieb nicht durchführbar.A exact, physical, metrological recording, with evaluable Limits, is not so production-oriented and in online operation feasible.
Eine
Prüfung von Lötstellen ist aus der Gebrauchmusteranmeldung
In
der Patentanmeldung
In
der
Ein zuverlässiges elektrisches Prüfverfahren, mit direkter oder indirekter Kontaktierung, zur Messung und Prüfung von fehlerhaften elektrischen Bauelementen, z. B. kalten Lötstellen, ist nicht bekannt.One reliable electrical test method, with direct or indirect contact, for measurement and testing of faulty electrical components, eg. B. cold solder joints, is not known.
Es ist Ziel der Erfindung, eine Messeinrichtung und ein Verfahren zur physikalisch, messtechnischen Erfassung, analytischen Auswertung und Kontrolle von verminderten, qualitativen Produkteigenschaften, zum Auffinden und messtechnischen Erfassen von verborgenen, unbekannten Schwachstellen, wie z. B. von kalten Lötstellen innerhalb einer elektrischen oder elektromechanischen Funktionseinheit, anzubieten.It The object of the invention is a measuring device and a method for physical, metrological acquisition, analytical evaluation and control of diminished, qualitative product properties, to find and metrologically detect hidden, unknown Weak points, such. B. of cold solder joints within an electrical or electromechanical functional unit to offer.
Die Anwendung soll universell, geeignet sein, sowohl an Einzelbauelementen, Steckverbindern, o. ä. oder auch an Kabelbäumen, Baugruppen, Modulen und komplexen Schalteinheiten, ein exaktes Mess- und Prüfergebnis zu erhalten, mit dem eine automatische Gut-/Schlechtauswahl und Bewertung vorgenommen werden kann.The Application should be universal, suitable, both for individual components, Connectors, o. Ä., Or on wiring harnesses, Assemblies, modules and complex switching units, an exact measurement and to obtain test result with which an automatic Good / bad selection and evaluation can be made.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Zusatzeinrichtung vorhanden ist, mittels der bei einem Messvorgang einer die komplexe elektrische Impedanz einer Zweipolmatrix messenden Einrichtung zeitlich versetzt, gleichzeitig oder kurzzeitig durch extern eingeleitete, fremderregte energetische Stimulation des Messkreises oder eines singulären Bauteils oder einer Schwachstelle, etwa kalten Lötstelle, in den komplexen Impedanzparameterwerten im Fehlerfall eine deutliche Veränderung hervorzurufen ist, die mittels der messenden Einrichtung messbar und auswertbar ist.The Task is solved in that an additional device is present, by means of the one during a measurement of the complex electrical impedance of a two-pole matrix measuring device in time offset, simultaneously or temporarily by externally initiated, externally excited energetic stimulation of the measuring circuit or a singular component or a weak point, such as cold Solder joint, in the complex impedance parameter values in Failure to evoke a significant change, which can be measured and evaluated by means of the measuring device.
Eine Vorgabe der Erfindung ist die Forderung, bekannte, fertigungserprobte, die komplexe Impedanz messende, hochpräzise Messinstrumente mit Parameterauflösung und geeigneten Schnittstellen einzusetzen.A The object of the invention is the requirement, known, production-tested, the complex impedance measuring, high-precision measuring instruments with Parameter resolution and suitable interfaces.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung beinhaltet eine Zusatzeinrichtung, mit der insbesondere während und parallel zum Messvorgang eine lokal begrenzte, definierte, extern erzeugte energetische Stimulation an einem individuellen Bauteil des Messkreises hervorgerufen wird.The measuring device according to the invention includes an additional device, with the particular During and parallel to the measuring process, a locally limited, defined, externally generated energetic stimulation is caused on an individual component of the measuring circuit.
Die Funktion der Zusatzeinrichtung soll elektrisch, rückwirkungsfrei sein und soll das Messinstrument nicht belasten oder gefährden.The Function of the additional device should be electrical, non-reactive and should not burden or endanger the meter.
Das Messverfahren soll online-fähig sein. Die Messzeit soll << 1 sec betragen.The Measurement method should be online-enabled. The measuring time should be << 1 sec.
Der
Erfinder hat u. a. folgende Überlegungen angestellt:
Es
ist bekannt und üblich, Schalteinheiten, Module, Einzel-
oder Halbfertigteile vor dem Zusammenbau zu prüfen, um
so frühzeitig, mit geringem Wertschöpfungsverlust,
Fehlteile zu erkennen und auszusortieren.The inventor has, inter alia, the following considerations:
It is known and customary to check switching units, modules, single or semi-finished parts prior to assembly in order to identify and sort out missing parts at an early stage, with little loss of value added.
Es ist bekannt, dass alle physikalischen Körper, leitend, halbleitend oder isolierend sind, einen komplexen, elektrischen Widerstand bzw. Impedanz besitzen mit kapazitiven, induktiven und resistiven Eigenschaften. Gemäß diesen Eigenschaften reagieren sie bei elektromagnetischer Anregung bzw. Belastung individuell unterschiedlich.It is known that all physical bodies, conducting, semiconducting or insulating, a complex, electrical Have resistance or impedance with capacitive, inductive and resistive properties. According to these characteristics they react individually with electromagnetic excitation or load differently.
Diese Gesetzmäßigkeit wird z. B. bei der elektrischen Prüfung in 2- und 4-pol-Technik angewendet.These Legality is z. B. in the electrical Test applied in 2- and 4-pole technique.
Die bekanntesten Messeinrichtungen hierfür sind: LCR-Messbrücken, Milli-/Mikro-Ohmmeter, Vektor-Voltmeter, Impedanzanalysatoren, u. v. a. Hier wird der zu unter suchende Messkreis als elektrischer Schwingkreis betrachtet und vermessen. Mit Wechselstromtechnik und bei verschiedenen Messfrequenzen wird der Prüfling hierbei verschiedenen, sich ändernden elektromagnetischen Belastungen ausgesetzt. Hierbei wird mittels konstantem Wechselstrom der Prüfling belastet und gleichzeitig die Spannung am Prüfling gemessen.The most well-known measuring devices are: LCR measuring bridges, Milli / micro-ohmmeters, vector voltmeters, impedance analyzers, and more. v. a. Here, the measuring circuit to be examined becomes an electrical oscillating circuit considered and measured. With AC technology and at different Measuring frequencies, the test specimen here is different, changing exposed to electromagnetic stress. This is by means of constant alternating current load of the DUT and simultaneously the voltage measured on the test specimen.
Mittels komplexer Messwertverarbeitung ist es möglich, alle Impedanzparameter eines Prüflings zu bestimmen. Die wichtigsten Parametergrößen sind Güte, Dämpfung, Verlustfaktor, Induktivität, Kapazität, Widerstand. Sie bieten ein physikalisch verlässliches Maß zur Qualitätsbestimmung und Auswahl.through complex measured value processing, it is possible to use all the impedance parameters to determine a candidate. The most important parameter sizes are Quality, damping, dissipation factor, inductance, Capacity, resistance. They provide a physically reliable Measure for quality determination and selection.
Meist besteht ein zu prüfender Messkreis aus der Zusammensetzung einer Vielzahl von Bauelementen, mit unterschiedlichen, oftmals unzugänglichen Verbindungsstellen und Anschlussarten. In der Praxis wird daher auch aus wirtschaftlichen Gründen nur an den Eingangs- und Ausgangsklemmen kontaktiert und gemessen. Die dabei gewonnenen Messwerte und Parameter beschreiben dabei das elektrische Gesamtverhalten des Messkreises. Informationen bezüglich individueller Bauteilparameter oder Parameter von individuellen Schwachstellen, z. B. kalten Lötstellen, minderqualitativen Durchkontaktierungen an Leiterplatten, Leiterbahnunterbrechungen, Vercrimpungen, Steckverbindungen, Klemmstellen, u. ä. Anschlussarten und Verbindungstechniken sind zwar im Gesamtergebnis beinhaltet, sie sind aber größenordnungsmäßig nicht oder sehr schwer ablesbar. So ergibt eine Gesamtmessung an den Anschlusspolen des Messkreises meist keinen Aufschluss oder Hinweis auf Schwachstellen, die Kurz- oder Langzeitausfälle hervorrufen können.Most of time if a measuring circuit to be tested consists of the composition a variety of components, with different, often Inaccessible connection points and connection types. In The practice is therefore only for economic reasons contacted and measured at the input and output terminals. The The measured values and parameters obtained thereby describe the electrical system Overall behavior of the measuring circuit. Information regarding individual component parameters or parameters of individual Weak points, z. B. cold solder joints, low quality Vias on printed circuit boards, trace interruptions, crimping, Plug connections, clamping points, u. Ä. Connection types and Although joining techniques are included in the overall result, they but are of the order of magnitude not or very difficult to read. So gives an overall measurement The connecting poles of the measuring circuit usually no digestion or Indication of weaknesses, short-term or long-term failures can cause.
Erfindungsgemäß wird ein grundsätzlicher Nachteil erkannt: Alle bekannten komplexen Impedanzmessverfahren messen mit verminderter, bauteilschonender Leistung. Die Ergebnisse sind hoch präzise, der Prüfling wird jedoch nicht energetisch belastet, um sein wahres Verhalten einschließlich der Schwachstelle bei Nennlast zu zeigen. Daher zeigen Messungen an Fehlstellen, wie kalten Lötstellen, schlechten Durchkontaktierungen an Leiterplatten, ungenügenden Klemm- oder Steckverbindern, Kabelbäumen, Platinen, Modulen und komplexen Schaltkreisen keine auswertbaren Parameterdifferenzen zu Gut-Teilen auf, obwohl Fehlstellen vorhanden sind.According to the invention recognized a fundamental disadvantage: All known complex Impedance measuring methods measure with reduced, component-saving Power. The results are highly accurate, the candidate however, it is not energetically charged to its true behavior including the vulnerability to show at rated load. Therefore, measurements of defects, such as cold solder joints, show poor Vias on printed circuit boards, insufficient clamping or connectors, wiring harnesses, circuit boards, modules and complex circuits no evaluable parameter differences to good parts, although there are defects.
Das
bedeutet und erfordert zur Findung einer geeigneten Lösung
Folgendes:
Der erfindungsgemäß zu erfassende
Fehler kann mit den oben beschriebenen komplex messenden Instrumenten
erfasst werden.This means and requires the following to find a suitable solution:
The error to be detected according to the invention can be detected with the complex measuring instruments described above.
Der Messkreis oder eine zu untersuchende Stelle des Messkreises wird während des Messvorganges zusätzlich energetisch angeregt.Of the Measuring circuit or a point to be examined of the measuring circuit is additionally energetic during the measuring process stimulated.
Die energetisch erregende Zusatzeinrichtung darf bei dem Messvorgang keine störende oder zerstörende elektrische Rückwirkung auf das Messinstrument ausüben.The energetically exciting additional device may during the measuring process no disturbing or destructive electrical feedback exercise on the meter.
Die Energie der Erregungseinrichtung soll von extern in den Messkreis einleitbar sein und dort lokal fokussierbar und punktuell (auf 2...3 mm2) einschränkbar sein, um benachbarte Bauelemente nicht mit anzuregen.The energy of the excitation device should be able to be introduced externally into the measuring circuit and locally localized and selectively (to 2 ... 3 mm 2 ) be restrictable in order not to stimulate neighboring components.
So bestimmen vorwiegend die qualitative Ausführung der Verbindungsstellen der Einzelkomponenten eines Messkreises seine Gesamtqualität und Güte. So besitzen z. B. kalte Lötstellen keinen einfach unterscheidbaren, dualen Zustand gut oder schlecht und sind messtechnisch nicht ohne Weiteres erfassbar. Selbst bei minder qualitativer Verarbeitung kann eine solche Lötstelle, bezüglich ihrer Wirkungsweise, gerade noch funktionieren. Es kann aber auch schon nach kurzer Betriebsdauer zu Frühausfällen oder aber zu Spätausfällen führen.Thus, the qualitative design of the connection points of the individual components of a measuring circuit determine its overall quality and quality. So z. For example, cold solder joints do not easily distinguish between a dual state, good or bad, and can not be readily detected by measurement. Even with less quality processing, such a solder joint, with respect to their mode of action, just barely work. But it can also early after a short period of operation failures or lead to late losses.
Daher soll erfindungsgemäß dem Anwender, Prüfer in Produktion, Labor und Fertigung ein zur statistischen Qualitätskontrolle geeignetes Werkzeug zur Verfügung gestellt werden, das ihm gestattet, eine Klassifizierung von Impedanzparametern an Gut-Teilen zu erstellen. Mit dieser Klassifizierung ist es ihm möglich, eine individuelle firmen- und produktbezogene Kalibrierung seines Bauteils, Prüflings oder Messkreises vorzunehmen, um etwa obere und untere Grenzwerte für elektrische Prüfkriterien und Messparameter zu erstellen, mit dem Ziel, auch scheinbare Gut-Teile mit wahrscheinlichem Früh- oder Spätausfallverhalten in Fertigung oder im online-Betrieb zu erkennen und auszusortieren.Therefore According to the invention, the user, examiner in production, laboratory and manufacturing for statistical quality control suitable tool can be provided, the it allows a classification of impedance parameters to good parts to create. With this classification, he is able to an individual company and product calibration of his Component, DUT or loop to make about upper and lower limits for electrical test criteria and create measurement parameters, with the goal, even apparent good parts with probable early or late failure behavior to identify and sort out in production or in online operation.
Erfindungsgemäß wurden zur Auswahl des Wirkungsprinzips der energetisch erregenden Zusatzeinrichtung alle physikalisch möglichen Energiearten (wie: elektrisch: Belastung mit Nennstrom oder überhöhter Strombelastung, akustisch: Schall, Ultraschall, mechanisch: Zug, Druck, Vibration, thermisch: Heizelement, strahlungsoptisch: Laser, strahlungsphysikalisch: X-ray, magnetische, kapazitive, induktive oder Wirbelstrom-Verfahren) geprüft, nach oben genannten Kriterien ausgewertet und erprobt.According to the invention were for selecting the principle of action of the energetic auxiliary device all physically possible types of energy (such as: electric: Load with rated current or excessive current load, acoustic: sound, ultrasound, mechanical: tension, pressure, vibration, thermal: heating element, radiation-optical: laser, radiation-physical: X-ray, magnetic, capacitive, inductive or eddy current method) tested, evaluated according to the above criteria and tested.
Nach den oben genannten Auswahl-Vorgaben der Erfindungszieles, wie elektrisch rückwirkungsfrei auf Messkreis, online-Fähigkeit, Messzeit << 1 sec und punktuelle Fokussierbarkeit der Energie verbleiben als vorteilhaft die mechanische Stimulation und die thermische Stimulation.To the above selection specifications of the invention objective, such as electric Reactive to measuring circuit, online capability, Measuring time << 1 sec and punctual Focusability of the energy remain advantageous as the mechanical Stimulation and thermal stimulation.
Die thermische Stimulation hat den Vorteil: sie liefert erkennbare Messparameterveränderungen von tan d und Dämpfung, schon bei ca. 100°C. Bei höheren Temperaturen sind deutlich höhere und besser auswertbare Erkennungswerte erzielbar.The Thermal stimulation has the advantage of providing detectable measurement parameter changes tan d and damping, already at about 100 ° C. At higher Temperatures are much higher and better evaluable Detection values achievable.
Der Nachteil hierbei ist: Die Temperaturbelastung für Prüfstelle und benachbarte Bauelemente ist nicht exakt steuer- und begrenzbar. Insbesondere ist bei kurzen Messzeiten, z. B. im online-Betrieb von < 1 sec, eine messtechnisch, ausreichende thermische Reaktion der stimulierten Prüfstelle nicht oder noch nicht ausreichend erfolgt.Of the Disadvantage here is: The temperature load for testing and adjacent components is not exactly taxable and limited. In particular, with short measurement times, z. B. in online mode from <1 sec, one metrologically, sufficient thermal response of the stimulated Inspection Center is not or not sufficiently done.
Die mechanische Stimulation, z. B. mit einem Vibrationsschwinger, hat den Vorteil: Die Schwingfrequenz ist steuerbar. Die Schwingamplitude ist in x- und y-Richtung fein justierbar.The mechanical stimulation, e.g. B. with a vibration transducer has the advantage: the oscillation frequency is controllable. The vibration amplitude is finely adjustable in x and y direction.
So wurde als Wirkungsprinzip der energetisch erregenden Zusatzeinrichtung die mechanische Stimulation genauer untersucht und aufgebaut. Mit die komplexe Impedanz messenden LCR-Messbrücken wurden Messungen an Gut-Teilen und an Schlechtteilen vorgenommen, jeweils mit und ohne extern eingeleiteter mechanischer Stimulation an kalten Lötstellen.So became the principle of action of the energizing accessory The mechanical stimulation is examined and built up in more detail. With the Complex impedance measuring LCR bridges were measured on good parts and on bad parts made, each with and without externally initiated mechanical stimulation on cold solder joints.
Bei den Schlechtteilen waren z. B. kalte Lötstellen bewusst produziert worden.at the bad parts were z. B. aware of cold solder joints been produced.
Ohne mechanische Stimulation zeigten Gut- und Schlechtteile eine gute Gesamt-Funktion, gute Widerstands-/Impedanzwerte, gute Güte Q, gute tan d-Werte, gute Impedanz- und Kapazitätswerte.Without mechanical stimulation showed good and bad parts a good one Overall function, good resistance / impedance values, good quality Q, good tan d values, good impedance and capacitance values.
Bei mechanischer Stimulation zeigten Gut-Teile keine Parameterveränderungen. Schlecht-Teile zeigten jedoch selbst bei kurzer mechanischer Stimulation deutliche Messparameterveränderungen.at mechanical stimulation did not show any parameter changes in good parts. Bad Parts However, even with short mechanical stimulation showed clear Measurement parameters change.
Der dabei auftretende physikalische Effekt bei mechanischer Stress-Stimulation an Bauelementen, z. B. kalten Lötstellen wird im Folgenden erklärt. Bei kalten Lötstellen sind viele Elementarberührstellen der Lötpartner am Rauhtiefenprofil nur lose, durch Adhäsion, Kraftschluss, Formschluss noch nicht metallisch, starr, kristallin mit dem Lot verbunden. Es besteht teilweise kein galvanischer Materialschluss und nur partieller Legierungsschluss.Of the occurring physical effect with mechanical stress stimulation on components, eg. B. cold solder joints will be below explained. At cold solder joints are many elemental contact points the soldering partner on the surface roughness profile only loosely, by adhesion, Frictional connection, form fit not yet metallic, rigid, crystalline connected to the solder. There is sometimes no galvanic material connection and only partial alloy closure.
Unter mechanischer Stress-Wechselbelastung (energetische Stimulation etwa durch Vibration), werden an der kalten Lötstelle alle Elementarberühr-/Elementarkontaktstellen individuell elastomechanisch im Rauhtiefenprofil verformt, durch Zug- und Drückkräfte. Es kommt zu kristallinen, galvanischen Kontaktabhebungen oder Kontaktveränderungen. Diese haben zur Folge, partielle und wechselnde Stromdichten, infolge Kontakteinschnürungen. Auch wenn es noch nicht zu einer absoluten Kontaktablösung kommt, verändert sich jedoch das resistive, kapazitive und induktive Verhalten der Fügepartner und beeinflusst den Messkreis und kann messtechnisch erfasst werden.Under mechanical stress alternating load (energetic stimulation approx by vibration), all elemental contact / element contact points become at the cold soldering point individually elastomechanically deformed in the roughness profile, by Tensile and compressive forces. It comes to crystalline, galvanic contact lifts or contact changes. These result in partial and changing current densities, as a result Kontakteinschnürungen. Even if it has not become one absolute contact separation comes, is changing However, the resistive, capacitive and inductive behavior of the joining partners and influences the measuring circuit and can be detected metrologically.
Die gefundenen Messergebnisse wurden nun detailliert betrachtet und verglichen. Die Ergebnisse ermöglichen auch eine statistische Klassifizierung und sind wie folgt beschrieben.The found measurement results have now been considered in detail and compared. The results also allow a statistical Classification and are described as follows.
Messung ohne mechanische Stimulation:Measurement without mechanical stimulation:
Bei Gut-Teilen sind alle Parameterwerte konstant.at Good parts, all parameter values are constant.
Die Parameterwerte der Schlechteile unterscheiden sich kaum von denen der Gut-Teile, außer den Dämpfungswerten D. Hier können bereits Parameterunterschiede von 30% bis 70% gegenüber den Gut-Werten oder mehr gemessen werden. Dies ist z. B. ein erster Klassifizierungsschritt, etwa für zu erwartende Kurzzeitausfälle (bei hohen Parameterdifferenzen) und etwa für Langzeitausfälle (bei geringen Parameterdifferenzen).The parameter values of the bad parts hardly differ from those of the good parts, except for the damping values D. In this case, parameter differences of 30% to 70% compared to the good values or more can already be measured. This is z. B. a first classification step, such as for expected short-term failures (at high parameter differences) and about for long-term failures (at low Parameter differences).
Diese Parametermessungen sind alle exakt reproduzierbar und wiederholbar, ohne dass sich die Werte ändern.These Parameter measurements are all exactly reproducible and repeatable, without the values changing.
Messung mit Stimulation:Measurement with stimulation:
1. Fall:1st case:
Ohne mechanische Stimulation sind alle Parameterwerte als gut oder annähernd gut messbar.Without mechanical stimulation are all parameter values as good or approximate good measurable.
Werden Gut-Teile bei der Messung mechanisch stimuliert, bleiben deren Parameter unverändert gleich.Become Good parts mechanically stimulated during the measurement, remain their parameters unchanged.
Bei mechanisch stimulierten Schlecht-Teilen ändern fast alle Mess-Parameter (z. B. Rs, Ls, Cs, tan d, D, Q) ihre Werte. Besonders extrem ändern sich der Verlustwinkel tan d (von 1° ... auf ... 85°) und die Dämpfung D (von etwa 890 ... auf ... 3,0).at mechanically stimulated bad parts change almost all Measurement parameters (eg Rs, Ls, Cs, tan d, D, Q) their values. Especially extremely the loss angle tan d (from 1 ° ... at ... 85 °) and the damping D (from about 890 ... on ... 3,0).
Nach der Stimulation gehen diese Werte wieder auf ihre Gut-Werte zurück. Dies sind Langzeitfehler.To stimulation, these values return to their good values. These are long-term errors.
Eine erste Klassifizierung zur Fehlerauswahl ist hiermit möglich.A First classification for error selection is possible hereby.
2. Fall:2nd case:
Ohne Stimulation sind alle Parameterwerte gut oder annähernd gut. Bei Stimulation ändern sich alle Parameter auf marginale Werte.Without Stimulation, all parameter values are good or approximate Good. When paced, all parameters change to marginal Values.
Nach der Stimulation gehen diese Werte nicht wieder auf ihre Gut-Werte zurück, sie bleiben schlecht. Das ursprünglich vermeintliche Gut-Teil ist zu einem Schlecht-Teil geworden. Die beinhalteten Parameterfehler sind Kurzzeitfehler. Diese hätten zu Frühausfällen geführt. Durch diese Prüfart sind sie ausgefallen und können als Schlecht aussortiert werden, 2. Klassifizierung.To stimulation, these values do not return to their good values back, they stay bad. The original supposed good-part has become a bad part. The included parameter errors are short-term errors. These would have led to early failures. Through this They have failed and can be considered bad to be sorted out, 2nd classification.
Fazit der Messergebnisse:Conclusion of the measurement results:
Die komplex messende Impedanzanalyse, mit Wechselstromquelle und Kontaktierung nach der bekannten Vierleiter- oder Kelvin-Methode, ermöglicht eine messtechnische Erfassung aller Schwingkreisparameter.The Complex impedance measurement, with AC source and contacting according to the known four-conductor or Kelvin method enabled a metrological acquisition of all resonant circuit parameters.
Um einen empfindlichen elektrischen Messkreis so gering wie möglich zu belasten, arbeiten die meisten Messeinrichtungen weit unter der Nennbelastung mit extrem niedrigen Spannungen. Dies ist im Allgemeinen genügend, da das elektrische Schwingkreisverhalten nur frequenzabhängig ist. Hohe Messamplituden sind hierzu nicht notwendig.Around a sensitive electrical measuring circuit as low as possible To load, most measuring devices work well under the Rated load with extremely low voltages. This is generally enough, because the electrical resonant circuit behavior only is frequency dependent. High measurement amplitudes are not necessary.
Besitzt ein meist höherohmiger Messkreis jedoch Fehlstellen, Schwachstellen, z. B. kalte Lötstellen, schlechte Durchkontaktierungen an Leiterplatten, ungenügend federnde Steckverbinder, unkorrekte Vercrimpungen von Anschlüssen u. ä. bleibt der Fehler meist verborgen und ist so nicht messbar.has a mostly high-impedance measuring circuit but defects, weak points, z. As cold solder joints, poor vias on printed circuit boards, insufficiently resilient connectors, incorrect Crimping of terminals u. Ä. the error remains mostly hidden and so is not measurable.
Da Messkreise in der Regel auch verschiedenen Umfeldbelastungen im Betrieb ausgesetzt sind, ist es üblich, durch thermische und mechanische Stress-Prüfungen (Wärmekammern, Rüttel-, Schütte)-, Fall- und Schocktests, u. ä.) Frühausfälle zu provozieren und Schwachstellen zu erkennen. Diese Tests sind jedoch nicht bei allen Messkreisen durchführbar bzw. können oder werden aus Kosten- und Aufwandsgründen nicht durchgeführt.There Measuring circuits usually also different environmental loads in the Operation are exposed, it is common by thermal and mechanical stress tests (heat chambers, Shaking, chute), fall and shock tests, u. ä.) Provoke early failures and vulnerabilities to recognize. However, these tests are not feasible for all circuits or can or will be for cost and effort reasons not done.
Um oben genannte verborgene, messtechnisch schwer oder gar nicht erfassbare Schwachstellen, mit vorhandenen geeigneten oder zu beschaffenden Messinstrumenten zu erfassen, zu klassifizieren und auszuwerten, ist eine einstellbare, bauteilverträgliche, energetische Stress-Stimulation des gesamten Messkreises, seiner beteiligten Bauelemente oder nur singulär an bestimmten kritischen Punkten, z. B. kritischen Lötstellen, vorzunehmen.Around above-mentioned hidden, metrologically difficult or impossible to detect Vulnerabilities, with existing suitable or to be procured To record, classify and evaluate measuring instruments, is an adjustable, component-compatible, energetic Stress stimulation of the entire measuring circuit, its involved Components or just singular at certain critical Points, z. B. critical solder joints to make.
Hierzu liefert erfindungsgemäß die Prüfeinrichtung mit Stimulator eine wertvolle Mess- und Entscheidungshilfe.For this provides the test device according to the invention with stimulator a valuable measurement and decision support.
Zusätzlich zur oben beschriebenen elektrischen Messeinrichtung wird während des Messvorganges, kurzzeitig, etwa durch punktuelles, leichtes Antupfen, in Millisekunden die Fehlstelle energetisch angeregt. Dies kann geschehen thermisch, mittels kurzzeitigem Berühren der Spitze einer Heizeinrichtung oder mit einem mechanisch schwingenden Stimulator.additionally to the electrical measuring device described above is during the measurement process, briefly, for example, by selective, slight dab, energized in milliseconds the flaw energetically. This can happen thermally, by briefly touching the Tip of a heating device or with a mechanically oscillating Stimulator.
Infolge der thermischen oder mechanischen Stressbelastung verändert sich elastomechanisch das kristalline Gefüge der Prüfstelle und damit das resistive, kapazitive und/oder induktive Verhalten der Fügepartner, beeinflusst den Messkreis und kann messtechnisch erfasst werden.As a result the thermal or mechanical stress load changed elastomechanical the crystalline structure of the test site and thus the resistive, capacitive and / or inductive behavior the joining partner, influences the measuring circuit and can metrologically be recorded.
Im mechanischen Stressfall ergeben besonders die Impedanzparameterwerte von tan d und Dämpfung marginale Erkennungs- und Messwertveränderungen.in the mechanical stress, especially the impedance parameter values of tan d and attenuation marginal detection and measurement changes.
Zusammengefasst
ergeben sich erfindungsgemäß folgende Vorteile:
Kalte
Lötstellen oder verborgene Materialfehler können
mit den beschriebenen Maßnahmen messtechnisch erfasst und
ausgewertet werden.In summary, the following advantages according to the invention result:
Cold solder joints or hidden material defects can be measured and evaluated with the described measures.
Für kritische Bauteile und Schwachstellen ist eine Klassifizierung z. B. zur statistischen Qualitätskontrolle möglich.For critical components and weak points, a classification z. For statistical quality control possible.
Kurz- und Langzeitfehler können erkannt werden.Short- and long-term errors can be detected.
Die elektrische Messung ist nur mit Instrumenten möglich, die eine komplexe Impedanzmessung durchführen und die entsprechenden Impedanzparameter darstellen.The electrical measurement is only possible with instruments that perform a complex impedance measurement and the corresponding Represent impedance parameters.
Die erfindungsgemäße Zusatzeinrichtung zur Stimulation ist eine einfache, wirkungsvolle und preiswerte Lösung.The Additional device according to the invention for stimulation is a simple, effective and inexpensive solution.
Auch an empfindlichen Messkreisen aus Keramik, Glas, o. ä. kann gemessen werden.Also on sensitive measuring circles of ceramic, glass, o. Ä. Can be measured.
Die Mess- und Prüfzeiten liegen bei << 1 secThe Measuring and test times are << 1 sec
Das Messverfahren mit dieser Zusatzeinrichtung ist online-fähig.The Measurement method with this option is online-enabled.
Das Messverfahren stellt gleichzeitig eine mechanische Qualitäts-Stressprüfung dar, bei der durch behutsame und gezielte Einstellung von Frequenz und Amplitude des Stimulators Schwachstellen entweder bereits völlig ausfallen oder ihre Ausfallneigung mit deutlicher Kennparameterveränderung zeigen.The Measuring method simultaneously provides a mechanical quality stress test in which, by careful and targeted adjustment of frequency and amplitude of the stimulator weak points either already completely fail or show their failure tendency with significant Kennparameterveränderung.
In
Höherwertige Geräte besitzen bereits variabel einstellbare Grenzwerteinstellungen, mit deren Hilfe ausgangsseitig ein analoges/oder High-Low-Signal zur Gut- oder Schlechtauswertung zur Verfügung steht.higher value Devices already have adjustable limit settings, with their help on the output side, an analogue or high-low signal for good or bad evaluation is available.
Um
die Zweipol-Matrix (Messkreis (
Die
Kontaktierung am Messkreis (
Die Kontakte dieser Klemmen sind elektrisch gegeneinander isoliert. Damit wird bewirkt, dass über den einen Kontakt der Konstantstrom direkt am Zweipol des Messkreises eingeleitet wird. Gleichzeitig wird mit dem anderen Kontakt die Messspannung isoliert abgegriffen.The Contacts of these terminals are electrically isolated from each other. This causes that via the one contact of the constant current is initiated directly on the dipole of the measuring circuit. At the same time tapped isolated with the other contact the measuring voltage.
Der
Messkreis (
Die
für die erfindungsgemäße Messeinrichtung
eingesetzte Zusatzeinrichtung, besteht insbesondere aus einem mechanischen
Stimulator, hier als Schwingeinrichtung (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 29823250 U1 [0007] DE 29823250 U1 [0007]
- - DE 4143546 C2 [0008] - DE 4143546 C2 [0008]
- - EP 0124761 A1 [0009] EP 0124761 A1 [0009]
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200920012468 DE202009012468U1 (en) | 2009-09-12 | 2009-09-12 | Measuring device for faulty components |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200920012468 DE202009012468U1 (en) | 2009-09-12 | 2009-09-12 | Measuring device for faulty components |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202009012468U1 true DE202009012468U1 (en) | 2010-01-07 |
Family
ID=41501712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200920012468 Expired - Lifetime DE202009012468U1 (en) | 2009-09-12 | 2009-09-12 | Measuring device for faulty components |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202009012468U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011053964B3 (en) * | 2011-09-27 | 2012-12-06 | Amrhein Messtechnik Gmbh | Method for testing surface or spatially extended test object e.g. flat layer used in e.g. battery, involves determining ohmic resistance or impendence values to determine expansion of test object along X,Y and Z directions |
Citations (2)
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EP0124761A1 (en) | 1983-04-08 | 1984-11-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for testing specimens containing electrical circuits |
DE29823250U1 (en) | 1997-05-05 | 1999-04-29 | Macrotron Process Technologies | Circuit arrangement for testing solder joints |
-
2009
- 2009-09-12 DE DE200920012468 patent/DE202009012468U1/en not_active Expired - Lifetime
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