DE2443716A1

DE2443716A1 - Short-circuit locator for PCBs with and without components - uses probe to locate local magnetic field increases arising from pulsed supply

Info

Publication number: DE2443716A1
Application number: DE19742443716
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Coppenrath; Franz Hofmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-12
Filing date: 1974-09-12
Publication date: 1976-03-25

Abstract

The short-circuit locator, for printed circuit boards with and without components, applies a pulsed d.c. voltage to the p.c. board terminals. This pulsed voltage has the same polarity as that for normal operation but is lower in magnitude. A probe scans the components over a coordinate grid and detects local anomalous increases in the magnetic field of the board. This increase is registered acoustically or optically and marks the spot of a short circuit. The pulsed d.c. signal voltage and current are adjustable. The advantage of this method lies in its versatility.

Description

Einrichtung zum Orten von Kurzschlüssen auf bestückten und unbestückten gedruckten Schaltungen unbestückten gedruckten 5 cha l#tungen Gedruckte Schaltungen können sehr umfangreich sein. Sie. haben oftmals mehrere, z.B. 7, Ebenen, auf denen die Leiterbahnen geführt sind. Solche gedruckten Schaltungen, auch Multilayer-(Mehrlagen-) Blachbaugruppen genannt, sind zur Aufnahme einer größeren Anzahl von Bauelementen, insbesondere elektronischen, bestimmt. Zum Anschluß dieser Bauelemente sind Kontaktierungslöcher vorgesehen, durch die die Anschlußstellen der Bauelemente durchgesteckt und festgelötet werden.Device for locating short circuits on equipped and unequipped printed circuits bare printed 5 circuits Printed circuits can be very extensive. She. often have several, e.g. 7, levels on which the conductor tracks are guided. Such printed circuits, including multilayer (multilayer) Flat assemblies called, are to accommodate a larger number of components, especially electronic. There are contact holes for connecting these components provided through which the connection points of the components are inserted and soldered will.

Beim Herstellen solcher gedruckter Schaltungen sowie beim Einlöten der Bauelemente entstehen oftmals Kurzschlußbrücken zwischen den Leiterbahnen. Der Entwurf der gedruckten Schaltung kann fehlerhaft sein, so daß sich bei der Kontaktierung Schlüsse ergeben. Es können die Fehler auch mehrfach auftreten, weil beispielsweise die gleiche Teilschaltung (Struktur) durch Doppeln mehrfach auf der Baugruppe erscheint. Aber auch die eingebauten Bauelemente können innere Kurzschlüsse aufweisen. Beim Prüfen solcher bestückter oder unbestückter gedruckt er Mehrlagen-Baugruppen wird dann der Kurzschluß festgestellt. Die genaue geometrische Lage der schadhaften Stellen ist jedoch nicht bekannt. Bei kleinen gedruckten Schaltungen von geringem Wert ist eine Reparatur nicht wirtschaftlich, die gesamte Schaltungsplatte wird durch eine neue, fehlerfreie ersetzt. Wenn die Baugruppe aber beispielsweise mit einigen Hundert Bauelementen bestückt ist, wäre der Verlust zu hoch, so daß es notwendig ist, den Ort des Fehlers festzustellen und den Kurzschluß zu beseitigen.When producing such printed circuits as well as during soldering of the components, short-circuit bridges often arise between the conductor tracks. Of the The design of the printed circuit can be faulty, resulting in contacting To draw conclusions. The errors can also occur several times because, for example the same sub-circuit (structure) appears several times on the module by doubling it. But the built-in components can also have internal short circuits. At the Checking such populated or unpopulated printed multilayer assemblies then the short circuit was detected. The exact geometric position of the damaged areas however, it is not known. Is of little value on small printed circuits a repair is not economical, the entire circuit board is replaced by a new, faultless replaced. But if the assembly has a few hundred Components is populated, the loss would be too high, so that it is necessary to Determine the location of the fault and eliminate the short circuit.

Es ist schon bekannt, den Kurzschlußort mittels einer Widerstandsmessung ausfindig zu machen. Diese Methode ist aber sehr ungenau und deshalb in den angegebenen Fällen unbrauchbar. Auch visuell kann die geometrische Lage von Beiterbahnkurzschlüssen nur in Ausnahmefällen festgestellt werden, insbesondere dann nicht, wenn sich die Kurzschlüsse innerhalb der Innenlage der gedruckten Schaltung befinden.It is already known to determine the location of the short circuit by means of a resistance measurement to detect. However, this method is very imprecise and therefore in the specified Cases unusable. The geometric position of Beiterbahn short-circuits can also be seen visually can only be determined in exceptional cases, especially not if the Short circuits are located within the inner layer of the printed circuit.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zum Orten von Kurzschlüssen anzugeben, mit der man ihre geometrische Lage, sei es zwischen Leiterbahnen, sei es innerhalb von festgelöteten Bauelementen oder zwischen den leitenden Schichten noch nicht geätzter Slatten, feststellen kann.The object of the invention is therefore to provide a device for locating Specify short circuits, with which their geometric position, be it between conductor tracks, be it within firmly soldered components or between the conductive layers Slatten not yet etched.

Gelöst wird diese Aufgabe mit der Erfindung dadurch, daß an die Spannungsanschlüsse der gedruckten Schaltung pulsierender Gleichstrom gleicher Polarität wie im normalen Betrieb, aber niedriger Spannung, angelegt wird und die Anschlüsse für das Gegenpotential mit dem anderen Pol der pulsierenden Gleichstromquelle verbunden sind, daß eine Sonde zum Abtasten der Baugruppe nach zwei Koordinaten verwendet wird, und daß an die Sonde ein Empfänger angeschlossen ist, mit dessen Hilfe akustisch und/oder optisch der Ort des größten magnetischen Feldes als Ort des Kurzschlusses ermittelt wird.This object is achieved with the invention in that to the voltage connections the printed circuit pulsating direct current of the same polarity as in normal Operation, but low voltage, is applied and the connections for the counter potential are connected to the other pole of the pulsating direct current source that one Probe is used to scan the assembly for two coordinates, and that on the probe is connected to a receiver, with the aid of which acoustically and / or optically the location of the greatest magnetic field is determined as the location of the short circuit.

Derartige Sonden, mit denen Kurzschlüsse im Erdreich verlegter Kabel gemessen werden können, sind schon bekannt, beispielsweise aus dem Aufsatz "Eabelfehler rasch geortet", elektrotechnik 56 (1974) 4, S.10-13. In diesem Fall werden hochohmige Nebenschlüsse durch Niederbrennen der durch die Isolation noch vorhandenen Widerstände zwischen den einzelnen Adern mit Hilfe einer Spannungsquelle von 10 bis 70 kV in niederohmige Kurzschlüsse verwandelt.Such probes with which short-circuits in cables laid in the ground can be measured are already known, for example from the article "Eabel Fehler quickly geortet ", elektrotechnik 56 (1974) 4, pp.10-13. In this case, high-resistance Shunts by burning down the resistances that are still present through the insulation between the individual wires using a voltage source of 10 to 70 kV in transforms low-resistance short circuits.

Durch Einspeisen einer Tonfrequenz auf das gestörte Kabel wird dann vom Kabelanfang bis zur Fehlerstelle ein elektrisches Feld erzeugt, das man mit einem Tonfrequenzempfänger abhören kann.By feeding an audio frequency to the disturbed cable is then An electrical field is generated from the beginning of the cable to the point of failure, which you can use can listen to an audio frequency receiver.

Bedingt durch den Drall des Kabels ergibt sich in gleichen Abständen jeweils ein Maximum. Dieses elektrische Bezld ist vom Kabelanfang bis zur Fehlerstelle hörbar und hört dort auf. Für gedruckte Schaltungen ist dieses Verfahren nicht anwendbar, weil die Beiterbahnen und die gegebenenfalls vorhandenen Bauteile nicht verdrallt sind und sich deshalb keine drallabhängigen Maxima ergeben. Eine Gonfrequenz, d . h. Wechselstrom mit unterschiedlicher Polaritåt einzuspeisen, ist nicht empfehlenswert, weil bei Potentialumkehr und auch bei höheren Spannungen die Bauteile auf der Leiterplatte Schaden nehmen könnten. Bei gedruckten Schaltungen sind Felder auch noch hinter der Kurzschlußstelle vorhanden, weil die Beiterbahnen diese Stelle, anders als beim Kabel, von jeder beliebigen Seite aus erreichen können.Due to the twist of the cable results in equal distances each a maximum. This electrical reference is from the beginning of the cable to the point of failure audible and stops there. This procedure cannot be used for printed circuits, because the conductor tracks and any components that may be present do not twist and therefore no twist-dependent maxima result. A gon frequency, i.e. . H. Feeding alternating currents with different polarity is not recommended because when the potential is reversed and also at higher voltages, the components on the circuit board Could be damaged. In the case of printed circuits, fields are also behind the short-circuit point exists because the Beiterbahnen this point, unlike the Cables, can be reached from any side.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren verwendet die Erfindung pulsierenden Gleichstrom gleicher Polarität, wie im noxealen Be trieb. Dadurch gelangt an die Bauteile nur eine Spannungsart, die im normalen Betrieb auch vorhanden ist und von den Bauelementen vertragen wird. Das gleiche gilt für die Größe der angelegten rn#spannung, die höchstens so groß ist, wie im normalen Betrieb, im übrigen aber gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von einer Konstantstromquelle geregelt wird.In contrast to the known method, the invention uses pulsating Direct current of the same polarity as in noxeal operation. This gets to the Components only have one type of voltage that is also present in normal operation and from the components is tolerated. The same applies to the size of the applied rn # voltage, which is at most as large as in normal operation, but otherwise according to a Further development of the invention is regulated by a constant current source.

Falls die gedruckte Schaltung mit mehreren Betriebsspannungen , arbeitet, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung pulsierender Gleichstrom von maximal der niedrigsten Betriebsspannung verwendet.If the printed circuit works with several operating voltages, according to a further development of the invention, pulsating direct current is at a maximum the lowest operating voltage is used.

Das hat den Vorteil, daß nicht darauf geachtet zu werden braucht, ob der angelegte Gleichstrom an der jeweiligen Stelle nicht zu hoch ist, damit kein Bauteil zerstört oder beschädigt wird. Das könnte beispielsweise dann eintreten, wenn der Kurzschluß für dauernd oder kurzzeitig unterbrochen wäre, weil die Konstantstromquelle zur Aufrechterhaltung des gleichen Stromflusses plötzlich die Spannung übermäßig hochregeln würde, Dadurch, daß das größte magnetische Feld nur ein einziges Mal auftritt, una nicht zweimal je Drallfeld, ergibt sich der Ort des Kurzschlusses eindeutig und es wird folglich kein zweites Auswahlkriterium, nämlich das letzte Maximum, mehr benötigt. Dabei trägt wesentlich zur eindeutigen Ortung eine Differentialsonde bei, die gemäß einer Ausbildung der Erfindung eingesetzt wird.This has the advantage that you do not need to pay attention to whether the applied direct current is not too high at the respective point, so no Component is destroyed or damaged. This could happen, for example, if the short circuit were interrupted for a long time or for a long time, because the constant current source to maintain the same flow of current suddenly the voltage becomes excessive would turn up, by having the largest magnetic field only once occurs, una not twice per swirl field, the location of the results Short circuit unambiguous and consequently there is no second selection criterion, namely the last Maximum, more needed. A differential probe is essential for the unambiguous location in, which is used according to an embodiment of the invention.

Zum Orten eines Kurzschlusses auf bestückten oder unbestückten gedruckten Schaltungen wird gemäß der Erfindung an alle Punkte, die im normalen Betrieb Spannung führen, pulsierender Gleichstrom angelegt. Dieser Gleichstrom wird einer Konstantstromquelle entnommen, bei der die gewünschte eingeprägte Stromstärke einstellbar ist. Da zur Aufrechterhaltung der eingestellten Stromstärke die Spannung an den Ausgangsklemmen verändert wird, ist auch die maximal zulässige Spannung einstellbar, bis zu der die Spannung hochgeregelt werden darf.To locate a short circuit on printed or unpopulated printed matter Circuits are made according to the invention at all points that are in normal operation voltage lead, pulsating direct current applied. This direct current becomes a constant current source taken, at which the desired impressed current intensity can be set. There for Maintaining the set current strength the voltage at the output terminals is changed, the maximum permissible voltage can also be set, up to which the voltage may be increased.

Sollte bei einer vorhergehenden Messung ermittelt worden sein, zwischen welchen ~leiterbahnen ein Kurzschluß besteht, so genügt es, nur diese ~leiterbahnen an die Prüfspannungsquelle anzuschließen Da bei einem Prüfvorgang normale#Jeise Kurzschluß zwischen einer spannungführenden ~leiterbahn und einem Leiter auftritt, der das Gegenpotential führt, ist es erforderlich, diesen Leiter mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle9 die den pulsierenden Gleichstrom liefert, zu verbinden. Es ist dabei manchmal zweckmäßig, die beiden Einspeisepunkte zu wechseln, und nicht nur die Anschlüsse der Steckerleiste, sondern auch Prüfpunkte oder Lötaugen auf der gedruckten Schaltung zu verwenden. Dabei ergibt sich meistens eine andere Kraftlinienform und andere I,eitungswiderstände, so daß der Kurzschlußort leichter ermittelt werden kann.Should have been determined in a previous measurement, between For which conductor tracks there is a short circuit, it is sufficient to only use these conductor tracks to be connected to the test voltage source Since during a test process normal # Jeise Short-circuit occurs between a live conductor track and a conductor, who carries the opposite potential, it is necessary to connect this conductor with the other Pole of the direct current source9 which supplies the pulsating direct current. It is sometimes useful to switch between the two entry points and not only the connections of the connector strip, but also test points or soldering eyes of the printed circuit board. This usually results in a different form of force line and other line resistances, so that the location of the short circuit can be determined more easily can.

Bei mehreren Kurzschlußstellen ist ein solcher Wechsel ganz besonders zu empfehlen.Such a change is very special if there are several short-circuit points to recommend.

Durch den pulsierenden Gleichstrom entstehen um die Leiterbahnen Streufelder. Diese Streufelder nehmen in Abhängigkeit von der Beiterbalmbreite kurz nach der Strom-Einspeisestelle stark ab.The pulsating direct current creates stray fields around the conductor tracks. These stray fields take depending on the Beiterbalmbreite shortly after Electricity feed-in point.

Sie verdichten sich wieder in der Nähe des Kurzschlußpunktes zu einem Maximum. Mit einer Hallsonde oder einer Ferritsonde wird nun die gedruckte Schaltung überstrichen. Je nach der Größe des Streufeldes entsteht im an die Sonde angeschlossenen, auf die eingespeiste Pulsfrequenz abgestimmten Empfänger ein Signal, das akustisch oder auch optisch die Feldgröße angibt. Auf diese Weise kann die Stromflußrichtung sowie auch die Maximumstelle ermittelt werden.They condense again in the vicinity of the short-circuit point one Maximum. With a Hall probe or a ferrite probe, the printed circuit is now painted over. Depending on the size of the stray field, the The receiver, which is tuned to the fed-in pulse frequency, emits a signal that is audible or optically indicates the field size. In this way, the direction of current flow as well as the maximum point can be determined.

Verwendet man eine Einfach-Sonde, dann läßt sich der genaue Weg des Stromflusses bis zur Kurzschlußstelle verfolgen. Mit einer Doppelsonde, deren beide Systeme gegeneinander geschaltet sind (Differentialsonde), ist dieser Weg nicht feststellbar, weil die in ihnen induzierten Felder sich aufheben. Erst, wenn man sich der Kurzschlußstelle nähert, von der aus der Strom in entgegengesetzter Richtung zur anderen Einspeisungsstelle wieder zurückfließt, älso auch ein entgegengesetzt gerichtetes Feld beginnt, addieren sich in den beiden Teilen der Differentialsonde die induzierten Spannungen. Da die Übergangsstelle sehr klein ist, ist die Anstiegsflanke der Anzeige am Ausgang des Empfängers sehr steil und dementsprechend die gefundene Kurzschlußstelle sehr genau zu orten.If a single probe is used, the exact route of the Track the current flow up to the short-circuit point. With a double probe, both of which Systems are connected against each other (differential probe), this way is not detectable because the fields induced in them cancel each other out. Only when you can approaches the short-circuit point from which the current flows in the opposite direction flows back to the other feed point, also an opposite one directional field begins, add up in the two parts of the differential probe the induced voltages. Since the transition point is very small, the rising edge is the display at the output of the receiver is very steep and, accordingly, the one found Short-circuit point to be located very precisely.

Mit Hilfe der Einrichtung gemäß der Erfindung sind auch Teilunterbrechungen (Kratzer) und Verengungen der leitenden Schicht von noch nicht bearbeiteten Platten feststellbar, d.h. von Platten, auf denen noch keine ~leiterbahnen aufgebracht sind. Um solche beschädigten Stellen fließt nämlich der angelegte Strom herum, so daß das Feld anders aufgebaut ist als auf intakten Platten.With the aid of the device according to the invention there are also partial interruptions (Scratches) and constrictions in the conductive layer of panels that have not yet been processed detectable, i.e. from plates on which no conductor tracks have yet been applied. The applied current flows around such damaged areas, so that the field is structured differently than on intact panels.

4 Patentansprüche4 claims

Claims

P # aten tans £ # i # uffi # c h e 1. Device for locating short circuits on assembled and unpopulated printed circuits, which are not possible n -z e i c h n e t that to the voltage connections (+) of the printed circuit pulsating DC currents of the same polarity as in normal operation, but lower Voltage is applied, and the connections for the counter potential (0) with the other Pole of the pulsating DC power source are connected to that a sonie for scanning the assembly is used according to two coordinates, and that a receiver is attached to the probe is connected, with the help of which acoustically and / or visually the location of the largest magnetic field is determined as the location of the short circuit.

2. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k <3 n n -z e i c h n e t that the direct current source has an adjustable constant current supplies whose maximum voltage value can also be set.

3. Device according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that for printed circuits with several operating voltages (5; 9; 15Y) To locate the short circuits, the pulsating direct current has such a large maximum voltage like the lowest of the operating voltages (5V).

4. Device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c Note that the probe is a differential probe.