DE3722715A1 - Verfahren zur bestueckungskontrolle von kondensatoren auf leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestückungskontrolle von gleichartigen oder annähernd gleichartigen Kondensatoren großer Stückzahl auf Leiterplatten, insbesondere bei der Be­ stückung der Leiterplatten mit zum Beispiel als Filterkonden­ satoren verwendeten Hybridkondensatoren.

Leiterplatten weisen zur Glättung der Versorgungsspannung eine Vielzahl von zum Beispiel Hybridkondensatoren als Filterkonden­ satoren auf. Diese Kondensatoren sind nach ihrer Montage auf ihre Funktionsfähigkeit hin zu prüfen. Das kann zum Beispiel dadurch geschehen, daß nach Anlegen der Versorgungsspannung an die Leiterplatte die Spannungsabfälle an den einzelnen Konden­ satoren gemessen werden. Dazu sind Kontaktstellen notwendig, an denen die jeweiligen Spannungsabfälle gemessen werden kön­ nen. Eine Möglichkeit ist, die Anschlußstellen der Kondensa­ toren zu kontaktieren. Das bedeutet aber für die Fertigung einen erheblichen technischen Aufwand, die Anschlußstellen in einfacher Weise für die Prüfung zugänglich zu gestalten. Hinzu kommt, daß beim Messen der Spannungsabfälle bei der Prüfung durch Übergangswiderstände die Gefahr falscher Meßergebnisse gegeben ist. Zur Vermeidung dieser Gefahr sind entsprechend aufwendige Meßadapter notwendig. Erstrebenswert wäre, wenn für die Fertigung die Beachtung notwendiger Kontaktierungsstellen zwecks Prüfung der Kondensatoren und damit für die Prüfung die Unsicherheit beim Zustandekommen einwandfreier Kontaktie­ rungen entfiele. Gleichzeitig erübrigte sich der störanfälli­ ge mechanische Aufwand für die Verwendung von Meßadaptern.

Unabhängig von dieser Problematik ist allgemein bekannt, daß die Untersuchung eines Körpers aufgrund seiner Wärmeabstrahlung mit Hilfe der Thermografie möglich ist. Hierzu werden von dem zu untersuchenden Körper mittels einer Infrarotkamera Wärme­ bilder erzeugt, die die Temperaturverteilung des Körpers optisch darstellen. Die Temperaturverteilung in der optischen Darstellung kann dabei entweder durch das menschliche Auge oder durch eine angeschlossene Elektronik, zum Beispiel durch einen Rechner, ausgewertet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch das die Bestückungskontrolle von mit gleichartigen oder an­ nähernd gleichartigen Kondensatoren großer Stückzahl auf Lei­ terplatten, insbesondere bei der Bestückung der Leiterplatten mit als Filterkondensatoren verwendeten Hybridkondensatoren, ohne Notwendigkeit von auf der Leiterplatte aufgebrachten Kon­ taktstellen für z.B. Meßzwecke, und damit ohne mechanischen Aufwand für deren einwandfreie Kontaktierung möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale. Die Erfindung nutzt dabei die Tatsache aus, daß sich kurzgeschlossene Kondensato­ ren erwärmen und unterbrochene nicht. Das heißt, diese Verhal­ tensweisen sind mit Hilfe der Thermografie erfaßbar. Dabei ge­ nügt es, wenn sich defekte Kondensatoren, und darunter fallen zum Beispiel auch vergessene Kondensatoren, nur durch einen ge­ ringen Tempteraturunterschied gegenüber ihrem Umfeld kenntlich machen. Voraussetzung für eine Bestückungskontrolle unter Ein­ satz der Thermografie ist, daß alle in Frage kommenden Defekte bei der Kondensatorbestückung in den erzeugten Wärmebildern sichtbar sind. Dazu wird die bestückte Leiterplatte an eine nied­ rige Gleichspannung angelegt, die kurzgeschlossene Kondensato­ ren geringfügig erwärmt und somit eine Kurzschlußprüfung ermög­ licht. Ferner wird die Leiterplatte an eine vorteilhafterweise ansteigende große Gleichspannung angelegt, die die Kondensato­ ren, die nicht die angegebene Spannungsfestigkeit aufweisen, er­ wärmt und eine Spannungsfestigkeitsprüfung gestattet. Schließ­ lich wird eine Wechselspannung angelegt, die, falls vorhanden oder nicht unterbrochen, die Kondensatoren allgemein erwärmt, was eine Unterbrechungsprüfung ermöglicht. Insgesamt sind auf­ grund der in den Teilprüfungen erzeugten Wärmebilder durch elektronische oder menschliche Auswertung alle defekten Konden­ satoren bestimmbar. Von Vorteil ist, daß die Bestückungskon­ trolle vollautomatisch durchführbar ist.

Wird die bestückte Leiterplatte vor der Prüfung vorgewärmt, zeichnen sich bei ansonsten unveränderten Maßnahmen die defek­ ten Kondensatoren gegenüber ihrem Umfeld bei weiterhin klein­ ster Leistung in den Bauteilen in den Wärmebildern verstärkt ab.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert.

Auf einer Leiterplatte, zum Beispiel der Größe von ca. 100 mal 100 mm, sind zur Glättung der Versorgungsspannung ca. 100 Filterkondensatoren aufgebracht. Diese können zum Beispiel Vielschichtkeramikkondensatoren, auch Hybridkondensatoren ge­ nannt, sein. Die Kondensatoren sind in ihre Einbauplätze auf der Leiterplatte zum Beispiel mit einem Leitkleber an den An­ schlußstellen eingeklebt. Der Leitkleber stellt die elektrische Verbindung zwischen den Kondensatoranschlüssen und den Leiter­ bahnen auf der Leiterplatte her und hält gleichzeitig den Kon­ densator auf der Leiterplatte fest.

Die mit den Kondensatoren bestückte Leiterplatte wird dem Prüf­ gerät über eine automatische Zuführeinrichtung zugeführt. Dabei wird die Leiterplatte zweckmäßigerweise in einem Werkstückträ­ ger gehalten, in dem die Leiterplatte bis zum Ende der Prüfung verbleibt. Mit dem Prüfgerät werden Wärmebilder von der Lei­ terplatte erzeugt. Die erzeugten Wärmebilder werden von der angeschlossenen Elektronik ausgewertet.

Im Prüfgerät werden der Leiterplatte bei den verschiedenen Ein­ zelprüfungen vom Randbereich der Leiterplatte her die notwendi­ gen Prüfspannungen zugeführt. Die einzelnen Prüfungen erstrecken sich in der Regel über einen Zeitraum von wenigen Sekunden.

Die Bestückungskontrolle selbst setzt sich vorteilhafterweise aus drei nacheinander in einer festen Reihenfolge automatisch ablaufenden Prüfungen zusammen. Es sind dies eine Kurzschluß­ prüfung, eine Spannungsfestigkeitsprüfung und eine Prüfung auf Vollständigkeit, bzw. Unterbrechung der Kondensatoren. Bei den einzelnen Prüfungen wird die Leiterplatte mit einer Infrarotka­ mera in einer entsprechend der gewünschten Auflösung feinen Rasterung abgelichtet. Eine mögliche Rasterung ist, die Lei­ terplatten in vier Quadranten aufzuteilen und diese jeweils in gleicher Reihenfolge nacheinander abzutasten. Insgesamt ergibt sich bei einer umfassenden Bestückungskontrolle folgender Ablauf:

1. Kurzschlußprüfung:
An die Leiterplatte wird eine Gleichspannung, die niedriger ist als die Betriebsspannung, aber groß genug ist, um einen kurzge­ schlossenen Kondensator zu erwärmen, bei gleichzeitiger Kurz­ schlußstrombegrenzung angelegt. Nach einer kurzen Zeit, werden die Quadranten der Leiterplatte mit der Infrarotkamera abge­ tastet und die erhaltenen Bilder ausgewertet.

2. Spannungsfestigkeitsprüfung:
Es wird eine Gleichspannung angelegt, die von Null Volt bis zum maximalen Spannungsfestigkeitswert stetig hochgeregelt wird. Anschließend werden wieder die Quadranten mit der Infra­ rotkamera abgetastet und die erhaltenen Bilder ausgewertet.

3. Vollständigkeitsprüfung:
Es wird eine hochfrequente Wechselspannung an die Leiterplatte angelegt. Nach kurzer Zeit, werden die Quadranten der Leiter­ platte mit der Infrarotkamera abgelichtet und die erhaltenen Bilder ausgewertet.

Während der Prüfung können die Wärmebilder zur Überwachung des Prüfvorganges durch das menschliche Auge auf einem Farb­ monitor dargestellt werden. Liegen Kurzschlüsse von Kondensa­ toren vor, werden bei entsprechendern Dimensionierung der Prüf­ spannung diese beim ersten Prüfschritt dadurch erkannt, daß sich die defekten Kondensatoren um ca. 1° Kelvin erwärmen und sich in den Wärmebildern abzeichnen. Eine Erwärmung tritt auch im zweiten Prüfschritt auf, wenn die Kondensatoren die geforder­ te Spannungsfestigkeit nicht aufweisen. Im dritten Verfahrens­ schritt werden alle Kondensatoren bei entsprechender Dimensio­ nierung der Wechselspannung um ca. 1° Kelvin erwärmt, falls keine Unterbrechung entweder im Kondensator oder an den Klebe­ stellen vorliegt. Eine Unterbrechung liegt auch vor, wenn der Kondensator ganz fehlt. Unterbrechungen werden im Wärmebild dadurch angezeigt, daß sich an den vorgesehenen Stellen entge­ gen der Erwartung keine Kondensatoren abzeichnen.

Für die einzelnen Prüfungen ist es vorteilhaft, wenn die Lei­ terplatte samt den Kondensatoren vorgeheizt wird. Das Vorheizen der Leiterplatte kann zum Beispiel durch heiße Umluft oder durch eine Heizplatte erfolgen. Wichtig ist jedoch, daß die Temperatur der Leiterplatte konstant gehalten wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Bestückungskontrolle von gleichartigen oder annähernd gleichartigen Kondensatoren großer Stückzahl auf Lei­ terplatten, insbesondere bei der Bestückung der Leiterplatten mit als Filterkondensatoren verwendeten Hybridkondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die be­ stückte Leiterplatte nacheinander an verschiedene gleich- und wechselgerichtete Prüfspannungen angeschlossen wird, daß sie dabei bestückungsseitig jeweils von einer Infrarotkamera abge­ lichtet wird, und daß die von der Infrarotkamera hervorgebrach­ ten Bilder auf defekte Kondensatoren hin ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestückte Leiterplatte unter Kurzschlußstrombegrenzung an eine Gleichspannung angeschlossen wird, die geringer ist als die im Betrieb verwendete Versorgungsspannung, aber groß genug ist, um bei einem kurzgeschlossenen Kondensator in diesem einen ihn ge­ ringfügig erwärmenden Strom fließen zu lassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die be­ stückte Leiterplatte an eine Gleichspannung angeschlossen wird, die ausgehend vom Spannungswert Null Volt bis zum die Span­ nungsfestigkeit der Kondensatoren darstellenden Höchstwert kontinuierlich ansteigt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die be­ stückte Leiterplatte an eine hochfrequente Wechselspannung angeschlossen wird, die die Kondensatoren ohne sie zu zerstören geringfügig erwärmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die be­ stückte Leiterplatte vorgewärmt wird.