DE4335879A1 - Arrangement for quality control and monitoring of through-plated multilayer printed circuit boards - Google Patents
Arrangement for quality control and monitoring of through-plated multilayer printed circuit boardsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to an arrangement in the preamble of claim 1 specified Art.
Derartige Anordnungen werden für Mehrlagenschaltungen (sog. Multilayerplatinen) in elektrischen und elektroni schen Geräten und Anlagen benötigt, um eine zuverlässige Kontrolle der uneingeschränkten Funktionsbereitschaft der Leiterplatten zu ermöglichen.Such arrangements are used for multilayer circuits (so-called multilayer boards) in electrical and electronic devices and systems required to ensure reliable Control of the full functionality of the Allow circuit boards.
Eine solche Qualitätskontrolle ist sowohl als Fertigungs- Endkontrolle nach der Herstellung der gebohrten Leiter platten als auch als Eingangskontrolle jeweils vor weite ren Schritten einer Durchkontaktierung des Multilayers sinnvoll.Such a quality control is both as a manufacturing Final inspection after the manufacture of the drilled conductors plates as well as incoming inspection in front of each other steps of through-plating the multilayer sensible.
Darüber hinaus ist sie in bestirnten Anwendungsgebieten der Multilayer als laufende Überwachung während des Be triebes sinnvoll, um Leitungsunterbrechungen infolge Kor rosion, thermischer Überbeanspruchung in Bereichen der Durchkontaktierung o. ä. sofort zu erfassen, um daraus re sultierende weitere Schäden infolge Überbeanspruchung von Bauteilen oder fehlerhafter Funktionsweise zu vermeiden.In addition, it is in stoned areas of application the multilayer as ongoing monitoring during loading it makes sense to avoid line interruptions due to Cor rosion, thermal overuse in areas of Through-plating or the like to be recorded immediately in order to turn it right resulting further damage due to overuse of Avoid components or incorrect functioning.
Mehrlagenschaltungen oder Multilayer werden heute größten teils schrittweise durch zusammenfügen von Kupferfolien und isolierschichten durch Laminieren hergestellt, wobei üblicherweise zunächst einzelne Schichtgruppen (Zwischen laminate) hergestellt werden und aus diesen schließlich die Mehrlagen-Leiterplatte mit der erforderlichen Gesamt zahl von Schichten aufgebaut wird.Multilayer circuits or multilayers are the largest today partly step by step by joining copper foils and insulating layers made by lamination, wherein usually first individual shift groups (intermediate laminates) and finally made from them the multilayer circuit board with the required total number of layers is built up.
Der Gesamtaufbau nach dem stand der Technik wird unter Be zugnahme auf Fig. 2 erläutert.The overall structure according to the prior art is explained with reference to FIG. 2.
Zunächst wird für eine Mehrlagen-Leiterplatte 1 eine Energiekern-Grundbaugruppe 2 aus mehreren Prepreg-Lagen durch beidseitiges Auflaminieren einer relativ dicken Kup ferfolie und Ausführen eines subtraktiven Ätzprozesses, in dem die Kupferfolie in allen nicht mit einem Photoresist bedeckten Bereichen abgeätzt und so die gedruckte Schal tung gebildet wird, hergestellt.First, for a multilayer printed circuit board 1, an energy core basic assembly 2 consisting of several prepreg layers is laminated on both sides by laminating a relatively thick copper foil and carrying out a subtractive etching process in which the copper foil is etched off in all areas not covered with a photoresist, and thus the printed scarf tion is formed.
Dieser Energiekern 2 dient als Grundlage für den Aufbau von Signalebenen 3 durch wiederholtes Auflaminieren von weiteren Lagen Prepreg und (wesentlich dünnerer) Kupferfo lie, die wieder auf dem Weg über eine Resistmaskenbelich tung strukturiert wird, wobei nach der Belichtung durch semiadditives Verkupfern im Kupferbad auf die beim Entwic keln freigelegten Abschnitte - je nach Verweildauer - zu sätzliches Kupfer aufgewachsen wird. Die dabei entstehen den (verstärkten) Leiterzüge 3a, 3b werden mit einer Zinn- Bedeckung zusätzlich geschützt, und dann wird nach Entfer nung der Fotoresistmaske die Kupferfolie auf der gesamten Fläche mit Ausnahme der verstärkten und durch die Zinn schicht geschützten Bereiche 3a, 3b entfernt.This energy core 2 serves as the basis for the construction of signal levels 3 by repeatedly laminating further layers of prepreg and (much thinner) copper foil, which is again structured on the way via a resist mask exposure, after exposure by semi-additive copper plating in the copper bath When developing exposed sections - depending on the length of stay - additional copper is grown. The resulting (reinforced) conductor tracks 3 a, 3 b are additionally protected with a tin covering, and then, after removal of the photoresist mask, the copper foil is coated on the entire surface, with the exception of the reinforced areas 3 a protected by the tin layer, 3 b away.
Auf diese Weise werden in den Leiterzügen an den für die spätere Kontaktierung von Bauelementen oder die Durchkon taktierung der einzelnen Ebenen vorgesehenen Stellen auf den außenliegenden Oberflächen 1a, 1b des Laminats 1 auch sogenannte Restringe 4a, 4b, d. h. Bereiche mit kreis- oder ellipsenförmig vergrößerter Breite und größerer Dicke als die eigentlichen Leiterzüge, ausgebildet. Die größere Dicke der Restringe wird u. U. auch in einem speziellen Resist-Ätz-Schritt realisiert.In this way, so-called residual rings 4 a, 4 b, that is to say areas with circular circles, are also provided in the conductor tracks at the locations provided on the outer surfaces 1 a, 1 b of the laminate 1 for the subsequent contacting of components or through-contacting of the individual levels. or elliptically enlarged width and greater thickness than the actual conductor tracks. The larger thickness of the rings is u. U. also realized in a special resist-etching step.
Die Restringe erfüllen dienen zur Sicherstellung eines gu ten Kontakts zwischen der leitenden Innenbeschichtung der Wandungen der später zu erzeugenden Durchkontaktierungs- Löcher und den damit jeweils verbundenen Leiterzügen in der Ebene der Leiterplatte, auch bei geringfügiger Fehl ausrichtung zwischen Löchern und Leiterzügen.The remaining rings serve to ensure a gu th contact between the conductive inner coating of the Walls of the via holes to be created later Holes and the associated conductor lines in the level of the printed circuit board, even with a slight defect alignment between holes and conductor tracks.
Zur Bildung von Durchkontaktierungsbereichen werden über all dort, wo Löcher zur Verbindung von Signalebenen ent stehen sollen, - etwa mittels einer Mehrspindel-Bohr vorrichtung oder Laserstrahlen - Bohrungen 5 in das Lami nat 1 eingebracht und anschließend die Wandungen 5a dieser Bohrungen 5 mit einer innen-Verkupferung 6 versehen.To form plated-through regions, holes 5 are introduced into the laminate nat 1 and then the walls 5 a of these holes 5 with an inside of all where holes for connecting signal planes are to be created, for example by means of a multi-spindle drilling device or laser beams -Coppering 6 provided.
Alternativ können die Durchkontaktierungsbereiche auch auf andere Weise unter Einschluß eines Fotoätzverfahrens er zeugt werden.Alternatively, the via areas can also be opened other way including photo etching be fathered.
Dabei wird auf der äußeren Lage 1a, 1b der Mehrlagenstruk tur zuerst durch den Fotoätzschritt an den für die Löcher vorgesehenen Stellen die Kupferfolie entfernt, dann werden mittels Laser die Bohrungen 5 eingebracht, und schließlich werden in einem weiteren Fotoätzschritt und durch semiad ditives Verkupfern Signalleitungen 3c erzeugt und dabei gleichzeitig die Bohrungs-Wandungen 5a verkupfert.In this case, on the outer layer 1 a, 1 b of the multilayer structure, the copper foil is first removed by the photo-etching step at the locations provided for the holes, then the holes 5 are made by laser, and finally are copper-plated in a further photo-etching step and by semi-additives Signal lines 3 c generated and at the same time copper-plated the bore walls 5 a.
Bei diesen Verfahren besteht - wie in Fig. 3(a) und (b) schematisch skizziert - die Möglichkeit von Fehlausrich tungen der Bohrungen 5 mit ihrer Innenwand-Beschichtung 6 gegenüber den Restringen 4a, 4b bzw. der Bohrungen 5 ge meinsam mit den Restringen 4a, 4b gegenüber den Leiterzü gen 3c, 3d infolge unkorrekter Positionierung des Laminats 1 in aufeinanderfolgenden prozeßschritten mit der Folge, daß kein hinreichender Kontakt zwischen den einzelnen Leitbahnabschnitten - insbesondere zwischen der Innenwand beschichtung und dem eigentlichen Leiterzug - besteht, al so die Durchkontaktierung stellenweise von Anfang an un terbrochen ist oder die akute Gefahr von Unterbrechungen infolge - auch schon geringfügiger - Korrosion im Betrieb besteht.In these methods - as schematically sketched in Fig. 3 (a) and (b) - the possibility of misalignments of the holes 5 with their inner wall coating 6 compared to the residual rings 4 a, 4 b and the holes 5 together with the residual rings 4 a, 4 b compared to the conductor lines 3 c, 3 d as a result of incorrect positioning of the laminate 1 in successive process steps, with the result that there is insufficient contact between the individual interconnect sections - in particular between the inner wall coating and the actual conductor line - al so that the through-connection is interrupted in places from the beginning or there is an acute risk of interruptions due to - even minor - corrosion in operation.
Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Qualitätsprü fung nach der Fertigung oder schon einer relevanten Ferti gungsstufe und/oder Überwachung der Mehrlagen-Leiter platten während des Betriebes unter besonderer Berücksich tigung der Durchkontaktierungsbereiche.This results in the need for a quality check after production or a relevant production level and / or monitoring of the multi-layer ladder plates under special consideration during operation through-hole areas.
Bei den bekannten, speziell für die Prüfung von Leiterzü gen auf einer Ebene einer Leiterplatte vorgesehenen Leiterplatten-Prüfgeräten dominiert derzeit die optische Überprüfung.In the known, especially for the testing of wire pull gene provided on one level of a circuit board PCB test devices currently dominate the optical Verification.
So wird bei einem Vergleich mit einem Standard abwechselnd im steroskopischen Strahlengang der Prüfling und dann der Standard dargeboten, wie es beispielsweise in der DE-OS 25 30 750 beschrieben ist.In this way, a comparison with a standard alternates in the steroscopic beam path the test specimen and then the Standard presented, as for example in the DE-OS 25 30 750 is described.
Bekannt ist aus DE-OS 35 40 100 auch eine rechnergestützte Prüfung von Leiterplatten mittels der optischen Design- Rule-Prüfung auf funktionelle Fehler.A computer-based is also known from DE-OS 35 40 100 Testing of printed circuit boards using the optical design Rule check for functional errors.
Aus DD-PS 2 37 382 ist weiterhin bekannt, daß ausgangssei tig mit einem Bus und eingangsseitig mit einem Geber ge koppelte Eingangsschaltkreise zur Messung des Gebersignals und zur Überwachung benutzt werden. From DD-PS 2 37 382 it is also known that ausgangssei with a bus and on the input side with an encoder coupled input circuits for measuring the encoder signal and used for surveillance.
Aus DE-OS 28 21 821 ist schließlich bekannt, das vollstän dige Vorhandensein einer Anzahl von Baugruppen in einer Schaltung mittels eines einerseits auf einer Leiter plattenseite als Leiterbahn oder Drahtbrücke und anderer seits auf der Leiterplatteneinschubseite (Steckerseite) vorgesehenen, jede Baugruppe passierenden, unter Einschluß vorhandener, normaler Leiterbahnzüge vorgegebenen Strom pfades zu überwachen.From DE-OS 28 21 821 it is finally known that completely presence of a number of assemblies in one Switching by means of one hand on a ladder board side as conductor track or wire bridge and others on the PCB insertion side (connector side) provided, including each assembly, including existing, normal conductor tracks predetermined current to monitor the path.
Diese Lösungen sind für die Prüfung von Mehrlagenschaltun gen mit den oben beschriebenen Merkmalen hinsichtlich der erwähnten möglichen Fehler nicht geeignet.These solutions are for testing multilayer circuits gene with the features described above in terms of Possible errors mentioned are not suitable.
Bei einer Anwendung der letztgenannten Lösung wäre insbe sondere in keiner Weise gesichert, daß bei einer Abwei chung der Lage der Bohrungen oder einem sonstigen - etwa durch Korrosion bedingten - Fehler gerade der zur Prüfung vorgegebene Strompfad unterbrochen wird.Using the latter solution would be particularly special secured in no way that with a deviation the position of the holes or another - for example due to corrosion - errors especially for testing predetermined current path is interrupted.
Aufgrund der Bohrungstoleranzen, der Toleranzen in den Abmessungen der Restringe und vor allem des Versatzes ein zelnen Ebenen gegeneinander bei deren Schichtung kann es zu Unterbrechungen im Bereich der Durchkontaktierungen kommen, die nicht notwendig zu Unterbrechungen gerade des zur Prüfung vorgegebenen Strompfades führen und daher bei der Prüfung unentdeckt blieben. Andererseits reagiert das Verfahren natürlich (wie primär beabsichtigt) auch auf das Fehlen einer Baugruppe bei intaktem Multilayer, d. h. die Fehlermeldung ist unspezifisch hinsichtlich der Leiter plattenfunktion. Because of the bore tolerances, the tolerances in the Dimensions of the residual rings and especially the offset individual levels against each other when layering it can to interruptions in the area of the plated-through holes that do not necessarily lead to interruptions of the lead to the test of the specified current path and therefore at the test went undetected. On the other hand, that reacts Procedure of course (as primarily intended) on the Absence of an assembly with an intact multilayer, i. H. the Error message is unspecific regarding the ladder plate function.
Einige der bekannten Lösungen sind aufwendig, und sie ge statten nur die Fertigungs-Endkontrolle bzw. die Kontrolle bei Wareneingang, aber keine Überwachung der Leiterplatte während des Betriebes.Some of the known solutions are complex, and they ge equip only the final production inspection or the inspection upon receipt of goods, but no monitoring of the circuit board during operation.
Vor allem sind sie jedoch nicht für die Prüfung von Multi layer-Leiterplatten einsetzbar.Above all, however, they are not for multi testing Layer circuit boards can be used.
Es sind Lösungen zur schnellen und einfachen Kabel- bzw. Leitungsprüfung bekannt, bei denen entweder eine Überwa chung des ohmschen Widerstandes erfolgt oder bei denen während des Betriebes kapazitiv ein Signal in das Kabel eingespeist und ausgekoppelt wird.They are solutions for quick and easy cable or Line test known, in which either a moni Ohmic resistance takes place or in those a capacitive signal into the cable during operation is fed in and decoupled.
So ist aus DD-PS 1 39 307 eine entsprechende Anordnung zur Ortung von Drahtbrüchen in plastisolierten Einzeladern be kannt. Diese Lösung ist jedoch hochspezifisch auf die Qua litätsüberwachung während des Herstellens einer isolierten Kabels zugeschnitten.So from DD-PS 1 39 307 a corresponding arrangement for Locating wire breaks in plastic-insulated single wires knows. However, this solution is highly specific to the Qua Liability monitoring during the manufacture of an isolated Tailored cable.
Bei einer ähnlichen Lösung nach DD-PS 2 18 191 werden Ka belmantel und Kabelader, welche kapazitiv am Kabelende miteinander gekoppelt sind, am Kabelanfang überwacht. Eine derartige kapazitive Kopplung verursacht jedoch auch eine Übertragung von Störungen, was einer Anwendung bei der Leiterplattenüberwachung im Wege steht.In a similar solution according to DD-PS 2 18 191 Ka cable sheath and cable core, which are capacitive at the cable end are coupled together, monitored at the beginning of the cable. A however, such capacitive coupling also causes one Transmission of interference, which is an application in the PCB monitoring is in the way.
Aus DE 41 13 606 01 ist es bekannt, zur Prüfung und lau fenden Überwachung von (ebenen) Leiterplatten einen zu sätzlichen Leiterzug auf diese aufzubringen, der dünner als die Funktions-Leiterbahnen ausgebildet ist, in diesen an einem Einspeisepunkt ein Signal einzuspeisen und an ei nem Rücklesepunkt einer den dünneren Leiter enthaltenden Kontrollschleife das abgenommene Signal mit dem eingespei sten zu vergleichen.From DE 41 13 606 01 it is known for testing and lukewarm provide monitoring of (flat) printed circuit boards to apply additional conductor track to this, the thinner than the functional conductor tracks is formed in these to feed in a signal at an entry point and at ei a read-back point of one containing the thinner conductor Control loop the picked up signal with the fed to compare.
Weist der dünne Leiterzug - insbesondere infolge zu inten siven oder ausgedehnten Ätzens oder mechanischer Beschädi gung - einen Fehler auf, weicht das abgenommene vom einge speisten Signal ab, und dieser Umstand wird als negatives Prüfergebnis hinsichtlich der Funktionssicherheit der Lei terplatte als Ganzes verwendet.If the thin conductor line shows - especially due to inten sive or extensive etching or mechanical damage gung - an error, the removed one deviates from the one fed off signal, and this fact is called negative Test result regarding the functional safety of the Lei used as a whole.
Diese Lösung ist nicht für die Prüfung von Durchkontaktie rungsbereichen in Multilayern geeignet.This solution is not for through-hole testing areas in multilayers.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die eine einfache und schnelle Funktionskontrolle von Durchkontaktierungen sowohl bei der Fertigung als auch bei der Betriebsüberwachung von Mehrla genschaltungen ermöglicht.The invention is therefore based on the object To create arrangement that is simple and quick Functional check of vias at both Manufacturing as well as the operational monitoring of Mehrla connections possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is accomplished by an arrangement with the features of claim 1 solved.
Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen.Expedient configurations result from the Unteran sayings.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn auf den einzelnen Leitbahnebenen der Mehrlagenschaltung spezielle Prüf-Restringe mit verringerten Abmessungen aufgebracht und mit Prüf-Leitbahnen zu Kontrollschleifen verbunden sind, in die an einem Einspeisepunkt ein Signal einge speist und aus denen an einem Rücklesepunkt das dort an stehende Signal abgenommen und mit dem eingespeisten Si gnal verglichen wird, ein Qualitätstest der Multilayer- Platine nach Bohr- und Durchkontaktierschritten ebenso wie eine laufende Betriebskontrolle möglich ist, da sich Posi tionsverschiebungen der einzelnen Lagen gegeneinander oder von Bohrungssätzen gegenüber der Platine ebenso wie Korro sionsvorgänge zuerst in den Bereichen der Prüf-Restringe mit den verringerten Abmessungen als unzulässige Quer schnittsverringerungen oder Unterbrechungen auswirken und sich diese in Abweichungen des in die Kontrollschleife eingespeisten vom ausgelesenen Signal manifestieren wer den.The invention is based on the knowledge that when the special interconnect levels of the multilayer circuit Test rings with reduced dimensions applied and connected with test tracks to control loops into which a signal is input at an entry point feeds and from which at a read-back point there standing signal is removed and with the injected Si gnal is compared, a quality test of the multilayer Board after drilling and through-hole steps as well An ongoing operational control is possible because Posi tion shifts of the individual layers against each other or of sets of holes opposite the board as well as Korro processes first in the areas of the test ring with the reduced dimensions as an impermissible cross cut or interruptions and these differ in the control loop injected from the read signal manifest who the.
Wenn die verringerte geometrische Abmessung sich in radia ler und/oder axialer Richtung des Bohrlochs erstreckt, das von dem Restring umgeben ist, werden Fehler bei einer geo metrischen Ungenauigkeit der Anbringung der mechanischen Bohrung in jeder radialen Richtung mit gleicher Empfind lichkeit erfaßt, insbesondere, wenn die geometrische Ab messung bei einem in seiner Sollposition befindlichen Bohrloch um dieses herum einen im wesentlichen konstanten Wert aufweist. Die willkürliche Verringerung der geometri schen Abmessung kann dabei auch in einer Verringerung der Materialdicke des Restrings bestehen, wodurch zwar zu nächst eine sichere Kontaktierung bewirkt wird, aber sol che zeitabhängigen Beeinträchtigungen, welche eine Ver ringerung der Beschichtungsdicke bewirken, signalisiert werden, bevor sie sich auf Restringe mit nicht entspre chend verminderten geometrischen Abmessungen auswirken. If the diminished geometric dimension changes in radia ler and / or axial direction of the borehole extends surrounded by the ring, errors in a geo metric inaccuracy of attaching the mechanical Bore in every radial direction with the same sensitivity sensibility, especially when the geometric Ab measurement of one in its target position Borehole around this a substantially constant Has value. The arbitrary reduction in geometri dimensions can also result in a reduction in Material thickness of the residual ring exist, which increases next secure contacting is effected, but sol che time-dependent impairments, which a Ver cause a reduction in the coating thickness before they correspond to any remaining rings accordingly diminished geometric dimensions.
Zum Bewerkstelligen des Signalvergleichs dient eine Schal
tungsanordnung zur Kontrollschleifenüberwachung, die aus
einem Widerstandsmeßgerät (Ohmmeter) bzw. mindestens einem
Treiber und mindestens einer Empfangsstufe sowie einer
Auswerteschaltung mit Einrichtung zur Ausgabe eines Feh
lersignals bei ungenügender Übereinstimmung des Meßsignals
mit dem Testsignal besteht
Die wichtigste Ausgestaltung des Erfindungsgedankens hin
sichtlich der konkreten Wahl derjenigen geometrischen Ab
messung, die bei dem bzw. den Prüf-Restring(en) geringer
gewählt wird als bei den übrigen ("Funktions-")Restringen,
besteht darin, daß der Restring in der Kontrollschleife
einen kleineren Durchmesser aufweist als die übrigen Rest
ringe auf der Mehrlagen-Leiterplatte.To accomplish the signal comparison, a circuit arrangement for control loop monitoring is used, which consists of a resistance measuring device (ohmmeter) or at least one driver and at least one receiving stage and an evaluation circuit with device for outputting an error signal if the measurement signal does not match the test signal
The most important aspect of the idea of the invention with regard to the concrete choice of the geometrical dimension that is chosen smaller for the test ring (s) than for the other ("functional") ring rings is that the ring ring in the Control loop has a smaller diameter than the rest of the rings on the multilayer circuit board.
Speziell für die Qualitätskontrolle hinsichtlich der Ätz prozesse bei der Herstellung der Leiterplatte sowie für die Überwachung in Bezug auf Korrosionsvorgänge im Betrieb kann es aber auch zweckmäßig sein, daß der Restring in der Kontrollschleife eine geringere Dicke aufweist als die übrigen Restringe auf der Mehrlagen-Leiterplatte.Especially for quality control with regard to etching processes in the manufacture of the printed circuit board and for the monitoring of corrosion processes in operation it may also be appropriate that the ring in the Control loop has a smaller thickness than that remaining rings on the multilayer circuit board.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß die Kontrollschleife in jeder von ihr berührten Ebene der Mehrlagen-Leiterplatte einen Restring mit einer jeweils ge ringeren geometrischen Abmessung als die übrigen Restringe aufweist.Another preferred embodiment is that the control loop in every level it touches Multi-layer circuit board a ring with a ge smaller geometric dimension than the rest of the rings having.
Alternativ dazu ist es aber auch möglich, nur in bestimm ten, besonders fehlergefährdeten Ebenen (im Hinblick auf Korrosionserscheinungen etwa auf den äußeren Lagen) Prüf- Restringe vorzusehen.Alternatively, it is also possible to only in certain levels that are particularly prone to errors (with regard to Signs of corrosion, for example on the outer layers) To provide rings.
Zur differenzierteren, über "Defekt/Nicht-defekt"-Aussagen hinausgehenden Prüfung eignet sich besonders eine Ausge staltung, bei der zwischen verschiedenen Ebenen der Mehrlagen-Leiterplatte mehrere Kontrollschleifen gebildet sind, derart, daß ein in einer bestimmten Ebene eingespei stes Testsignal mit in verschiedenen anderen Ebenen abge nommenen Meßsignalen verglichen werden kann.For more differentiated, about "Defect / non-defective" statements a test is particularly suitable design, between different levels of Multi-layer circuit board formed several control loops are such that one is fed in at a certain level test signal with different levels taken measurement signals can be compared.
Dem gleichen Zweck dient auch eine Ausgestaltung, bei der verschiedene Kontrollschleifen gebildet sind, die jeweils Restringe einer in vorgegebener Abstufung zu den anderen Kontrollschleifen gewählten Abmessung umfassen. So können etwa eine Kontrollschleife 1 mit um 0,1 mm unter dem nor malen Durchmesser liegendem Restringdurchmesser, eine Schleife 2 mit um 0,2 in verringertem Restringdurchmes ser, eine Schleife 3 mit um 0,3 mm verringertem Durchmes ser usw. gebildet sein. Die Feststellung, welche der Kon trollschleifen unterbrochen sind, ermöglicht dann eine Aus sage über die Größe des Versatzes der Ebenen.The same purpose is also served by a configuration in which various control loops are formed, each of which comprises residual rings of a dimension selected in a predetermined gradation from the other control loops. For example, a control loop with 1 to 0.1 mm under the standard directional diameter lying annular ring diameter, a loop with a loop 2 may be formed with 3 mm to 0.3 reduced diam etc. ser ser 0.2 in reduced Restringdurchmes. The determination of which of the control loops are interrupted then enables a statement to be made about the size of the offset of the levels.
Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung und Verschaltung von Prüf-Restringen auf den verschiedenen Ebenen des Mul tilayers, die zunächst eine schnelle und einfache Aussage ermöglicht, ob überhaupt ein Defekt vorliegt, und die bei Fall eines Defekts anschließend dessen Lokalisierung er laubt.An arrangement and connection is particularly advantageous of test rings at the different levels of the Mul tilayers, which is initially a quick and easy statement enables whether there is a defect at all, and the at In the event of a defect, then locate it leaves.
Im Normalfall wird die Erfindung bevorzugt so ausgeführt werden, daß sämtliche Ebenen der Mehrlagen-Leiterplatte von mindestens einer Kontrollschleife mit einem oder meh reren Prüf-Lötauge(n) in der entsprechenden Ebene erfaßt werden.In the normal case, the invention is preferably carried out in this way that all levels of the multilayer circuit board of at least one control loop with one or more other test soldering eye (s) recorded in the corresponding plane become.
Für Sonderfälle kann es aber auch ausreichen, nur vorbe stimmte Ebenen - etwa die äußeren Lagen der Gesamtstruktur und/oder diejenigen der Zwischenlaminate mit Prüf-Lötaugen zu versehen und in Kontrollschleifen einzubeziehen.In special cases, however, it can also be enough, just by the way agreed levels - such as the outer layers of the overall structure and / or those of the intermediate laminates with test pads to be provided and included in control loops.
Aus Gründen der Vereinfachung und damit kostengünstigeren Realisierung der Anordnung bietet es sich an, die Schal tung zur Kontrollschleifenüberwachung insgesamt auf einer Ebene der Mehrlagen-Leiterplatte zu bilden und in jede Kontrollschleife mindestens zwei Durchkontaktierungs- Bereiche einzuschließen.For the sake of simplification and therefore cheaper Realization of the arrangement lends itself to the scarf control loop monitoring overall on one Form the level of the multilayer circuit board and into each Control loop at least two vias Include areas.
Es ist aber auch möglich, daß jede Kontrollschleife zumin dest mit jeweils einem zugehörigen Treiber und einer zuge hörigen Empfangsstufe verbunden ist.But it is also possible that every control loop at least least with one associated driver and one assigned listening reception level is connected.
Eine weitere Ausgestaltung, die insbesondere dann vorteil haft sein kann, wenn bei einer mittels der zu überwachen den Mehrlagen-Leiterplatte zu realisierenden Mehrlagen schaltung ohnehin nach Kundenspezifikationen speziell ge fertigten Schaltungen eingesetzt werden, besteht darin, daß die mit mindestens einer Kontrollschleife verbundene Schaltung zur Kontrollschleifenüberwachung in einer inte grierten Funktionsschaltung auf der Mehrlagen-Leiterplatte enthalten ist.Another embodiment, which is particularly advantageous may be imprisoned if to be monitored by means of a the multilayer circuit board to be realized multilayer switching according to customer specifications anyway manufactured circuits, consists in that the associated with at least one control loop Circuit for control loop monitoring in an inte free function circuit on the multilayer circuit board is included.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung erge ben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausfüh rungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zei gen:Other features and advantages of the invention ben from the following explanation of exec tion examples based on the figures. Zei from the figures gene:
Fig. 1 das grundsätzliche Schaltschema einer Ausführung der Erfindung, Fig. 1 shows the basic circuit diagram of an embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Prinzipskizze des Aufbaus einer Mehrlagen- Leiterplatte im Querschnitt, Fig. 2 is a schematic diagram of the structure of a multilayer printed circuit board in cross-section,
Fig. 3 (a) und (b) schematische Darstellungen zur Verdeut lichung des Problems der Fehlausrichtung zwischen den Durchkontaktierungs-Bohrungen und Leiterbahnzügen bei ei ner Mehrlagen-Leiterplatte, Fig. 3 (a) and (b) are schematic diagrams for Verdeut the problem of misalignment between the feedthrough holes and conductor track trains lichung multilayer circuit board in egg ner,
Fig. 4 (a) bis (c) schematische Querschnitts-Darstellungen der Durchkontaktierungs-Bereiche von Mehrlagen-Leiter platten nach Ausführungsformen der Erfindung und Fig. 4 (a) to (c) are schematic cross-sectional representations of the feedthrough areas of multi-layer printed circuit boards according to embodiments of the invention, and
Fig. 5 eine perspektivisch angelegte Prinzipskizze einer Mehrlagenschaltung mit Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 5 is a perspective sketch of a multilayer circuit with embodiments of the invention.
In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung zur Kontrollschlei fenüberwachung für eine Mehrlagen-Leiterplatte 1 mit einer Kontrollschleife gemäß Fig. 5 dargestellt.In Fig. 1, the circuit arrangement for control loop fen monitoring for a multi-layer circuit board 1 with a control loop shown in FIG. 5 is shown.
Ein Testsignal T wird über einen Treiber 8 an einen Ein speisepunkt 9 angelegt und gelangt über eine Kontroll schleife 7, 7′ der Mehrlagen-Leiterplatte 1 als Meßsignal M zu einem Rücklesepunkt 10.A test signal T is applied via a driver 8 to a feed point 9 and passes through a control loop 7 , 7 'of the multilayer circuit board 1 as a measurement signal M to a read-back point 10 .
Der Rücklesepunkt 10 ist mit dem Eingang einer Empfangs stufe 11 und über einen Widerstand R mit der Speisespan nung Uc verbunden, und die Ausgänge des Treibers 8 und der Empfangsstufe 11 sind mit einer Auswertungsschaltung 12 verbunden. Diese Schaltungsanordnung befindet sich auf ei ner der beiden äußeren Ebenen 1a, 1b der Leiterplatte 1.The readback point 10 is connected to the input of a receiving stage 11 and via a resistor R to the supply voltage Uc, and the outputs of the driver 8 and the receiving stage 11 are connected to an evaluation circuit 12 . This circuit arrangement is located on egg ner of the two outer levels 1 a, 1 b of the circuit board 1 .
Bei (in Fig. 3 nicht dargestellten Abwandlungen) ist der Rücklesepunkt mit dem Einspeisepunkt einer weiteren Kon trollschleife verbunden, und deren Rücklesepunkt ist mit der Empfangsstufe verbunden, oder jeder Kontrollschleife ist ein jeweils eigener Treiber und eine eigene Empfangs stufe zugeordnet.In (not shown in Fig. 3 modifications), the read-back point is connected to the feed-in point of a further control loop, and its read-back point is connected to the reception stage, or each control loop is assigned its own driver and reception stage.
Als Testsignal T wird ein Gleichstrom- oder Wechselstrom signal bzw. ein Gleichstromsignal mit überlagertem Wech selstrom-Signal eingesetzt.A DC or AC current is used as the test signal T. signal or a direct current signal with superimposed altern selstrom signal used.
Bei einer Gleichstromsignaleinspeisung soll die Kontroll schleife als eine Masseleiterbahn ausgebildet sein. Bei Low-Pegel am Einspeisepunkt 9 kann der Pegel am Rücklese punkt 10 durch den Widerstand R zur Speisespannung Uc = +5 V auf einem definierten Niveau gehalten werden, falls eine Unterbrechung der Kontrollschleife infolge Überschreitung der - durch den Durchmesser des Prüf-Rest ringes vorgegebenen - höchstzulässigen Fehlausrichtung zwischen den Bohrungen und den Leitbahnen vorliegt.In the case of a direct current signal feed, the control loop should be designed as a ground conductor. At low level at the feed point 9 , the level at the readback point 10 can be kept at a defined level by the resistor R to the supply voltage U c = +5 V if the control loop is interrupted as a result of the ring being exceeded by the diameter of the test predetermined - maximum allowable misalignment between the holes and the interconnects.
Bei einer Fertigungskontrolle oder einer Wareneingangskon trolle wird dann High-Pegel am Rücklesepunkt 10 gemessen, und die Auswertungsschaltung 12 stellt eine Unterbrechung der Kontrollschleife 7 (bzw. 7′) fest und gibt ein Fehler signal F aus. In a production control or a goods receipt control high level is then measured at the read-back point 10 , and the evaluation circuit 12 detects an interruption of the control loop 7 (or 7 ' ) and outputs an error signal F.
In einer Abwandlung kann zu einer Gleichstromeinspeisung mit überlagertem Wechselstromsignal oder zu einer Wechsel stromeinspeisung, vorzugsweise zu Rechteckimpulsen niedri ger Frequenz übergegangen werden.In a modification, it can be fed into a direct current with superimposed AC signal or for a change current feed, preferably to rectangular pulses low low frequency.
Wird ein negatives Potential (andere Polarität) gewählt oder ein Pegel zwischen Low- und High-Potential (z. B. von 2 V) eingesetzt, so können Abweichungen von diesem Pegel als Fehler gewertet werden.If a negative potential (different polarity) is chosen or a level between low and high potential (e.g. from 2 V), deviations from this level can occur can be considered as errors.
Diesem Pegel kann noch ein Wechselstromsignal überlagert werden, um - etwa in Anpassung an unterschiedliche Spezi fika der in der Mehrlagenschaltung realisierten Funktions schaltungen - verschiedene Polaritäten des High-Pegels zu erzeugen.An AC signal can also be superimposed on this level to - for example, in adaptation to different species fika of the function realized in the multi-layer circuit circuits - different polarities of the high level produce.
Eine Prinzipdarstellung der Kontrollschleife 7 mit je zwei auf der Ober- und der Unterseite 1a, 1b der Leiterplatte 1 angeordneten Restringen 4a, 4a′, 4b, 4b′ verringerten Durchmessers, zwei Verkupferungs-Abschnitten 6, 6′ auf den Wandungen zweier Bohrlöcher 5, 5′ und einem ebenen Leiter abschnitt 3d auf der Unterseite 1b in der schematischen Querschnittsdarstellung einer Zweilagenleiterplatte zeigtA schematic diagram of the control loop 7 , each with two on the top and the bottom 1 a, 1 b of the circuit board 1 arranged residual rings 4 a, 4 a ', 4 b, 4 b' reduced diameter, two copper sections 6 , 6 'on the walls of two holes 5 , 5 'and a flat conductor section 3 d on the underside 1 b in the schematic cross-sectional view of a two-layer circuit board shows
Fig. 4a. Fig. 4a.
In Fig. 4b ist eine Abwandlung für eine Mehrlagen-Leiter platte mit Ebenen 2a bis 2d dargestellt, bei der auf den Ebenen 2b, 2c und 2d je ein Abgriff (Rücklesepunkt) 10b, 10c und 10d vorgesehen ist, der mit der Empfangsschaltung 11 verbunden ist oder wahlweise verbunden werden kann und durch ein ebenenweises Durchprüfen des Multilayers 1 und damit die Lokalisierung eines Fehlers hinsichtlich der be troffenen Ebene möglich ist.In Fig. 4b a modification for a multilayer printed circuit board with levels 2 a to 2 d is shown, in which a tap (read back point) 10 b, 10 c and 10 d is provided on levels 2 b, 2 c and 2 d is, which is connected to the receiving circuit 11 or can be optionally connected and by a level-wise checking of the multilayer 1 and thus the localization of an error with respect to the level concerned is possible.
Hier ist in dem Fall, daß die Restringe zusammen mit den Leitbahnen erzeugt werden, keine Leiterbahnunterbrechung im Durchkontaktierungsbereich schon auf der obersten Ebene möglich, so daß nur die Abgriffe 10b bis 10d benötigt wer den.Here, in the case that the residual rings are generated together with the interconnects, no interconnect interruption in the via area is already possible on the top level, so that only the taps 10 b to 10 d are required for who.
Werden die Restringe hingegen mit dem Schritt der Innen wand-Verkupferung der Bohrungen erzeugt, kann bereits auf der obersten Ebene 2a eine Fehlausrichtung zwischen Rest ringen und Leitbahnen mit der Folge einer Unterbrechung im Durchkontaktierungsbereich vorkommen, so daß zur exakten Lokalisierung des Fehlers bereits hier ein Abgriff benö tigt wird, der in der Figur gestrichelt dargestellt und mit 10a bezeichnet ist.If, on the other hand, the residual rings are generated with the step of copper-plating the boreholes, a misalignment between the rest of the rings and interconnects can occur at the top level 2 a, with the result of an interruption in the via area, so that an exact localization of the fault can already occur here Tap is needed, which is shown in dashed lines in the figure and designated 10 a.
In Fig. 4c ist eine Anordnung gezeigt, mit der sowohl das schnelle Durchprüfen des Multilayers auf das Vorhandensein eines Fehlers im Bereich mehrerer Durchkontaktierungen als auch dessen anschließende Lokalisierung, d. h. die genaue Ermittlung der Leitbahnebene mit einem wahrscheinlichen Defekt möglich ist.In Fig. 4c is shown an arrangement by which both the fast By checking the multi-layer to the presence of an error in the range of several plated through-holes as well as its subsequent isolation, the exact determination of the interconnect plane ie with a probable defect is possible.
In Fig. 4c ist insbesondere ersichtlich, daß Restringe, welche in jeweils einer der Ebenen 2b bis 2d gelegen sind, in jeweils einer Kontrollschleife gelegen sind, welche ausschließlich Restringe mit verminderten geometrischen Abmessungen berührt, die in dieser Ebene gelegen sind. In Fig. 4c it can be seen in particular that residual rings, which are located in one of the levels 2 b to 2 d, are each located in a control loop, which only touches residual rings with reduced geometric dimensions, which are located in this plane.
Dabei sind verschiedene Kontrollschleifen vorgesehen, in der Weise, daß einerseits Restringe, welche in jeweils ei ner der Ebenen gelegen sind, sowohl in einer Kontroll schleife gelegen sind, welche ausschließlich Restringe mit verminderten geometrischen Abmessungen berührt, die in dieser Ebene gelegen sind, als auch innerhalb einer weite ren Kontrollschleife, welche Restringe, umfaßt, die in ei ner anderen Ebene gelegen sind (Die jeweils in einer ein zigen Ebene gelegenen Bohrungen sind in Fig. 4c jeweils durch benachbarte Durchkontaktierungen erreichbar.).Various control loops are provided in such a way that, on the one hand, residual rings, which are located in each of the planes, are both located in a control loop, which only touches residual rings with reduced geometric dimensions, which are located in this plane, as well within a further control loop, which comprises residual rings, which are located in a different plane (the bores located in a single plane are each accessible in FIG. 4c by adjacent plated-through holes).
Andererseits sind wiederum diejenigen Restringe, welche in der anderen Ebenen gelegen sind, wiederum in einer weite ren Kontrollschleife gelegen, welche ausschließlich Re stringe mit verminderten geometrischen Abmessungen be rührt, die in der anderen Ebene gelegen sind (Die in un terschiedlichen Ebenen gelegenen Restringe sind in der Ausführung nach Fig. 4c über nicht benachbarte Durchkon taktierungen erreichbar.). Sämtliche Kontrollschleifen füh ren zur obersten Leiterebene, welche durch entsprechende Kontaktierung von extern her erreichbar sind, um Kontroll signale einzuspeisen und abzufragen.On the other hand, those ring rings that are located in the other level are in turn located in a further control loop that only touches strings with reduced geometric dimensions that are located in the other level (the ring rings located in different levels are in the embodiment of FIG. 4c achievable through non-adjacent through contacts.). All control loops lead to the top managerial level, which can be reached externally by appropriate contacting, in order to feed and query control signals.
Hier erstreckt sich die Leitungsführung der Prüfanordnung über so viele Durchkontaktierungsbereiche, wie der Multi layer 1 Ebenen hat - im dargestellten Beispiel vier -, wobei auf jeder der Ebenen 2a bis 2d jeweils die einander benachbarten Bohrungs-Innenbeschichtungen 6, 6′, 6′′ und 6′′′ miteinander über die ihnen zugeordneten Restringe 4b, 4b′, 4c′, 4c′′, 4d′′ und 4d′′′ sowie je eine Leitbahn 3b, 3c, 3d verbunden sind. Here, the cable routing of the test arrangement extends over as many plated-through areas as the multi-layer 1 levels - four in the example shown - with the adjacent bore inner coatings 6 , 6 ′, 6 ′ on each of the levels 2 a to 2 d. 'And 6 ''' with each other via the associated rings 4 b, 4 b ', 4 c', 4 c '', 4 d '' and 4 d '''and one interconnect 3 b, 3 c, 3 d are connected.
Die einzelnen Rücklesepunkte befinden sich an den Innen wandungen 6, 6′, 6′′ bzw. 6′′′ der Bohrungen 5, 5′, 5′′ und 5′′′.The individual readback points are on the inner walls 6 , 6 ', 6 ''and 6 ''' of the holes 5 , 5 ', 5 ''and 5 '''.
Die Gesamtprüfung des Multilayers erfolgt durch Rücklesen an der Innenbeschichtung 6′′′, während über die übrigen Rücklesepunkte die Lokalisierung der defekten Multilayer- Ebene bei Nachweis eines Fehlers erfolgen kann.The overall inspection of the multilayer is carried out by reading back on the inner coating 6 ''', while the defective multilayer level can be located via the remaining readback points if an error is detected.
In Fig. 5 ist ein Multilayer 1 mit einem Funktionsblock 8, 11, 12 aus Treiber 8, Empfangsschaltung 11 und Auswerte schaltung 12 mit dem räumlichen Verlauf zweier Kontroll schleifen 7 und 7′ mit den Einlesepunkten 9 und 9′ und den Rücklesepunkten 10 und 10′ in perspektivischer Darstellung gezeigt. Es ist ein Leitungsverlauf 7′ mit minimaler Länge sowie ein Verlauf 7 gezeigt, bei dem je zwei zu gegenüber liegenden Kanten des Multilayers 1 eng benachbarte Durch kontaktierungsbereiche sowie ausgedehnte Leiterzüge auf den einzelnen Ebenen in die Kontrollschleife einbezogen wurden.In Fig. 5 is a multilayer 1 with a function block 8 , 11 , 12 from driver 8 , receiving circuit 11 and evaluation circuit 12 with the spatial profile of two control loops 7 and 7 'with the read points 9 and 9 ' and the read back points 10 and 10 'Shown in perspective. There is a line course 7 'with a minimum length and a course 7 is shown, in which two closely opposite edges of the multilayer 1 through contacting areas and extensive conductor lines on the individual levels were included in the control loop.
Mit der letztgenannten Führung der Kontrollschleife sind insbesondere die Folgen kantennaher Korrosionsprobleme und mechanischer Beanspruchung des Multilayers frühzeitig nachzuweisen.With the latter leadership of the control loop are in particular the consequences of corrosion problems close to the edge and mechanical stress on the multilayer early to prove.
Außer der Prüf-Anordnung ist schematisch ein Leitungsver lauf 14 zwischen einem auf dem Multilayer zentral gelege nen Bauelement 13 und einer an der Leiterplatten- Peripherie angeordneten Schaltung 15 mit zwei Durchkontak tierungsbereichen 16, 16′ gezeigt. In addition to the test arrangement, a circuit 14 is shown schematically between a component 13 centrally located on the multilayer and a circuit 15 arranged on the circuit board periphery with two through-contacting areas 16 , 16 '.
Die Erfindung ist in ihrer Ausführung nicht auf die vor stehend angegebenen Ausführungsbeispiele und deren Abwand lungen beschränkt, sondern es ist eine Vielzahl weiterer Ausführungen denkbar, die von der dargestellten Lösung ebenfalls Gebrauch machen.The invention is not based on the execution standing examples and their modification lungs limited, but it is a variety of others Versions conceivable from the solution shown also make use of it.
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