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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf
Verfahren zur Prüfung elektronischer Schaltungselemente, die
auf einer Printplatte angeordnet sind.
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Die WO-A-89/12379 beschreibt ein System zur Feststellung
freier Partikel in Gehäusen von Schaltungselementen, die
auf einer Printplatte aufgebaut sind. Die Printplatte wird
auf einem Vibrationstisch festgelegt und ein
piezoelektrischer Sensor, der auf einzelnen integrierten
Schaltungspacks angeordnet ist, erkennt Schallstöße, die durch freie
Partikel erzeugt werden, die in den ICs eingeschlossen sind.
Mittels eines auf einem Tisch montierten
Beschleunigungsmessers können Vibrationspegel auf dem Tisch überwacht und
gesteuert werden. Das in dieser Druckschrift beschriebene
System ist jedoch nicht in der Lage, Vibrationen örtlich
auf einem IC aufzuprägen, und es können auch keine
örtlichen Vibrationspegel gemessen werden, denen das System
während der Prüfprozedur ausgesetzt wird.
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Um zu gewährleisten, daß ein Element einer elektronischen
Schaltung betriebssicher arbeitet, ist es übliche Praxis,
die Schaltung aufzubereiten, um frühe Fehler auszuschalten.
Dieses Verfahren ist unter einer Anzahl von Ausdrücken
bekannt, wie z. B.: umgebungsbedingte Beanspruchungsabschirmung
(Evironmental Stress Screening); prozeßeigene:
Konditionierung (In-Process Conditioning) und der hierauf bezogene
Ausdruck Voralterung (Burn-In).
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Bei diesen Verfahren wird die Schaltung in einer Klimakammer
untergebracht und wiederholt Zyklen extremer Temperaturen
ausgesetzt (im typischen Fall -30ºC +50ºC), und die Schaltung
wird einer Vibration während einer Zeitdauer von im typischen
Fall 4 bis 40 Stunden unterworfen. Die Einheiten werden durch
eine äußere Einrichtung angeregt, beispielsweise durch eine
Vibrationsplattform, und es werden kritische Signale durch
einen Computer überwacht, um irgendwelche Fehler festzustellen.
Alle Schaltungen, die diese Prüfungen überleben, haben sich
statistisch als sehr betriebssicher erwiesen.
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Bei einem großen Durchsatz einer solchen Schaltung bleibt es
nicht aus, daß Fehler auftreten, die eine Diagnose erfordern.
Wenn irgendetwas bricht oder das gleiche Problem unter
Umgebungsbedingen zeigt, ist es nicht zu schwierig, dies zu
erkennen. Wenn der Fehler nur gelegentlich bei extremen
Temperaturen oder in Verbindung mit aufgebrachten Vibrationen
auftritt, ist es schwierig, dieses Problem zu diagnostizieren.
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Es gibt eine Anzahl von Maßnahmen, die benutzt werden können,
um thermisch induzierte Probleme zu diagnostizieren,
beispielsweise Wärmekanonen, Gefriersprühmittel, und der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Diagnose von durch Vibration erzeugte Fehler
zu schaffen. Außerdem bezweckt die Erfindung die Schaffung
einer steuerbaren, tragbaren, örtlichen Vibrationsquelle.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur
Prüfung der Funktionsfähigkeit elektronischer
Schaltungselemente unter Vibrationsbedingungen, und die Vorrichtung weist
einen Sondenkörper mit einer Prüfspitze zur Ankopplung an
ein elektronisches Schaltungselement auf, und es sind Mittel
vorgesehen, um Vibrationspegel zu überwachen, und die
Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper
Mittel aufweist, um die Prüfspitze in Vibration zu versetzen,
wodurch örtlich an einer diskreten Stelle im elektronischen
Schaltungselement eine Vibration aufgeprägt wird.
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Die Mittel, die die Prüfspitze in Vibration versetzen, können
aus einem elektromagnetischen Hochleistungswandler bestehen.
Die Mittel zur Überwachung der Vibrationen können aus einem
miniaturisierten piezo-elektrischen Beschleunigungsmesser
bestehen, der an dem Sondenkörper festgelegt ist. Als
bevorzugte Alternativen können bei gewissen Anwendungen
Geschwindigkeits-, Kraft- oder Versetzungswandler benutzt werden.
Der Vibrationsmonitor könnte in einer Rückkopplungsschleife
zur Steuerung der Arbeitsweise der Vibrationsquelle
angeordnet werden.
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Anstelle des Vibrationspegelmonitors oder zusätzlich hierzu
könnte am Sondenkörper ein "Wander"-Sensor festgelegt sein,
der auf verschiedene Stellen der Printplatte bewegt werden
kann, um die tatsächlichen Vibrationspegel der Printplatte
und der Schaltungselemente zu überwachen. Dieser Wander-
Sensor könnte wiederum in einer Rückkopplungsschleife
benutzt werden, um die Vibrationsquelle zu steuern. Der Sensor
kann ein Beschleunigungsmesser oder ein
Geschwindigkeitswandler oder ein Versetzungswandler sein.
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Der Ausgang von jedem festen Beschleunigungsmesser oder dem
Wander-Sensor kann elektronisch integriert werden, um
Geschwindigkeiten und Wege zu liefern.
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Der Sondenkörper und die Prüfspitze können in einem
Pistolengriff einer tragbaren Vorrichtung eingebaut sein, wodurch
eine direkte Erregung standardisierter elektronischer
integrierter Schaltungen, beispielsweise Dual-in-line, TO5 und
auf der Oberfläche angeordneter Elemente möglich wird.
Hierdurch wird es möglich, alle typischen Fehler, die nur während
einer Vibration auftreten, außerhalb der üblichen Prüfkammer
zu reproduzieren oder zu diagnostizieren.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung
zeigen:
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer
Vibrationsdiagnose-Einrichtung gemäß der Erfindung; und
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Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer
Vibrationssonde.
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Gemäß Fig. 1 empfängt eine Sonde 1 ein elektrisches Signal,
das entweder von einer sinusförmigen Frequenzquelle 2 oder
einer Geräuschquelle 3 (mit veränderbarer Bandbreite) erzeugt
wird. Das Signal, welches die Sonde erreicht, wird durch einen
Einschalter 4 und einen Verstärker 5 mit veränderbarem
Verstärkungsgrad gesteuert. Die Sonde 1 weist einen
elektromagnetischen Vibrator 6 und einen ersten miniaturisierten
piezo-elektrischen Beschleunigungsmesser 7 auf, und diese
Sonde 1 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt.
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Gemäß Fig. 2 besteht die Sonde 1 aus einem äußeren Gehäuse 8,
das einen Magneten 9 und einen beweglichen Spulenaufbau 10
umschließt. Der bewegliche Spulenaufbau 10 ist an einer
Vibrationsplatte 11 festgelegt, auf der eine kuppelförmige
Prüfspitze 12 aus Plastikmaterial und der miniaturisierte
piezo-elektrische Beschleunigungsmesser 7 montiert sind.
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Nunmehr wird wiederum auf Fig. 1 Bezug genommen. Der Ausgang
des ersten Beschleunigungsmessers 7 wird einem
Ladungsverstärker 13 zugeführt, dessen Ausgang an ein Voltmeter 14
angeschlossen ist und, falls erforderlich, auch noch an einen
Spektralanalysator (nicht dargestellt). Ein Ausgang des
Volt
meters 14 wird von einer Komparatorschaltung 15 benutzt, um
den Verstärkungsgrad des Verstärkers 5 zu steuern.
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Ein zweiter miniaturisierter piezoelektrischer
Beschleunigungsmesser 16 (fern von der Sonde 1) ist mit seinem Ausgang
an einen zweiten Ladungsverstärker 17 angeschlossen. Der
Ausgang dieses Verstärkers 17 ist an ein zweites Voltmeter
18 angeschlossen und, falls erforderlich, an einen nicht
dargestellten Spektralanalysator.
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Der Vibrationspegel, der der Sonde 1 aufgeprägt wird, sowie
seine Frequenz und Dauer werden durch ein Aufzeichnungsgerät
19 aufgezeichnet, welches seine Eingänge von einem Zeitgeber
20 (an den Einschalter 4 angeschlossen), einem
Frequenzmonitor 21 (den Quellen 3 und 4 zugeordnet) und dem
Voltmeter 14 empfängt.
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Bei der Benutzung wird die Prüfspitze 12 entweder von Hand
gehalten oder mit einer Klemmvorrichtung in Berührung mit
einem IC gebracht, das in die zu überprüfende Printplatte
eingelötet ist. Die gewünschte Erregerfrequenz wird unter
Benutzung geeigneter Steuermittel auf den Quellen 2 und 3
eingestellt. Der zweite "Wander"-Beschleunigungsmesser ist
an einer interessierenden Stelle der Printplatte mit einer
dünnen Schicht aus Bienenwachs festgelegt. Ein Schließen des
Schalters 4 aktiviert dann den elektromagnetischen Vibrator
16, und die Vibrationen der Vibrationsplatte 11 werden dem
IC über die Prüfspitze 12 aufgeprägt.
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Die Vibrationen der Platte 11 werden konstant durch den
ersten Beschleunigungsmesser 7 überwacht, der eine Ladung
erzeugt, die proportional der aufgeprägten Beschleunigung
ist. Der Ausgang des Beschleunigungsmessers wird durch den
Ladungsverstärker konditioniert, der an seinem Ausgang eine
meßbare Spannung erzeugt. Der Effektivwert dieser Spannung,
der proportional der vom Beschleunigungsmesser 7
festgestellten Beschleunigung ist, wird durch das Voltmeter
gemessen, das mit Mitteln versehen sein kann, um den
Spannungswert in Beschleunigungseinheiten umzuwandeln. Diese
letztgenannte Information kann der Bedienungsperson auf einem
Display dargestellt und außerdem dem Aufzeichnungsgerät 19
zugeführt werden.
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Ein Ausgang des Voltmessers 14 wird in einer
Rückkopplungsschleife benutzt, um die Verstärkung des Verstärkers 5 zu
steuern und dadurch den Vibrationspegel der Prüfspitze 12
einzustellen. Wenn die gemessene Beschleunigung über einen
voreingestellten Pegel ansteigt, dann vermindert die
Komparatorschaltung 15 den Verstärkungsgrad des Verstärkers 5
entsprechend. Auf diese Weise können Prüfspitze 12 und die
zu prüfenden Schaltungselemente gegen Überlast geschützt
werden.
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Typische Frequenzen und Beschleunigungen, die hier angelegt
werden, liegen in dem Bereich zwischen 10 Hz und 2 kHZ bzw.
2 g (effektiv) bis 5 g (effektiv).
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Der Beschleunigungswert, die Frequenz und die Zeitdauer,
während der die Erregung fortdauert, werden kontinuierlich
durch das Aufzeichnungsgerät 19 aufgezeichnet, wobei die
Eingänge vom Zeitgeber 20, vom Frequenzmonitor 21 und vom
Voltmesser 14 abgenommen werden.
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Während der Erregung werden die elektrischen Funktionen
der Printplatte konstant überwacht.
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Außerdem detektiert während der Erregung der zweite "Wander"-
Beschleunigungsmesser die Beschleunigung an dem
vorbestimmten interessierenden Punkt. In gleicher Weise: wie der
Beschleunigungsmonitor an der Prüfspitze arbeitet, kann ein
Beschleunigungswert durch das zweite Voltmeter 18 dargestellt
werden.
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Die vorstehenden Arbeitsgänge können an verschiedenen Stellen
der zu überprüfenden Printplatte wiederholt werden, bis die
Konstruktionskriterien erreicht sind oder ein elektrischer
Fehler auftritt. Das Ausmaß der Vibration, dem die
Printplatte unterworfen wurde, kann durch Abfrage des
Aufzeichnungsgerätes 19 festgestellt werden. So kann die Bedienungsperson
gewährleisten, daß die Printplatte die Auslegungserfordernisse
nicht überschritten hat und deshalb für den Verkauf
freigegeben werden kann, wenn sich während der Überprüfung keine
elektrischen Fehler herausgestellt haben.
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Das Aufzeichnungsgerät 19 vermittelt der Bedienungsperson
außerdem die Bedingungen, unter denen irgendein Fehler
auftrat. Wenn ein elektrischer Fehler auftritt, dann wird die
Diagnosevorrichtung entfernt, und weitere rein elektrische
Prüfungen werden bei jedem IC oder jedem aufgedruckten
Leiter durchgeführt, falls dies notwendig ist, um
herauszufinden, welches Schaltungselement oder welche Lötverbindung
tatsächlich fehlerhaft ist.
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Die Anordnung nach Fig. 1 kann auch für eine Modenanalyse
von Printplatten-Vibrationen benutzt werden, indem der
Ausgang des Wander-Beschleunigungsmessers mit einem
Spektralanalysegerät untersucht wird, und indem auf die Printplatte
über die Prüfspitze ein Impuls angelegt wird.