DE69416728T2 - Testvorrichtung - Google Patents

Testvorrichtung

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf Verfahren zur Prüfung elektronischer Schaltungselemente, die auf einer Printplatte angeordnet sind.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Ausgang von jedem festen Beschleunigungsmesser oder dem Wander-Sensor kann elektronisch integriert werden, um Geschwindigkeiten und Wege zu liefern.
  • 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.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Vibrationsdiagnose-Einrichtung gemäß der Erfindung; und
  • Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Vibrationssonde.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Während der Erregung werden die elektrischen Funktionen der Printplatte konstant überwacht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Überprüfung der Funktion elektronischer Schaltungselemente unter Vibrationsbedingungen, wobei die Vorrichtung einen Sondenkörper (1) aufweist, der eine Prüfspitze (12) besitzt, um eine Ankopplung an ein elektronisches Schaltungselement zu bewirken, und wobei Mittel (7, 16) vorgesehen sind, um die Vibrationspegel zu überwachen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (1) Mittel (6) aufweist, um die Prüfspitze (12) in Vibration zu versetzen und um dadurch eine örtliche Vibrationsquelle dem elektronischen Schaltungselement an einer diskreten Stelle seines Aufbaus anzulegen.
2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel (7, 16) zur Überwachung der Vibrationspegel einen Sensor (7) aufweisen, der mit dem Sondenkörper (1) verbunden ist.
3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Mittel (7, 16) zur Überwachung der Vibrationspegel einen Sensor (16) entfernt von der Prüfspitze (12) aufweisen.
4. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Mittel (7, 16) zur Überwachung der Vibrationspegel aus einem Beschleunigungsmesser bestehen.
5. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Mittel (6), mit denen die Prüfspitze in Vibration versetzt wird, aus einem elektromagnetischen Wandler (9, 10, 11) bestehen.
6. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Mittel (6), die die Prüfspitze in Vibration versetzen und die Mittel (7, 16) zur Überwachung der Vibrationspegel den Teil einer Rückkopplungsschleife bilden.
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