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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umsetzen des
Prüfpunktrasters
einer Maschine zum elektrischen Prüfen unbestückter gedruckter Schaltungen.
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Eine
gedruckte Schaltung ist eine Trägerplatine
aus Isolierstoff, auf der – normalerweise
nach einem chemischen subtraktiven Prozess – elektrische Verbindungen
angelegt sind, um die verschiedenen Bauteile zu verbinden, die – allgemein
durch Einlöten in
die Schaltung – dort
angeordnet werden sollen.
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Diese
Leiterplatten werden vor dem Einsetzen der Bauteile geprüft, d.h.
getestet und analysiert, um zu gewährleisten, dass alle auf ihnen
angelegten Leitungsnetze gegeneinander isoliert sind und zwischen
allen Punkten jedes Leitungsnetzes elektrische Kontinuität herrscht.
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Die
elektrische Prüfphase
einer Platine erfolgt also am Ende der Fertigung der gedruckten Schaltung.
Die für
derartige Prüfungen
eingesetzte Maschine arbeitet normalerweise mit einem Universal-Testraster
(d.h. mit konstanter Teilung), das auch als "Nadelbett" bekannt ist.
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Da
die zu testende Leiterplatte Verbindungspunkte zwischen den unterschiedlichen
Bauteilen aufweist, die unterschiedlich angeordnet und daher nicht
einem Raster konstanter Teilung zuzuordnen sind, wird zum Durchführen des
Tests ein Adapter bzw. eine Vorrichtung eingefügt, mit dem die Schaltungspunkte
an die Kontakte des Maschinenrasters anpassbar sind.
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Mit
der Verringerung der Abstands der Anschlüsse der elektronischen Bauteile
am Rand des zugehörigen
Behälters
sowie der Einführung
neuer Bauteilearten, deren Anschlüsse matrixartig unter der gesamten
Fläche
des Behälters
verteilt sind (BGA, "ball
grid array"), hat
sich die Dichte der Testpunkte pro Flächeneinheit auf einer Leiterplatte
erheblich erhöht.
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In
der Standardkonfiguration liegen die Prüfpunkte von Universalmaschinen
als Raster konstanter Teilung von 100 mils mit einer verfügbaren Punktdichte
von 100 Punkten pro Quadratzoll vor. Dies ist für das Prüfen von Leiterplatten höherer Bauteiledichte
unzureichend, so dass Raster höherer
Dichte zu erstellen sind, deren typische Dichte – abhängig von der Komplexität der herzustellenden
Schaltung – bspw.
144, 200 und 400 Punkte pro Quadratzoll beträgt.
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Offensichtlich
führt die
höhere
Dichte zu einer entsprechend höheren
Gesamtanzahl von Punkten zum Generieren von Rastern, die die gleiche
Fläche
abdecken wie eine Konfiguration mit der Standarddichte von 100 Punkten
pro Quadratzoll – mit entsprechend
höherem
Kostenaufwand für
die Maschine.
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Anzustreben
ist daher ein optimaler Kompromiss zwischen der zum Testen der hergestellten
Produkte nötigen
Fläche
und einer Dichte, die ausreicht, um die Machbarkeit der Prüfung zu
gewährleisten. Hierzu
wählt man
mit Vorteil diejenige Rasterteilung, die zum Lösen der komplexesten Testaufgabe
geeignet ist. Diese Wahl kann jedoch zu Rasterwerten bzw. Konfigurationen
führen,
die zum klassischen 100-mil-Raster oder anderen Rasterkonfigurationen in
der jeweiligen Firma nicht kompatibel sind.
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Das
bedeutet also, dass zum Prüfen
von Schaltungen unterschiedlicher Komplexität, also mit unterschiedlicher
Bauteiledichte, verschiedene Maschinen einzusetzen sind, was zu
erheblichen Investitionen führt.
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Theoretisch
könnte
ein hochdichter Maschinenraster bspw. mit einer Teilung von 50 mils
(400 Punkte pro Quadratzoll) Adapter aufnehmen, die für 100-mil-Raster
(100 Punkte pro Quadratzoll) hergestellt sind, da letzterer eine
Untermenge des ersteren ist.
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Für die Kompatibilität gilt jedoch
eine physische Grenze in Folge des typischen Durchmessers der Löcher im
100-mil-Raster (ca. 2 mm) im Vergleich zu denen im 50-mil-Raster
(etwa 1 mm). Da Anordnungen (Adapter oder Vorrichtungen) für 100-mil-Raster
Prüfnadeln
mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm benutzen, lassen sie sich
in der Praxis mit einem 50-mil-Raster nicht einsetzen, auch wenn
der Prüfpunkt
verfügbar
ist.
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Die
EP-A-0 184 619 offenbart eine Prüfmaschine
mit einer Vorrichtung, die mittels einer Umsetzerplatte in Form
einer Umsetzschaltung erreicht wird, die die Kontaktpunkte des Maschinenrasters auf
die Kontaktpunkte der Leiterplatte umsetzt.
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Die
EP-A-0 142 119 beschreibt einen Adapter zum Ändern der Teilung eines Kontaktrasters
für eine
Prüfmaschine
für gedruckte
Leiterplatten. Insbesondere erlaubt ein derartiger Adapter das Erhöhen der
Kontaktpunktdichte und so eine Verringern des Prüffläche.
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Die
EP-A-0 651 260 und EP-A-0 222 036 beschreiben Maschinen für elektrische
Prüfungen
an Leiterplatten.
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Ziel
der Erfindung ist, die genannten Nachteile zu beseitigen und das
Problem der Inkompatibilität von
Prüfvorrichtungen
mit unterschiedlich dichten Rastern zu lösen.
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Insbesondere
ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Verwendung der gleichen
Prüfmaschine
mit unterschiedlich dichten Prüfrastern
und damit das Prüfen
unterschiedlich komplexer Leiterplatten zu ermöglichen.
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Das
genannte Ziel erreicht man mittels einer Vorrichtung nach Anspruch
1 sowie einer Maschine nach Anspruch 4.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung erscheinen in den Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
gewährleistet
im wesentlichen die Kompatibilität
zwischen einem Raster hoher Dichte mit jeder anderen Konfiguration
niedrigerer Dichte.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
besteht aus einer Schnittstellenvorrichtung zwischen dem Prüfraster
und den Vorrichtungen, die die Rasterkonfiguration mit der niedrigeren
Solldichte und den gleichen Eigenschaften reproduziert.
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Diese
Schnittstellenvorrichtung ist austauschbar, so dass sie sich abnehmen
oder ersetzen lässt,
um einen Einsatz der Prüfmaschine
mit der Solldichte zu ermöglichen
und um alle bereits erzeugten Adapter für Maschinen anderer Rasterkonfigurationen
erneut einsetzen zu können.
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Ein
anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung
liegt in dem Umstand, dass sie die exakten physischen Eigenschaften
des niedrigerdichten Rasters (Lochdurchmesser, Größe der Maschinenkontakte)
zu reproduzieren gestattet und so eine vollständige Kompatibilität mit vorliegenden Adaptern
sichert.
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Die
erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung
weist einen Aufbau aus einer Vielzahl flacher paralleler Platten
auf, die geeignet perforiert sind, um den Durchgang von leitenden
Nadeln zu gewährleisten,
die den elektrischen Kontakt zwischen den höherdichten Rastern und dem
neuen niedrigerdichten Raster übertragen
können.
Eine äußere Platte
dieses Aufbaus kommt in den Kontakt mit dem höherdichten Raster in der Prüfmaschine
und reproduziert die Perforation des gleichen Rasters in der Maschine.
Die andere äußere Platte
des Aufbaus trägt
die Vorrichtung, die in die Berührung
mit der Leiterplatte kommt, und reproduziert die Perforation des
zu generierenden neuen niedrigerdichten Rasters.
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Die
erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung
stellt eine Struktur ähnlich
einem Prüfadapter dar
und lässt
sich daher problemlos aus der Maschine herausnehmen.
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Ein
geeignetes Managementprogramm für die
Prüfmaschine
ermöglicht
eine Durchführung
der Prüfung
mit unterschiedlichen Rastern, wobei die Umsetzregel zwischen den
beiden Anordnungen konstant ist.
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Weitere
Eigenschaften der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung einer einzigen, rein beispielhaften und daher die Erfindung
nicht beschränkenden
Ausführungsform,
die die beigefügten
Zeichnungen darstellen.
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1 ist
eine schaubildliche axonometrischen Ansicht einer Maschine zum elektrischen
Prüfen
von Leiterplatten und zeigt insbesondere den Prüfbereich, wo sich Prüfanordnungen
für das
gleichzeitige Testen beider Seiten einer Leiterplatte befinden;
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2 ist
ein Schnitt durch die untere Prüfanordnung,
die die erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung
aufweist; und
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3 zeigt
schaubildlich die Regel zum Zuweisen höherdichter Rasterpunkte bspw.
mit 80-mil-Teilung auf einen niedrigerdichten Raster bswp. mit 100-mil-Teilung.
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In
der 1 bezeichnet 100 eine Prüfmaschine
für Leiterplatten,
die im Prüfbereich
eine untere Einheit 101 und eine obere Einheit 101' zum gleichzeitigen
Durchführen
von Prüfungen
auf beiden Seiten einer Leiterplatte 4 aufweist.
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Die
beiden Testeinheiten 101, 101' weisen jeweils ein Maschinenraster 1, 1' konstanter
Teilung auf, auf dem die erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtungen 2, 2' angeordnet
sind, um die neue Rasterkonfiguration mit einer maximalen Prüfflächengröße gleich
der des höherdichten
Maschinenrasters 1, 1' zu erhalten. Die Außenfläche der
Schnittstellenvorrichtung 2, 2' trägt genau die gleiche Rasterstruktur,
die zu simulieren ist, und der zugehörige untere und obere Adapter 3 bzw. 3' sind ihr entsprechend
angeordnet. Die Leiterplatte 4 ist auf die übliche Weise
auf dem unteren Adapter 3 angeordnet.
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In
Folge eines geeigneten Programms, das die Regel zum Generieren der
Schnittstellenvorrichtung enthält,
wird das Prüfergebnis
der Leiterplatte bezüglich
der von den Schnittstellenvorrichtungen 2, 2' bestimmten
neuen Rasterstruktur bereit gestellt.
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Die
untere Testeinheit 101 wird nun anhand des Schnitts der 2 ausführlicher
beschrieben.
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Wie
aus dieser Figur ersichtlich, ist die Schnittstellenvorrichtung 2 auf
dem hochdichten Maschinenraster 1 zugehörigen elastischen Elementen 17 angeordnet,
deren Hauptzweck das hin und her gehende Zentrieren zwischen dem
Maschinenraster 1 und der Vorrichtung 2 ist.
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Die
Schnittstellenvorrichtung 2 weist eine Vielzahl flacher
paralleler Platten auf, die – von
oben nach unten – mit
den Bezugszeichen 10, 11, 12, 13, 14 gekennzeichnet
sind. Durch die geeignet perforierten Platten verlaufen Umsetznadeln 15 und
stellen die elektrische Verbindung zwischen Federkontakten 16 des
hochdichten Maschinenrasters 1 und entsprechenden Nadeln 18 der
Vorrichtung bzw. des Adapters 3 her.
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Die
untere Platte 14 der Schnittstellenvorrichtung 2 enthält die gleiche
Perforation wie das Maschinenraster 1, aber nicht alle
seiner Löcher 21 sind mit
Umsetznadeln 15 belegt. Der Abstand zwischen den Platten 13, 14 ist
derart, dass auf unbenutzte Federkontakte 16 des Maschinenrasters 1 im
Prüfhub nie
Druck ausgeübt
werden muss. M.a.W.: Der Abstand zwischen den freien Enden der Kontakte 16 und
der Platte 13 ist größer als
der Abwärtshub
der Struktur beim Prüfen.
Die Schnittstellenvorrichtung 2 muss daher so ausgeführt sein,
dass sie erzwingt, dass nur die einer Nadel 18 des Adapters 3 entsprechenden
Kontakte 16 herabgedrückt
werden – was
in einer Anordnung, in der konstant geteilte Raster den Adapter 3 direkt
berühren, üblicherweise
der Fall ist.
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Diese
Eigenschaft erweist sich als vorteilhaft hinsichtlich sowohl der
Dauerhaftigkeit der Federkontakte 16 als auch der Belastung,
der die mechanische Struktur der Maschine widerstehen muss.
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Wird
nämlich
einerseits nach einem Wechsel der zu prüfenden Leiterplatte der Adapter 3 ausgetauscht,
wird mit anderen Kontakten 16 des Maschinenrasters 1 gearbeitet;
andererseits ergibt sich die Niederdrückkraft aus der Anzahl der
Prüfpunkte
bei der Prüfung – entsprechend
der Anzahl der Nadeln 18 im Adapter 3, multipliziert
mit dem auf eine einzige Nadel 16 wirkenden Schub, während bei Einbeziehung
des gesamten Maschinenrasters 1 die Effekte aller seiner
Nadeln zusammenwirken würden.
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Die
beiden Zwischenplatten 12, 13 der Schnittstellenvorrichtung 2 führen die
Nadeln 16 zu den oberen Endplatten 11, 10,
die das niedrigerdichte Raster simulieren. Insbesondere ist die
innere (11) der beiden Platten dicker ausgeführt, um
dem Durchbiegen der gesamten Vorrichtung 2 unter Druck
zu widerstehen und den Nadeln 15 ein korrektes Gleiten zu
ermöglichen.
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Die
obere Platte 10 ist variabel dick bis zu dem Punkt ausgeführt, an
dem sie vollständig
entfällt, so
dass man durchweg die gleiche Kompression der Federkontakte 16 des
Maschinenrasters 1 je nach dem erhält, wie weit die Nadeln 18 aus
dem Adapter 3 vorstehen. Auch bei in der Prüfmaschine
verbleibender Schnittstellenvorrichtung 2 lässt die
Platte 10 sich problemlos austauschen, um einen korrekten Übergang
zum Adapter 3 zu gewährleisten
und damit den Einsatz der meisten auf dem Markt befindlichen Adapter
zu ermöglichen.
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Der
Adapter 3 weist auf bekannte Weise eine Vielzahl flacher
paralleler Platten 31, 32, 33, 34 auf, die
für den
Durchgang der Nadeln 18 zum Prüfen der Schaltung 4 geeignet
gelocht sind. Der Adapter 3 wird hier nicht weiter beschrieben,
da er als auf dem einschlägigen
Gebiet bekannt anzusehen ist.
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Die 3 zeigt
an einem repetitiven Modul die Regel zum Zuweisen eines 80-mil-Rasters (oben nummerierte
kreisrunde Löcher)
an ein 100-mil-Raster (unten nummerierte sechseckige Löcher).
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Die
Zeichnung zeigt stark vergrößert ein
vorliegendes Grundmodul aus 25 Punkten auf einem 80-mil-Raster in
der Umsetzung zu 16 Punkten auf einem 100-mil-Raster. Die Zeichnung deutet auch die Nadeln 15 an,
die alle Sechsecklöcher
des 100-mil-Rasters mit entsprechenden Kreislöchern (offenbar nicht allen)
des (höherdichten)
80-mil-Rasters verbinden.
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Eine
vollständige
Ausführungsform
einer Schnittstellenvorrichtung 2 kann eine beliebige Anzahl
von Modulen der in der 3 gezeigten Art aufweisen, die
geeignet kombiniert sind, um den gesamten Prüfraster auszubilden. Eine beispiel hafte
Ausführungsform
weist 1.920 Module entsprechend 48.000 Punkten in einem 80-mil-Raster
und 30.720 Punkten in einem 100-mil-Raster auf, was eine Prüffläche von
insgesamt 192.2 in. × 16
in. (48 cm × 40 cm)
ergibt.
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Die
erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung 2 lässt sich
auf eine beliebige und auch auf eine unregelmäßige Teilung des Maschinenrasters 1 anwenden,
sofern dieses eine höhere
Dichte hat als das entsprechend erhaltene Raster, das ebenfalls
unregelmäßig sein
kann.
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Die 2 zeigt
für den
Maschinenraster 1 Federkontakte 16 und für die Schnittstellenvorrichtung 2 starre
Nadeln 15. Es liegt jedoch auf der Hand, dass in der Vorrichtung 2 Federnadeln
und im Raster 1 starre Kontakte oder auch starre und federnde
Kontakte in sowohl der Vorrichtung 2 als auch im Maschinenraster 1in
beliebiger Kombination anwendbar sind.
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Die
Feststellungen zu der in der 2 gezeigten
unteren Testeinheit 101 gelten gleichermaßen für die obere
Testeinheit 101'.