EP3740767A1 - Kapazitive prüfnadel zum messen von elektrisch leitenden schichten in leiterplattenbohrungen - Google Patents

Kapazitive prüfnadel zum messen von elektrisch leitenden schichten in leiterplattenbohrungen

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EP3740767A1
EP3740767A1 EP19701082.0A EP19701082A EP3740767A1 EP 3740767 A1 EP3740767 A1 EP 3740767A1 EP 19701082 A EP19701082 A EP 19701082A EP 3740767 A1 EP3740767 A1 EP 3740767A1
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EP
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test
measuring
test needle
printed circuit
electrically conductive
Prior art date
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EP19701082.0A
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Stefan Weiss
Oleh Yuschuk
Christian Weindel
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ATG Luther and Maelzer GmbH
Original Assignee
Xcerra Corp
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    • G01R31/2886—Features relating to contacting the IC under test, e.g. probe heads; chucks

Definitions

  • the present invention relates to a test needle for measuring electrically conductive layers in holes of printed circuit boards, as well as a test probe with such a test needle and a finger tester for testing printed circuit boards with such a test needle or with such a test probe.
  • the printed circuit boards are often first produced with so-called coupons.
  • the coupons are areas of the printed circuit board which have predetermined conductor tracks for making measurements thereon. After performing the measurements to test that the circuit board has been properly made, the coupons are separated from the rest of the circuit board. The rest of the circuit board forms one or more so-called benefits, which are equipped with electrical components and used in electrical's products.
  • the coupons have special tracks, from which it can be easily determined whether the production process is e.g. meets the requirements for producing high frequency suitable tracks. Furthermore, stress tests can be performed on the tracks of the coupon, which can also destroy individual tracks on the coupons. Since the tracks of the coupons are not used in later products, they may be specially optimized for certain test operations.
  • US 2015/047892 A1 discloses a method in which a drill is used at the same time as a probe to measure the electrical contact with the track during back-drilling and thus control the drill accordingly.
  • the capacitance of the capacitive probe is measured. Any remaining electrically conductive material in the drilled hole is identified by its capacity. This can be used to detect errors during reverse drilling.
  • the present invention has for its object to provide a test needle for measuring electrically conductive layers in holes of printed circuit boards and a corresponding test probe and a finger tester, with which simple, reliable and very accurate a drilled hole of a printed circuit board according to the in US 9,341,670 B2 described method can be measured.
  • a test needle according to the invention for measuring electrically conductive layers in bores of printed circuit boards comprises an electrical conductor, which is surrounded by a shield, wherein the test needle has a terminal end, to which it can be electrically connected to a capacitive measuring device, and Measuring end, which is insertable during a measurement in a bore.
  • This test needle is characterized in that a capacitive measuring body connected to the electrical conductor is arranged outside the shielding at the measuring end, which can form a capacitive coupling with an electrically conductive layer in the bore.
  • the position of the capacitive measuring body can be determined very precisely with the test needle by reference to the measured capacitance an electrically conductive layer are detected.
  • the measuring body is preferably surrounded by an electrical insulation layer, so that no electrical contact between the measuring body and another electrically conductive body can take place.
  • the measuring body may be in the form of a hollow cylinder.
  • the measuring body may also be formed by one or more windings of the electrical conductor, wherein these windings are outside the shield.
  • the measuring body preferably has a maximum diameter of 1.5 mm, in particular a maximum diameter of 1 mm, and preferably a maximum diameter of 0.75 mm.
  • the measuring body preferably has a maximum length of 0.5 mm, preferably a maximum length of 0.25 mm and in particular a maximum length of 0.15 mm in the axial direction of the test needle.
  • the test needle may comprise an electrically conductive tube which forms the shield in which a cable comprising the electrical conductor and an electrical insulation layer is guided.
  • the cable may protrude slightly out of the tube at the terminal end for connection to the capacitive measuring device.
  • the cable can protrude slightly to be arranged around the tube for forming the measuring body in one or more windings.
  • the cable with two, three, four or more turns is wound around the electrically conductive tube to form the measuring body.
  • a test probe for measuring electrically conductive layers in bores of printed circuit boards can be provided with a test needle explained above and has a touch sensor with which it can be determined whether the test needle touches another body.
  • the depth of a blind hole can be measured by the test probe once touches the surface of the circuit board to be tested and another time a bottom of the blind hole and detects the respective touch, thereby detecting the position of the probe. The difference between the two positions gives the depth of the blind hole.
  • the actual capacitive measurement should be as non-contact as possible, which is why with the touch sensor can also be tried to determine whether a contact with another body is present, and then if necessary to move the test needle so that it no longer touches the body.
  • the touch sensor may include a resilient mount for holding the test needle and a sensor for detecting a deflection of the resilient mount.
  • the sensor for detecting a deflection of the resilient mount may be an optical sensor.
  • This optical sensor can be designed in different ways.
  • a light source can, for example, be arranged directly or indirectly via a light guide on the spring-elastic mount, the light exit being detected by means of an optical sensor.
  • the light cone is moved away from the optical sensor, which can be detected by a different brightness.
  • a stop may be formed, on which the test needle and / or the spring-elastic holder rests in the non-deflected state.
  • the positi on the test needle in undeflected state is clearly defined with respect to the test probe. If the position of the test probe is known, then the position of the test needle and thus the position of the measuring body can be derived therefrom.
  • a finger tester for testing printed circuit boards in particular for testing bare printed circuit boards, preferably has a test finger, which is freely movable in a predetermined test area, to be movable in the vicinity of a predetermined contact point of the printed circuit board.
  • the test finger can be provided with a test needle explained above or with a test probe explained above.
  • the finger tester can have a plurality of test fingers, wherein one or more of the further test fingers are formed with a test needle for electrically contacting predetermined contact points of the printed circuit board.
  • the invention relates to a method for measuring electrically conductive layers in holes of printed circuit boards.
  • a test probe explained above or a test probe explained above or the finger tester explained above are used.
  • the test needle is inserted with the capacitive measuring body in a bore.
  • the location of the capacitive measuring body is detected here and at the same time the electrical capacitance of the capacitive measuring body is measured to its surroundings. Based on the measured capacitance, it is determined whether an electrical conductor is located in the vicinity of the detected location.
  • This capacitive measuring body can also be introduced into small holes, so in that electrically conductive layers formed on the inner surface can be reliably detected.
  • the depth of a blind hole to be measured can also be determined by means of the contact sensor explained above. This determination of the depth can be carried out before, during or after the capacitive measurement.
  • an electrical signal having a frequency of at least 1 kHz is applied. It is also possible to use higher frequencies of, for example, at least 2 kHz or at least 4 kHz.
  • the measuring signal can be applied to the conductor of the test needle and thus to the capacitive measuring body.
  • the measurement signal induced thereon is sampled.
  • the measurement signal is applied to a conductor track, which is to be connected to the electrical conductor, which is scanned with the capacitive measuring body.
  • the measuring signal is induced by this electrical conductor on the capacitive measuring body and can be detected and evaluated by the measuring device accordingly. This is particularly useful when the electrical conductor is connected to many electrically conductive sections, which are located in different holes. Then a single test finger has to be placed on this electrical conductor and the test probe can successively scan the electrical conductors therein in several holes.
  • a "properly executed bore” is a bore in which desired areas of the inner surface are provided with an electrically conductive layer connected to the electrical conductor to which the measurement signal is applied and other areas of the inner surface of the bore are not
  • the arrangement of the electrically conductive layer on the inner surface of the bore can thus be determined by comparison, and if the measured capacitance profile coincides with the predetermined capacitance profile, then the bore is formed correctly, ie However, if there are deviations, this means that either an electrically conductive layer is missing at a certain point or an electrically conductive layer is provided at a certain point the per se no electrically conductive layer should be ordered.
  • test needle is held with this method whenever possible perpendicular to the surface of the circuit board to be tested, since the holes are usually introduced perpendicular to the surface of the circuit board. As a result, the test needle is aligned axially relative to the respective bore and the risk of a collision with the inner surface of a bore is low.
  • FIG. 2a-2c a test probe with a test needle according to the invention in perspective
  • FIG. 4 shows schematically a measuring arrangement for measuring an electrically conductive
  • FIG. 5 shows schematically a measuring arrangement for measuring an electrically conductive
  • FIGS. 4 and 5 shows an equivalent circuit diagram of the measuring arrangements for non-contact measurement of the conductive layer in a plated-through hole according to FIGS. 4 and 5.
  • the invention can be carried out by means of a finger tester 1, which has a plurality of test fingers 2, each of which is provided with a test probe 3 with which a printed circuit board 4 to be tested can be electrically contacted in order to feed or pick off a corresponding measurement signal in the conductor tracks ( Figure 1).
  • Such probes 3 are z. As described in WO 03/048787 Al, to which reference is made in this respect.
  • the finger tester has two truss units 5, on which a plurality of guide rails 6 are arranged, which extend over a test area extend, in which the printed circuit board to be tested 4 can be accommodated.
  • Each truss unit 5 forms a frame with an elongate passage opening.
  • the two truss units 5 are perpendicular to a holder 7, so that their passage openings are aligned.
  • each truss unit has four guide rails 6, wherein in each case two are arranged on each side of the truss unit 5.
  • one of the guide rails 6 is located above and the other of the guide rails below the through opening 8.
  • each guide rail 6 On each guide rail 6, at least one slide 9 is arranged displaceably, which carries one of the test fingers 2.
  • two slides 9 are provided on a guide rail 6. In principle, however, more than two slides 9 can be arranged on a guide rail 6.
  • test fingers 2 are pivotally attached to the carriage 9 at one end.
  • a finger tester is apparent, for example, from WO 2014/140029 A1. In this regard, reference is made to this document in its entirety.
  • test probes 3 are arranged at the ends remote from the carriages 9, the free ends of the test fingers 2 and each have a test needle 10, which is directed with a contact tip 11 in the direction of the circuit board 4 to be contacted.
  • the test fingers 2 can be moved with the test probes 3 in the direction of the printed circuit board 4 and away from the printed circuit board 4 in order to arrange the contact tip 11 either on the surface of the printed circuit board or into a bore in the printed circuit board 4.
  • test probe 12 (FIGS. 2 a - 2 c) which is designed for contactless, capacitive scanning of bores and in particular blind bores of the printed circuit board 4.
  • a test probe 12 has a base plate 13, which is designed as a printed circuit board.
  • a locking body 14 is arranged, which has two latching arms 15, with which the test probe 12 can be fixed to one of the test finger 2 latching.
  • two spring arms 16, 17 are attached. One of the two spring arms rests directly on the base plate 13 and is clamped between the base plate 13 and the detent body 14.
  • the other spring arm 17 is attached to the remote from the base plate 13 surface of the detent body 14 by means of two screws.
  • the spring arms 16, 17 are arranged parallel to each other. Starting from the latching body 14, the base plate 13 and the spring arms 16, 17 taper in plan view to a free end 18, on which the two spring arms 16, 17 protrude in each case a piece. At these ends of the Spring arms 16, 17 each have a test needle 19 is attached, so that the elastic spring arms 16, 17, the locking body 14 and the two spring arms 16, 17 connecting portion of the test needle 19 form a parallelogram.
  • the two spring arms 16, 17 can be pivoted away from the base plate 13 with their free ends, so that the test needle is elastically mounted on the test probe 12.
  • the spring arm 16 resting directly on the base plate is referred to below as the base spring arm 16 and the spring arm 17 remote from the base plate 13 as the free spring arm 17.
  • the base plate 13 thus forms a stop for the base spring arm 16 and thus for the movement of the test needle 19 relative to the rest of the body of the test needle 12th
  • Both spring arms 16, 17 form an approximately triangular frame in plan view.
  • a light barrier arrangement 21 which forms a light barrier with a light source and a light sensor, in which the measuring lug 20 engages when the spring arms 16, 17 are not deflected.
  • the measuring lug 20 is moved out of the light barrier, so that the light sensor detects a greater brightness.
  • This light barrier assembly 21 thus forms together with the measuring lug 20, a touch sensor which detects when by touching the test needle 19 with another body, the spring arms 16, 17 are deflected.
  • the test needle has a connection end 22 and a measuring end 23. In the region of the connection end 22, the free spring arm 17 is connected to the test needle 19.
  • the test needle 19 is connected to the Basisfederarm 16 so that in the non-deflected state of the spring arms 16, 17, so when the Basisfederarm 16 rests on the base plate 13, the test needle 19 is arranged perpendicular to the plane of the base plate 13.
  • test probe 12 and the corresponding test finger 2 are designed in such a way that, in the state mounted on the test finger 2, the test needle is arranged in the non-deflected state perpendicular to the test area or to a printed circuit board 4 located in the test area.
  • the test needle 19 is at the test probe 12 a piece relative to the base plate 13 before.
  • the test needle 19 has a metal tube which is electrically conductive and has an outside diameter of preferably not more than 0.2 mm and in particular not more than 0.18 mm.
  • a cable 25 is guided, which has an electrical conductor which is surrounded by an insulating layer.
  • the cable 25 is connected to a conductor track formed on the base plate 13, which is electrically connected to a capacitive measuring device (not shown).
  • the conductor of the cable 25 is connected to a capacitive measuring body 26.
  • the Capacitive measuring body is a metallic ring body which is arranged around the tube and is electrically insulated from it.
  • the capacitive measuring body 26 may be a metal ring provided with an insulating layer, which is electrically connected to the conductor of the cable 25. However, the capacitive measuring body 26 may also be formed from one or more windings of the cable 25.
  • the metal tube 24 serves to shield the cable 25, so that only the capacitive measuring body 26 can enter into a capacitive coupling with a nearby electrical conductor and its capacitive coupling to this further electrical conductor alone can be scanned by means of the cable 25 ,
  • a measuring tip 27 is formed. This measuring tip is only for the mechanical contact of another body.
  • the measuring tip can be formed from a non-electrically conductive material or provided with an insulating layer. In the present embodiment, it does not serve for electrical contacting of a contact point of a printed circuit board.
  • the measuring tip can also be designed to be electrically conductive, so that it can be used for establishing an electrical connection with a contact point of the printed circuit board. If such an electrically conductive contact tip is electrically connected to the capacitive measuring body 26, the contact tip can be taken into account in the case of a capacitive coupling, which the capacitive measuring body 26 forms with an electrically conductive object to be measured.
  • An embodiment of the measuring tip 27 is formed from a cannula tube 28 which is connected at one end by means of a solder joint 29 to the tube or shield 24 electrically conductive and mechanically.
  • the cannula tube has a diameter of, for example, 0.3 mm in the region of the solder joint 29.
  • the cannula tube is formed axially in the direction of the measuring tip 27 and has a diameter of 0.2 mm or less in the region of the measuring tip 27.
  • the cannula tube 28 is cut obliquely in the region of the measuring tip, so that an obliquely extending outlet opening 30 results.
  • the cable 25 is passed through the tube 24 and the cannula tube 28 and exits the cannula tube 28 at the outlet opening 30.
  • the measuring tip TI itself is electrically conductive and electrically conductively connected to the tube 24.
  • Such an electrically conductive measuring tip has the advantage that the test needle 19 can, for example, come into contact with a calibrating surface which has electrically conductive and non-electrically conductive surface sections, so that the position of the test needle 19 and thus the position of a test finger 2, in FIG the test needle 19 is attached, can be calibrated.
  • the test needle 19 shown in FIG. 3 is easy to manufacture and has a very small measuring body 26, so that the spatial resolution is correspondingly precise.
  • a typical measuring procedure for measuring the electrically conductive coating in a blind hole bore of a printed circuit board by means of the finger tester 1 is as follows:
  • the surface of the printed circuit board 4 to be tested is first mechanically contacted in order to determine its height.
  • the test probe is inserted with the test needle into a blind hole of the printed circuit board 4 to be measured until the measuring tip 27 touches the bottom of the blind bore of the printed circuit board 4.
  • the location of the test probe 12 at the time when the bottom of the blind bore touches is detected by means of the touch sensor, so that the height difference between this location and the location at which the test probe or with its probe tip 27 the surface of the circuit board has been touched, the depth of the blind hole is determined.
  • a capacitive measurement of the capacitance between the capacitive measuring body 26 and an electrical conductor located in the blind hole is carried out by contacting it with a further test finger 2 which contacts a contact point of the printed circuit board electrical conductor is connected to this electrical conductor a predetermined measurement signal is applied.
  • the measuring signal preferably has a frequency of at least 1 kHz and in particular a frequency of at least 4 kHz or at least 10 kHz.
  • the signal thus induced on the capacitive measuring body 26 is picked up by means of the cable 25 from the capacitive measuring body 26 and forwarded to the measuring device.
  • the capacitance formed between the capacitive measuring body 26 and the adjacent thereto arranged electrical conductor be determined.
  • the location of the capacitive measuring body 26 is detected, which is predetermined by the location of the test probe 12, which is set by the movement of the corresponding test finger 2 and is known on the finger tester 1.
  • the capacitance which the capacitive measuring body 26 forms with its surroundings can be determined as a function of location.
  • a profile of the capacitance is generated, from which the coating of the inner surface of the blind hole bore can be derived with an electrical conductor.
  • the finger tester 1 has a plurality of test fingers 2, which are each provided with a test probe 12 according to the invention.
  • a plurality of blind bores or through bores can be measured simultaneously.
  • measurement signals are used which differ in their frequency.
  • cross-talk from one measurement to another measurement can then be prevented with corresponding bandpass filters.
  • each guide rail 6 at least one test finger 2 with a
  • Test probe 3 with a conventional test needle 10 for electrically contacting a contact point of the circuit board and another test finger 2 provided with a test probe 12 according to the invention. It may also be expedient to provide two test fingers 2 with conventional test probes 3 and a further test finger 2 with a test probe 12 according to the invention on a guide rail 6.
  • the invention can also be applied to a conventional finger tester which has a plurality of separate traverses which are not arranged on a common truss unit 5.
  • a conventional finger tester which has a plurality of separate traverses which are not arranged on a common truss unit 5.
  • the geometry of a blind hole or through hole can thus be determined very simply and precisely, and, on the other hand, the coating can be established with an electrical conductor of the inner surface of the blind hole or through hole.
  • test probe 12 according to the invention can be used in conventional finger testers (English: Flying Probe Tester). There are no further mechanical conversions necessary. Only the finger tester must be provided with a suitable control program which processes the measurement signals generated by the test probe 12 according to the invention. and can apply suitable measuring signals and can control the movement of a test finger 2 with the test probe 12 according to the invention.
  • the through-connection 31 is an electrically conductive coating on the inner surface of the bore.
  • the entire bore is first coated.
  • the hole is drilled a second time a bit deep, so that in a predetermined section, the coating of the bore 37 tion is removed again.
  • errors can occur if the re-drilling has either not been carried out sufficiently deep or too deep, so that the edge of the coating in the bore is offset a bit from its desired position.
  • the second bore may also be offset a bit from the first bore, so that the two holes are not concentric.
  • the printed circuit board 38 has a plurality of layers 32, between which printed conductors 33 are formed. There are larger and smaller tracks. In general, the so-called Mas- seleiterbahn is the largest conductor track of a printed circuit board and can often extend over several layers 32 away. In the measuring method explained below, the ground conductor track is connected to the electrical earth 34 (FIG. 4). Instead of the individual ground conductor tracks, it is also possible to use a plurality of individual smaller conductor tracks, which are connected to the electrical ground 34 at the same time.
  • ground conductor track is used to describe one or more tracks, which are simultaneously connectable to electrical ground and branch over a larger area of the circuit board 38, in particular over several layers by applying a movable contact finger of the finger tester to the conductor track, this contact finger having an electrical conductive contact tip, which is connected to the electrical ground.
  • the capacitive measuring body 26 When introducing the test probe 3 into the bore, the capacitive measuring body 26 forms an electrical capacitance with the surrounding electrical conductors.
  • the aim of this method is to measure this capacity or its change during insertion of the capacitive measuring body into the bore.
  • a vibration signal is applied to the through-hole 31 with respect to the electrical earth with a signal generator 35.
  • This measurement signal flows along the transit Takt ist 31, via a capacitance CI between the via 31 and the capacitive measuring body 26 in the capacitive measuring body 26 and from there via the cable 25 to a current measuring device 36, with which the voltage and thus the capacity CI or its capacitance change when the capacitive measuring body 26 comes close to the via 31, be measured.
  • a parasitic capacitance C2 is formed between the via 31 and the adjacent tracks. This is especially relevant when it forms between the feedthrough and the ground conductor track. If the ground conductor track were not grounded, then the parasitic capacitance would transmit the measurement signal to further conductor tracks via their capacitive coupling (capacitance C3) to the ground track. As a result, the capacitive measuring body would be used to see the measuring signal via further capacitive couplings (capacitance C4) between the capacitive measuring body 26 and the interconnects arranged outside the plated-through hole (FIG. 5). As a result, it would not be possible to determine exactly whether the electrical capacitance CI between the measuring body 26 and the through-connection 31 or the capacitance C4 between the measuring body 26 and one of the further conductor tracks is measured.
  • FIG. 6 This equivalent circuit diagram comprises the following elements:
  • the capacitor CI represents the coupling between the via 31 and the measuring body 26.
  • the capacitor C2 is located between the via 31 and the ground rail in the sense of the above description.
  • the capacitor C3 is the coupling between the ground rail and the other tracks.
  • the capacitor C4 represents the coupling of the conductor tracks to the measuring body 26.
  • the coupling of the conductor tracks to the measuring body 26 can be effected directly by the ground conductor track or by further conductor tracks coupled via the capacitance C3 to the ground conductor track. If the coupling is directly between the ground strip and the measuring body 26, then eliminates the capacitor C3, which is why it is shorted to a dashed line in the equivalent circuit diagram and would not be considered in the further consideration.
  • the connection 34 of the grounding track to the electrical ground is shown with a switch in the substitute circuit diagram (FIG. 6), the switch being closed according to the measuring arrangement according to FIG. 4 and the switch being open according to the measuring arrangement according to FIG.
  • the capacitors C2 (, C3), C4 are connected in parallel with the capacitor CI. If the series circuit of C2 (, C3), C4 is greater than CI, then the total capacitance between the via 31 and the measuring body 26 is determined primarily by the series connection of the capacitors C2 (, C3), C4 and measured by the current measuring device 36 Current is mainly determined by the series connection of C2 (, C3), C4.
  • the current measuring device 36 is a current-voltage converter, which has an operational amplifier 39 and a measuring resistor 40.
  • the operational amplifier is, for example, of the type AD549.
  • U m At the output of the ammeter 36 is a voltage signal U m , which is proportional to the current flowing at the input of the ammeter.
  • One input of the operational amplifier is connected to the measuring body 26 and the other input to the electrical ground. By feedback of the input and the output side of the operational amplifier via the measuring resistor 40, both inputs of the operational amplifier 39 are kept at the potential of the electrical ground.
  • the capacitors C3 and C4 are thus arranged between two points which are each at the potential of the electrical ground, so that no current flows through them. They are therefore not visible in the measurement.
  • the voltage signal of the signal generator 35 is applied and the other side of the capacitor C2 is connected to the electrical ground, so that a current flows through this capacitor.
  • This current is not measured by the meter because it flows directly to the electrical ground.
  • This current affects the power output by the signal generator 35, but not the voltage supplied by the signal generator 35. Since the voltage applied to the capacitor CI voltage U and the through From this, the capacitance of the capacitor CI can be determined, without the measurement being influenced by the further capacitances C2, C3, C4, when the ground conductor track is connected to the electrical ground.
  • the capacitive coupling CI between the measuring body 26 and the via 31 can be measured exactly, wherein the amount of the capacitive coupling CI can be determined and allows a statement about the geometric size of an error at the via.
  • This method is so precise that it can also be modified so that the signal of the signal generator can be applied to a single track extending to the through hole, so that based on this signal, the capacitive coupling of the measuring body are detected to this track can. In this way, the position of the measuring body in the through hole can be determined or it can be determined that this conductor path correctly conducts the measuring signal to the area of the plated through hole.
  • the location of the test probe is calibrated relative to the location of the circuit board to be tested by bringing the test probe 12 with its contact tip into contact with the surface of the circuit board.
  • This mechanical calibration can be replaced by an electrical calibation, wherein in the electrical calibration, a vibration signal is applied to an adjacent to the through hole trace, which is then detected by the probe or its measuring body.
  • This method can also be modified such that a plurality of measurement signals having different frequencies are applied to different interconnects and / or through-connection.
  • the different frequencies are differentiated during the measurement. This can be done, for example, by connecting a tunable bandpass filter upstream of the ammeter 36, which can in each case be switched to a frequency band which in each case comprises a frequency of one of the signals.
  • a plurality of interconnects can be detected in the region of a through-bore, provided they are not shielded by a through-connection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Prüfnadel zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplatten, sowie eine Prüfsonde mit einer solchen Prüfnadel und einen Fingertester zum Testen von Leiterplatten mit einer solchen Prüfnadel bzw. mit einer solchen Prüfsonde. Die Prüfnadel weist einen kapazitiven Messkörper auf, der über ein Kabel mit einer kapazitiven Messeinrichtung verbunden ist. Das Kabel ist abgeschirmt, so dass alleine der kapazitive Messkörper mit weiteren elektrisch leitenden Körpern eine kapazitive Kopplung ausbilden kann. Hierdurch lässt sich diese kapazitive Kopplung mit hoher Ortsauflösung bestimmen.

Description

KAPAZITIVE PRÜFNADEL ZUM MESSEN VON ELEKTRISCH
LEITENDEN SCHICHTEN IN LEITERPLATTENBOHRUNGEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfnadel zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplatten, sowie eine Prüfsonde mit einer solchen Prüfnadel und einen Fingertester zum Testen von Leiterplatten mit einer solchen Prüfnadel bzw. mit einer solchen Prüfsonde.
Bei der Herstellung von Leiterplatten werden die Leiterplatten oft mit sogenannten Coupons zunächst produziert. Die Coupons sind Bereiche der Leiterplatte, welche vorbestimmte Lei- terbahnen aufweisen, um daran Messungen durchzuführen. Nach Durchführung der Messun- gen, um zu testen, ob die Leiterplatte ordnungsgemäß hergestellt worden ist, werden die Coupons von dem Rest der Leiterplatte getrennt. Die übrige Leiterplatte bildet einen oder mehrere sogenannter Nutzen, welche mit elektrischen Bauelementen bestückt und in elektri schen Produkten eingesetzt werden.
An den Coupons können unterschiedliche elektrische Eigenschaften gemessen werden. Die Coupons weisen spezielle Leiterbahnen auf, an welchen einfach festgestellt werden kann, ob das Produktionsverfahren z.B. den Anforderungen zum Herstellen hochfrequenzgeeigneter Leiterbahnen genügt. Weiterhin können an den Leiterbahnen des Coupons Belastungstests durchgeführt werden, welche einzelne Leiterbahnen an den Coupons auch zerstören können. Da die Leiterbahnen der Coupons in späteren Produkten nicht verwendet werden, können sie speziell für bestimmte Testvorgänge optimiert sein.
Es lassen sich jedoch nicht alle Messungen an den Coupons auf die Leiterbahnen eines Nut- zens übertragen. Einerseits haben die Leiterbahnen auf dem Nutzen oftmals eine andere Geometrie als auf dem Coupon, so dass die Übertragung der Messergebnisse im Coupon nicht immer für die Leiterbahnen des Nutzens gilt.
Es gibt seit langem auch Messsonden, um an Leiterbahnen des Nutzens Hochfrequenzsignale anzulegen, um deren Hochfrequenzeigenschaften zu testen. Eine solche Hochfrequenzmes- sung kann nur dann zuverlässig durchgeführt werden, wenn das Kontaktieren der Leiterbahn elektrisch angepasst erfolgt. Entstehen Reflexionen, dann ist es schwierig, die eigentliche Störstelle zu erkennen. Weiterhin benötigt eine Hochfrequenzmessung immer einen Mas- sebezugspunkt nahe am Kontaktpunkt. Der Aufbau eines entsprechenden Messkopfes ist dementsprechend aufwändig.
Zum Vermessen der elektrisch leitenden Schicht in zurückgebohrten Bohrungen ist aus der US 9,459,285 B2 ein entsprechender Tastkopf mit leitfähigem Elastomer bekannt, mit wel- chem die leitfähigen Schichten mechanisch abgetastet und elektrisch vermessen werden können.
Weiterhin ist es aus der US 8,431,834 B2 bekannt, eine Leiterplatte mit einer zusätzlichen Leiterbahn zu versehen, so dass durch eine Impedanzmessung zwischen dieser zusätzlichen Leiterbahn und der eigentlichen Leiterbahn überprüft werden kann, ob die Rückbohrung tief genug oder gar schon zu tief erfolgt ist. Das Vorsehen einer solchen zusätzlichen Leiterbahn ist sehr aufwändig und erhöht die Kosten einer mehrlagigen Leiterplatte erheblich.
Aus der US 2015/047892 Al geht ein Verfahren hervor, bei dem ein Bohrer gleichzeitig als Sonde verwendet wird, um beim Zurückbohren den elektrischen Kontakt zur Leiterbahn zu messen und so den Bohrer dementsprechend zu steuern.
Aus den Patenten US 9,341,670 B2, US 9,488,690 B2 und US 9,739,825 B2 sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit welchen sogenannte„Stubs" in Bohrungen einer Leiterplatte vermessen werden können. Derartige Stubs sind Reste oder Stummel einer elektrisch leiten- den Schicht in einer Bohrung der Leiterplatte, welche in der Regel mit einer Leiterbahn in elektrischer Verbindung stehen. Um solche Stubs zu entfernen, werden Bohrungen einer Leiterplatte oftmals ein zweites Mal gebohrt, was als Zurückbohren (Englisch: back drilling) bezeichnet wird. Durch dieses Zurückbohren können derartige Stubs, welche beim Beschich- ten der einzelnen Lagen mit der elektrisch leitenden Schicht, welche in der Regel eine Kup- ferschicht ist, aus Versehen erzeugt worden sind, entfernt werden. Bei diesem Zurückbohren können jedoch auch gewünschte elektrische Verbindungen der Leiterbahn unterbrochen werden. Diese Vorrichtung weist eine kapazitive Sonde auf, welche in eine zurückgebohrte Bohrung einer Leiterplatte eingebracht wird. Die Kapazität der kapazitiven Sonde wird ge- messen. Weiterhin vorhandenes elektrisch leitendes Material in der zurückgebohrten Boh- rung wird anhand der Kapazität erkannt. Hierdurch können Fehler beim Zurückbohren detek- tiert werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfnadel zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplatten sowie eine entsprechende Prüfsonde als auch einen Fingertester zu schaffen, mit welchen einfach, zuverlässig und sehr präzise eine zurückgebohrte Bohrung einer Leiterplatte gemäß dem in der US 9,341,670 B2 beschriebenen Verfahren vermessen werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Prüfnadel zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrun- gen von Leiterplatten umfasst einen elektrischen Leiter, welcher von einer Abschirmung um- geben ist, wobei die Prüfnadel ein Anschlussende, an welchem sie mit einer kapazitiven Mes- seinrichtung elektrisch verbindbar ist, und ein Messende aufweist, das bei einer Messung in eine Bohrung einführbar ist.
Diese Prüfnadel zeichnet sich dadurch aus, dass am Messende ein mit dem elektrischen Lei- ter verbundener kapazitiver Messkörper außerhalb der Abschirmung angeordnet ist, welcher mit einer elektrisch leitenden Schicht in der Bohrung eine kapazitive Kopplung ausbilden kann.
Dadurch, dass der elektrische Leiter der Prüfnadel abgeschirmt ist und lediglich der kapaziti ve Messkörper mit einem anderen elektrisch leitenden Körper eine kapazitive Kopplung aus- bilden kann, kann mit der Prüfnadel sehr präzise der Ort des kapazitiven Messkörpers an- hand der gemessenen Kapazität in Bezug zu einer elektrisch leitenden Schicht erfasst wer- den.
Der Messkörper ist vorzugsweise mit einer elektrischen Isolationsschicht umgeben, so dass kein elektrischer Kontakt zwischen dem Messkörper und einem weiteren elektrisch leitenden Körper stattfinden kann.
Der Messkörper kann in Form eines Hohlzylinders ausgebildet sein.
Der Messkörper kann auch durch eine oder mehrere Windungen des elektrischen Leiters ausgebildet sein, wobei sich diese Windungen außerhalb der Abschirmung befinden.
Der Messkörper besitzt vorzugsweise einen maximalen Durchmesser von 1,5 mm, insbeson- dere einen maximalen Durchmesser von 1 mm, und vorzugsweise einen maximalen Durch- messer von 0,75 mm. Der Messkörper weist vorzugsweise in Axialrichtung der Prüfnadel eine maximale Länge von 0,5 mm, vorzugsweise eine maximale Länge von 0,25 mm und insbesondere eine maximale Länge von 0,15 mm auf.
Je kleiner der Messkörper ausgebildet ist, desto präziser ist die örtliche Auflösung, welche mit der Prüfnadel erfassbar ist.
Andererseits gilt, je größer die Fläche ist, über die sich der Messkörper erstreckt, desto grö- ßer ist die kapazitive Kopplung mit einer elektrisch leitenden Schicht in der Bohrung und des- to stärker ist das gemessene Signal. Zur Detektion einer elektrisch leitenden Schicht muss daher ein Kompromiss zwischen der Ortsauflösung und der kapazitiven Kopplung eingegan- gen werden.
Die Prüfnadel kann ein elektrisch leitendes Röhrchen aufweisen, welches die Abschirmung bildet, in welchem ein Kabel, das den elektrischen Leiter und eine elektrische Isolations- schicht umfasst, geführt ist. Das Kabel kann am Anschlussende aus dem Röhrchen ein Stück vorstehen, um an die kapazitive Messeinrichtung angeschlossen zu werden. Am Messende kann das Kabel ein Stück vorstehen, um um das Röhrchen zur Ausbildung des Messkörpers in einer oder mehreren Windungen angeordnet zu sein. Dies ist ein sehr einfacher Aufbau der Prüfnadel, der jedoch sehr präzise Messungen erlaubt. Vorzugsweise ist das Kabel mit zwei, drei, vier oder mehr Windungen um das elektrisch leitende Röhrchen zur Ausbildung des Messkörpers gewickelt.
Eine Prüfsonde zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplat- ten kann mit einer oben erläuterten Prüfnadel versehen sein und weist einen Berührungs- sensor auf, mit welchem feststellbar ist, ob die Prüfnadel einen anderen Körper berührt.
Mit dem Berührungssensor kann die Tiefe einer Sacklochbohrung gemessen werden, indem die Prüfsonde einmal die Oberfläche der zu testenden Leiterplatte und ein anderes Mal einen Boden der Sacklochbohrung berührt und die jeweilige Berührung detektiert und hierbei die Position der Prüfsonde erfasst. Die Differenz der beiden Positionen ergibt die Tiefe der Sack- lochbohrung.
Die eigentliche kapazitive Messung sollte möglichst berührungsfrei erfolgen, weshalb mit dem Berührungssensor zudem versucht werden kann, festzustellen, ob eine Berührung mit einem anderen Körper vorliegt, um dann gegebenenfalls die Prüfnadel so zu bewegen, dass sie den Körper nicht mehr berührt. Der Berührungssensor kann eine federelastische Halterung zum Halten der Prüfnadel und einen Sensor zum Detektieren einer Auslenkung der federelastischen Halterung aufweisen.
Der Sensor zum Detektieren einer Auslenkung der federelastischen Halterung kann ein opti- scher Sensor sein. Dieser optische Sensor kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebil- det sein. Eine Lichtquelle kann beispielsweise an der federelastischen Halterung direkt oder mittelbar über einen Lichtleiter angeordnet sein, wobei der Lichtaustritt mittels eines opti- schen Sensors detektiert wird. Beim Auslenken der federelastischen Halterung wird der Lichtkegel vom optischen Sensor wegbewegt, was durch eine unterschiedliche Helligkeit de- tektierbar ist. Gleichermaßen ist es möglich, eine Lichtschranke vorzusehen.
An der Prüfsonde kann ein Anschlag ausgebildet sein, an welchem die Prüfnadel und/oder die federelastische Halterung im nicht-ausgelenkten Zustand anliegt. Hierdurch ist die Positi on der Prüfnadel im nicht ausgelenkten Zustand eindeutig bezüglich der Prüfsonde definiert. Ist die Position der Prüfsonde bekannt, dann kann hieraus auch die Position der Prüfnadel und damit die Position des Messkörpers abgeleitet werden.
Ein Fingertester zum Testen von Leiterplatten, insbesondere zum Testen von unbestückten Leiterplatten, weist vorzugsweise einen Testfinger auf, welcher frei in einem vorbestimmten Prüfbereich bewegbar ist, um in die Nähe einer vorbestimmten Kontaktstelle der Leiterplatte bewegbar zu sein. Der Testfinger kann mit einer oben erläuterten Prüfnadel oder mit einer oben erläuterten Prüfsonde versehen sein.
Der Fingertester kann mehrere Testfinger aufweisen, wobei einer oder mehrere der weiteren Testfinger mit einer Prüfnadel zum elektrischen Kontaktieren von vorbestimmten Kontaktstel- len der Leiterplatte ausgebildet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplatten. Hierzu wird eine oben erläu- terte Prüfnadel oder eine oben erläuterte Prüfsonde oder der oben erläuterte Fingertester verwendet. Die Prüfnadel wird mit dem kapazitiven Messkörper in eine Bohrung eingeführt. Der Ort des kapazitiven Messkörpers wird hierbei erfasst und gleichzeitig wird die elektrische Kapazität des kapazitiven Messkörpers zu seiner Umgebung gemessen. Anhand der gemes- senen Kapazität wird bestimmt, ob in der Nähe des erfassten Ortes sich ein elektrischer Lei- ter befindet. Durch das gleichzeitige Erfassen des Ortes des kapazitiven Messkörpers und der damit gemessenen Kapazität kann somit festgestellt werden, wo sich ein elektrischer Leiter befindet. Dieser kapazitive Messkörper kann auch in kleine Bohrungen eingeführt werden, so dass an der Innenfläche ausgebildete elektrisch leitende Schichten zuverlässig detektierbar sind.
Neben der eigentlichen Messung der Kapazität kann auch die Tiefe einer zu vermessenden Sacklochbohrung mittels des oben erläuterten Berührungssensors bestimmt werden. Diese Bestimmung der Tiefe kann vor, während oder nach der kapazitiven Messung ausgeführt werden.
Zum Messen der Kapazität wird ein elektrisches Signal mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz angelegt. Es können auch höhere Frequenzen von beispielsweise zumindest 2 kHz bzw. zumindest 4 kHz verwendet werden. Das Messsignal kann an den Leiter der Prüfnadel und damit an den kapazitiven Messkörper angelegt werden. An einer Leiterbahn, welche mit ei- nem Abschnitt eines elektrischen Leiters verbunden sein soll, der gemessen werden soll, wird das hierauf induzierte Messsignal abgetastet. Vorzugsweise wird jedoch das Messsignal an eine Leiterbahn angelegt, die mit dem elektrischen Leiter verbunden sein soll, der mit dem kapazitiven Messkörper abgetastet wird. Dann wird auf den kapazitiven Messkörper das Messsignal von diesem elektrischen Leiter induziert und kann von der Messvorrichtung ent- sprechend erfasst und ausgewertet werden. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn der elektrische Leiter mit vielen elektrisch leitenden Abschnitten verbunden ist, welche sich in unterschiedlichen Bohrungen befinden. Dann muss ein einziges Mal ein Testfinger an diesem elektrischen Leiter platziert werden und die Prüfsonde kann aufeinanderfolgend in mehreren Bohrungen die darin befindlichen elektrischen Leiter abtasten.
Beim Bestimmen, ob sich ein elektrischer Leiter in der Nähe des Messkörpers befindet, kann ein Vergleich mit einem Kapazitätsprofil einer ordnungsgemäß ausgebildeten Bohrung ausge- führt werden. Eine„ordnungsgemäß ausgeführte Bohrung" ist eine Bohrung, in welcher ge- wünschte Bereiche der Innenfläche mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sind, die mit dem elektrischen Leiter verbunden sind, an dem das Messsignal angelegt wird und ande- re Bereiche der Innenfläche der Bohrung nicht mit einer elektrisch leitenden Schicht verse- hen sind. Die Anordnung der elektrisch leitenden Schicht an der Innenfläche der Bohrung kann somit anhand des Vergleiches festgestellt werden. Stimmt das gemessene Kapazitäts- profil mit dem vorgegebenen Kapazitätsprofil überein, dann ist die Bohrung ordnungsgemäß ausgebildet, d.h. dass nur an den gewünschten Stellen eine elektrisch leitende Schicht vor- gesehen ist. Wenn es jedoch Abweichungen gibt, dann bedeutet dies, dass entweder an ei- ner bestimmten Stelle eine elektrisch leitende Schicht fehlt oder an einer bestimmten Stelle eine elektrisch leitende Schicht vorgesehen ist, an der an sich keine elektrisch leitende Schicht angeordnet sein soll. Die Prüfnadel wird mit diesem Verfahren möglichst immer senkrecht zur Oberfläche der zu testenden Leiterplatte gehalten, da die Bohrungen in der Regel senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte eingebracht sind. Hierdurch ist die Prüfnadel axial zur jeweiligen Bohrung ausge- richtet und die Gefahr einer Kollision mit der Innenfläche einer Bohrung gering.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbei- spiels näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:
Figur 1 einen Fingertester in perspektivischer Ansicht,
Figur 2a-2c eine Prüfsonde mit einer erfindungsgemäßen Prüfnadel in perspektivischen
Ansichten und in einer Seitenansicht,
Figur 3 einen Ausschnitt einer Prüfnadel mit Prüfspitze im Querschnitt,
Figur 4 schematisch eine Messanordnung zum Messen einer elektrisch leitenden
Schicht in einer Durchkontaktierung einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte im Querschnitt dargestellt ist und die Masseleiterbahn mit der elektrischen Er- de verbunden ist,
Figur 5 schematisch eine Messanordnung zum Messen einer elektrisch leitenden
Schicht in einer Durchkontaktierung einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte im Querschnitt dargestellt ist und die Masseleiterbahn nicht mit der elektri- schen Erde verbunden ist, und
Figur 6 ein Ersatzschaltbild der Messanordnungen zum berührungslosen Messen lei tenden Schicht in einer Durchkontaktierung gemäß Figur 4 und 5.
Die Erfindung kann mittels eines Fingertesters 1 ausgeführt werden, der mehrere Testfinger 2 aufweist, welche jeweils mit einer Prüfsonde 3 versehen sind, mit welcher eine zu testende Leiterplatte 4 elektrisch kontaktiert werden kann, um in den Leiterbahnen ein entsprechen- des Messsignal einzuspeisen bzw. abzugreifen (Figur 1).
Solche Prüfsonden 3 sind z. B. in der WO 03/048787 Al beschrieben, auf welche diesbezüg- lich Bezug genommen wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Fingertester zwei Traverseneinheiten 5 auf, an welchen mehrere Führungsschienen 6 angeordnet sind, die sich über einen Prüfbereich erstrecken, in dem die zu testende Leiterplatte 4 aufgenommen werden kann. Eine jede Tra- verseneinheit 5 bildet einen Rahmen mit einer langgestreckten Durchgangsöffnung. Die bei- den Traverseneinheiten 5 stehen senkrecht auf einer Halterung 7, so dass deren Durch- gangsöffnungen fluchten. Durch die Durchgangsöffnungen der Traverseneinheiten 5 er- streckt sich der Prüfbereich zur Aufnahme der Leiterplatte 4. Im vorliegenden Ausführungs- beispiel weist jede Traverseneinheit vier Führungsschienen 6 auf, wobei jeweils zwei auf jeder Seite der Traverseneinheit 5 angeordnet sind. Auf jeder Seite der Traverseneinheit befindet sich jeweils eine der Führungsschienen 6 oberhalb und die andere der Führungs- schienen unterhalb der Durchgangsöffnung 8.
Auf jeder Führungsschiene 6 ist zumindest ein Schlitten 9 verschieblich angeordnet, welcher jeweils einen der Testfinger 2 trägt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf einer Füh- rungsschiene 6 jeweils zwei Schlitten 9 vorgesehen. Grundsätzlich können jedoch auch mehr als zwei Schlitten 9 auf einer Führungsschiene 6 angeordnet sein.
Die Testfinger 2 sind an einem Ende schwenkbar an den Schlitten 9 befestigt. Ein solcher Aufbau eines Fingertesters geht beispielsweise aus der WO 2014/140029 Al hervor. Diesbe- züglich wird auf dieses Dokument vollinhaltlich Bezug genommen.
Die Prüfsonden 3 sind an den von den Schlitten 9 entfernten Enden, den freien Enden der Testfinger 2 angeordnet und weisen jeweils eine Prüfnadel 10 auf, welche mit einer Kontakt- spitze 11 in Richtung zur zu kontaktierenden Leiterplatte 4 gerichtet ist. Die Testfinger 2 können mit den Prüfsonden 3 in Richtung zur Leiterplatte 4 und weg von der Leiterplatte 4 bewegt werden, um die Kontaktspitze 11 entweder auf der Oberfläche der Leiterplatte anzu- ordnen oder in eine Bohrung in der Leiterplatte 4 einzuführen.
Erfindungsgemäß weist zumindest einer der Testfinger 2 oder mehrere der Testfinger 2 je- weils eine Prüfsonde 12 auf (Figur 2a-2c), welche zum berührungsfreien, kapazitiven Abtas- ten von Bohrungen und insbesondere von Sacklochbohrungen der Leiterplatte 4 ausgebildet ist. Eine solche Prüfsonde 12 weist ein Basisplättchen 13 auf, das als Leiterplatte ausgebildet ist. Auf dem Basisplättchen 13 ist ein Rastkörper 14 angeordnet, welcher zwei Rastarme 15 aufweist, mit welchen die Prüfsonde 12 an einem der Testfinger 2 rastend fixiert werden kann. Am Rastkörper 14 sind zwei Federarme 16, 17 befestigt. Einer der beiden Federarme liegt unmittelbar auf dem Basisplättchen 13 auf und ist zwischen dem Basisplättchen 13 und dem Rastkörper 14 eingeklemmt. Der andere Federarm 17 ist an der vom Basisplättchen 13 entfernten Oberfläche des Rastkörpers 14 mittels zweier Schrauben befestigt. Die Federarme 16, 17 sind zueinander parallel angeordnet. Von dem Rastkörper 14 ausgehend verjüngen sich in der Draufsicht das Basisplättchen 13 und die Federarme 16, 17 zu einem freien Ende 18, an dem die beiden Federarme 16, 17 jeweils ein Stück vorstehen. An diesen Enden der Federarme 16, 17 ist jeweils eine Prüfnadel 19 befestigt, sodass die elastischen Federarme 16, 17, der Rastkörper 14 und der die beiden Federarme 16, 17 verbindende Abschnitt der Prüfnadel 19 ein Parallelogramm bilden. Die beiden Federarme 16, 17 können mit ihren freien Enden von dem Basisplättchen 13 weggeschwenkt werden, so dass die Prüfnadel an der Prüfsonde 12 elastisch gelagert ist. Der unmittelbar am Basisplättchen anliegende Feder- arm 16 wird im Folgenden als Basisfederarm 16 und der vom Basisplättchen 13 entfernte Federarm 17 als freier Federarm 17 bezeichnet. Das Basisplättchen 13 bildet somit einen Anschlag für den Basisfederarm 16 und damit für die Bewegung der Prüfnadel 19 relativ zum übrigen Körper der Prüfnadel 12.
Beide Federarme 16, 17 bilden in der Draufsicht einen etwa dreieckförmigen Rahmen. Am freien Federarm 17 ist eine zum Basisplättchen 13 zeigende Messfahne 20 angeordnet.
Auf dem Basisplättchen 13 befindet sich eine Lichtschrankenanordnung 21, welche mit einer Lichtquelle und einem Lichtsensor eine Lichtschranke ausbildet, in welche die Messfahne 20 eingreift, wenn die Federarme 16, 17 nicht ausgelenkt sind. Beim Auslenken der Federarme wird die Messfahne 20 aus der Lichtschranke bewegt, so dass der Lichtsensor eine größere Helligkeit detektiert. Diese Lichtschrankenanordnung 21 bildet somit zusammen mit der Messfahne 20 einen Berührungssensor, welche detektiert, wenn durch Berührung der Prüf nadel 19 mit einem anderen Körper die Federarme 16, 17 ausgelenkt werden.
Die Prüfnadel weist ein Anschlussende 22 und ein Messende 23 auf. Im Bereich des An- schlussendes 22 ist der freie Federarm 17 mit der Prüfnadel 19 verbunden. Die Prüfnadel 19 ist mit dem Basisfederarm 16 so verbunden, dass im nicht-ausgelenkten Zustand der Feder- arme 16, 17, also wenn der Basisfederarm 16 auf dem Basisplättchen 13 aufliegt, die Prüf nadel 19 senkrecht zur Ebene des Basisplättchens 13 angeordnet ist.
Diese Prüfsonde 12 und der korrespondierende Testfinger 2 sind derart ausgebildet, dass im am Testfinger 2 montierten Zustand die Prüfnadel im nicht-ausgelenkten Zustand senkrecht zum Prüfbereich bzw. zu einer im Prüfbereich befindlichen Leiterplatte 4 angeordnet ist.
Die Prüfnadel 19 steht an der Prüfsonde 12 ein Stück bezüglich des Basisplättchens 13 vor. Die Prüfnadel 19 weist ein Metallröhrchen auf, das elektrisch leitend ist und einen Außen- durchmesser von vorzugsweise maximal 0,2 mm und insbesondere maximal 0,18 mm auf- weist. Im Metallröhrchen 24 ist ein Kabel 25 geführt, das einen elektrischen Leiter aufweist, der von einer Isolationsschicht umgeben ist. Das Kabel 25 ist im vorliegenden Ausführungs- beispiel mit einer am Basisplättchen 13 ausgebildeten Leiterbahn verbunden, welche elektrisch mit einer kapazitiven Messeinrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist. Am Mes- sende 23 ist der Leiter des Kabels 25 mit einem kapazitiven Messkörper 26 verbunden. Der kapazitive Messkörper ist ein metallischer Ringkörper, der um das Röhrchen herum angeord- net und von diesem elektrisch isoliert ist. Der kapazitive Messkörper 26 kann ein mit einer Isolationsschicht versehener Metallring sein, der elektrisch mit dem Leiter des Kabels 25 ver- bunden ist. Der kapazitive Messkörper 26 kann jedoch auch aus einer oder mehreren Wick- lungen des Kabels 25 ausgebildet sein.
Das Metallröhrchen 24 dient zur Abschirmung des Kabels 25, so dass alleine der kapazitive Messkörper 26 eine kapazitive Kopplung mit einem sich in der Nähe befindlichen elektrischen Leiter eingehen kann und alleine dessen kapazitive Kopplung zu diesem weiteren elektri- schen Leiter mittels des Kabels 25 abgetastet werden kann.
Am Messende 23 der Prüfnadel 19 ist eine Messspitze 27 ausgebildet. Diese Messspitze dient lediglich zur mechanischen Berührung eines anderen Körpers. Die Messspitze kann aus ei- nem nicht-elektrisch leitenden Material ausgebildet oder mit einer Isolationsschicht versehen sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient sie nicht zur elektrischen Kontaktierung ei- ner Kontaktstelle einer Leiterplatte.
Im Rahmen der Erfindung kann jedoch die Messspitze auch elektrisch leitend ausgebildet sein, so dass sie zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einer Kontaktstelle der Leiterplatte verwendet werden kann. Ist eine solche elektrisch leitende Kontaktspitze mit dem kapazitiven Messkörper 26 elektrisch verbunden, dann kann die Kontaktspitze bei einer kapazitiven Kopplung, die der kapazitiven Messkörper 26 mit einem zu vermessenden elektrisch leitenden Gegenstand ausbildet, mit berücksichtigt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Messspitze 27 ist aus einem Kanüle-Röhrchen 28 ausgebildet, das mit einem Ende mittels einer Lötverbindung 29 mit dem Röhrchen bzw. Abschirmung 24 elektrisch leitend und mechanisch verbunden ist. Das Kanüle-Röhrchen weist im Bereich der Lötverbindung 29 einen Durchmesser von beispielsweise 0,3 mm auf. Das Kanüle-Röhrchen ist axial in Richtung zur Messspitze 27 ausgebildet und besitzt im Bereich der Messspitze 27 einen Durchmesser von 0,2 mm oder weniger. Das Kanüle-Röhrchen 28 ist im Bereich der Messspitze schräg angeschnitten, sodass sich eine schräg verlaufenden Austrittsöffnung 30 ergibt.
Das Kabel 25 wird durch das Röhrchen 24 und das Kanüle Röhrchen 28 geführt und tritt bei der Austrittsöffnung 30 aus dem Kanüle-Röhrchen 28 aus. Im Bereich der Messspitze 27 ist das Kabel mit z. B. drei Wicklungen um das Kanüle-Röhrchen 28 gewickelt und bildet den kapazitiven Messkörper 26. Die Messspitze TI selbst ist elektrisch leitend und elektrisch leitend mit dem Röhrchen 24 verbunden.
Eine solch elektrisch leitend ausgebildete Messspitze hat den Vorteil, dass die Prüfnadel 19 beispielsweise mit einer Kalibrieroberfläche in Kontakt treten kann, welche elektrisch leitende und nicht elektrisch leitende Oberflächenabschnitte aufweist, sodass die Position der Prüfna- del 19 und damit die Position eines Testfingers 2, in dem die Prüfnadel 19 befestigt ist, kalib- riert werden kann.
Die in Figur 3 gezeigte Prüfnadel 19 ist einfach zu fertigen und weist einen sehr kleinen Messkörper 26 auf, sodass die Ortsauflösung entsprechend präzise ist.
Ein typischer Messvorgang zum Messen der elektrisch leitenden Beschichtung in einer Sack- lochbohrung einer Leiterplatte mittels des Fingertesters 1 läuft folgendermaßen ab:
Mit einem Testfinger 2, der die erfindungsgemäße Prüfsonde 12 aufweist, wird zunächst die Oberfläche der zu testenden Leiterplatte 4 mechanisch kontaktiert, um deren Höhe zu bestimmen.
Die Prüfsonde wird mit der Prüfnadel in eine zu vermessende Sacklochbohrung der Lei- terplatte 4 eingeführt, bis die Messspitze 27 den Boden der Sacklochbohrung der Leiter- platte 4 berührt. Der Ort der Prüfsonde 12 zu dem Zeitpunkt, wenn der Boden der Sack- lochbohrung berührt, wird mittels des Berührungssensors erfasst, so dass aus der Hö- hendifferenz zwischen diesem Ort und dem Ort, an dem mit der Prüfsonde bzw. mit de- ren Messspitze 27 die Oberfläche der Leiterplatte berührt worden ist, die Tiefe der Sack- lochbohrung ermittelt wird.
Mit dem in der Sacklochbohrung befindlichen kapazitiven Messkörper 26 wird eine kapa- zitive Messung der Kapazität zwischen dem kapazitiven Messkörper 26 und einem sich in der Sacklochbohrung befindlichen elektrischen Leiter ausgeführt, indem mittels eines weiteren Testfingers 2, der eine Kontaktstelle der Leiterplatte kontaktiert, die mit diesem elektrischen Leiter verbunden ist, an diesen elektrischen Leiter ein vorbestimmtes Mess- signal anlegt wird. Das Messsignal weist vorzugsweise eine Frequenz von zumindest 1 kHz und insbesondere eine Frequenz von zumindest 4 kHz bzw. zumindest 10 kHz auf.
Das hierdurch auf den kapazitiven Messkörper 26 induzierte Signal wird mittels des Kabels 25 von dem kapazitiven Messkörper 26 abgegriffen und zu der Messeinrichtung weitergeleitet. Anhand der Amplitude des so gemessenen Signals kann die ausgebildete Kapazität zwischen dem kapazitiven Messkörper 26 und dem hierzu benachbart angeordneten elektrischen Leiter bestimmt werden. Gleichzeitig wird der Ort des kapazitiven Messkörpers 26 erfasst, der durch den Ort der Prüfsonde 12 vorgegeben ist, welcher durch die Bewegung des entspre- chenden Testfingers 2 eingestellt wird und am Fingertester 1 bekannt ist. Durch das gleich- zeitige Erfassen des Ortes und der Kapazität beim Bewegen des kapazitiven Messkörpers 26 in der Sacklochbohrung kann die Kapazität, die der kapazitive Messkörper 26 mit seiner Um- gebung ausbildet, ortsabhängig festgestellt werden. Hierdurch wird ein Profil der Kapazität erzeugt, aus dem die Beschichtung der Innenfläche der Sacklochbohrung mit einem elektri- schen Leiter abgeleitet werden kann.
Vorzugsweise weist der Fingertester 1 mehrere Testfinger 2 auf, welche jeweils mit einer erfindungsgemäßen Prüfsonde 12 versehen sind. Hierdurch können mehrere Sacklochboh- rungen oder Durchgangsbohrungen gleichzeitig vermessen werden. Vorzugsweise werden beim gleichzeitigen Messen Messsignale verwendet, die sich in ihrer Frequenz unterscheiden. Hierdurch kann dann mit entsprechenden Bandpassfiltern ein Übersprechen von einer Mes- sung auf eine andere Messung verhindert werden.
Vorzugsweise sind auf jeder Führungsschiene 6 zumindest ein Testfinger 2 mit einer
Prüfsonde 3 mit einer herkömmlichen Prüfnadel 10 zum elektrischen Kontaktieren einer Kon- taktstelle der Leiterplatte und ein weiterer Testfinger 2 mit einer erfindungsgemäßen Prüfsonde 12 vorgesehen. Es kann auch zweckmäßig sein, auf einer Führungsschiene 6 zwei Testfinger 2 mit herkömmlichen Prüfsonden 3 und einen weiteren Testfinger 2 mit einer er- findungsgemäßen Prüfsonde 12 vorzusehen.
Die Erfindung kann jedoch auch auf einem herkömmlichen Fingertester angewendet werden, der mehrere separate Traversen aufweist, die nicht auf einer gemeinsamen Traverseneinheit 5 angeordnet sind. Bei einem solchen Fingertester ist es wiederum zweckmäßig, pro Traver- se zumindest einen Testfinger 2 mit einer erfindungsgemäßen Prüfsonde 12 und ein oder mehrere Testfinger mit herkömmlichen Prüfsonden 3 vorzusehen.
Mit der erfindungsgemäßen Prüfsonde lässt sich somit sehr einfach und präzise die Geomet- rie einer Sacklochbohrung oder Durchgangsbohrung bestimmen und andererseits die Be- schichtung mit einem elektrischen Leiter der Innenfläche der Sacklochbohrung oder Durch- gangsbohrung feststellen.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Prüfsonde 12 in herkömmliche Fingertester (englisch: Flying Probe Tester) eingesetzt werden. Es sind keine weiteren mechanischen Umbauten notwendig. Lediglich muss der Fingertester mit einem geeigneten Steuerprogramm versehen werden, das die von der erfindungsgemäßen Prüfsonde 12 erzeugten Messsignale verarbei- ten und geeignete Messsignale anlegen kann und die Bewegung eines Testfingers 2 mit der erfindungsgemäßen Prüfsonde 12 steuern kann.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Messen einer Durchkontaktierung 31 in einer Bohrung 37 einer Leiterplatte 38 erläutert. Die Durchkontierung 31 ist eine elektrisch leitende Be- schichtung an der inneren Oberfläche der Bohrung. Beim Herstellen der Leiterplatte 38 wird zunächst die gesamte Bohrung beschichtet. Danach wird die Bohrung ein zweites Mal ein Stück tief nachgebohrt, so dass in einem vorbestimmten Abschnitt die Beschichtung der Boh- rung 37 wieder entfernt wird. Hierbei können Fehler entstehen, wenn das Nachbohren ent- weder nicht ausreichend tief oder zu tief durchgeführt worden ist, so dass der Rand der Be- schichtung in der Bohrung ein Stück gegenüber seiner gewünschten Position versetzt ist. Die zweite Bohrung kann auch ein Stück versetzt zur ersten Bohrung erfolgen, so die beiden Bohrungen nicht konzentrisch sind. Hierdurch verbleibt ein dünner unerwünschter Streifen (Engl. : stripe) der Beschichtung im Bereich der Bohrung. Der Streifen erstreckt sich in eine Richtung etwa parallel zur Mittelachse der Bohrung. Ein solcher Streifen kann auch entste- hen, wenn die zweite Bohrung bzgl. der ersten Bohrung etwas schräg ausgeführt wird.
Die Leiterplatte 38 weist mehrere Lagen 32 auf, zwischen welchen Leiterbahnen 33 ausge- bildet sind. Es gibt größere und kleinere Leiterbahnen. In der Regel ist die sogenannte Mas- seleiterbahn die größte Leiterbahn einer Leiterplatte und kann sich oftmals über mehrere Lagen 32 hinweg erstrecken. Beim nachfolgend erläuterten Messverfahren wird die Masselei- terbahn mit der elektrischen Erde 34 verbunden (Fig. 4). An Stelle der einzelnen Masseleiter- bahnen können auch mehrere einzelne kleinere Leiterbahnen verwendet werden, die gleich- zeitig mit der elektrischen Erde 34 verbunden werden. Für die nachfolgende Beschreibung wird der Begriff der„Masseleiterbahn" zur Beschreibung einer oder mehrerer Leiterbahnen verwendet, welche gleichzeitig mit elektrischer Erde verbindbar sind und sich über einen größeren Bereich der Leiterplatte 38, insbesondere über mehrere Lagen verzweigen. Diese Verbindung zur elektrischen Erde 34 erfolgt vorzugsweise durch Anlegen eines beweglichen Kontaktfingers des Fingertesters an die Leiterbahn, wobei dieser Kontaktfinger eine elektri- sche leitende Kontaktspitze aufweist, welche mit der elektrischen Erde verbunden ist.
Beim Einführen der Prüfsonde 3 in die Bohrung bildet der kapazitive Messkörper 26 mit den umliegenden elektrischen Leitern eine elektrische Kapazität aus. Ziel dieses Verfahrens ist es diese Kapazität bzw. deren Änderung beim Einführen des kapazitiven Messkörpers in die Bohrung zu messen.
Hierzu wird mit einem Signalgenerator 35 ein Schwingungssignal gegenüber der elektrischen Erde an der Durchkontaktierung 31 angelegt. Dieses Messsignal fliest entlang der Durchkon- taktierung 31, über eine Kapazität CI zwischen der Durchkontaktierung 31 und dem kapazi- tiven Messkörper 26 in den kapazitiven Messkörper 26 und von dort über das Kabel 25 zu einem Strommessgerät 36, mit welchem die Spannung und damit die Kapazität CI bzw. des- sen Kapazitätsänderung, wenn der kapazitive Messkörper 26 in die Nähe der Durchkontaktie- rung 31 gelangt, gemessen werden.
Zwischen der Durchkontaktierung 31 und den benachbarten Leiterbahnen bildet sich eine parasitäre Kapazität C2 aus. Diese ist vor allem dann relevant, wenn sie sich zwischen der Durchkontaktierung und der Masseleiterbahn bildet. Würde die Masseleiterbahn nicht geer- det sein, dann würde sich über die parasitäre Kapazität das Messsignal auf weitere Leiter- bahnen über deren kapazitive Kopplung (Kapazität C3) zu der Masseleiterbahn übertragen. Dadurch würde man mit dem kapazitiven Messkörper das Messsignal über weitere kapazitive Kopplungen (Kapazität C4) zwischen dem kapazitiven Messkörper 26 und den außerhalb der Durchkontaktierung angeordneten Leiterbahnen sehen (Fig. 5). Hierdurch könnte man nicht genau feststellen, ob man die elektrische Kapazität CI zwischen dem Messkörper 26 und der Durchkontaktierung 31 oder die Kapazität C4 zwischen dem Messkörper 26 und einer der weiteren Leiterbahnen misst.
Nachfolgend wird anhand eines Ersatzschaltbildes (Fig. 6) die Funktionsweise der Messan- ordnung aus Fig. 4 und 5 erläutert. Dieses Ersatzschaltbild umfasst folgende Elemente:
26 Messkörper
31 Durchkontaktierung
34 elektrische Erde (= Erdungsfinger, schaltbar)
35 Signalgenerator
36 Strommessgerät
Der Kondensator CI stellt die Kopplung zwischen der Durchkontaktierung 31 und dem Mess- körper 26 dar.
Der Kondensator C2 befindet sich zwischen der Durchkontaktierung 31 und der Masseleiter- bahn im Sinne der obigen Beschreibung. Der Kondensator C3 ist die Kopplung zwischen der Masseleiterbahn und den weiteren Leiterbahnen. Der Kondensator C4 stellt die Kopplung der Leiterbahnen mit dem Messkörper 26 dar. Die Kopplung der Leiterbahnen mit dem Messkör- per 26 kann unmittelbar durch die Masseleiterbahn oder durch über die Kapazität C3 mit der Masseleiterbahn gekoppelte weitere Leiterbahnen erfolgen. Wenn die Kopplung unmittelbar zwischen der Masseleiterbahn und dem Messkörper 26 besteht, dann entfällt der Kondensa- tor C3, weshalb er mit einer gestrichelten Linie im Ersatzschaltbild kurzgeschlossen ist und bei der weiteren Betrachtung nicht berücksichtigt werden müsste. Die Verbindung 34 der Masseleiterbahn zur elektrischen Erde ist mit einem Schalter im Er- satzschaltbild (Fig. 6) dargestellt, wobei gemäß der Messanordnung nach Figur 4 der Schal- ter geschlossen und gemäß der Messanordnung nach Fig. 5 der Schalter offen ist.
Ist die Masseleiterbahn nicht mit der elektrischen Erde verbunden (Schalter bei 34 in Fig. 6 ist offen), dann gilt Folgendes:
Die Kondensatoren C2(, C3), C4 sind parallel zum Kondensator CI geschaltet. Ist die Reihen- schaltung aus C2(, C3), C4 größer als CI, dann wird die Gesamtkapazität zwischen der Durchkontaktierung 31 und dem Messkörper 26 vor allem durch die Reihenschaltung der Kondensatoren C2(, C3), C4 bestimmt und der vom Strommessgerät 36 gemessene Strom wird vor allem von der Reihenschaltung aus C2(, C3), C4 bestimmt.
Ist die Masseleiterbahn mit der elektrischen Erde verbunden (Schalter bei 34 in Fig. 6 ist geschlossen), dann ist die Verbindung zwischen C2 und C3 mit der elektrischen Erde verbun- den.
Das Strommessgerät 36 ist ein Strom-Spannungswandler, das einen Operationsverstärker 39 sowie einen Messwiderstand 40 aufweist. Der Operationsverstärker ist bspw. vom Typ AD549. Am Ausgang des Strommessgeräts 36 liegt ein Spannungssignal Um an, das proporti- onal zu dem am Eingang des Strommessgerätes fliesenden Stromes ist.
Ein Eingang des Operationsverstärkers ist mit dem Messkörper 26 und der andere Eingang mit der elektrischen Erde verbunden. Durch eine Rückkopplung der Eingangs- und der Aus- gangsseite des Operationsverstärkers über den Messwiderstand 40 werden beide Eingänge des Operationsverstärkers 39 auf dem Potential der elektrischen Erde gehalten.
Die Kondensatoren C3 und C4 sind somit zwischen zwei Punkten angeordnet, welche jeweis auf dem Potential der elektrischen Erde liegen, so dass durch sie kein Strom fließt. Sie sind somit in der Messung nicht sichtbar.
An einer Seite des Kondensators C2 liegt das Spannungssignal des Signalgenerators 35 an und die andere Seite des Kondensators C2 ist mit der elektrischen Erde verbunden, so dass durch diesen Kondensator ein Strom fließt. Dieser Strom wird vom Messgerät nicht gemes- sen, da er unmittelbar auf die elektrische Erde abfließt. Dieser Strom beeinflusst die vom Signalgenerator 35 abgegebene Leistung, jedoch nicht die vom Signalgenerator 35 abgege- bene Spannung. Da das am Kondensator CI anliegende Spannungssignal U und der durch den Kondensator fließende Strom I bekannt sind, kann hieraus die Kapazität des Kondensa- tors CI bestimmt werden, ohne dass die Messung durch die weiteren Kapazitäten C2, C3, C4 beeinflusst wird, wenn die Masseleiterbahn mit der elektrischen Erde verbunden ist.
Hierdurch kann durch Verbinden der Masseleiterbahn mit der elektrischen Erde die kapazitive Kopplung CI zwischen dem Messkörper 26 und der Durchkontaktierung 31 exakt gemessen werden, wobei der Betrag der kapazitiven Kopplung CI bestimmt werden kann und eine Aussage über die geometrische Größe eines Fehlers an der Durchkontaktierung erlaubt.
Dieses Verfahren ist so präzise, dass es auch so abgewandelt werden kann, dass das Signal des Signalgenerators an eine einzelne Leiterbahn angelegt werden kann, die sich bis an die Durchgangsbohrung erstreckt, so dass anhand dieses Signals die kapazitive Kopplung des Messkörpers zu dieser Leiterbahn detektiert werden kann. Hierdurch kann die Position des Messkörpers in der Durchgangsbohrung bestimmt werden bzw. es kann bestimmt werden, dass diese Leiterbahn das Messsignal korrekt bis an den Bereich der Durchkontaktierung leitet.
Üblicherweise wird der Ort der Prüfsonde relativ zum Ort der zu testenden Leiterplatte kalib riert, indem die Prüfsonde 12 mit ihrer Kontaktspitze mit der Oberfläche der Leiterplatte in Berührung gebracht wird. Diese mechanische Kalibrierung kann durch eine elektrische Kalib rierung ersetzt werden, wobei bei der elektrischen Kalibrierung ein Schwingungssignal an eine an die Durchgangsbohrung angrenzende Leiterbahn angelegt wird, das dann von der Prüfsonde bzw. deren Messkörper erfasst wird.
Dieses Verfahren kann auch dahingehend abgewandelt werden, dass mehrere Messsignale mit unterschiedlichen Frequenzen an unterschiedliche Leiterbahnen und/oder die Durchkon- taktierung angelegt werden. Die unterschiedlichen Frequenzen werden bei der Messung un- terschieden. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass dem Strommessgerät 36 ein abstimm- barer Bandpassfilter vorgeschaltet ist, der jeweils auf ein Frequenzband geschaltet werden kann, das jeweils eine Frequenz eines der Signale umfasst. Hierdurch lassen sich im Bereich einer Durchgangsbohrung mehrere Leiterbahnen detektieren, sofern sie nicht durch eine Durchkontaktierung abgeschirmt sind. Bezuaszeichenliste
21 Lichtschrankenanordnung
I Fingertester 25 22 Anschlussende
2 Testfinger 23 Messende
3 Prüfsonde 24 Röhrchen
4 Leiterplatte 25 Kabel
5 Traverseneinheit 26 kapazitiver Messkörper
6 Führungsschiene 30 27 Messspitze
7 Halterung 28 Kanüle-Röhrchen
8 Durchgangsöffnung 29 Lötverbindung
9 Schlitten 30 Austrittsöffnung
10 Prüfnadel 31 Durchkontaktierung
II Kontaktspitze 35 32 Lage
12 Prüfsonde 33 Leiterbahn
13 Basisplättchen 34 elektrische Erde
14 Rastkörper 35 Signalgenerator
15 Rastarm 36 Strommessgerät
16 Federarm (Basisfederarm) 40 37 Bohrung
17 Federarm (freier Federarm) 38 Leiterplatte
18 freies Ende 39 Operationsverstärker
19 Prüfnadel 40 Messwiderstand
20 Messfahne

Claims

Patentansprüche
1. Prüfnadel zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplat- ten, umfassend
einen elektrischen Leiter, welcher von einer Abschirmung (24) umgeben ist, wobei die Prüfnadel (19) ein Anschlussende (22), an welchem sie mit einer kapazitiven Messein- richtung elektrisch verbindbar ist, und ein Messende (23) aufweist, das bei einer Mes- sung in eine Bohrung einführbar ist,
wobei am Messende (23) ein mit dem elektrischen Leiter verbundener kapazitiver Mess- körper (26) außerhalb der Abschirmung (24) und insbesondere radial außerhalb der Ab- schirmung (24) angeordnet ist, welcher mit einer elektrisch leitenden Schicht in der Boh- rung eine kapazitive Kopplung ausbilden kann.
2. Prüfnadel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkörper (26) mit einer elektrischen Isolationsschicht umgeben ist.
3. Prüfnadel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkörper (26) in der Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist.
4. Prüfnadel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messkörper (26) durch eine oder mehrere Windungen des elektrischen Leiters ausgebildet ist, wobei sich diese Windungen außerhalb der Abschirmung (24) befinden.
5. Prüfnadel nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Prüfnadel (19) ein elektrisch leitendes Röhrchen (24) aufweist, welches die Ab- schirmung bildet, in welchem ein Kabel (25), das den elektrischen Leiter und eine elekt- rische Isolationsschicht umfasst, geführt ist, wobei das Kabel (25) am Anschlussende (22) aus dem Röhrchen (24) ein Stück vorsteht, um an die kapazitive Messeinrichtung angeschlossen zu werden, und am Messende (23) ein Stück vorsteht, um um das Röhr- chen (24) zur Ausbildung des Messkörpers (26) in einer oder mehrerer Windungen an- geordnet zu sein.
6. Prüfnadel nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das elektrisch leitend Röhrchen (24,28) im Bereich einer Messspitze (27) schräg angeschnitten ist, sodass sich in Axialrichtung des Röhrchens (24,28) eine schräg verlau- fende Austrittsöffnung (30) ergibt, wobei
das Kabel (25) durch die Austrittsöffnung (30) geführt ist.
7. Prüfsonde zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplat- ten, mit
einer Prüfnadel (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und
einen Berührungssensor (20, 21), mit welchem feststellbar ist, ob die Prüfnadel (12) ei- nen anderen Körper berührt.
8. Prüfsonde nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Berührungssensor (20, 21) eine federelastische Halterung (16, 17) zum Halten der Prüfnadel (12) und einen Sensor zum Detektieren einer Auslenkung der federelasti- schen Halterung (16, 17) aufweist.
9. Prüfsonde nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensor zum Detektieren einer Auslenkung der federelastischen Halterung (16, 17) ein optischer Sensor, insbesondere eine Lichtschrankenanordnung (21) ist.
10. Prüfsonde nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Prüfsonde (12) ein Anschlag (13) ausgebildet ist, an welchem die Prüfnadel (19) und/oder die federelastische Halterung (16, 17) im nicht ausgelenkten Zustand an- liegt.
11. Fingertester zum Testen von Leiterplatten, insbesondere zum Testen von unbestückten Leiterplatten, mit zumindest einem Testfinger (2) , welcher frei in einem vorbestimmten Prüfbereich bewegbar ist, um in die Nähe einer vorbestimmten Kontaktstelle der Leiter- platte (4) angeordnet werden zu können, wobei der Testfinger eine Prüfnadel nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 6 oder eine Prüfsonde nach einem der Ansprüche 7 bis 10 aufweist.
12. Fingertester nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Fingertester (1) mehrere Testfinger (2) aufweist, wobei einer oder mehrere der Testfinger mit einer Prüfnadel (10) zum elektrischen Kontaktieren von vorbestimmten Kontaktstellen der Leiterplatte (4) ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Messen von elektrisch leitenden Schichten in Bohrungen von Leiterplat- ten, wobei ein Fingertester nach Anspruch 11 oder 12 verwendet wird, die Prüfnadel mit dem kapazitiven Messkörper (26) in eine Bohrung eingeführt wird, wobei der Ort des kapazitiven Messkörpers (26) erfasst wird und gleichzeitig die elektrische Kapazität des kapazitiven Messkörpers (26) zu seiner Umgebung gemessen wird, so dass anhand der gemessenen Kapazität bestimmt wird, ob in der Nähe des erfassten Ortes sich ein elektrischer Leiter befindet.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Messen der Kapazität an eine Leiterbahn, welche einen elektrisch leitenden Abschnitt im Bereich der zu vermessenden Bohrung aufweist und/oder an den Messkör- per (26) ein elektrisches Signal mit einer Frequenz von zumindest 1 kHz angelegt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bestimmen, ob ein elektrischer Leiter sich in der Nähe des Messkörpers (26) befindet, durch einen Vergleich mit einem Kapazitätsprofil einer ordnungsgemäßen Boh- rung erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eine Leiterbahn (33) der Leiterplatte mit der elektrischen Erde verbun- den wird, wobei diese Leiterbahn (33) vorzugsweise eine sich weit über die Leiterplatte erstreckende Leiterbahn, wie z.B. eine Masseleiterbahn, ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen der elektrischen Kapazität ein Strommessgerät verwendet wird, des- sen Eingangsseite auf das Potential der elektrischen Erde gelegt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass an mehreren leitenden Schichten im Bereich einer Durchkontaktierung ein Messsig- nal angelegt wird, das mit dem Messkörper (26) detektierbar ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mehreren Messsignale Schwingungssignale mit unterschiedlichen Frequenzen sind und bei der Messung die unterschiedlichen Messsignale anhand der unterschiedli- chen Frequenzen unterschieden werden.
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