ITVR990013A1 - Sistema di accoppiamento e centraggio particolarmente per l'allineamento di circuiti stampati durante le procedure di prova. - Google Patents

Description

SISTEMA DI ACCOPPIAMENTO E CENTRAGGIO

PARTICOLARMENTE PER L’ALLINEAMENTO DI CIRCUITI

STAMPATI DURANTE LE PROCEDURE DI PROVA

RIASSUNTO

Il trovato riguarda un sistema di allineamento di una scheda rispetto a una struttura rigida . Tipicamente il trovato rende agevole la centratura di circuiti elettronici, specialmente circuiti stampati, rispetto alle macchine per la loro diagnostica elettrica tramite letto di chiodi.

Il trovato utilizza delle spine con punta eccentrica che consentono, a seconda della loro posizione di compensare i piccoli errori di disallineamento dovuti alla fabbricazione dei circuiti rendendo possibile il corretto raggiungimento dei bersagli da parte degli aghi di testatura e quindi una corretta esecuzione di test di collaudo.

DESCRIZIONE

Il trovato riguarda un sistema di allineamento di una scheda rispetto ad una struttura ed in particolare esso è utilizzabile nelle apparecchiature di collaudo automatico di circuiti, soprattutto di circuiti stampati nudi.

In generale, tali apparecchiature sono complessi strumenti di misura con capacità decisionali e di confronto. Esse introducono degli stimoli elettrici nei vari nodi di un circuito e misurano gli effetti su altri nodi. Confrontano quindi i risultati delle misure con valori teorici aspettati e, in caso di divergenza, decidono se segnalare un errore di costruzione oppure di effettuare altre operazioni e contromisure, ad esempio per verificare che gli errori non siano solo errori di misura.

Come è noto, esistono vari tipi di apparecchiatura di collaudo automatico a seconda degli oggetti che vanno a collaudare: circuiti stampati nudi, circuiti integrati, piastre elettroniche e sistemi.

Il collaudo dei circuiti stampati, che è il caso tipico a cui il trovato si riferisce, si suddivide in verifica della continuità delle piste e verifica dell’isolamento tra piste. Per far ciò si devono contattare le estremità di tutti i tratti di pista ed eseguire misure di resistenza la quale dovrà risultare molto piccola (ad es. < 1Ω) nel caso che i contatti siano sulla stessa pista e dovrà risultare molto grande (ad es. > 10 ΜΩ) nel caso che i contatti siano su piste diverse. Solitamente i contatti avvengono non proprio sulle piste, ma su opportune piazzole di prova collegate alle piste. Si tratta comunque di bersagli molto piccoli specialmente nel caso delle più piccole piazzole dei circuiti SMD. Infatti a volte i problemi di allineamento si hanno perché le tolleranze dei fori meccanici di centratura dei circuiti stampati sono paragonabili alle dimensioni delle piazzole SMD.

Per la contattazione si usa un’apparecchiatura dotata di letto di chiodi od aghi, la quale è composta come segue. Si ha innanzitutto un supporto rigido o griglia di test nella quale si ricavano i fori per l’inserimento degli elementi di contatto conduttivi. Tale supporto rigido è costituito da piastre parallele di materiale isolante (ad es. di vetronite o policarbonato) separate da distanziali, nelle quali sono ricavati fori coassiali in ognuno dei quali va inserito un rispettivo elemento di contatto. Gli elementi di contatto (chiodi o aghi) sono dotati di opportuna testa di contatto (che può essere zigrinata o conica e di materiale particolare, ad es. dorata). Gli aghi possono essere inseriti in cilindretti cavi dai quali sporgono con l’estremità riportante la testa, mentre con l’altra estremità vanno a premere una molla al’interno del cilindretto. L’insieme molla - ago - cilindretto è talvolta denominato puntalino. Il puntalino è inserito in un involucro (detto camicia) che a sua volta va ad inserirsi nei fori del supporto rigido. In altri fori presenti sul supporto rigido vengono invece inserite delle spine per il centraggio del circuito stampato rispetto al supporto rigido.

Per effettuare il contatto il circuito stampato viene premuto contro le teste degli aghi. La molla è dimensionata in modo tale che a fine corsa la forza applicata dalla testa contro lo stampato sia adeguata a garantire un buon contatto. Poiché i puntalini possono essere molti, la forza complessiva richiesta per premere tutti i puntalini può essere rilevante.

Il circuito deve essere ben allineato coi supporto su cui sono inseriti gli aghi affinché le loro teste raggiungano i bersagli prefissati da stimolare. Se non si ha un allineamento sufficientemente preciso, dovuto a imprecisioni nella costruzione del circuito stampato, le misure risulteranno falsate e la macchina rileverà degli errori di circuito aperto o di circuito chiuso che in realtà non esistono.

Il sistema attualmente più diffuso per determinare la posizione reciproca tra circuito stampato e supporto fisso utilizza accoppiamenti foro-spina con almeno due spine. Ogni spina è inserita nel supporto rigido e può avere una molla analoga a quella dei puntalini. La sua punta può essere cilindrica o conica e va ad infilarsi in un foro opportuno praticato sul circuito stampato o su una piastra, su cui il circuito è montato. Se il test va fatto su una sola faccia si utilizza un supporto rigido sottostante al circuito, se va fatto su entrambe le facce si usa un altro supporto soprastante al circuito e questo secondo supporto viene allineato rispetto al supporto sottostante e non direttamente al circuito stampato.

Oggigiorno per centrare i circuiti mal allineati si usano sostanzialmente due metodi: l’allineamento automatico e l’allineamento manuale.

L’allineamento automatico risulta utile quando l’errore non è sistematico all’interno del lotto di produzione e quindi le operazioni di allineamento sono diverse per ogni circuito. La macchina effettua una prima misura sulla continuità delle piste a circuito non allineato. Risulteranno degli errori indicanti circuito aperto. La macchina per l’allineamento automatico, tramite un algoritmo che va a confrontare i risultati con i dati sulla geometria del circuito, è in grado di distinguere se gli errori di circuito aperto sono reali o se sono errori di misura dovuti al disallineamento. A questo punto la macchina fa uso di attuatori utilizzanti motori passo passo per provocare piccoli spostamenti del circuito stampato in modo da ottenere l’allineamento. Complessivamente gli attuatori sono in grado di causare una rototraslazione di piccola entità del circuito rispetto al supporto. Il circuito stampato ruota e/o trasla continuando a giacere sullo stesso piano su cui giace al'inizio (in pratica si muove rimanendo in assetto parallelo a se stesso).

Il sistema di allineamento manuale conviene invece nei casi in cui il lotto di circuiti stampati da testare presenta in ogni esemplare un errore pressoché costante. In tal caso si può eseguire un allineamento manuale che risulta valido per tutti i circuiti.

L’allineamento manuale viene fatto attraverso i passi seguenti. Si effettuano alcuni test col sistema nella posizione nominale per circuiti con errore nullo. La posizione nominale viene trovata allineando otticamente dei riferimenti. Con un sistema ottico costituito da un microscopio (a reticolo graduato) si misura la posizione delle marcature lasciate dai chiodi sulle piazzole SMD del circuito testato rispetto ad un riferimento. L’allineamento manuale viene quindi fatto agendo su leverismi che consentono di effettuare piccolissimi e precisi spostamenti del circuito stampato. Può essere fatto altrimenti alimentando manualmente tramite commutatori i singoli attuatori utilizzati nei sistema automatico.

Un altro modo di realizzare l’allineamento manuale consiste nell’ utilizzare una piastra forata con due matrici quadrate di fori e due blocchetti ciascuno forato con una matrice di fori analoga a quella sulla piastra, ma con passo leggermente diverso tra i fori. I blocchetti sono solidali con il circuito, mentre la piastra è solidale con il supporto dei chiodi. I blocchetti vengono collegati alla piastra tramite due spine inserite nei fori. In tal modo ciascun blocchetto subirà uno spostamento di entità pari all’errore associato alle righe e alle colonne a cui appartengono i fori utilizzati. Tale spostamento avrà componenti indipendenti secondo un sistema di due assi cartesiani ortogonali paralleli alle righe e alle colonne della matrice della piastra.

Le apparecchiature per il collaudo automatico o manuale presentano tuttavia degli inconvenienti.

Il collaudo automatico richiede apparecchiature complesse e costose, che richiedono anche molta cura e manutenzione.

Anche i sistemi di regolazione manuale sono un insieme di meccanismi che comportano sempre un aumento di complessità e delicatezza all’intera machina per il collaudo.

Scopo precipuo del presente trovato è quello di eliminare o drasticamente ridurre gli inconvenienti sopra lamentati con le apparecchiature ed i metodi noti.

Un altro scopo del presente trovato è quello di fornire una soluzione semplice ed estremamente efficace al problema dell’ allineamento senza utilizzo di apparecchiature o meccanismi aggiuntivi ma solo apportando piccolissime modifiche a elementi già presenti nelle attrezzature per il collaudo e precisamente nelle griglie di test.

Questo ed altri scopi che meglio appariranno in seguito vengono raggiunti da un sistema di collegamento e centraggio di una scheda da testare avente una struttura ad una o più griglie di test e mezzi di regolazione e bloccaggio che consentono di scegliere e di rendere rigida la posizione della scheda rispetto a detta struttura, e caratterizzato dal fatto che comprende almeno una spina accoppiata meccanicamente ad un rispettivo riscontro di vincolo su detta struttura ed avente un’estremità configurata ad eccentrico destinata ad accoppiarsi meccanicamente con elementi di riscontro sulla scheda da testare oppure con l’estremità di una rispettiva spina a sua volta collegata alla scheda da testare, l’accoppiamento meccanico essendo tale da consentire il posizionamento di ciascuna spina con prestabiliti gradi di rotazione attorno ai loro assi, cosi da indurre un conseguente spostamento di rototraslazione, grazie all’estremità eccentrica di ciascuna spina, della scheda sul piano su cui essa giace.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di alcuni suoi esempi di realizzazione attualmente preferiti, illustrati a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, nei quali:

- la Figura 1 è una vista prospettica di una porzione di circuito stampato;

- la Figura 2 mostra una spina con punta eccentrica;

- la Figura 3 è una vista dall’alto della spina di Fig. 2;

- le Figure 4 e 5 sono viste in sezione trasversale prese lungo le tracce, rispettivamente, e IV-IV e V-V della spina di Fig. 2;

- la Figura 6 mostra un altro esempio di spina con punta eccentrica;

la Figura 7 è una vista dall’alto della spina di Fig. 6;

le Figure 8 e 9 sono viste in sezione trasversale prese lungo le tracce, rispettivamente, Vili- Vili e IX-IX della spina di Fig. 6;

- la Figura 10 è una vista parziale che illustra un altro esempio di spina con punta eccentrica;

- la Figura 11 mostra una vista dall’alto della spina di Fig. 10;

- la Figura 12 illustra una vista in sezione presa lungo la traccia XII-XII di Fig. 10;

- la Figura 13 è una vista parziale che illustra un altro esempio di spina con punta eccentrica;

- la Figura 14 è una vista in sezione presa lungo la traccia XIV-XIV di Fig. 13;

- le Figure 15 e 16 sono, rispettivamente, una vista in alzato ed in pianta di una spina ad estremità femmina eccentrica;

- le Figure 17, 18 e 19 illustrano ognuna una vista in sezione lungo la traccia, rispettivamente, XVII-XVII, XVIII-XVIII e XIX-XIX di Fig. 15;

- la Figura 20 è una vista parziale che illustra un altro esempio di spina femmina ad estremità eccentrica;

- la Figura 21 mostra una vista dall’alto di Fig. 20;

- la Figura 22 è una vista parziale dall’alto di un foro di inserimento ed orientazione di una spina ricavato su una piastra o lastra isolante;

- la Figura 23 mostra una vista in sezione lungo la traccia XXIII-XXIII di Fig. 22;

- la Figura 24 illustra una vista parziale dall’alto di un altro foro di inserimento ed orientazione di una spina;

— la Figura 25 è una vista in sezione presa lungo la traccia XXV-XXV di Fig. 24;

— la Figura 26 è una vista prospettica parziale di un gambo cilindrico di spina fessurato e privo di punta;

— la Figura 27 è una vista

inserimento ed orientazione della a di Fig. 26;

- la Figura 28 mostra una vista in sezione presa lungo la traccia XXVIII-XXVIII di Fig. 27;

- la Figura 29 illustra una vista prospettica parziale di un gambo quadrato di spina fessurato e privo di punta;

la Figura 30 è una vista parziale dall’alto di un foro di inserimento ed orientazione della spina di Fig. 29;

— la Figura 31 mostra una vista prospettica di una spina con punta eccentrica inserita nell’apposito foro d’inserimento ricavato in una piastra isolante;

- le Figure 32 e 33 mostrano due accoppiamenti a maschio e femmina tra spine eccentriche;

la Figura 34 è una vista laterale parziale in sezione di una griglia o telaio di test formato da quattro piastre sovrapposte in materiale isolante, con una spina ad eccentrico inserita; e

la Figura 35 mostra un sistema a cinghia per la rotazione contemporanea di più spine ad eccentrico montate in uno stesso telaio.

Negli uniti disegni parti o componenti uguali o simili sono stati contraddistinti con gli stessi numeri di riferimento.

In Figura 1 si è evidenziata una possibile causa di problemi di allineamento. Su una scheda 14 di materiale isolante di un circuito stampato vengono depositate delle piste e delle piazzole di misura 15 che i realtà sono traslate rispetto alla loro posizione di progetto evidenziata dalle linee tratteggiate. Esse si trovano quindi spostate rispetto al foro di riferimento e centraggio 16. A volte può essere lo stesso foro 16 che, realizzato per foratura o tranciatura, viene ad avere tolleranze troppo grandi e quindi viene ad avere una distanza relativa alle piazzole differente dalle specifiche di progetto.

La figura 34 mostra una porzione di griglia o telaio di test 52 formato dalla sovrapposizione di piastre isolanti 41a, 41b, 41c e 41d fissate tra loro per mezzo di elementi di bloccaggio 42 e di viti 43 e mantenute distanziate da distanziatori 45. Nel telaio 52 sono insediate più spine di centraggio 44 destinate a riscontrare con un rispettivo foro di riferimento e centraggio 16 di una scheda 14 da testare.

Nelle Figure da 2 ad 8 si sono illustrate due spine di centraggio 1 e 7 terminanti con una punta conica 2 avente asse di simmetria parallelo, ma non coincidente con l’asse di simmetria del gambo delle spine stesse.

Più in particolare, con riferimento alle Figure da 2 a 14, il gambo della spina di centraggio 1 con punta conica 2 presenta un tratto 3 adiacente alla punta conica 2 avente sezione esagonale (Figg. 2 e 3), circolare (Figg. 6 e 7), ottagonale (Figg. 13 e 14), quadrata (Figg.

10-12); un tratto intermedio 4, che può essere scanellato (Figg. 2 e 4), cilindrico (Figg. 6 e 8 e 10-12), ed un tratto terminale cilindrico 6, che può essere di diametro<' >più piccolo e sul quale può essere avvolta una molla elicoidale 5 (Figg. 2 e 6) eventualmente protetta da un bicchiere di contenimento 10 (Fig. 6).

Nelle Figure da 15 a 21 si sono rappresentate delle spine di centraggio con estremità tipo femmina pure ad eccentrico 12, le quali sono strutturate come le spine maschio 1 e come esse sono dotate di chiavetta sporgente 9, la quale è destinata ad impegnarsi in uno degli incavi 20 previsti uniformemente angolarmente distanziati lungo il bordo di ciascun foro di accoglimento 21 previsto in una piastra 41 di un telaio di prova 52 (Figg. da 22 a 25).

Grazie all’accoppiamento chiavetta 9 ed incavo 21 è possibile predisporre e controllare l’orientazione dell’eccentricità delle spine entro intervalli angolari di 40° nel caso siano previsti otto incavi 20 per foro 21 oppure di 60°, nel caso siano previsti sei incavi e così via.

Le Figure da 26 a 34 mostrano due esempi di realizzazione di spine con cave longitudinali 23 sul proprio tratto 3 adiacente alla testa conica 2 o 12 (inseribile in testa al gambo tramite foro assiale 24). Le cave 23 sono destinate ad impegnarsi con un dente 25 sporgente radialmente in un foro od apertura di accoglimento 26 o 27 in una lastra 41.

Nelle Figure 32 e 33 si sono illustrati accoppiamenti di spine maschio 1 e femmina 11. Più in particolare, in Fig. 32 lo spostamento angolare della spina superiore femmina 11 rispetto alla spina inferiore maschio 1 è pari alla somma delle eccentricità delle due spine (massima eccentricità), mentre in Fig. 33 le eccentricità delle due spine si compensano (eccentricità zero), per cui gli assi longitudinali risultano allineati.

Data l’eccentricità delle teste 2 o 12 le spine 1 od 11 consentono di recuperare l’errore di allineamento o distanziamento (solitamente dell’ordine di qualche decimo di mm) tra le piazzole di misura 15 (tutte spostate nella stessa direzione) rispetto ai fori di riferimento o centraggio 16 impostando angolarmente in modo corretto le spine stesse nei propri fori od aperture di accoglimento 21, 26 e 27 e mantenendole impegnate nell’assetto angolare desiderato in modo da orientare la loro eccentricità in una direzione opposta o contrastante per neutralizzare il disallineamento delle piazzole sulla scheda da testare.

Con riferimento alla Fig. 34, per testare schede con circuiti stampati su una faccia si impiega una sola griglia o telaio di test 52 posto sotto al circuito, mentre per testare schede con circuiti stampati su due facce si usano due telai di test e contrapposti. In questo secondo caso, l’allineamento sarà eseguito rispetto ad una delle griglie o telai utilizzando con un telaio spine maschio 1 e con l’altro telaio spine femmina 11.

Naturalmente, come è noto, per capire come orientare l’eccentricità delle spine 1 od 11 si determina al microscopio (di preferenza a reticolo graduato) la direzione di disallineamento delle piazzole 15 sulla scheda, e si disporranno correlativamente le spine 1 e/o 11 nel telaio 52 con eccentricità in contrasto con la direzione di disallineamento rilevata così da compensare lo scarto, per cui gli aghi di testatura andranno a riscontrare correttamente con le rispettive piazzole, come da progetto.

In Figura 35 si è schematicamente illustrato un telaio di test 52 nel quale tre spine 1 sono avvolte da una cinghia 48, di preferenza in materiale elastico, per consentire piccoli spostamenti angolari contemporanei ed uguali per tutte le spine 1 per aggiustamenti angolari manuali anche micrometrici delle spine stesse entro i propri fori od aperture di accoglimento.

Il trovato sopra descritto è suscettibile di numerose modifiche e varianti entro l’ambito protettivo definito dal tenore delle rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Telaio per testare una scheda avente un circuito stampato su almeno una sua faccia e fori di riferimento e centraggio, . il quale presenta una pluralità di griglie di test in materiale isolante, mezzi distanziatori e di fissaggio delle griglie, ed una pluralità di aghi testatori, e si caratterizza per il fatto di comprendere almeno una spina, la quale ha un’estremità configurata ad eccentrico direttamente ed indirettamente impegnabile con la scheda da testare, ed è inseribile in una sede di accoglimento in almeno una di dette griglie secondo un orientamento angolare prestabilito della propria eccentricità, così da indurre un conseguente spostamento di rototraslazione nella scheda da testare per compensare disallineamenti di fabbricazione del circuito stampato rispetto ai fori di riferimento e centraggio.
2. 2. Telaio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna sede di accoglimento presenta una pluralità di incavi angolarmente distanziati e ciascuna spina presenta un rilievo o chiavetta amovibilmente impegnabile in un incavo della sede di accoglimento.
3. 3. Telaio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna sede di accoglimento presenta un oggetto e ciascuna spina presenta una pluralità di incavi angolarmente distanziati amovibilmente impegnabili da detto oggetto.
4. 4. Telaio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l’estremità configurata ad eccentrico di almeno una spina è a punta conica.
5. 5. Telaio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che l’estremità configurata ad eccentrico di almeno una spina è a cavità conica.
6. 6. Telaio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che dette spine sono avvolte da una cinghia di azionamento per piccoli spostamenti angolari manuali all’unisono di dette spine.
7. 7. Telaio per testare una scheda avente un circuito stampato su almeno una sua faccia sostanzialmente come sopra descritto con riferimento agli uniti disegni e come ivi illustrato.
8. 8. Spina per telaio di testatura, caratterizzata dal fatto di presentare un’estremità configurata ad eccentrico.
9. 9. Spina secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto di comprendere un aggetto o chiavetta per l’impegno amovibile secondo più orientazioni angolari in un’apposita sede di accoglimento.
10. 10. Spina secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detto aggetto o chiavetta è previsto in prossimità dì detta estremità configurata ad eccentrico. 1 1. Spina per telaio di testatura sostanzialmente come sopra descritta con riferimento agli uniti disegni e come ivi illustrata.