JP4216482B2 - 間隔が密なテスト部位のための走査式試験機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願は、本明細書に参考として内含されている１９９８年９月２３日付で提出された出願（ＵＳＰ）第０９/１５８,８２３号の一部継続出願である１９９９年１月２１日に提出された出願（ＵＳＰ）第０９/２３５,０４１号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、プリント回路板の自動テスト作業、より特定的には、回路を付勢しテスト信号を生成するべくテスト部位と接触した状態にするプリント回路板の表面に対して向けられたプラズマガスを使用することによって、プリント回路板の表面上の密に配置されたテスト部位をテストするための走査式試験機に関する。
【０００３】
【従来の技術】
プリント回路板を検査するための自動式テスト機器には、長い間、回路板がテスト作業中取付けられる「釘台」テスト固定具の使用が関与してきた。このテスト固定具は、テスト中ユニット又は「ＵＵＴ」とも呼ばれるテストを受けている最中、回路板上の指定されたテスト箇所とバネ圧下で電気的に接触するように配列された多数のバネ付釘状テストプローブを有している。プリント回路板上に配置されたどのような特定の回路もその他の回路と異なっている可能性があり、その結果、回路板内のテスト箇所と接触するための釘配列の台はその特定の回路板向けにカスタマイズする必要がでてくる。テストすべき回路が設計された時点で、その検査において使用されるべきテスト箇所のパターンが選択され、対応する配列のテストプローブがテスト固定具中に構成される。これには標準的に、テストプローブのカストマイズされた配列に整合するようにプローブプレート内に１パターンの穴を削孔すること、そして次に削孔されたプローブプレートの穴の中にテストプローブを取りつけることが関与する。回路板は、次に、テストプローブの配列上に載せられた固定具に取りつけられる。テスト作業の間バネ付プローブは、テスト中の回路板上のテスト箇所とバネ圧により接触する。電気的テスト信号がこのとき、回路板からテストプローブへそして次に固定具の外部まで伝送され、回路板上の回路内のさまざまなテスト箇所間の連続性又はその連続欠陥を検出する高速電子テストアナライザと通信できるようになっている。
【０００４】
テストプローブ及びテスト中の回路板を、テストを目的として圧力により接触させるために、過去にさまざまなアプローチがこれまでに行われてきた。これらの固定具の１つの部類としては、プローブから外部電子制御式テストアナライザまでテスト信号を伝送する上で使用するためテストプローブが個別に、別々のインタフェース接点に配線されている「配線式テスト固定具」である。これらの配線式テスト固定具は、回路板を押圧してテストプローブと接触させるためテスト作業中にテスト固定具ハウジングの内部に真空が加えられることから、「真空テスト固定具」と呼ばれることが多い。テスト作業中にプローブと接触するように回路板を押圧するため必要なバネ力を加える真空以外の機械的手段を使用することによって、類似の構造のカストマイズされた配線式テスト固定具も作ることができる。
【０００５】
配線式テスト固定具内で使用するためのテストプローブ、インタフェースピン及びトランスファピンのワイヤ巻付け又はその他の接続は、多大な時間を必要とする可能性がある。しかしながらカストマイズされた配線式テスト固定具は、より大型でより複雑かつ高価な電子テストアナライザの使用が実用的でない少量生産の回路板及び複雑なテスト箇所配置をもつ回路板をテストする上で特に有用である。
【０００６】
前述した通り、カストマイズされた配線式テスト固定具は、固定具から外部回路テスタまで信号を伝送するための１つの部類の固定具である。もう１つの部類のテスト固定具は、受け側の格子状パターンに配列されたインタフェースピンにテスト信号を伝送するトランスレータピンが、回路板上のランダムなパターンのテスト箇所に接触している、「格子型固定具」としても知られたいわゆる「専用」テスト固定具である。これらの格子型のテスタにおいては、固定具は一般に、カストマイズされた配線式テスト固定具に比べ、複雑でなく単純である。
【０００７】
標準的な専用又は格子固定具には、格子ベース内のテストプローブを電子テストアナライザ内の対応するテスト回路に接続する莫大な数のスイッチを伴うテスト電子装置が収納されている。格子テスタの一実施形態においては、４０，０００個ものスイッチが使用される。このようなテスタ上で裸の回路板をテストするとき、トランスレータ固定具が、格子ベース内のテストプローブの格子（グリッド）パターンとテスト中の回路板上のテスト箇所のオフ−グリッドパターンの間で通信するトランスレータピンを支持する。１つの先行技術の格子固定具においては、いわゆる「ティルトピン」がトランスレータピンとして使用される。ティルトピンは、トランスレータ固定具の一部を成すトランスレータプレート内の対応する予め削孔した穴の中に取りつけられた真直ぐな中実ピンである。ティルトピンは、回路板上のテスト箇所のオフ−グリッドのランダムなパターンから格子ベース内のテスト箇所の格子パターンへと個別のテスト信号を運ぶべくさまざまな向きに傾動可能である。
【０００８】
トランスレータ固定具は、Lexan といったようなプラスチック材料でできた複数のトランスレータプレートで構築し組立てることができる。トランスレータプレートは固定具内で、固定具の周囲においてスペースをとる「隔離絶縁（スタンドオフ）」を形成するべく互いに垂直方向に整列し対応するスペーサの間に積層されている。スペーサは、互いから垂直方向に離隔し互いに適度に平行である固定位置でトランスレータプレートを保持する。固定具の各レベルにあるトランスレータプレートは、トランスレータ固定具内の各々のティルトピンの位置を制御する予め削孔された整列穴パターンを有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
プリント回路板上のテスト箇所が互いに非常に近接して位置づけされかつ非常に薄い場合、これらのタイプのテスト固定具に付随していくつかの問題が存在する。個々のテスト箇所は一般にテストパッドと呼ばれ、一群のテストパッドが一般にテストパックとして知られている。ティルトピンが非常に薄いテストパッドと接触した時、パッドは、ティルトピンにより圧壊又は湾曲され得る。テストパッドに対する損傷度により、又それらがどれほど接近して位置づけされているかにより、個々のパッドをテスト中に共に永久的に短絡させる可能性がある。
【００１０】
これらのタイプのテスト固定具で発生する第２の問題は、パッドの間隔が非常に近接している場合その１つのテストパックについて正確なテスト結果を得るのがむずかしいということにある。パッド間隔がこのように近接しているときパック内の各パッドに対しティルトピンを導くのは非常に困難になる。テストピンのわずかな心ずれもテスト結果に影響を及ぼしテストの精度を低下させる可能性がある。
【００１１】
第３の問題点は、テストパックが球格子アレイ（ＢＧＡ）又は四平面パック（ＱＦＰ）として形成された場合のように、テストプローブの格子密度よりも大きいパッド格子密度をもつパックについて見られるものである。このようなケースでは、各テストパッドをテストするのに利用可能なトランスレータピンが充分に存在せず、パックの完全なテストは不可能である。
【００１２】
これらの問題に対処するために、小規模テストパックをもつ回路板を正確かつ安全にテストすることのできるプリント回路板テスト固定具が開発された。このテスト固定具は、間隔が非常に近接している一群のテスト箇所をテストしなければならないプリント回路板において対応する場所に位置づけされる空気圧起動式の短絡用プレートを含んでいる。テスト中のユニットと短絡用プレートがかみ合せることができるように短絡用プレートの寸法に対応する穴が、上部トランスレータプレートを貫通してカットされた。テスト箇所に対する電気的接続のため短絡用プレートの上部表面全体にわたり、しなやかな導電性媒体の一つの層が取付けられた。短絡用プレートには、トランスレータプレートの層を通って下向きに延びる空気シリンダに取付けるためのスナップばめが付いていた。固定具の下部トランスレータプレートにしっかりと固定されたベースソケットの中にはめ込まれるベースプラグによって、空気シリンダは、固定具の底面に取り付けられた。
【００１３】
テスト中のユニットのテスト作業中、空気シリンダは付勢され、短絡用プレートをテストパックと接触するようにもち上げ、テスト箇所を曲げたり損傷したりすることなくそれらをテストのために有効に短絡させた。
この方法に付随する問題点は、テスト作業中にテスト部位全てが短絡されることから、パック内の単数又は複数の個々のテスト部位が誤って一緒に短絡されているか否かを見極めることができない、という点にある。
【００１４】
間隔が密なテストパックをテストするための代替的方法は、パック内の各々の個別パッドに触れるプローバを用いるものである。この方法は、非常に時間のかかるプロセスであることから望ましくない。
この結果、小規模の又は密に間隔どりされたテスト部位をもつプリント回路板をテストし、正確、安全かつ迅速にテスト結果をもたらすテスト機器に対するニーズが存在する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリント回路板上の間隔が近接したテスト部位をテストするための走査式試験機を含んで成る。該走査式試験機は、テスト場所を走査するべくテスト部位の上面を横断して移動するロボット的に制御されるワイパーブラシを備えている。該走査式試験機は、テストされるべきプリント回路板全体にわたり位置づけされるテストヘッドをもつデスクトップアセンブリロボットを備えている。テストヘッドは、プリント回路板の表面上に位置づけされたテスト部位を走査するべくテストパッドと接触した状態でプリント回路板の表面を横断して移動させられるワイパーブラシを含む。プリント回路板は、アセンブリロボットのベース上に置かれたテスト固定具の上に置かれ、テスト固定具は、プリント回路板の裏面上にあるテスト部位と接触するための複数のテストプローブを含む。ワイパーブラシ及び専用固定具の両方から生成されたテスト信号は、電子的に制御された外部のテストアナライザへと伝送される。ワイパーブラシは同様に、フライングプローバと組合わせて使用することもできる。
【００１６】
他の実施形態においては、導電性ローラアセンブリが、テスト固定具上のプリント回路板押えブロックの１つの近くに取付けられている。このローラアセンブリには、テスト部位からテストアナライザまでテスト信号を伝送するべく回路板の表面を横断して移動させられるローラに取付けられた導電性クロスを含む。
第２の実施形態では、本発明の走査式テスト装置は、回路板の反対側に置かれ、テスト固定具に対して回路を付勢することおよびテスト信号を生成するべくテスト中のユニット全体にわたり位置づけされるレーザ、電子ビーム又はその他の無接触エネルギ源を内含している。具体的には、好ましい無接触エネルギ源は、点火されたプラズマガスカラムである。
【００１７】
本発明のこれらの及びその他の態様については、添付図面中で以下の詳細な記述を参考にすることにより、より完全に理解できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の走査式試験機１０は図１に示されている。走査式試験機は、テストすべきプリント回路板又はＵＵＴ１６の上方に位置づけされたテストヘッド１４をもつデスクトップアセンブリロボット１２を含んで成る。ＵＵＴは、ロボット１２のベース２０上に位置設定されたテスト固定具１８上に置かれている。ロボット１２は、ベース２０の各々の側に連結された垂直方向支柱２２を含む。垂直方向支柱は、それがベースの側面に沿って前後に移動できるようにベースの側面に沿って取付けられた軌道（図示せず）に沿ってベース２０のそれぞれの側面に結合されている。ベース２０の上にある垂直方向支柱の上部部分の間にはガントリ２４がしっかりと結合されている。ガントリ２４に取付けられているのは、ガントリに沿って側面から側面まで移動可能であるロボットヘッド２６である。ロボットヘッドに結合された配線軌道２８を通してロボットヘッドに対し電力が供給される。ロボットヘッドの下端部には、いずれの方向でも３６０度回転できるスピンドル３０がある。ガントリー２４は、垂直方向支柱の長さ方向に沿ってガントリ及びロボットヘッドが垂直方向に上下に移動され得るような形で、軌道（図示せず）に沿って垂直方向支柱２２に結合されている。適切なロボットは、ソニー製ＣＡＳＴＰＲＯ機であろう。
【００１９】
テストヘッド１４は、スピンドルに結合され、図２及び３に詳細に示されている。図２及び３を参照すると、テストヘッド１４は、ロボットスピンドル３０に締めつけられた取付け用ブロック３２を内含する。取付け用ブロックの片面に沿って結合されているのは、テスト中のプリント回路板又はユニット１６に向かって下向きに延びるサポートアーム３４である。サポートアーム３４の下端部に位置づけられているのは、図４にさらに詳しく示されている角度付け取付け台３６である。角度付け取付け台３６より下に調整用アーム３８が取付けられ、角度付け取付け台３６から下向きに延びるフランジ４０（図３参照）により、角度付け取付け台に結合されている。フランジ４０は、フランジ４２を角度付け取付け台３６に締めつけるプレート４２により、角度付け取付け台の側面内の凹部に沿ってしっかりと固定される。調整用アーム３８は、ボルト４４によってフランジ４０の下端部に固定されている。調整用アームの角度は、このアームの上部表面に対して、角度付け取付け台３６を貫通するボルト４６によって調整可能である。ボルト４６は、角度付け取付け台３８の上部表面に対し圧力を加える同じく取付け用ブロック３６内の溝路５０の内部に位置づけされたバネ４８を圧縮するように調整される。
【００２０】
調整用アーム３８の端部にはワイパーブラシ５２が位置づけされ、図５を見れば最も良くわかるように調整用アームの上部表面にしっかりと固定されたクランプ５４により所定の位置に保持される。ワイパーブラシ５２は、クランプ５４と調整用アーム３８の間で、ブラシワイヤ５８の長さ方向に直角に延びるワイパーバー５６によって保持されている。図６を見れば最も良くわかるように、ワイパーブラシ５２は、好ましくは各々直径０.００３インチの複数の個々のブラシワイヤ５８を含む。複数の小さな直径のブラシワイヤは、互いに独立したしなやかさをもち、各ワイヤはテストパッド又は部位よりも小さい接触面積を持つ。ワイパーブラシは、テスト中のユニットについての特定の必要条件に応じて、任意の望まれる数のブラシワイヤを内含することができる。ブラシを使用することに加えて、ワイパーは、改良型フレキシブル回線、導電性クロス又はその他のしなやかな導電性材料でありうる。以下でさらに詳述するように、ワイパーブラシは、テスト信号を走査するべくテスト部位６０に連続して接触するような形でテスト中のユニット１６の上部表面を横断して移動させられる。
【００２１】
ここで再び図１及び２を参照すると、テストヘッドは同様に、取付け用ブロック３２の下部表面に結合されたカメラアセンブリ６２を含む。図７にも示されているように、カメラアセンブリ６２は、カメラ６６を取付け用ブロック３２に締めつけるためのハウジング６４を含む。カメラは、典型的に、Ｅｌｍｏ４２１Ｅといった小型ＣＣＤカメラである。ハウジングは、テスト中テスト部位の場所を検分するためコンピュータ端末７２に対しテスト部位の位置の画像を映すためのミラー７０及びライト６８を含む。
【００２２】
前述のとおり、テスト中のユニット１６は、図８及び９により詳細に示されているようにテスト固定具１８上に取付けられている。図示されているテスト固定具は、スペーサ８０によって分離された複数のトランスレータプレート７８をもつトランスレータ固定具７６の上部プレート７４の上にテスト中のユニットが取付けられている専用固定具である。トランスレータプレートは、テスト中のユニットの下部表面上に置かれたテスト部位のパターンに対応する行及び列方向に間隔を置いて配置されている予め削孔された複数の穴を含む。トランスレータ固定具は、トランスレータプレート内の事前削孔穴の内部に取付けられた複数のトランスレータピン又はテストプローブ８２を支持する。特定の利用分野に応じて、テストプローブは、真直ぐな中実トランスレータピンか又は従来のバネプローブであってもよい。好ましくは、テストプローブは従来のバネプローブである。テストプローブは、テスト中のユニットの底面上にあるテスト部位と接触するよう上部プレート７４を通って延びる。テストプローブの下端部は、下部固定具８８の中に置かれたテストプローブ８６に対しテスト信号を中継するため固定具配線８４を収容するためのワイヤ巻付け尾部を有する。
【００２３】
トランスレータ固定具は、Ｌｅｘａｎといったようなプラスチック材料で作られた複数のトランスレータプレートと共に構築及び組立てることができる。トランスレータプレートは、トランスレータ固定具を下部固定具８８の上に支持するスペーサ８０によって分離されている。
下部固定具は、付加的なテスト電子装置を収納するハウジング９０を含んでいる。ハウジングの内部にあるのは、第２の回路板に載置された端子ブロック９４上に取り付けられた端子ブロックである。端子ブロック９２及び回路板取付け端子ブロック９４は、テストプローブ８６を収容するべく整列された複数の予め削孔された穴を有する。ブロック９２及び９４は、スイッチカード回路板９６上に置かれている。スイッチカード回路板は、エッジカードコネクタ１００によりスイッチカード回路板の下部表面に接続されたスイッチカード９８までテスト信号を中継するための電気接続を内含している。スイッチカードは、導管１０２を通って外部電子テストアナライザー（図示せず）内の対応するテスト回路にテストプローブ８６を接続する一定数のスイッチを伴う電子部品９９を収納している。スイッチカード回路板９６は、垂直方向支柱１０４によってハウジング９０内部で支持されている。専用固定具１８全体は、トランスレータ固定具全体がベースに沿ってロボットの前から後ろへと移動され得るような形で、ベース貫通軌道（図示せず）に取りつけられたサポートブロック１０６により、ロボット１２のベース２０に結合されている。
【００２４】
専用固定具は、テスト中のユニットの両面をテストできるような形でロボット上に位置づけされているものの、テスト中のユニットの１つの面のみがテスト部位の場所を含んでいる場合には、テスト中のユニットをロボットのベースのサポートの上に置くことができ、望ましいテスト場所を走査するためにワイパーブラシを使用することができるということを理解すべきである。代替的には、ロボットのベース上にテスト中のユニットを支持するように、その他のタイプのテスト固定具を使用することも可能である。
【００２５】
ここで図１０に示すように、本発明の走査式テスタには同様に、テスト部位から外部テスト電子装置までテスト信号を伝送するための導電性ローラアセンブリ１０８も内含することができる。導電性ローラアセンブリには、テスト中ユニットの押付ブロック１１２に付けられたハウジング１１０を含む。このハウジングは、導電性ローラ１１４を前後に移動させるためリニアモータまたは空気圧式アクチュエータ（図示せず）を収納している。ローラは、テスト信号を伝送するため、クロス又はラバーといったような導電性材料の層を有する。導電性ローラは、リニアモータ又は空気圧アクチュエータに連結されたフィンガ１１６に取付けられている。フィンガ１１６は、それがテスト中ユニットの表面を横断して前後に移動され得るようにハウジングの側面に沿って付けられたスロット１１８を使ってハウジング１１０内へと延びている。導電性ローラは、ワイパーブラシと並行に配線され、テスト信号を伝送するためワイパーブラシと組合せた形で又はそれとは別の形で使用することができる。導電性ローラは、その引込み位置１２０と引出し位置１２２の両方で示されている。
【００２６】
使用にあたっては、ロボットはテストヘッドを所定の位置まで移動させ、ワイパーブラシがテスト中ユニットのテスト部位と連続的に接触してテスト信号を外部テスト電子装置に伝送するようにする。テスト中ユニットの下部表面テスト部位からのテスト信号は、専用固定具を通して外部テスト電子装置まで伝送される。さらに、テスト信号は同様に導電性ローラを通って外部テスト電子装置まで伝送され得る。ロボットによるテストヘッドの動きは、テスト中ユニットの特定のテスト部位パターンに対してプログラミングされたソフトウェアにより制御される。ワイパーブラシは、望まれた場合各々のテスト場所を個別に接触することにより、迅速に、間隔の近接したテスト部位のテスト作業を実施する。
【００２７】
図１１は、フランイグプローバ１３２と組合わせた状態のワイパーアセンブリ１３０を例示する。フランイグプローバ１３２は、ロッド１３６に位置づけされた本体部分１３４及びワイパーアセンブリ１３０を支持するための本体部分から延びるアーム１３８を内含している。フランイグプローバは、テスト部位を横断してワイパーブラシ１４０を移動させるため回転できると同様に、ｘ、ｙ、及びｚ方向に移動する一般的なプローバである。
【００２８】
図１２は、本発明の好ましい実施形態の走査式試験機２１０を例示する。走査式試験機２１０は、図１に関連して図示し記述した通りのデスクトップアセンブリロボット１２を備えている。ロボット１２は、ロボットのスピンドル３０に取付けられた無接触エネルギ源２１２を含む。無接触エネルギ源２１２は、刺激された放射線放出による光増幅を提供するための反転分布および正のフィードバックを提供するための光学共振空洞を用いる光学放射を生成するレーザ、又は電子ビームを生成し制御する電極構造を含む電子銃であってもよい。その他のエネルギ生成用無接触デバイスも考慮されている。無接触エネルギ源２１２は、テスト中ユニット１６の上に位置づけされ、テスト中ユニットの回路を付勢するためにこのユニット上にレーザビーム又は電子ビームを当てる。
【００２９】
好ましい無接触エネルギ源２１２はプラズマである。図１３に示されているように、供給源２１２には、プラズマの貯蔵部２１４が含まれる。プラズマは、ノズル２１６へと供給され、このノズルがプラズマガスカラム２１８をプレート２２０を通して導く。プラズマガスカラムは、テスト中ユニットを付勢するべく点火装置２２２により点火される。テスト中ユニットが付勢された状態で、テスト固定具１８内にあるテストプローブ８２は、図８及び９を参照しながら詳述した通り、外部テスト電子装置へとテスト信号を送る。
【００３０】
本発明をその好ましい実施形態に関連して記述し例示してきたが、本発明はそれに制限されるものではなく、以下に請求する本発明の全ての意図された範囲内に入る変更及び修正をそれに加えることができるということを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査式試験機の正面図である。
【図２】図１の走査式試験機のテストヘッドアセンブリの正面図である。
【図３】図２のテストヘッドの側面図である。
【図４】図３のテストヘッドのワイパーブラシアセンブリの正面図である。
【図５】図４のワイパーブラシアセンブリの拡大図である。
【図６】図５のワイパーブラシの平面図である。
【図７】図２のテストヘッドのカメラアセンブリの側面図である。
【図８】図１のテスト固定具の正面図である。
【図９】図８のテスト固定具の側面図である。
【図１０】図１の走査式試験機のためのオプションであるローラアセンブリの側面詳細図である。
【図１１】フライングプローバと組合わせた形のワイパーブラシアセンブリの概略的側面図である。
【図１２】無接触エネルギ源を内蔵する本発明の走査式試験機の正面図である。
【図１３】プラズマ源を内含する図１２の無接触エネルギ源の詳細図である。
【符号の説明】
１０…走査式試験機
１２…デスクトップアセンブリロボット
１４…テストヘッド
１６…テスト中のユニット
１８…テスト固定具
２６…ロボットヘッド
３０…スピンドル
３２…取付けブロック
３４…サポートアーム
３６…角度付け取付け台
３８…調整用アーム
５２…ワイパーブラシ
７６…トランスレータ固定具
８２，８６…テストプローブ
２１２…無接触エネルギ源

Claims (1)

1. テスト部位を含む回路を有するプリント回路板のためのテスタにおいて、
   複数のトランスレータピンを有し、前記プリント回路板を取付けるためのトランスレータ固定具と、
   前記プリント回路板上の前記回路を付勢するためのプラズマ無接触エネルギー源を内包するとともにテスト信号を前記トランスレータピンを通してテスト電子装置に送る前記トランスレータ固定具の上に取付けられたテストヘッドと、
   三次元空間内にテストヘッドを移動するように該テストヘッドに結合されたロボットを備え、
   前記トランスレータ固定具は、基本的に平行かつ垂直方向に離隔された複数のトランスレータプレートを含み、該トランスレータプレートは、前記プリント回路板上で前記テスト部位に接触するためのトランスレータピンを内包し支持するため前記トランスレータプレート内に整列した穴の選択パターンを有し、
   前記プラズマ無接触エネルギー源は、プラズマ貯蔵部、プラズマガスのカラムを送り出すため該プラズマ貯蔵部に結合されたノズル、および前記プラズマガスを点火するための点火装置を有し、
   前記テストヘッドは、前記ロボットのスピンドル上に取付けられ、前記プラズマ無接触エネルギー源は、プラズマガスの点火されたコラムを前記回路板上に導くため前記スピンドル上に配置されるテスタ。

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