WO2002067002A1 - Verfahren und vorrichtung zur qualitätsprüfung von leiterplatten - Google Patents

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WO2002067002A1
WO2002067002A1 PCT/DE2002/000610 DE0200610W WO02067002A1 WO 2002067002 A1 WO2002067002 A1 WO 2002067002A1 DE 0200610 W DE0200610 W DE 0200610W WO 02067002 A1 WO02067002 A1 WO 02067002A1
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Werner Reisinger
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Werner Reisinger
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/308—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation
    • G01R31/309—Contactless testing using non-ionising electromagnetic radiation, e.g. optical radiation of printed or hybrid circuits or circuit substrates

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for quality testing of printed circuit boards, according to the respective preamble of claims 1 and 10, respectively.
  • test adapter A special test algorithm is used for the electrical test using the test adapter. If, for example, a conductor is narrowed, this is acknowledged with the test result "error-free", i.e. such production errors are not recognized. Parasitic approaches are also not recognized, which can lead to unusable products, particularly in the case of circuits for high-frequency applications. Likewise, non-centric holes are not recognized as errors.
  • the invention has for its object a method and an apparatus of the above. Provide ways that are improved in terms of reliability and flexibility of the quality inspection with reduced costs at the same time.
  • test method according to the invention can be used quickly, easily and inexpensively between all production steps, series production errors can be excluded. This achieves a significant production advantage with the expensive multilayer printed circuit boards. Due to the easy manageability of data, large quantities of different test objects can be stored in a small space. In addition, it is possible to meet the quality-related requirements, for example in aerospace technology. In addition, proof of quality can be provided for all individual manufacturing processes for each individual product.
  • the recorded data as well as the data of the target state are preferably data in digital form.
  • step (d) the deviations are expediently compared with corresponding tolerance bands, and depending on this comparison, a test result is generated “error-free” for the printed circuit board if the deviations are within the tolerance bands, or “defective” if the Deviations are at least partially outside the tolerance bands.
  • the surface structure and / or deep structure is detected in step (a) by means of electromagnetic waves reflected from and / or transmitted by the surface, in particular in the frequency spectrum of visible light, X-rays, radar rays, microwave rays and / or infrared radiation ,
  • step (a) From corresponding changes in temperature over time, one can conclude from the structural conditions at the surface and in depth that heat radiation emitted by the surface is detected in step (a) and in step (b) from a change in the heat radiation via the Time the surface structure and / or depth structure is analyzed.
  • step (a) To carry out a dynamic measurement, the circuit board is heated or cooled during the measurement in step (a).
  • step (a) the detection in step (a) is carried out by means of a thermo-optical difference measurement.
  • step (b) The deviations from step (b) are stored on a mass storage device for appropriate circuit board-specific documentation.
  • a test that can be carried out particularly quickly is achieved by the data of the desired state of the surface structure being a layout of the printed circuit board designed during the planning.
  • a device of the above. Art is characterized according to the invention by a sensor for detecting a radiation emanating from a surface of the circuit board, a device for converting the detected radiation into data which represent a surface structure and / or depth structure of the circuit board, a device for comparing the data of the surface structure and / or the deep structure with stored data of a desired state of the surface structure and / or deep structure and a device for determining deviations between the data of the detected surface structure and / or deep structure and the data of the desired state of the surface structure and / or deep structure.
  • test method according to the invention can be used quickly, easily and inexpensively between all production steps, series error productions can be excluded. This achieves a significant production advantage with the expensive multilayer printed circuit boards. Due to the easy manageability of data, large quantities of different test objects can be stored in a small space. In addition, it is possible to meet the quality-related requirements, for example in aerospace technology. In addition, proof of quality can be provided for all individual manufacturing processes for each individual product.
  • the recorded data as well as the data of the target state are preferably data in digital form.
  • a device for comparing the deviations with corresponding tolerance bands is expediently provided, which, depending on this comparison, generates a test result "error-free" for the printed circuit board if the deviations are within the tolerance bands, or "error-prone” if the deviations are at least partially are outside the tolerance bands.
  • the senor is designed to detect electromagnetic waves, in particular in the frequency spectrum of visible light, X-rays, radar rays, microwave rays or infrared radiation, and is arranged in such a way that it detects electromagnetic waves reflected by and / or transmitted by the printed circuit board ,
  • the sensor is designed to detect heat radiation from the surface of the printed circuit board and the device for converting the detected radiation into data which represent a surface structure and / or deep structure of the printed circuit board is designed such that this device changes the heat radiation via the Time at a specific location on the circuit board and / or the surface structure and / or depth structure is analyzed via the surface of the circuit board.
  • a device for cooling or heating the circuit board during the measurement in particular a laser, is provided for carrying out a dynamic measurement.
  • the device is designed to carry out a thermo-optical difference measurement.
  • the device additionally has a mass memory for storing the deviations.
  • the senor is at least a pyro sensor or a thermal imaging camera.
  • the sensor comprises a laser.
  • test station that can be set up quickly, easily and inexpensively is achieved in that the device for converting, the device for comparing and the device for determining deviations are designed in a computer. This means that only software and a database have to be adapted to the circuit board to be specifically tested. Hardware adaptation of the test device to the layout of the circuit board is completely eliminated.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a device according to the invention for executing the method according to the invention.
  • These deviations are stored in a mass memory 26 and fed to a device 28 for comparing the deviations with corresponding tolerance bands, which are stored in a memory 30.
  • the device 28 for the printed circuit board 14 generates the test result “error-free” if the deviations are within the tolerance bands, or “faulty” if the deviations are at least partially outside the tolerance bands.
  • This test result is stored on the mass storage device 26, displayed on a display device 32, fed to a printer 34 which prints out a log online, and is passed on to a process control 36.
  • the process control 36 automatically sorts the printed circuit board 12 out of the production line if it receives the test result "faulty" from the device 28.
  • the sensor 18 is, for example, an optical sensor which records electromagnetic waves 38 from the visible spectrum, infrared range, X-rays, radar rays after reflection on the surface structure 14 of the printed circuit board 12 and feeds them to an image processing or image recognition device 16.
  • the test device 10 Because of the simple and inexpensive construction of the test device 10, it may be provided for the printed circuit board 12 at several points in the production process. For example, in the manufacture of printed circuit boards 12 with multiple Ren layers after each layer production, the surface structure 14 are checked.
  • the comparison data in the memory 24 are the data of the layout from the design of the printed circuit board 12.
  • Today, this design is produced exclusively by computer, so that this layout data is immediately available as digital data and, if appropriate, is only converted accordingly for the comparison in the device 22 Need to become.
  • the sensor 18 is used to query a material structure 14 of the printed circuit board 12 as an actual value without contact and to compare it with a target value, namely the layout data of the CAD design of the printed circuit board.
  • the tolerance bands in memory 30 then specify permissible deviations of the actual values according to the detected surface structure from the target values according to data memory 24. If values fall outside the tolerance bands, the circuit board 12 is classified as faulty by the device 28 and can be pulled out of the ongoing process immediately. Possibly.
  • the process controller 36 provides a correction of process parameters in order to counteract a systematic error on the printed circuit boards 12. If it is necessary for service personnel to intervene in the production process, the process control 36 stops the production and gives a corresponding indication. This effectively prevents undesirable and possibly costly production of rejects.
  • the method according to the invention and the device according to the invention carry out the test without contact. Since no mechanical contacts between the test device 10 and the test object, namely the printed circuit board 12, are necessary, the test device 10 does not have to adapt the hardware to the layout of the printed circuit board 12. The only adaptation takes place at the software level, in particular with the data in the memories 24 and 30.
  • the testing device 10 can be adapted to changes in the layout by simple mouse clicks.
  • the printout from the printer 34 and the data in the memory 26 are used for documentation, it being possible in a simple manner to also subsequently carry out all the test results from various points in the production process. lent to a specific circuit board. In this way, a complete test report with proof of correct production can be attached to the finished printed circuit board.
  • the data in the mass storage device 26 can be stored indefinitely without special storage costs and possibly made available worldwide via the Internet.
  • An interface between sensor and computer only has to be created once and is independent of the type and layout of the circuit board.
  • thermo-optical difference measurement is particularly preferred.
  • heat radiation emanating from the surface of the printed circuit board 12 is detected by the sensor 18 and evaluated in the device 16.
  • Conclusions can be drawn here both on the surface structure and on the depth structure of the printed circuit board 12.
  • the printed circuit board 12 is heated and the change in the heat radiation is determined at certain locations, i.e. in other words, a warming gradient.
  • vias in the circuit board i.e. in general in the broadest sense the depth structure within the circuit board can be checked.
  • a fully developed through-contact will heat up more slowly than an incomplete via, so that the latter can be identified in a contactless, simple and quick manner.
  • the change in heat radiation over time during cooling can also be recorded after the circuit board has been heated.
  • a complete plated-through hole will cool down more slowly than an incomplete plated-through hole because of the larger mass, which contains a larger amount of heat, so that the last-mentioned faults on the printed circuit board 12 can be determined easily, quickly, contactlessly and non-destructively even after the printed circuit board 12 has been completed are.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von elektronischen Schaltungen oder deren Teilen auf Leiterplatten. Hierbei sind erfindungsgemäss folgende Verfahrensschritte vorgesehen, welche eine berührungslose Prüfung bei einfachen Aufbau der Vorrichtung erzielen: (a) Erfassen einer von einer Oberfläche der Leiterplatte ausgehenden Strahlung, (b) Umsetzen der erfassten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte repräsentieren, (c) Vergleichen der Daten der Oberflächenstruktur und/oder der Tiefenstruktur mit gespeicherten Daten eines Sollzustandes der Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur und (d) Bestimmen von Abweichungen zwischen den Daten der erfassten Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur und den Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Qualitätsprüfung von Leiterplatten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung von Leiterplatten, gemäß dem jeweiligen Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 10.
Zur Qualitätskontrolle bei der Herstellung und Bestückung von Leiterplatten ist bisher ein mechanisches Verfahren bekannt, welches mit Hunderten von Kontakten, mittels Lochmasken sowie mittels Kontakten aus Speziallegierungen einen Prüfling mechanisch abtastet. Zur Qualitätsprüfung werden einzelne Schaltkreise kontaktiert und deren Funktion von einem elektrischen Prüfadapter getestet.
Die elektrische Prüfung mittels speziell für diesen Zweck produzierten Kontakten und Prüfadaptern ist jedoch aufwendig und störanfällig. Die Positionierung der Kontakte in einem Prüfadapter wird durch die Miniaturisierung der elektronischen Baugruppen immer schwieriger. Da für jeden neuen Leiterplattentyp ein eigenes spezielles Prüfadapter gebaut werden muß, fallen hierfür enorme Kosten an. Der Aufbau eines Prüfadapters mittlerer Größe erfordert beispielsweise die Produktion von etwa 500 Spezialkontakten. Die benötigte Zeit für einen solchen Aufbau ist mit ca. 0,5 Tagen anzusetzen. Die Kosten hierfür betragen im Durchschnitt DM 500,00 und steigen bei SMD-Layouts schnell auf mehr als DM 1.000,00. Bei Kleinstserien von beispielsweise 20 Stück Leiterplatten lohnt es oft nicht, bei einem Produktpreis von DM 20,00 pro Stück zusätzlich DM 25,00 Prüfkosten pro Leiterplatte und einen zusätzlichen Produktionstag zu investieren. Dies gilt insbe- sondere für Vorserien, da hier oft die nächste Testreihe Änderungen am Layout und damit der Anordnung der Prüfkontakte mit sich bringt. Änderungen des Layouts der Leiterplatte bedeuten somit anfallende Kosten für Änderungen am elektrischen Prüfadapter bzw. dessen Neuaufbau. Verzichtet man jedoch aus Kosten- gründen auf eine Prüfung der Leiterplatte, läuft man Gefahr, die gesparten Kosten bei einer fehlerhaften Fertigung mehrfach zu verlieren.
Bei der elektrischen Prüfung mittels des Prüfadapters wird ein spezieller Prüfalgo- rithmus angewandt. Kommt es beispielsweise zu einer Verengung einer Leiterbahn, wird dies mit dem Prüfergebnis "fehlerfrei" quittiert, d.h. derartige Produktionsfehler werden nicht erkannt. Auch parasitäre Ansätze werden nicht erkannt, was besonders bei Schaltungen für Hochfrequenzanwendungen ggf. zu unbrauchbaren Produkten führen kann. Ebenso werden nichtzentrische Bohrungen nicht als Fehler erkannt.
Ein weiterer Nachteil der bisherigen Prüfmethode liegt darin, daß die elektrische Prüfung erst am Ende des Produktionsprozesses stattfindet, so daß erst eine sehr späte Fehlererkennung möglich ist. Die Gefahr, eine fehlerhafte Serie zu produzie- ren, steigt mit der Anzahl der Lagen (Layer). Die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Produktion ist daher bei einer 8-Lagen-Multilayer-Leiterplatte sehr viel höher als bei einer 2-Lagen-Leiterplatte. Bislang muß eine Multilayer-Leiterplatte erst komplett produziert sein, um feststellen zu können, daß die erste Lage fehlerhaft war. Die zuvor beschriebenen Einschränkungen bzgl. der nicht erkennbaren Feh- ler sind dabei ohnehin nicht auszuschließen.
Das Aufbewahren von elektrischen Prüfadaptern erfordert bei den Leiterplattenherstellern einen großen logistischen Aufwand. Es ist nicht bekannt, welche Prüfadapter wann, wo oder überhaupt wieder benötigt werden. Gelagerte Prüfadapter müssen wieder auffindbar sein. Nach längerer Lagerzeit sind ggf. die Kontakte wartungsbedürftig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der o.g. Art zur Verfügung zu stellen, welche hinsichtlich Zuverlässigkeit und Flexibili- tat der Qualitätsprüfung bei gleichzeitig reduzierten Kosten verbessert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten und mit einer Vorrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 10 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß sind bei einem Verfahren der o.g. Art folgende Schritte vorge- sehen:
(a) Erfassen einer von einer Oberfläche der Leiterplatte ausgehenden Strahlung,
(b) Umsetzen der erfaßten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruk- tur und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte repräsentieren,
(c) Vergleichen der Daten der Oberflächenstruktur und/oder der Tiefenstruktur mit gespeicherten Daten eines Sollzustandes der Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur und
(d) Bestimmen von Abweichungen zwischen den Daten der erfaßten Oberflä- chenstruktur und/oder Tiefenstruktur und den Daten des Sollzustandes der
Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur.
Dies hat den Vorteil, daß bei einer automatisierten, maschinellen Leiterplattenherstellung und -bestückung mit hoher Effektivität und Qualität Bestückungsfehler wie auch Fehler in Struktur und Maß der Leiterplatten selbst erkannt werden können. Durch die berührungslose Funktionalität werden erhebliche Kostenreduzierungen erzielt. Qualitätskontrollen lassen sich schnell und zuverlässig durchführen. Es ergeben sich Kosten- und Zeitersparnis im Vergleich mit herkömmlichen Prüfmethoden, wobei durch eine zusätzlich hohe Flexibilität die Erfindung auch bei einer Kleinserienproduktion wirtschaftlich anwendbar ist. Es entfällt die Positionierung einzelner Meßabnehmer. Eine zum Anpassen an die Strukturen der zu prüfenden Leiterplatten erforderliche Miniaturisierung ist jederzeit möglich. Ein mechanischer Aufbau für einzelne Prüflinge entfällt. Die Prüfeinrichtung ist in wenigen Minuten einsatzbereit, wodurch sich Prüfkosten drastisch senken. Bei Änderungen des Layouts der zu prüfenden Leiterplatten sind lediglich neue Daten einzulesen, um das Prüfgerät zu aktualisieren. Dadurch werden selbst bei kleinen Stückzahlen preiswert geprüfte Leiterplatten erzielt. Das Prüfergebnis garantiert eine praktisch 100%-ige Fehlerfreiheit und stellt einen bisher nicht erreichten Qualitätsstand zur Verfügung. Unsauber geätzte Leiterbahnen sowie unsaubere Lötstellen bei be- stückten Leiterplatten werden ebenso erkannt wie nicht zentrische Bohrungen oder falsch gefräste Abmessungen der Leiterplatte. Da das erfindungsgemäße Prüfverfahren zwischen allen Produktionsschritten schnell, einfach und kostengünstig einsetzbar ist, können Serienfehlerproduktionen ausgeschlossen werden. Dies erzielt einen deutlichen Produktionsvorteil bei den teuren Mehrlagen- Leiterplatten. Durch die leichte Verwaltbarkeit von Daten können große Mengen von verschiedenen Prüfobjekten bei geringem Platzbedarf aufbewahrt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die qualitätsbedingten Anforderungen beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik zu erfüllen. Zudem lassen sich für jedes ein- zelne Produkt Qualitätsnachweise über alle Fertigungsprozesse erbringen.
Die erfaßten Daten wie auch die Daten des Sollzustandes sind bevorzugt Daten in digitaler Form.
Zweckmäßigerweise werden nach Schritt (d) die Abweichungen mit entsprechenden Toleranzbändern verglichen, und es wird in Abhängigkeit von diesem Vergleich für die Leiterplatte ein Prüfergebnis "fehlerfrei" erzeugt, wenn sich die Abweichungen innerhalb der Toleranzbänder befinden, oder "fehlerbehaftet" erzeugt, wenn sich die Abweichungen wenigstens teilweise außerhalb der Toleranzbänder befinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt (a) die Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur mittels von der Oberfläche reflektierten und/oder durch diese transmittierten elektromagnetischen Wellen, insbesondere im Frequenz- spektrum von sichtbarem Licht, Röntgenstrahlen, Radarstrahlen, Mikrowellenstrahlen und/oder Infrarotstrahlung, erfaßt.
Aus entsprechenden Änderungen der Temperatur über die Zeit kann man dadurch auf die strukturellen Gegebenheiten an der Oberfläche und in der Tiefe schließen, daß in Schritt (a) von der Oberfläche abgestrahlte Wärmestrahlung erfaßt wird und in Schritt (b) aus einer Änderung der Wärmeabstrahlung über die Zeit die Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur analysiert wird. Zum Ausführen einer dynamischen Messung wird die Leiterplatte während der Messung in Schritt (a) erwärmt oder gekühlt.
Beispielsweise wird die Erfassung in Schritt (a) mittels einer thermo-optischen Differenzmessung durchgeführt.
Für eine entsprechende leiterplattenindividuelle Dokumentation werden die Abweichungen von Schritt (b) auf einem Massenspeicher abgespeichert.
Eine besonders schnell zu realisierende Prüfung erzielt man dadurch, daß die Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur ein bei der Planung entworfenes Layout der Leiterplatte sind.
Eine Vorrichtung der o.g. Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Sensor zum Erfassen einer von einer Oberfläche der Leiterplatte ausgehenden Strahlung, eine Einrichtung zum Umsetzen der erfaßten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte repräsentieren, eine Einrichtung zum Vergleichen der Daten der Oberflächenstruktur und/oder der Tiefenstruktur mit gespeicherten Daten eines Sollzustandes der Oberflächen- Struktur und/oder Tiefenstruktur und eine Einrichtung zum Bestimmen von Abweichungen zwischen den Daten der erfaßten Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur und den Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur.
Dies hat den Vorteil, daß bei einer automatisierten, maschinellen Leiterplattenherstellung und -bestückung mit hoher Effektivität und Qualität Bestückungsfehler wie auch Fehler in Struktur und Maß der Leiterplatten selbst erkannt werden können. Durch die berührungslose Funktionalität werden erhebliche Kostenreduzierungen erzielt. Qualitätskontrollen lassen sich schnell und zuverlässig durchführen. Es ergeben sich Kosten- und Zeitersparnis im Vergleich mit herkömmlichen Prüfmethoden, wobei durch eine zusätzlich hohe Flexibilität die Erfindung auch bei einer Kleinserienproduktion wirtschaftlich anwendbar ist. Es entfällt die Positionierung einzelner Meßabnehmer. Eine zum Anpassen an die Strukturen der zu prüfenden Leiterplatten erforderliche Miniaturisierung ist jederzeit möglich. Ein mechanischer Aufbau für einzelne Prüflinge entfällt. Die Prüfeinrichtung ist in wenigen Minuten einsatzbereit, wodurch sich Prüfkosten drastisch senken. Bei Änderungen des Layouts der zu prüfenden Leiterplatten sind lediglich neue Daten einzulesen, um das Prüfgerät zu aktualisieren. Dadurch werden selbst bei kleinen Stückzahlen preiswert geprüfte Leiterplatten erzielt. Das Prüfergebnis garantiert eine praktisch 100%-ige Fehlerfreiheit und stellt einen bisher nicht erreichten Qualitätsstand zur Verfügung. Unsauber geätzte Leiterbahnen sowie unsaubere Lötstellen bei bestückten Leiterplatten werden ebenso erkannt wie nicht zentrische Bohrungen oder falsch gefräste Abmessungen der Leiterplatte. Da das erfindungsgemäße Prüfverfahren zwischen allen Produktionsschritten schnell, einfach und kostengünstig einsetzbar ist, können Serienfehlerproduktionen ausgeschlossen werden. Dies erzielt einen deutlichen Produktionsvorteil bei den teuren Mehrlagen- Leiterplatten. Durch die leichte Verwaltbarkeit von Daten können große Mengen von verschiedenen Prüfobjekten bei geringem Platzbedarf aufbewahrt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die qualitätsbedingten Anforderungen beispielsweise in der Luft- und Raumfahrttechnik zu erfüllen. Zudem lassen sich für jedes einzelne Produkt Qualitätsnachweise über alle Fertigungsprozesse erbringen.
Die erfaßten Daten wie auch die Daten des Sollzustandes sind bevorzugt Daten in digitaler Form.
Zweckmäßigerweise ist eine Einrichtung zum Vergleichen der Abweichungen mit entsprechenden Toleranzbändern vorgesehen, welche in Abhängigkeit von diesem Vergleich für die Leiterplatte ein Prüfergebnis "fehlerfrei" erzeugt, wenn sich die Abweichungen innerhalb der Toleranzbänder befinden, oder "fehlerbehaftet" erzeugt, wenn sich die Abweichungen wenigstens teilweise außerhalb der Toleranzbänder befinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor zum Detektieren von elek- tromagnetischen Wellen, insbesondere im Frequenzspektrum von sichtbarem Licht, Röntgenstrahlen, Radarstrahlen, Mikrowellenstrahlen oder Infrarotstrahlung, ausgebildet und derart angeordnet, daß er von der Leiterplatte reflektierte und/oder durch diese transmittierte elektromagnetische Wellen erfaßt. Beispielsweise ist der Sensor zum Erfassen von Wärmeabstrahlung von der Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet und ist die Einrichtung zum Umsetzen der erfaßten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte repräsentieren, derart ausgebildet, daß diese Einrichtung aus einer Änderung der Wärmeabstrahlung über die Zeit an einem bestimmten Ort der Leiterplatte und/oder über die Oberfläche der Leiterplatte die Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur analysiert.
Zum Ausführen einer dynamischen Messung ist eine Einrichtung zum Kühlen oder Erwärmen der Leiterplatte während der Messung, insbesondere ein Laser, vorgesehen.
Beispielsweise ist die Vorrichtung zum Ausführen einer thermo-optischen Differenzmessung ausgebildet.
Zur leiterplattenindividuellen Dokumentation der Prüfergebnisse weist die Vorrichtung zusätzlichen einen Massenspeicher zum Abspeichern der Abweichungen auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor wenigstens ein Pyrosensor oder eine Wärmebildkamera. Alternativ umfaßt der Sensor einen Laser.
Einen schnell, einfach und kostengünstig aufzubauenden Prüfplatz erzielt man dadurch, daß die Einrichtung zum Umsetzen, die Einrichtung zum Vergleichen und die Einrichtung zum Bestimmen von Abweichungen in einem Computer ausgebildet sind. Hierdurch ist lediglich Software und eine Datenbasis an die konkret zu prüfende Leiterplatte anzupassen. Hardwareanpassung der Prüfvorrichtung an das Layout der Leiterplatte entfallen vollständig.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur ein schematisches Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die aus der Fig. ersichtliche beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Prüfen von Leiterplatten 12 mit einer Oberflächenstruktur 14 umfaßt eine Einrichtung 16 zum Erfassen der Oberflächenstruktur 14 der Leiterplatte 12 mittels eines Sensors 18, eine Einrichtung 20 zum Umsetzen der erfaßten Oberflächenstruktur 14 in digitale Daten, eine Einrichtung 22 zum Vergleichen der digitalen Daten der Oberflächenstruktur 14 mit in einem Speicher 24 gespeicherten digitalen Daten eines Sollzustandes der Oberflächenstruktur und zum Bestimmen von Abweichungen zwischen den digitalen Daten der erfaßten Oberflächenstruktur 14 und den digitalen Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur aus dem Speicher 24. Diese Abweichungen werden auf einem Massenspeicher 26 abgespeichert und einer Einrichtung 28 zum Vergleichen der Abweichungen mit entsprechenden Toleranzbändern zugeführt, welche in einem Speicher 30 abgelegt sind. In Abhängigkeit von diesem Vergleich erzeugt die Ein- richtung 28 für die Leiterplatte 14 das Prüfergebnis "fehlerfrei", wenn sich die Abweichungen innerhalb der Toleranzbänder befinden, oder "fehlerbehaftet", wenn sich die Abweichungen wenigstens teilweise außerhalb der Toleranzbänder befinden.
Dieses Prüfergebnis wird auf dem Massenspeicher 26 abgespeichert, auf einer Anzeigeeinrichtung 32 dargestellt, einem Drucker 34 zugeführt, welcher ein Protokoll online ausdruckt, sowie an eine Prozeßsteuerung 36 weitergeben. Die Prozeßsteuerung 36 sortiert die Leiterplatte 12 ggf. automatisch aus der Produktionslinie aus, wenn sie von der Einrichtung 28 das Prüfergebnis "fehlerbehaftet" erhält.
Der Sensor 18 ist beispielsweise ein optischer Sensor, welcher elektromagnetische Wellen 38 aus dem sichtbaren Spektrum, Infrarotbereich, Röntgenstrahlen, Radarstrahlen nach der Reflexion an der Oberflächenstruktur 14 der Leiterplatte 12 aufnimmt und einer in der Einrichtung 16 ausgebildeten Bildverarbeitung bzw. Bilderkennung zuleitet.
Wegen des einfachen und kostengünstigen Aufbaus der Prüfeinrichtung 10 ist diese ggf. an mehreren Stellen im Produktionsablauf für die Leiterplatte 12 vorgesehen. Beispielsweise kann so bei der Herstellung von Leiterplatten 12 mit mehre- ren Schichten nach jeder Schichtherstellung die Oberflächenstruktur 14 geprüft werden.
Die Vergleichsdaten in dem Speicher 24 sind die Daten des Layouts aus dem Entwurf der Leiterplatte 12. Dieser Entwurf wird heute ausschließlich computergestützt angefertigt, so daß diese Layout-Daten unmittelbar als digitale Daten vorliegen und ggf. lediglich für den Vergleich in der Einrichtung 22 entsprechend konvertiert werden müssen. Mit anderen Worten wird also mittels des Sensors 18 eine Materialstruktur 14 der Leiterplatte 12 berührungslos als Istwert abgefragt und mit einem Sollwert, nämlich den Layout-Daten der CAD-Entwurfs der Leiterplatte verglichen. Die Toleranzbänder in Speicher 30 geben dann zulässige Abweichungen der Istwerte gemäß erfaßter Oberflächenstruktur von den Sollwerten gemäß Datenspeicher 24 vor. Fallen Werte aus den Toleranzbändern heraus, so wird die Leiterplatte 12 von der Einrichtung 28 als fehlerhaft klassifiziert und kann sofort aus dem laufenden Prozeß herausgezogen werden. Ggf. sorgt die Prozeßsteuerung 36 für eine Korrektur von Prozeßparametern, um einem systematischen Fehler auf den Leiterplatten 12 entgegen zu wirken. Sofern ein Eingreifen von Servicepersonal in den Produktionsablauf notwendig ist, stoppt die Prozeßsteuerung 36 die Produktion und gibt einen entsprechenden Hinweis. Hierdurch ist eine unerwünschte und ggf. kostenintensive Produktion von Ausschuß wirksam vermieden.
Als besonders vorteilhaft erweist sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung die Prüfung berührungslos durchführt. Da kei- nerlei mechanische Kontakte zwischen der Prüfeinrichtung 10 und dem Prüfling, nämlich der Leiterplatte 12, notwendig sind, muß seitens der Prüfvorrichtung 10 keine Hardwareanpassung an das Layout der Leiterplatte 12 vorgenommen werden. Die einzige Anpassung erfolgt auf Softwareebene, insbesondere bei den Daten in den Speichern 24 und 30. Die Prüfvorrichtung 10 kann an Änderungen des Layouts durch einfache Mausklicks angepaßt werden.
Der Ausdruck aus dem Drucker 34 und die Daten in dem Speicher 26 dienen der Dokumentation, wobei es hierbei auf einfache Weise möglich ist, alle Prüfergebnisse auch von verschiedenen Stellen im Produktionsablauf auch noch nachträg- lieh einer bestimmten Leiterplatte zuzuordnen. Hierdurch kann der fertigen Leiterplatte ein komplettes Prüfprotokoll mit dem Nachweis einer korrekten Produktion beigefügt werden. Die Daten im Massenspeicher 26 können unbegrenzt ohne besondere Lagerhaltungskosten aufbewahrt und ggf. über Internet weltweit verfügbar gemacht werden.
Eine Schnittstelle zwischen Sensor und Computer muß nur einmal erstellt werden und ist unabhängig von Art und Layout der Leiterplatte.
Besonders bevorzugt ist eine thermo-optische Differenzmessung. Hierzu wird eine von der Oberfläche der Leiterplatte 12 ausgehende Wärmeabstrahlung vom Sensor 18 erfaßt und in der Einrichtung 16 ausgewertet. Hierbei können Rückschlüsse sowohl auf die Oberflächenstruktur als auch auf die Tiefenstruktur der Leiterplatte 12 gezogen werden. Es erfolgt beispielsweise eine Analyse der Änderung der Wärmeabstrahlung über die Oberfläche der Leiterplatte, d.h. der unterschiedlichen Wärmeabstrahlung an unterschiedlichen Orten auf der Leiterplatte, woraus sofort eine Oberflächenstruktur entnehmbar ist. Alternativ oder zusätzlich wird die Leiterplatte 12 erwärmt und an bestimmten Orten die Änderung der Wärmeabstrahlung bestimmt, d.h. mit anderen Worten ein Erwärmungsgradient. Beispielsweise kön- nen auf diese Weise Durchkontaktierungen in der Leiterplatte, d.h. allgemein im weitesten Sinne die Tiefenstruktur innerhalb der Leiterplatte, überprüft werden. Eine vollständig ausgebildete Durchkontaktierung wird sich infolge der größeren, wärme aufnehmenden Masse langsamer erwärmen, als eine unvollständige Durchkontaktierung, so daß letztere auf diese Weise berührungslos, einfach und schnell identifizierbar ist. Statt der Messung der Änderung der Wärmeabstrahlung über die Zeit bei der Erwärmung, kann auch nach der Erwärmung der Leiterplatte die Änderung der Wärmeabstrahlung über die Zeit bei der Abkühlung aufgenommen werden. Hierbei wird sich beispielsweise eine vollständige Durchkontaktierung wegen der größeren Masse, die eine größere Wärmemenge enthält, langsa- mer abkühlen, als eine unvollständige Durchkontaktierung, so daß letztgenannte Fehler auf der Leiterplatte 12 einfach, schnell, berührungslos und zerstörungsfrei auch nach Vollendung der Leiterplatte 12 feststellbar sind.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Prüfen von elektronischen Schaltungen oder Teilen dieser auf einer Leiterplatte, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Schritte (a) Erfassen einer von einer Oberfläche der Leiterplatte ausgehenden
Strahlung,
(b) Umsetzen der erfaßten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte repräsentieren,
(c) Vergleichen der Daten der Oberflächenstruktur und/oder der Tiefen- Struktur mit gespeicherten Daten eines Sollzustandes der Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur und
(d) Bestimmen von Abweichungen zwischen den Daten der erfaßten Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur und den Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in Schritt (b) sowie die Daten des Sollzustandes in Schritt (c) digitale Daten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt (d) die Abweichungen mit entsprechenden Toleranzbändern verglichen werden und in Abhängigkeit von diesem Vergleich für die Leiterplatte ein Prüfergebnis "fehlerfrei" erzeugt wird, wenn sich die Abweichungen innerhalb der Toleranzbänder befinden, oder "fehlerbehaftet" erzeugt wird, wenn sich die Abweichungen wenigstens teilweise außerhalb der Toleranzbänder befinden.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (a) die Oberflächenstruktur und/oder Tiefen- Struktur mittels von der Oberfläche reflektierten und/oder durch diese trans- mittierten elektromagnetischen Wellen, insbesondere im Frequenzspektrum von sichtbarem Licht, Röntgenstrahlen, Radarstrahlen, Mikrowellenstrahlen und/oder Infrarotstrahlung, erfaßt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (a) von der Oberfläche abgestrahlte Wärmestrahlung erfaßt wird und in Schritt (b) aus einer Änderung der Wärmeabstrahlung über die Zeit an einem bestimmten Ort der Leiterplatte und/oder über die Oberflä- ehe der Leiterplatte die Oberflächenstruktur und/oder Tiefenstruktur analysiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte während der Messung in Schritt (a) erwärmt oder gekühlt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung in Schritt (a) mittels einer thermo-optischen Differenzmessung durchgeführt wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungen von Schritt (b) auf einem Massenspeicher abgespeichert werden.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur ein bei der Planung entworfenes Layout der Leiterplatte sind.
10. Vorrichtung (10) zum Prüfen von elektronischen Schaltungen oder deren Teilen auf Leiterplatten (12), g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Sensor (18) zum Erfassen einer von einer Oberfläche der Leiterplatte (12) ausgehenden Strahlung, eine Einrichtung (20) zum Umsetzen der erfaßten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruktur (14) und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte (12) repräsentieren, eine Einrichtung (22) zum Vergleichen der Daten der Oberflächenstruktur (14) und/oder der Tiefenstruktur mit gespeicherten Daten eines Sollzustandes der Oberflächenstruktur (14) und/oder Tiefenstruktur und eine Einrichtung (22) zum Bestimmen von Abweichungen zwischen den Daten der erfaßten Oberflächenstruktur (14) und/oder Tiefenstruktur und den Daten des Sollzustandes der Oberflächenstruktur (14) und/oder Tiefenstruktur.
11. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten in Schritt (b) sowie die Daten des Sollzustandes in Schritt (c) digitale Daten sind.
12. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (28) zum Vergleichen der Abweichungen mit entsprechenden Toleranzbändern vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit von diesem Vergleich für die Leiterplatte (12) ein Prüfergebnis "fehlerfrei" erzeugt, wenn sich die Abweichungen innerhalb der Toleranzbänder befinden, oder "fehlerbehaftet" erzeugt, wenn sich die Abweichungen wenigstens teilweise außerhalb der Toleranzbänder befinden.
13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) zum Detektieren von elektromagnetischen Wellen, insbesondere im Frequenzspektrum von sichtbarem Licht, Röntgenstrahlen, Radarstrahlen, Mikrowellenstrahlen oder Infrarotstrahlung, ausgebildet und derart angeordnet ist, daß er von der Leiterplatte reflektierte und/oder durch diese transmittierte elektromagnetische Wellen erfaßt.
14. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) zum Erfassen von Wärmeabstrahlung von der Oberfläche der Leiterplatte (12) ausgebildet ist und daß die Einrichtung (20) zum Umsetzen der erfaßten Strahlung in Daten, welche eine Oberflächenstruktur (14) und/oder Tiefenstruktur der Leiterplatte (12) repräsentieren, derart ausgebildet ist, daß diese Einrichtung (20) aus einer Änderung der Wärmeabstrahlung über die Zeit an einem bestimmten Ort der Leiterplatte (12) und/oder über die Oberfläche der Leiterplatte (12) die Oberflächenstruktur (14) und/oder Tiefenstruktur analysiert.
15. Vorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Kühlen oder Erwärmen der Leiterplatte während der Messung, insbesondere ein Laser, vorgesehen ist.
16. Vorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Ausführen einer thermo-optischen Differenzmessung ausgebildet ist.
17. Vorrichtung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzlich einen Massenspeicher (26) zum Abspeichern der Abweichungen aufweist.
18. Vorrichtung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) wenigstens ein Pyrosensor oder eine Wärmebildkamera ist.
19. Vorrichtung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) einen Laser umfaßt.
20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) zum Umsetzen, die Einrichtung (22) zum Vergleichen und die Einrichtung (22) zum Bestimmen von Abweichungen in einem Computer ausgebildet sind.
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