WO2006133808A1 - VERFAHREN ZUM TESTEN VON UNBESTÜCKTEN, GROßFLÄCHIGEN LEITERPLATTEN MIT EINEM FINGERTESTER - Google Patents

VERFAHREN ZUM TESTEN VON UNBESTÜCKTEN, GROßFLÄCHIGEN LEITERPLATTEN MIT EINEM FINGERTESTER Download PDF

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WO2006133808A1
WO2006133808A1 PCT/EP2006/005193 EP2006005193W WO2006133808A1 WO 2006133808 A1 WO2006133808 A1 WO 2006133808A1 EP 2006005193 W EP2006005193 W EP 2006005193W WO 2006133808 A1 WO2006133808 A1 WO 2006133808A1
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WO
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printed circuit
segment
tested
circuit board
circuit boards
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PCT/EP2006/005193
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Evgeny Yanenko
Gilbert Volpert
Uwe Rothaug
Original Assignee
Atg Test Systems Gmbh
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Priority to EP06754013A priority patent/EP1920263B1/de
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    • 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
    • G01R31/2801—Testing of printed circuits, backplanes, motherboards, hybrid circuits or carriers for multichip packages [MCP]
    • G01R31/2805—Bare printed circuit boards
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G—PHYSICS
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    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/312—Contactless testing by capacitive methods

Definitions

  • the present invention relates to a method for testing unpopulated, large-area, printed circuit boards having a finger tester.
  • devices for testing bare printed circuit boards can be divided into two groups, namely the finger tester and the parallel tester.
  • Parallel testers are test devices which simultaneously contact all or at least most of the contact points of a printed circuit board to be tested by means of a contact arrangement, which is usually represented by an adapter. Such parallel testers are preferably used for testing bare circuit boards since they allow a large number of board test points to be scanned quickly and safely.
  • WO 01/40809 A1 discloses a method with which areas of printed circuit boards are tested consecutively, the individual areas having to overlap in such a way that printed conductors which extend from one area to another area have a contact point in the overlapping area. This makes it possible to test such printed conductors in sections for interruptions.
  • a finger tester is described, for example, in EP 0 468 153 A1. The advantages of the finger tester are that they are very flexible and can be tested various types of printed circuit boards, without this any mechanical modifications are necessary. In addition, all test board types can be tested with finger testers.
  • the field measurement can be carried out in segments by using one or more tracks of a certain area of the printed circuit board as antennas for generating an electric field and by measuring the interconnects lying in the vicinity of these antennas ,
  • US Pat. No. 4,565,966 A discloses a method and a device for testing printed circuit boards, in which both the electrical resistance and the electrical capacitance of the individual printed conductors are measured and compared with corresponding desired values. If there are deviations over a predetermined amount, this is determined as an error.
  • MicroCraft KK offers a finger tester under the trade name EM12181, which has a working area of 800 mm x 1200 mm.
  • the company Mania Technology AG offers under the trade name Speedy 580 XXL a finger tester that can test circuit boards up to a maximum size of 980 mm x 650 mm.
  • These extra-large finger testers are very expensive in their development, production and operation due to their low number of pieces. For testing extra-large printed circuit boards with an edge length of more than 500 mm, such test devices are necessary, since these printed circuit boards must also be reliably
  • the invention has for its object to provide a method for testing unpopulated, large-scale, conductor tracks having printed circuit boards, which is executable with a low-cost test device and with which the tracks can be reliably tested.
  • the inventive method for testing unpopulated, large-area circuit boards having printed conductors uses a finger tester, wherein the printed circuit board is tested in several segments, the individual segments being tested successively in a test area of the finger tester until the complete circuit board has been tested, and - testing each one segment of the printed circuit board to test traces extending beyond the respective segment to be tested for capacitive measurement of the in-segment endpoints of those traces for each of which a capacitive measurement is detected after the final testing of the one segment, the circuit board is moved to position it with the next segment in the test area - all measured values belonging to one printed circuit trace each form a group and the measured values within each group are compared with one another, and if at least one measured value differs from other measured values of the respective group by a predetermined value, this is judged as an interruption.
  • the inventive method can be used conventional, manufactured in large numbers finger tester with a typical test area of 600 mm x 600 mm.
  • the method according to the invention can also be used with already existing finger testers.
  • printed circuit boards larger than the test range of the finger tester and e.g. have a size of 1,200 mm x 600 mm, 800 mm x 1,200 mm, 800 mm x 1,500 mm or 600 mm x 800 mm.
  • long strip conductors which extend over several segments, are tested for interruptions by means of a capacitive measurement. Since only a single conductor end point is to be contacted in the case of a capacitive measurement, it is possible to test a plurality of segments of the printed circuit board independently of one another in the test method and then to jointly evaluate the measured values belonging to a conductor path.
  • the invention is also based on the finding that, in the presence of an interruption and / or a high-impedance section in the track, the capacitance of a long track significantly changes, so that an interruption can be detected reliably with a capacitive measurement.
  • Interruptions in the sense of the present invention also include sections in the tracks with a resistance value of at least 1 megohm (1 M ⁇ ).
  • the capacitive measurement can not always be reliably performed for interruptions.
  • Small traces are mostly completely within the segments, which is why they can then be conventionally examined for breaks with an ohmic measurement.
  • the segments are to be arranged overlapping in such a way that all small printed conductors or tappable portions of small printed conductors are arranged completely within one segment.
  • Fig. 4 shows schematically the structure of a test device with an automatic conveyor.
  • the inventive method for testing unpopulated, large-area, printed circuit boards having printed circuit boards is performed in a finger tester.
  • a finger tester has a plurality of test electrodes 1 which can be contacted with printed circuit board test points of the printed conductors 2 of a printed circuit board 3 (FIG. 1, 2). In each case a test electrode 1 is integrated in a contact finger 4.
  • the present finger tester is a multi-finger system, which has a total of twelve contact fingers 4, wherein in each case six contact fingers are arranged on one side of the printed circuit board 3 to be tested.
  • a finger tester in which the contact fingers can be moved independently of one another is described in EP 0 468 135 A1.
  • the contact fingers 4 can be moved parallel to the surface of the printed circuit board 3, so that the test electrodes 1 can be contacted with specific printed circuit board test points of the printed conductors.
  • the contact fingers 4 are each attached to a controlled by a position control device 5 carriage 6, which can be moved in a plane parallel to the circuit board 3.
  • the slides 6 are each provided with a vertically oriented actuating cylinder 7, with which the contact fingers 4 can be rotated about the vertical axis.
  • a tilting device is integrated on the contact fingers 4, so that the fingers can be lowered onto the printed circuit board 3 with the test electrodes 1 arranged at their tips.
  • the position control device 5 receives its signals from a central control unit 8.
  • a function generator 9 which supplies a measurement voltage having a specific amplitude U 0 and a certain frequency fo to the test electrode 1 of a contact finger 4 for feeding into a conductor track of the printed circuit board 3 to be tested.
  • the frequency fo is between 0 and 2,000 Hz.
  • the finger tester has a first, second and third evaluation device 10, 11, 12.
  • the first evaluation device 10 is used to carry out an interruption step by means of an ohmic measurement. In this case, two circuit board test points of a printed circuit trace are contacted simultaneously by two test electrodes 1, and a direct current generated by the function generator 9 is applied between these two test electrodes 1.
  • the first evaluation device 10 detects the voltage drop between the two test electrodes 1 and determines therefrom the electrical resistance of these printed conductors or of this printed conductor section. If the resistance is above a predetermined threshold of e.g. 100 ohms, the trace is judged to have an interruption.
  • the second evaluation device 11 is used to perform short circuit tests between see two interconnects, in which case again an ohmic measurement between two circuit board test points of two different interconnects is performed. If the determined resistance is below a predetermined threshold, e.g. 100 M ⁇ , this is judged as a short circuit between the two tracks.
  • a predetermined threshold e.g. 100 M ⁇
  • the short-circuit test can also be determined instead of an ohmic measurement by means of a so-called field measurement, as described in US Pat. No. 3,975,680 or EP 0 772 054 A2, in which it is possible to determine from the measured complex conductivities of the interconnects whether between two interconnects there is a short circuit.
  • the third evaluation device 12 serves to carry out the interruption test by means of capacitive measurement.
  • a conductor is electrically contacted only with a single test electrode 1 at one of its printed circuit board test point.
  • One Measuring signal with a predetermined frequency is fed.
  • Another test electrode 1 is contacted either with a plane parallel to the printed circuit board 3 planar test electrode or contacted with another conductor of the circuit board 3.
  • Both the test electrode and the further interconnect 3 function as a type of antenna or counterelectrode to the interconnect to be tested, into which a measurement signal to be detected is induced by the third evaluation device 12 through the measurement signal fed into the interconnects to be tested is detected.
  • the respective capacitance Q can be determined.
  • capacitance is also understood to be a complex conductance and, as a capacitive measurement, also a measurement of the complex conductance, provided that the complex fraction of the conductance does not approach zero.
  • Fig. 2 shows a printed circuit board 3 in which schematically a few printed conductors 2 are drawn in.
  • This printed circuit board has a length L of 900 mm and a width B of 440 mm
  • This circuit board is divided into 3 segments I, ⁇ , m, with the first segment I extending 320 mm to the right from the left boundary edge and the third segment m from the right boundary edge 320 mm
  • the second or middle segment ⁇ is arranged in the central region and overlaps with the two outer segments I and HI, each in an overlap region of 40 mm, the second segment ⁇ thus has a width of 340 mm thus have a width b of 40 mm.
  • Circuit boards have a typical size of e.g. 1200mm x 600mm, 800mm x 1200mm, 800mm x 1500mm or 600mm x 800mm. Circuit boards less than 600 mm x 500 mm in area are not considered to be large printed circuit boards.
  • step S1 The method according to the invention will be explained in more detail below with reference to the flowchart shown in FIG. The process starts with step S1.
  • step S2 the individual segments are determined.
  • the conductor tracks of the circuit board 3 descriptive data (Gerber data) is used, from which it is determined where the boundary areas between adjacent segments can be arranged. The corresponding criteria are explained in more detail below.
  • step S3 the circuit board 3 to be tested with a segment I, II, in is arranged in a test area of the finger tester.
  • the test area is the entire area that can be traveled by the contact fingers 4 and in which the test electrodes 1 can contact the circuit board 3.
  • the test area typically has a size of 600 mm x 600 mm.
  • step S4 all traces that lie completely within this segment, or their portions completely within the respective segment, are tested for interruption by means of an ohmic measurement (S4).
  • the tracks 2/1, 2/2 and 2/5 are completely within the segment.
  • a portion of the track 2/4 lies completely within the segment I. This section extends from the left end point or PCB test point of the track 2/4 to the circuit board test point of the tracks 2/4, which lies within the overlap region 13.
  • step S6 the traces, which extend beyond the segment to be tested and can not be scanned in sections, such as the track 2/4, tested by capacitive measurement for interruption.
  • the capacitance values of the printed conductors are measured at all printed circuit board test points, that is, the contact points connected to the respective printed conductor.
  • the printed conductor 2/3 extends over all segments. te. From the board test points connected to this track 2/3, the capacitance values are detected.
  • step S7 it is checked whether another segment is to be tested. If this is the case, the process goes to step S3 and the circuit board is placed with the other segment in the test area of the finger tester. The processes according to steps S4, S5, S6 are carried out accordingly.
  • step S8 the method sequence proceeds to step S8, in which the measurement results are evaluated.
  • the capacitive measured values are evaluated here.
  • the capacitive measured values of a conductor track each form a group.
  • the measured values within a group are compared with one another and if at least one measured value of other measured values of the respective group is offset by a predetermined value by e.g. more than 0.5% of the electrical capacity, this is assessed as an interruption. It is also possible for a further comparison to be carried out with a predetermined reference value which has been determined in advance by means of a faultless printed circuit board ("golden board") or by means of a method as explained in EP 0 772 054 A2.
  • traces 2/3 and 2/6 are tested for capacitive measurement for break.
  • the remaining tracks 2/1, 2/2, 2/4, 2/5, 2/7 are tested with an ohmic measurement.
  • Conductor 2/4 is tested in sections during testing within segments I and ⁇ .
  • the minimum length of a conductor track which is capacitively tested for interruptions is typically 30 mm-60 mm in the segments arranged in the exemplary embodiment, which corresponds to the width b of the overlap regions 13.
  • the minimum length of a capacitively divisible circuit board depends on the electrical capacitance of the respective interconnect, which in turn depends on the materials used and the design of the interconnect.
  • the electrical capacity of typical printed conductors is in the range of less pF. Therefore, at the commonly used measurement frequencies of 2 kHz to 64 kHz, resistance values of at least 100 K ⁇ can be detected with a capacitive measurement.
  • the relationship between the electrical capacitance and the minimum detectable resistance is described by the following formula:
  • R is the resistance value
  • C is the capacitance
  • ⁇ is the angular frequency
  • k 0.07.
  • FIG. 4 schematically shows, in simplified form, a device for automatic testing of large-area printed circuit boards, which comprises a finger tester with test electrodes 1, which are respectively arranged on a slide 6.
  • the test electrodes 1 can be moved toward the circuit board 3 and away from the circuit board 3 to contact individual circuit board test points.
  • the carriage 6 are arranged horizontally displaceable on truss 14. In each case, a test unit with traverse 14, slide 6 and test electrodes 1 for the upper or lower side of a printed circuit board 3 to be tested is provided.
  • This conveyor has two narrow conveyor belts 15, which are arranged to extend parallel to each other. On the conveyor belts 15 to be tested circuit board 3 is placed.
  • clamping devices 16 are arranged, with which the printed circuit board to be tested 3 in the test area or between the two test units can be fixed.
  • the clamping devices are automatically opening and closing terminals, so that the clamping by means of the control device is automatically executable.
  • the conveyor belts 15 are slightly lowered and laterally moved out of the test area (in the direction perpendicular to the plane of Fig. 4), so that the test area is free of the conveyor belts 15. Thereafter, the printed circuit board test points of a segment of the printed circuit board 3 can be tested.
  • the invention relates to a method for testing unpopulated, large-scale, conductor tracks having printed circuit board with a finger tester.
  • the printed circuit boards are tested in several segments, whereby printed conductors extending beyond a segment are tested by means of capacitive measurement of the end points located in the respective segment, whereby an interruption of the printed conductor is determined if a measured value of the a trace associated capacitive readings significantly different from other readings.
  • the method according to the invention can thus be used to test printed circuit boards which are larger than the test range of the finger tester, with the individual segments being arranged consecutively in the test area of the finger tester.
  • the maximum size of the individual segments corresponds to the test area of the respective finger tester.
  • a printed circuit board to be tested with the segments which are not tested can withstand the test range of the finger tester.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatte mit einem Fingertester. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Leiterplatten (3) in mehreren Segmenten (I, II, III) unterteilt getestet, wobei Leiterbahnen (2) , die sich über ein Segment hinaus erstrecken mittels kapazitiver Messung der in dem jeweiligen Segment befindlichen Endpunkte getestet werden, wobei eine Unterbrechung der Leiterbahn festgestellt wird, falls sich ein Messwert der zu einer Leiterbahn gehörenden kapazitiven Messwerte der sich von anderen Messwerten signifikant unterscheidet.

Description

Verfahren zum Testen von unbestückten. großflächigen Leiterplatten mit einem Fingertester
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten mit einem Fingertester.
Vorrichtung zum Testen von unbestückten Leiterplatten können grundsätzlich in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich den Fingertestem und den Paralleltestern.
Paralleltester sind Prüfvorrichtungen, die mittels einer Kontaktanordnung, die in der Regel durch einen Adapter dargestellt wird, alle oder zumindest die meisten Kontakt- stellen einer zu prüfenden Leiterplatte gleichzeitig kontaktieren. Derartige Paralleltester werden bevorzugt zum Testen von unbestückten Leiterplatten verwendet, da mit ihnen eine große Anzahl von Leiterplattentestpunkten schnell und sicher abgetastet werden kann.
Aus der WO 01/40809 A1 geht ein Verfahren hervor, mit welchem Bereiche von Leiterplatten aufeinander folgend getestet werden, wobei die einzelnen Bereiche sich derart überlappen müssen, dass Leiterbahnen, die sich von einem Bereich in einen anderen Bereich erstrecken im Überlappungsbereich einen Kontaktpunkt aufweisen. Hierdurch ist es möglich, derartige Leiterbahnen abschnittsweise auf Unterbrechun- gen zu testen. Ein Fingertester ist beispielsweise in der EP O 468 153 A1 beschrieben. Die Vorzüge der Fingertester liegen darin, dass sie sehr flexibel sind und unterschiedlichste Arten von Leiterplatten getestet werden können, ohne dass hierbei irgendwelche mechanischen Umbauten notwendig sind. Zudem können mit Fingertestern alle beliebigen Leiterplattentypen getestet werden.
Aus der US 3,975,680 und der EP 0 772 054 A2 ist es bekannt, Leiterbahnen auf Unterbrechungen durch Erfassen der elektrischen Kapazität der entsprechenden Leiterbahnen und durch Vergleich mit einem Referenzwert zu testen. Hieraus geht ein zweistufiges Prüfverfahren hervor, bei dem in der ersten Stufe eine Feldmessung ausgeführt wird, mit welcher komplexe Leitwerte für die einzelnen Leiterbahnen anhand einer ersten Leiterplatte ermittelt werden, und in der zweiten Stufe von weiteren Leiterplatten lediglich die Leitwerte gemessen werden und diese mit den mittels der Feldmessung ermittelten Leitwerte verglichen werden. Bei der Feldmessung werden elektrische Felder angelegt und die induzierten Potentiale bzw. Spannung in den Leiterbahnen gemessen. Als Antennen zum Erzeugen der elektrischen Felder können Leiterbahnen verwendet werden. Da diese elektrischen Felder nur einen räumlich begrenzten Wirkungsbereich aufweisen, kann die Feldmessung segmentweise ausgeführt werden, indem eine oder mehrere Leiterbahnen eines bestimmen Berei- ches der Leiterplatte als Antennen zum Erzeugen eines elektrischen Feldes verwendet werden und die in der Umgebung dieser Antennen liegenden Leiterbahnen gemessen werden.
Es gibt seit langem am Markt Testvorrichtungen, bei welchen an allen Leiterplatten- testpunkten einer Leiterbahn die Kapazität gemessen wird und falls diese Kapazi- tätswerte alle gleich sind und noch mit einem vorbestimmten Referenzwert übereinstimmen, dann weisen diese Leiterbahnen keine Unterbrechung auf.
Aus der US 4,565,966 A geht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von Leiterplatten hervor, bei welchen sowohl der elektrische Widerstand als auch die elektrische Kapazität der einzelnen Leiterbahnen gemessen und mit entsprechenden Soll-Werten verglichen werden. Liegen Abweichungen über eine vorbestimmten Betrag vor, so wird dies als Fehler festgestellt. Zum Testen von unbestückten, großflächigen Leiterplatten gibt es spezielle Fingertester, die einen entsprechend großen Testbereich besitzen. So bietet die Firma MicroCraft K.K. unter der Handelsbezeichnung EM12181 einen Fingertester an, der einen Arbeitsbereich von 800 mm x 1200 mm besitzt. Die Firma Mania Technology AG bietet unter der Handelsbezeichnung Speedy 580 XXL einen Fingertester an, der Leiterplatten bis zu einer maximalen Größe von 980 mm x 650 mm testen kann. Diese extra-großen Fingertester sind aufgrund ihrer geringen Stückzahl sehr teuer in ihrer Entwicklung, Produktion und im Betrieb. Zum Testen von extra-großen Leiterplatten mit einer Kantenlänge von mehr als 500 mm sind derartige Testvorrichtungen notwendig, da auch diese Leiterplatten zuverlässig getestet werden müssen.
Es besteht daher ein erheblicher Bedarf nach einer kostengünstigen Lösung zum Testen von unbestückten, großflächigen Leiterplatten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten zu schaffen, das mit einer kostengünstigen Testvorrichtung ausführbar ist und mit dem die Leiterbahnen zuverlässig getestet werden können.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten wird ein Fingertester verwendet, wobei - die Leiterplatte in mehrere Segmente unterteilt getestet wird, wobei die einzelnen Segmente aufeinanderfolgend in einem Testbereich des Fingertesters getestet werden, bis die vollständige Leiterplatte getestet worden ist, und - beim Testen jeweils eines Segmentes der Leiterplatte Leiterbahnen, die sich über das jeweilige zu testende Segment hinaus erstrecken, mittels kapazitiver Messung der in dem Segment befindlichen Endpunkte dieser Leiterbahnen auf Unterbrechungen getestet werden, wobei jeweils ein kapazitiver Messwert erfasst wird, nach dem abschließenden Testen des einen Segmentes die Leiterplatte weiterbewegt wird, um sie mit dem nächsten Segment im Testbereich zu positionieren - alle zu einer Leiterbahn gehörenden Messwerte jeweils eine Gruppe bilden und die Messwerte innerhalb einer jeden Gruppe miteinander verglichen werden, und falls sich zumindest ein Messwert von anderen Messwerten der jeweiligen Gruppe um einen vorbestimmten Wert unterscheidet, wird dies als Unterbrechung beurteilt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können herkömmliche, in großen Stückzahlen hergestellte Fingertester mit einem typischen Testbereich von 600 mm x 600 mm verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei bereits vorhanden Fingertestern eingesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Leiterplatten getestet werden, die größer als der Testbereich des Fingertesters sind und z.B. eine Größe von 1.200 mm x 600 mm, 800 mm x 1.200 mm, 800 mm x 1.500 mm oder 600 mm x 800 mm aufweisen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden lange Leiterbahnen, die sich über meh- rere Segmente erstrecken, mittels einer kapazitiven Messung auf Unterbrechungen getestet. Da bei einer kapazitiven Messung jeweils nur ein einziger Leiterbahnendpunkt zu kontaktieren ist, ist es möglich, beim Testverfahren mehrere Segmente der Leiterplatte unabhängig voneinander zu testen und danach die Messwerte, die zu einer Leiterbahn gehören gemeinsam auszuwerten. Der Erfindung liegt auch die Er- kenntnis zugrunde, dass sich beim Vorliegen einer Unterbrechung und/oder eines hochohmigen Abschnittes in der Leiterbahn die Kapazität einer langen Leiterbahn deutlich ändert, so dass eine Unterbrechung mit einer kapazitiven Messung zuverlässig erfasst werden kann. Unterbrechungen im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen auch Abschnitte in den Leiterbahnen mit einem Widerstandswert von zumin- dest 1 Megaohm (1 MΩ) vorliegen.
Bei kleinen Leiterbahnen ist die kapazitive Messung auf Unterbrechungen nicht immer zuverlässig durchführbar. Kleine Leiterbahnen liegen jedoch meistens vollständig innerhalb der Segmente, weshalb diese dann herkömmlich mit einer Ohmschen- Messung auf Unterbrechungen untersucht werden können. Vorzugsweise sind die Segmente derart überlappend anzuordnen, dass alle kleinen Leiterbahnen bzw. abgreifbare Abschnitte kleiner Leiterbahnen vollständig innerhalb eines Segmentes angeordnet sind. Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft näher anhand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau eines Fingertesters,
Fig. 2 die Unterteilung einer zu testenden Leiterplatte in einzelne Testsegmente,
Fig. 3 das erfindungsgemäße Verfahren schematisch in einem Flussdiagramm, und
Fig. 4 schematisch den Aufbau einer Testvorrichtung mit einer automatischen Fördereinrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten wird in einem Fingertester ausgeführt. Ein Fingertester weist mehrere Testelektroden 1 auf, die mit Leiterplattentestpunkten der Leiterbahnen 2 einer Leiterplatte 3 kontaktiert werden können (Fig. 1 ; 2). Jeweils eine Testelektrode 1 ist in einem Kontaktfinger 4 integriert. Bei dem vorliegenden Fingertester handelt es sich um ein Multi-Finger-System, das insgesamt zwölf Kontaktfinger 4 aufweist, wobei jeweils sechs Kontaktfinger auf einer Seite der zu testenden Leiterplatte 3 angeordnet sind. Ein Fingertester, bei dem die Kontaktfinger unabhängig voneinander verfahrbar sind, ist in der EP 0 468 135 A1 beschrieben. Die Kontaktfinger 4 können parallel zur Oberfläche der Leiterplatte 3 verschoben werden, so dass die Testelektroden 1 mit bestimmten Leiterplattentestpunkten der Leiterbahnen kon- taktiert werden können. Die Kontaktfinger 4 sind jeweils an einem durch eine Positionssteuereinrichtung 5 gesteuerten Schlitten 6 befestigt, der in einer Ebene parallel zur Leiterplatte 3 verfahren werden kann. Die Schlitten 6 sind jeweils mit einem vertikal ausgerichteten Stellzylinder 7 versehen, mit dem die Kontaktfinger 4 um die vertikale Achse gedreht werden können. Ferner ist an den Kontaktfingern 4 eine Kippein- richtung integriert, so dass die Finger mit der an Ihren Spitzen angeordneten Testelektroden 1 auf die Leiterplatte 3 abgesenkt werden können. Die Positionsteuereinrichtung 5 erhält zur Steuerung der Bewegung der Kontaktfinger 4 ihre Signale von einer zentralen Steuereinheit 8. Zur Erzeugung des Messsignals ist ein Funktionsgenerator 9 vorgesehen, der eine Messspannung mit bestimmter Amplitude U0 und bestimmter Frequenz fo an die Testelektrode 1 eines Kontaktfin- gers 4 zum Einspeisen in eine Leiterbahn der zu testenden Leiterplatte 3 abgibt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Frequenz fo zwischen 0 und 2000 Hz.
Der Fingertester weist eine erste, zweite und dritte Auswerteeinrichtung 10, 11 , 12 auf. Die erste Auswerteeinrichtung 10 dient zum Ausführen eines Unterbrechungste- stes mittels einer Ohmschen-Messung. Hierbei werden zwei Leiterplattentestpunkte einer Leiterbahn von zwei Testelektroden 1 gleichzeitig kontaktiert und ein vom Funktionsgenerator 9 erzeugter Gleichstrom wird zwischen diesen beiden Testelektroden 1 angelegt. Die erste Auswerteinrichtung 10 detektiert die zwischen den beiden Testelektroden 1 abfallende Spannung und ermittelt hieraus den elektrischen Widerstand dieser Leiterbahnen bzw. dieses Leiterbahnabschnittes. Liegt der Widerstand über einen vorbestimmten Schwellwert von z.B. 100 Ohm, so wird die Leiterbahn als eine Unterbrechung aufweisend beurteilt.
Die zweite Auswerteeinrichtung 11 dient zum Ausführen von Kurzschlusstests zwi- sehen zwei Leiterbahnen, wobei hier wiederum eine Ohmsche-Messung zwischen zwei Leiterplattentestpunkten zweier unterschiedlicher Leiterbahnen ausgeführt wird. Liegt der ermittelte Widerstand unter einen vorbestimmten Schwellwert, von z.B. 100 MΩ, so wird dies als Kurzschluss zwischen den beiden Leiterbahnen beurteilt.
Der Kurzschlusstest kann anstelle einer Ohmschen-Messung auch mittels einer sogenannten Feldmessung ermittelt werden, wie sie in der US 3,975,680 bzw. der EP 0 772 054 A2 beschrieben ist, bei der anhand der gemessen komplexen Leitwerte der Leiterbahnen ermittelt werden kann, ob zwischen zwei Leiterbahnen ein Kurzschluss besteht.
Die dritte Auswerteeinrichtung 12 dient zur Durchführung des Unterbrechungstestes mittels kapazitiver Messung. Hierbei wird eine Leiterbahn lediglich mit einer einzigen Testelektrode 1 an einem ihrer Leiterplattentestpunkt elektrisch kontaktiert. Ein Messsignal mit einer vorbestimmten Frequenz wird eingespeist. Eine weitere Testelektrode 1 wird entweder mit einer parallel zur Leiterplatte 3 angeordneten ebenflächigen Testelektrode kontaktiert oder mit einer weiteren Leiterbahn der Leiterplatte 3 kontaktiert. Sowohl die Testelektrode als auch die weitere Leiterbahn 3 fungieren als eine Art Antenne bzw. Gegenelektrode zu der zu testenden Leiterbahn, in die ein durch das in den zu testenden Leiterbahnen eingespeistes Messsignal ein zu detek- tierendes Messsignal induziert wird, das von der dritten Auswerteeinrichtung 12 de- tektiert wird. Anhand dieses detektieren Messsignals kann die jeweilige Kapazität Q ermittelt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Kapazität auch ein komplexer Leitwert verstanden und als kapazitive Messung auch eine Messung des komplexen Leitwertes, sofern der komplexe Anteil des Leitwertes nicht gegen Null geht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen Leiterplatten 3 werden die Leiterplatten in mehrere „virtuelle" Segmente unterteilt. In Fig. 2 ist eine Leiterplatte 3 dargestellt, in welcher schematisch vereinfacht einige wenige Leiterbahnen 2 eingezeichnet sind. Diese Leiterplatte weist eine Länge L von 900 mm und eine Breite B von 440 mm auf. Diese Leiterplatte ist in 3 Segmente I, π, m unterteilt, wobei sich das erste Segment I von der linken Begrenzungskante 320 mm nach rechts erstreckt und das dritte Segment m von der rechten Begrenzungskante 320 mm nach links erstreckt. Das zweite, bzw. mittlere Segment π ist im mittigen Bereich angeordnet und überlappt mit den beiden äußern Segmenten I und HI jeweils in einem Überlappungsbereich von 40 mm. Das zweite Segmente π besitzt somit eine Bereite von 340 mm. Die Überlappungsbereiche 13 weisen somit eine Breite b von 40 mm auf.
Großflächige Leiterplatten besitzen eine typische Größe von z.B. 1200 mm x 600 mm, 800 mm x 1200 mm, 800 mm x 1500 mm oder 600 mm x 800 mm. Leiterplatten mit einer Fläche von weniger als 600 mm x 500 mm werden nicht als großflächige Leiterplatten betrachtet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand des in Fig. 3 gezeigten Flussdiagramms näher erläutert. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S1.
Im Schritt S2 werden die einzelnen Segmente ermittelt. Hierzu werden die Leiterbah- nen der Leiterplatte 3 beschreibenden Daten (Gerber-Daten) verwendet, aus welchen ermittelt wird, wo die Grenzbereiche zwischen benachbarten Segmenten angeordnet werden können. Die entsprechenden Kriterien werden unten näher erläutert.
Im Schritt S3 wird die zu testende Leiterplatte 3 mit einem Segment I, II, in in einem Testbereich des Fingertesters angeordnet. Der Testbereich ist der gesamte Bereich, der von den Kontaktfingern 4 abgefahren werden kann und in dem die Testelektroden 1 die Leiterplatte 3 kontaktieren können. Der Testbereich weist typischerweise eine Größe von 600 mm x 600 mm auf.
Im Schritt S4 werden alle Leiterbahnen, die vollständig innerhalb dieses Segmentes liegen, bzw. deren Abschnitte vollständig innerhalb des jeweiligen Segmentes liegen mittels einer Ohmschen-Messung auf Unterbrechung getestet (S4). Im Segment I aus Fig. 2 liegen die Leiterbahnen 2/1 , 2/2 und 2/5 vollständig innerhalb des Segmentes. Weiterhin liegt ein Abschnitt der Leiterbahn 2/4 vollständig innerhalb des Segmentes I. Dieser Abschnitt erstreckt sich von dem linken Endpunkt bzw. Leiter- plattentestpunkt der Leiterbahn 2/4 bis zu dem Leiterplattentestpunkt der Leiterbahnen 2/4, der innerhalb des Überlappungsbereiches 13 liegt.
Danach werden die innerhalb des Segmentes liegenden Leiterbahnen auf herkömm- liehe Weise auf Kurzschluss mittels einer Ohmschen-Messung getestet (S5).
Im Schritt S6 werden die Leiterbahnen, die sich aus dem zu testenden Segment hinaus erstrecken und nicht abschnittsweise abgetastet werden können, wie z.B. die Leiterbahn 2/4, mittels kapazitiver Messung auf Unterbrechung getestet. Hierbei wer- den an allen Leiterplattentestpunkten, das sind die mit der jeweiligen Leiterbahn verbundenen Kontaktpunkte, die Kapazitätswerte der Leiterbahnen gemessen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Leiterplatte 3 erstreckt sich die Leiterbahn 2/3 über alle Segmen- te. Von den Leiterplattentestpunkten, die mit dieser Leiterbahn 2/3 verbunden sind, werden die Kapazitätswerte erfasst.
Sind an einem Segment alle Messungen ausgeführt, so wird im Schritt S7 geprüft, ob ein weiteres Segment zu testen ist. Falls dies der Fall ist, geht der Verfahrensablauf auf den Schritt S3 über und die Leiterplatte wird mit dem weiteren Segment im Prüfbereich des Fingertesters angeordnet. Die Vorgänge gemäß den Schritten S4, S5, S6 werden entsprechend ausgeführt.
Wird im Schritt S7 festgestellt, dass in allen Segmenten die Messungen ausgeführt worden sind, geht der Verfahrensablauf auf den Schritt S8 über, in dem die Messergebnisse ausgewertet werden. Hier werden insbesondere die kapazitiven Messwerte ausgewertet. Die kapazitiven Messwerte einer Leiterbahn bilden jeweils eine Gruppe. Die Messwerte innerhalb einer Gruppe werden miteinander verglichen und falls sich zumindest ein Messwert von anderen Messwerten der jeweiligen Gruppe um einen vorbestimmten Wert um z.B. mehr als 0,5 % der elektrischen Kapazität unterscheidet, wird dies als Unterbrechung beurteilt. Es ist auch möglich, dass ein weiterer Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert ausgeführt wird, der vorab mittels einer fehlerfreien Leiterplatte („Golden Board") oder anhand eines Verfahrens, wie es in der EP 0 772 054 A2 erläutert ist, ermittelt worden ist.
Bei dem obigen Beispiel werden die Leiterbahnen 2/3 und 2/6 mittels kapazitiver Messung auf Unterbrechung getestet. Die übrigen Leiterbahnen 2/1 , 2/2, 2/4, 2/5, 2/7 werden mit einer Ohmschen-Messung getestet. Die Leiterbahn 2/4 wird abschnitts- weise beim Testen innerhalb der Segmente I und π getestet.
Die minimale Länge einer Leiterbahn, die kapazitiv auf Unterbrechungen getestet wird, ist bei den im Ausführungsbeispiel angeordneten Segmenten typischerweise 30 mm - 60 mm, was der Breite b der Überlappungsbereiche 13 entspricht. Die mi- nimale Länge einer kapazitiv teilbaren Leiterplatte hängt von der elektrischen Kapazität der jeweiligen Leiterbahn ab, die wiederum von den verwendeten Materialien und dem Design der Leiterbahn abhängt. Die elektrische Kapazität typischer Leiterbahnen liegt im Bereich weniger pF. Daher können bei den üblicherweise verwendeten Messfrequenzen von 2 kHz bis 64 kHz Widerstandswerte von zumindest 100 KΩ mit einer kapazitiven Messung detektiert werden. Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Kapazität und des minimalen detektierbaren Widerstandes wird durch folgende Formel beschrieben:
Figure imgf000012_0001
wobei R der Widerstandswert, C die Kapazität, ω die Kreisfrequenz ist und k = 0,07 gilt.
Fig. 4 zeigt schematisch vereinfacht eine Vorrichtung zum automatischen Testen von großflächigen Leiterplatten, die einen Fingertester mit Testelektroden 1 , die jeweils an einen Schlitten 6 angeordnet sind, umfasst. Die Testelektroden 1 können zur Leiterplatte 3 hin und von der Leiterplatte 3 weg bewegt werden, um einzelne Leiter- plattentestpunkte zu kontaktieren. Die Schlitten 6 sind an Traversen 14 horizontal verschiebbar angeordnet. Es ist jeweils eine Testeineinheit mit Traverse 14, Schlitten 6 und Testelektroden 1 für die obere bzw. untere Seite einer zu testenden Leiter- platte 3 vorgesehen.
Zwischen diesen beiden Testeinheiten ist eine Fördereinrichtung zum Transportieren der zu testenden Leiterplatte 3 angeordnet. Diese Fördereinrichtung weist zwei schmale Förderbänder 15 auf, die zueinander parallel verlaufend angeordnet sind. Auf den Förderbändern 15 wird die zu testende Leiterplatte 3 aufgelegt.
Im Testbereich zwischen den beiden Testeinheiten sind Klemmeinrichtungen 16 angeordnet, mit welchen die zu testende Leiterplatte 3 im Testbereich bzw. zwischen den beiden Testeinheiten fixierbar ist. Die Klemmeinrichtungen sind automatisch öff- nende und sich schließende Klemmen, so dass das Klemmen mittels der Steuereinrichtung automatisch ausführbar ist. Ist die Leiterplatte 3 mittels der Klemmeinrich- tung 16 im Testbereich fixiert, werden die Förderbänder 15 etwas abgesenkt und seitlich aus dem Testbereich (in Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4) herausbewegt, so dass der Testbereich frei von den Förderbändern 15 ist. Danach können die Leiterplattentestpunkte eines Segmentes der Leiterplatte 3 getestet wer- den. Nach dem abschließenden Testen des Segmentes werden die Förderbänder 15 wieder unter die Leiterplatte 3 bewegt, die Klemmeinrichtung gelöst, die Leiterplatte 3 in Förderrichtung (Pfeil 17) weiterbewegt um sie mit dem nächsten Segment im Testbereich zu positionieren. Somit ist es möglich, die mehreren Segmente einer Leiterplatte 3 automatisch aufeinanderfolgend zu testen.
Die Erfindung kann folgendermaßen kurz zusammengefasst werden:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatte mit einem Fingertester.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Leiterplatten in mehreren Segmenten unterteilt getestet, wobei Leiterbahnen, die sich über ein Segment hinaus erstrecken mittels kapazitiver Messung der in dem jeweiligen Segment befindlichen Endpunkte getestet werden, wobei eine Unterbrechung der Leiterbahn festgestellt wird, falls sich ein Messwert der zu einer Leiterbahn gehörenden kapazitiven Messwerte der sich von anderen Messwerten signifikant unterscheidet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit Leiterplatten getestet werden, die größer als der Testbereich des Fingertesters sind, wobei die einzelnen Segmente aufeinanderfolgend im Testbereich des Fingertesters angeordnet werden. Die maximale Größe der einzelnen Segmente entspricht dem Testbereich des jeweiligen Fingertesters. Hierdurch ist es nicht notwendig, einen speziellen Fingertester für großflächige Leiterplatten vorzusehen, der wesentlich teurer ist, als Fingertester in einem Testbereich mit Standardgröße.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann eine zu testende Leiterplatte mit den Segmenten, die nicht getestet werden, am Testbereich des Fingertesters überstehen. Bezugszeichenliste
1 Testelektrode
2 Leiterbahn 3 Leiterplatte
4 Kontaktfinger
5 Positionssteuereinrichtung
6 Schlitten
7 Stellzylinder 8 zentrale Steuereinheit
9 Funktionsgenerator
10 erste Auswerteeinrichtung
11 zweite Auswerteeinrichtung
12 dritte Auswerteeinrichtung 13 Überlappungsbereich
14 Traverse
15 Förderband
16 Klemmeinrichtung
17 Pfeil

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten mit einem Fingertester, wobei
- die Leiterplatte (3) in mehrere Segmente (I, II, in) unterteilt getestet wird, wobei die einzelnen Segmente (I, II, in) aufeinanderfolgend in einem Testbereich des Fingertesters getestet werden, bis die vollständige Leiterplatte (3) gete- stet worden ist, und
- beim Testen jeweils eines Segmentes (I, II, in) der Leiterplatte (3) Leiterbahnen (2), die sich über das jeweilige zu testende Segment hinaus erstrecken, mittels kapazitiver Messung der in dem Segment befindlichen Endpunkte dieser Leiterbahnen (2) auf Unterbrechungen getestet werden, wobei jeweils ein kapazi- tiver Messwert erfasst wird,
- nach dem abschließenden Testen des einen Segmentes (i, n, in) die Leiterplatte (3) weiterbewegt wird, um sie mit den nächsten Segment (i, II, in) im Testbereich zu positionieren, alle zu einer Leiterbahn (2) gehörenden Messwerte jeweils eine Gruppe bilden und die Messwerte innerhalb einer jeden Gruppe miteinander verglichen werden, und falls sich zumindest ein Messwert von anderen Messwerten der jeweiligen Gruppe um einen vorbestimmten Wert unterscheidet, wird dies als Unterbrechung beurteilt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente ( I , II , in ) derart überlappend angeordnet werden, dass alle Leiterbahnen (2) mit einer maximalen Länge von 40 mm bis 60mm jeweils vollständig innerhalb eines Segmentes ( I , ii, in ) liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente in einem streifenförmigen Bereich mit einer Breite von 20 mm bis 100 mm überlappen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterbahnen (2) auf einer maximalen Länge von 40 mm bis 60 mm auf Unterbrechungen mittels einer Ohmschen-Messung untersucht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Leiterbahnen (2), die vollständig innerhalb eines Segmentes ( I , n , in) liegen, auf Unterbrechungen mittels einer Ohmschen-Messung untersucht werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment ein Größe von etwa 200 mm x 200 mm bis 600 mm x 500 mm aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Leiterplatten (3) mit einer Größe von mehr als 600 mm x 500 mm bis 800 mm x 1500 mm getestet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert, mit welchem sich ein Messwert einer Gruppe von den anderen Messwerten unterscheiden muss, damit die Leiterbahn als unterbrochen beurteilt wird, 0,5 % der elektrischen Kapazität der Messwerte beträgt.
9. Vorrichtung zum Testen von unbestückten, großflächigen, Leiterbahnen aufweisenden Leiterplatten, umfassend einen Fingertester und eine Steuereinrichtung die zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Fördereinrichtung zum automatischen Bewegen der zu testenden Leiterplatten eine Klemmeinrichtung (16) zum Fixieren der Leiterplatten in einem Testbereich des Fingertesters aufweist.
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