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CN104969080B - 用于测试工件的方法及装置 - Google Patents

用于测试工件的方法及装置 Download PDF

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CN104969080B CN201380068866.XA CN201380068866A CN104969080B CN 104969080 B CN104969080 B CN 104969080B CN 201380068866 A CN201380068866 A CN 201380068866A CN 104969080 B CN104969080 B CN 104969080B
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Abstract

本发明涉及一种用于测试工件(3)的方法，特别用于测试电路板，该方法借助布置在支撑件(1)上的测试针(2)，该测试针(2)行至工件(3)之上或之中的预定位置，测试针(2)相对于支撑件(1)的位置应可变化。

Description

用于测试工件的方法及装置
技术领域
本发明涉及用于测试工件(尤其是电路板)的方法以及用于该方法的装置，所述方法借助于布置在支撑件上的测试针，该测试针行至工件之上或之中的预定位置。然而，本发明总体上还涉及一种用于移动物件(尤其是电气或电子物件或其零部件)的方法，特别用于借助仪器来测试、检验和/或处理工件(尤其是电子工件)。
背景技术
在日常生活中的许多情况下，都可能需要移动物件。举例而言，下文仅提及电子测试装置，但本发明并非仅限于此，说明书的内容仅供举例说明。本发明涉及发生在小型区域内的移动，同样并非限定于此。对此，其尤为适用。
目前市场上已存在多种形式及构造的这类测试装置。本发明涉及任意测试装置，利用该测试装置可通过多个测试针探测工件，这些测试针相互成特定关系布置，而这种布置在必要时须进行变动。特别地，本发明涉及用于在装配电子仪器之前检验电子电路板的故障及功能的测试装置，但并非仅限于此。
在这种装置中，将触针或触销压印于电路板上预先确定的位置(接触位置)，随后相应通过具有测试信号的测试计算机进行预先设定的调控，以确定已装配的电路板的高效能性。将电路板划分出众多个接触位置，通常需要数以千计的触针才能在触针与电路板上的接触位置之间建立正常的电气接触。
例如，在第DE 112006003034 T5号、第DE 19646252 A1号或第DE 4416151 B号专利文献中公开了这类测试装置。然而，这些仪器均要求待测试的电路板精确地装备测试针。由于在时间单位内仍需进行数次这类测试，因此在电路板相对于测试针的定位过程中会产生明显的问题。
在这类测试装置(尤其是电路板)中频繁出现的问题在于，待测试工件随之发生改变。这表示随后必须重新设定具有测试针的测试适配器，这需要很长时间才能完成，其原因在于，例如须重新计算测试针彼此的角度及排列关系并且对应的支撑件(孔板)也须重新设定。
发明内容
本发明的目的在于，改进上述类型的方法及装置，利用该方法及该装置易于改变测试针彼此的排列关系且特别加速该过程。本发明的目的还在于，增进物件的移动，特别是电子领域，但也包括微机械领域。
为达成上述目的，测试针相对于支撑件的位置可以改变。
由此，本发明的基本思路在于，将测试针可移动地布置于对应支撑件之上或之中。由测试针到达的位点或这些位点的位置在工件上变化，从而可以通过简单改变测试针到达对应位点的位置来考虑这种变化。例如，无需在支撑件中制造新的孔眼并且毋须计算新的角度或诸如此类关系。
在本发明的简单实施方案中，可以手动或机械方式实现测试针相对于支撑件的位置变化。对此，在本发明的范围内可设想多种可能方案。例如，测试针可配置成其探针能够通过测试针的旋转而在孔板中占据另一位置。这特别适用于相对于测试针的实际轴杆偏心布置的探针。
例如，支撑件或支撑件(尤其是孔板)中的凹口还可配置成测试针的位置可以改变。在此，例如可设想长孔。
另一可能方案是通过对应的磁体或通过相应的磁化实现测试针的位置变化。通过磁体使测试针易拆卸地固定至支撑件。该磁体本身可通过相应磁化或另一磁体移动，例如提升和/或转动。测试针跟随这种移动。
然而，通过磁体移动的可能方案还能够使测试针并非直接通入支撑件(例如孔板)中，而仅将测试针固定至板下侧。测试针由此可在下侧移动至任意位置，可再度以手动方式或通过设置于板上侧的磁体来完成这一过程。同时，测试针可随时转动。
在本发明一般要求保护的范围内，移动测试针的第三种极有利的可能方案是围绕测试针布置本征活性聚合物。本征活性聚合物是塑性材料，其在周围环境的特定物理变量(例如温度、特定波长的光、电场量及磁场量)或化学变量(物质浓度、pH值)的作用下确切改变材料特性。特别地，这种聚合物是可逆相聚合物(例如刺激响应性水凝胶、聚合物刷)、相变聚合物、导电聚合物以及双电弹性体。本征活性聚合物的其他代表性聚合物是形状记忆聚合物、压电聚合物、电致伸缩聚合物以及铁电聚合物。
本发明主要采用所谓的刺激响应性水凝胶。这些材料是固态作用的载体，能够最大限度激发其可用的体积变化，由此极易小型化。
采用温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)作为基料。
在根据本发明的第一步骤中，依照特定的驱动目的定制致动材料的机械及致动性能。预期的机械应力会超出均聚物PNIPAAm实际能够取得的性能。由此，利用选自层状硅酸盐族的特定纳米材料对聚合物进行功能化，这使水溶胶的机械-刺激性能提高不止一个数量级。通过改变原材料的交联条件和特异性修饰、交联度以及交联点的孔隙度，完成活性聚合物的参数优化。
此外，优化致动材料的可控性。在未修饰状态下，水凝胶作用物在其体积相转变范围内由于作用物温度仅改变5K即会从完全溶胀状态转换成充分收缩状态。为高度精确地进行致动控制，可能需要将体积相转变范围扩大至例如10K。这一方面可通过N-异丙基丙烯酰胺的共聚反应实现，另一方面还可通过改变溶剂的热力学特性来实现。
另外，致动材料应可具有微观结构。对此，根据本发明应用自由基光致聚合作用，利用该作用不仅合成水凝胶，而且还使其成形为具有微观结构。
另一方面是致动材料在上级系统中的融合能力。在此，一方面确保所需的材料相容性，另一方面获得适于共价结合的增附系统。
用于实施所述方法的装置或定位驱动器构造成紧凑的全集成系统并包括以下组件：
(i)至少一个致动体；
(ii)致动体控制电极；
(iii)锁定机构；
(iv)包括机械接口的驱动器箱；
(v)至少一个用于上级系统的接口；以及
(vi)定位驱动器基于硬件及软件的控制装置。
鉴于本发明，特别通过丝网印刷方法将所述聚合物施加于支撑件上，从而可使聚合物在此围绕相应的测试针。随后，若聚合物面临或受到相应的物理性环境变量或化学性环境变量，则聚合物如同肌肉伸缩般确切变动其位置并由此使测试针移动。
总体而言，对此必然可设想精确监测测试针的变化。通过相应的摄像机实现这一过程，其中，在本发明的范围内对此主要设想测试针直接贯穿摄像机的物镜，从而该摄像机可准确监测测试针的运动。
附图说明
通过以下优选实施方案的描述并参照附图对本发明的其他优点、特征和细节加以阐述。
图1表示根据本发明用于测试工件的装置的部件的侧视图；
图2-5表示根据本发明用于测试工件的装置的另一实施方案的侧视图；
图6表示用于监测测试针的组件的侧视图；
图7表示用于监测测试针活动的另一组件的侧视图；
图8表示用于测试工件的装置的部件的另一实施方案的侧视图；
图9表示用于测试针的支撑件的俯视图；
图10和图11表示图9局部的电活性聚合物活化剂的俯视图和侧视图；
图12表示多轴定位驱动器基本结构的俯视透视图；
图13表示根据本发明的触针头的侧视透视图。
具体实施方式
根据图1，测试针2位于支撑件1上，由此必然可假定在该支撑件1上通常设置多个这类测试针2。利用该测试针2可测试电路板3。
在该实施方案中，测试针2以轴杆4贯穿支撑件1，该支撑件1构造为孔板。该轴杆4可绕轴线A旋转地布置于孔板1的相应凹口中。测试针5位于偏离该轴线A的位置，该测试针5在轴杆4旋转的过程中可改变其相对于工件(电路板3)的位置。显然，还可以适当方式将凹口构造于孔板1内，由轴杆4贯穿该孔板，从而可额外改变测试针5的位置。例如，凹口可能是长孔或诸如此类构造。
为使测试针2相对于孔板1固定，将磁体6设置于轴杆4上。在这种情况下，孔板1优选至少部分构造成具有磁性，从而吸引力作用于磁体6与孔板1之间(如箭头所示)。
在简单的实施方案中，通过扳手(图中未示出)使轴杆4转动，该扳手可置于调整-辅助方头7上。由此，若需测试针5相对于电路板3的另一位置，则可通过扳手使测试针2绕其轴线A旋转且使测试针呈环形运动。同时或另外，对此还可设想孔板1和/或电路板3沿水平方向呈二维运动，从而可利用测试针5行至电路板3上的每一位点。这种对于电路板3的运动机制例如参阅第DE 102012106291.9号专利文献。
在如图3所示根据本发明用于测试工件的装置的实施方案中，孔板1另外配有固定板8，其中孔板1与固定板8之间的距离a可变。该固定板8的目的尤其在于，调整各个测试针2使其相对于孔板1固定之后，即孔板大体上支撑磁体6，由此测试针2在下降至电路板3的过程中不会从孔板1突起且测试针2的位置发生偶然变化。
在如图3所示根据本发明用于测试工件的装置的实施方案中，并未采用孔板作为支撑件，而是采用半磁板作为支撑件1.1。这表示测试针2.1在这种情况下的基本位置并不取决于孔板的孔网，而测试针2.1可沿着支撑件1.1的下侧9自由活动。
通过驱动磁体10使测试针2.1绕其轴线A旋转，该驱动磁体10配置在支撑件1.1的测试针2.1的另一侧。该驱动磁体10可沿支撑件1.1在任意方向上移动并且可以旋转，从而磁体6随其而动，由此可使测试针2.1相对于电路板(未示出)对齐。
在驱动磁体10上方还设有导电的磁性固定板8.1，利用该固定板可固定整个组件。
如图4所示根据本发明用于测试工件的装置的实施方案与如图3所示实施方案的区别仅在于配置附加工具，利用该工具可进行其他活动。例如，该工具可以是压在工件上的簧压式压紧装置或者是监测测试针5的摄像机。
在如图5所示根据本发明用于测试工件3的装置的另一实施方案中，测试针2.2位于滑块11上，该滑块11可以任意方式运动。仅举例而言，在此再度参阅第DE102012106291.9号专利文献。滑块11的移动或测试针2.2相对于电路板3的位置可由独立的摄像机12和/或还可由滑块11所配的摄像机13监测并控制。
如图6所示，测试针2的活动由两个斜置的摄像机12.1和12.2监测。
在本发明的范围内特别还包括如图7所示的实施方案，据此测试针2或探针5直接贯穿摄像机的物镜14，从而该物镜14直接定向于探针5在电路板3上的撞击点15。
本发明的特定实施方式如图8至图13所示。由此可以借助电活性聚合物16移动测试针2，该聚合物充当用于测试针2的致动体。
在图9至图13中示出移动测试针2的其他可能方案，通过所谓的本征活性聚合物引起测试针2的移动。其运动方式类似于肌肉组织。对于本发明而言，特别优选电活性聚合物(EAP)，其原因在于可借助电场量直接并有针对性对聚合物发生作用。
如图9所示，将相应的测试针2导入孔板1中。EAP-致动体16.1和16.2位于孔板上面或上方，所述致动体接合测试针2。所述致动体特别如图10和图11所示。相应的EAP-致动体围绕测试针2，其中如图10所示，EAP-致动体16本身自四面受到电场量的作用。例如图11所示，这会导致EAP-致动体的中部隆起并由此使测试针2升起。由于EAP-致动体受到电场量的相应作用，还可引起测试针2的旋转。
如图12和图13所示，相应的测试针2集成于壳体17内，其中测试针2在上部区域或在壳体17内由EAP-致动体16围绕。
在此，多个测试针2突出壳体17。由聚合物反应体16围绕这些触针或测试针，该聚合物反应体16埋置于壳体17内。
这种基于水凝胶的致动体旨在使触针在从原位至多移开+/-500μm的情况下以约25μm的定位精度置于xy平面内的任意位置。
这种复杂的多轴定位可利用柔性固态反应体来实现，该固态反应体在相应控制中以类似方式发生变形，从而其可经由触针到达定位面内的任一位点。这就要求想出适当结构的构型及尺寸。此外，还由致动体-控制电极的有效功率确定可达成的定位精度。将电阻式控制电极分段并实现对温度场的控制，该温度场可电子旋转360°。主要检测标准是能够使触针以足够的精度定位所需的电极数目、所需的热功率、热场进程、热耦合以及用于稳定受控温度场的热管理。
触针定位驱动器仅负责实际的定位过程。倘若触针已到达其最终位置，则激活锁定机构，该锁定机构将触针固定在其位置。
在触针定位期间保证在定位驱动器范围内的针头具有始终确定的温度，以便确保定位过程独立于环境温度的任何可能变化。主动式温度管理例如可由珀耳帖元件或主动式水冷装置来实现。
驱动器箱不仅为定位驱动器提供机械防护，还承载其机械接口和电气接口。
此外，针头还需具有可调节性，从而可以最佳方式调整或预先定位该针头。对于定位驱动器，在理想状态下可实现整体调整，另一构想则是单独调整。
对于锁定机构，力传递接合原理似乎尤为恰当。
附图标记列表
1 支撑件
2 测试针
3 电路板
4 轴杆
5 探针
6 磁体
7 辅助方头
8 固定板
9 下侧
10 驱动磁体
11 滑块
12 摄像机
14 物镜
15 撞击点
16 (本征)活性聚合物/EAP-致动体/聚合物反应体
17 壳体
18 PCB板
A 轴线
a 距离

Claims (25)

1.用于测试工件(3)的方法，该方法借助布置在支撑件(1)上的测试针(2)，该测试针(2)行至所述工件(3)之上或之中的预定位置，
其特征在于：
所述测试针(2)相对于所述支撑件(1)的位置可变，并且所述测试针(2)相对于所述支撑件(1)的位置变化通过本征活性聚合物(16)实现，其中通过丝网印刷方法将所述本征活性聚合物施加于所述支撑件(1)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述测试针(2)相对于所述支撑件(1)的位置变化以机械方式实现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述测试针(2)相对于所述支撑件(1)的位置变化以磁性方式实现。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述测试针(2)的位置变化进行监测。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：通过使所述测试针(2)穿过摄像机的物镜(14)而对所述测试针(2)的位置变化进行监测。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：采用刺激响应性水凝胶。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：采用自由基光致聚合作用来合成刺激响应性水凝胶并且使其成形为具有微观结构。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：采用温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)作为所述本征活性聚合物(16)。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：利用选自层状硅酸盐族的特定纳米材料使所述本征活性聚合物(16)功能化。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：通过改变原材料的交联条件和特异性修饰、交联度以及交联点的孔隙度，实现所述本征活性聚合物(16)的参数优化。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：通过聚(N-异丙基丙烯酰胺)的共聚反应或者通过改变溶剂的热力学特性，优化所述本征活性聚合物(16)的可控性。
12.用于测试工件(3)的装置，该装置借助布置在支撑件(1)上的测试针(2)，该测试针(2)行至所述工件(3)之上或之中的预定位置，其特征在于：
所述测试针(2)相对于所述支撑件(1)的位置可变，其中所述测试针(2)配有本征活性聚合物(16)，该本征活性聚合物(16)以丝网印刷方法施加于所述支撑件(1)上并且至少局部围绕所述测试针(2)。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述测试针(2)至少局部贯穿孔板。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述测试针(2)以偏心方式构成，其中所述测试针(2)的探针(5)相对于旋转轴线(A)偏置。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述测试针(2)配有至少一个磁体(6)，所述磁体(6)固定至所述支撑件(1)。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：所述磁体(6)为其运动配有驱动磁体(10)。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述驱动磁体(10)配有固定板(8)，该固定板(8)为导电的磁性固定板。
18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述支撑件(1)构造成至少具有半磁性。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：工具固定于所述支撑件(1)。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于：所述工具是簧压式压紧装置。
21.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述测试针(2)配有至少在二维空间移动的滑块(11)。
22.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述测试针(2)配有扫描仪和/或摄像机(12)。
23.根据权利要求12至22中任一项所述的装置，其特征在于：采用温敏性聚(N-异丙基丙烯酰胺)作为所述本征活性聚合物(16)。
24.根据权利要求12至22中任一项所述的装置，其特征在于：利用选自层状硅酸盐族的特定纳米材料使所述本征活性聚合物(16)功能化。
25.根据权利要求12至22中任一项所述的装置，其特征在于包括以下组件：
(i)至少一个致动体；
(ii)致动体控制电极；
(iii)锁定机构；
(iv)包括机械接口的驱动器箱；
(v)至少一个用于上级系统的接口；以及
(vi)定位驱动器基于硬件及软件的控制装置。
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