DE19837169A1

DE19837169A1 - Method for testing printed and unprinted circuit board assemblies aligning a focused, high-frequency electromagnetic transmission beam to irradiate a component to be tested and produce a spectral measuring signal.

Info

Publication number: DE19837169A1
Application number: DE1998137169
Authority: DE
Inventors: Reinhold Wein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2000-02-24

Abstract

A focused, high-frequency electromagnetic transmission beam (5) is aligned to irradiate a part (2) to be tested on a printed circuit board (1). Through a phase-switched antenna (4), a measuring signal is received, representing a spectrum (6) changed by the part being tested. This signal is assessed for analysis of the part being tested. A claim is made for device for testing printed and unprinted circuit board assemblies.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von bestückten und unbestückten Leiterplatten.The invention relates to a method and an apparatus for testing assembled and bare circuit boards.

Bisher ist es üblich, insbesondere bestückte Leiterplatten für eine Überprü fung mindestens eines Ausschnittes aller auf den Leiterplatten positionier ten Bauelemente mit sogenannten Nadelbett-Adaptern zu testen. Dabei werden Knotenpunkte und Anschlußstellen von Bauteilen auf einer Platine durch gegen die Platine verschiebbare Nadeln kontaktiert, die mit einer PC-gesteuerten Meßvorrichtung verbunden sind. Nach einer individuell auf die jeweilige Leiterplatte zugeschnittenen Prüfsoftware werden die gewünsch ten Knotenpunkte und Bauteile durch das Anlegen und Messen einer Span nung selektiv geprüft.So far, it has been common, especially assembled circuit boards for a check Position at least one section of all on the printed circuit boards ten components with so-called needle bed adapters. Here become nodes and connection points of components on a circuit board contacted by needles which can be moved against the circuit board and which are connected to a PC-controlled measuring device are connected. After an individual on the test software tailored to each PCB will be the desired nodes and components by creating and measuring a chip selectively checked.

Aus dem vorstehenden kurzen Abriß wird deutlich, daß für jeden individu ellen Leiterplattentyp auch ein eigens dafür vorgesehener Nadelbett-Adap ter hergestellt werden muß, was äußerst zeit- und kostenaufwendig ist.From the above brief outline it is clear that for each individual The PCB type also has a specially designed needle bed adapter ter must be produced, which is extremely time-consuming and costly.

Davon ausgehend liegt der Erfindung der Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen von bestückten und unbestückten Leiter platten anzugeben, die universell für jedweden Typ von Leiterplatte ein setzbar sind. Es muß lediglich die Steuerungssoftware für die Durchfüh rung des Verfahrens auf der entsprechenden Prüfvorrichtung an den jewei ligen Leiterplattentyp angepaßt werden. Proceeding from this, the object of the invention is a method and a device for testing assembled and bare conductors Specify boards that are universal for any type of circuit board are settable. It only needs the control software for the implementation tion of the procedure on the corresponding test device on the respective current PCB type can be adapted.

Die Lösung der vorstehenden Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 ange gebene Verfahren bzw. die im Anspruch 7 definierte Vorrichtung zum Prü fen von bestückten und unbestückten Leiterplatten gegeben. Demnach wird mittels einer entsprechenden Sendeeinrichtung ein fokussierter, hochfre quenter elektromagnetischer Strahl in einer Strahlrichtung auf den zu prü fenden Teil der Leiterplatte abgestrahlt. Es wurde nun festgestellt, daß die ser Sendestrahl mit einem bekannten HF-Frequenzspektrum durch Refle xionen, Resonanzen und Interferenzen, die durch den prüfenden Teil der Leiterplatte verursacht werden, signifikant verändert wird. Insoweit kann durch Empfangen eines Meßsignals, das für dasjenige elektromagnetische Spektrum repräsentativ ist, das durch das zu prüfende Teil verändert wurde, eine Aussage über den zu prüfenden Teil der Leiterplatte getroffen werden. Dies wird durch eine Auswertung des Meßsignals zur Analyse des zu prü fenden Teils vorgenommen.The solution to the above object is by the claim 1 given method or the device for testing defined in claim 7 of assembled and bare printed circuit boards. Accordingly a focused, highly fre quenter electromagnetic beam in one beam direction to be tested radiated part of the circuit board. It has now been found that the water transmission beam with a known RF frequency spectrum by Refle xions, resonances and interferences caused by the testing part of the PCB caused, is significantly changed. So far by receiving a measurement signal that is electromagnetic for that Is representative spectrum that has been changed by the part to be tested, a statement can be made about the part of the circuit board to be tested. This is checked by evaluating the measurement signal to analyze the part.

Der vorstehenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beispiels weise bei bestückten Leiterplatten ein angestrahltes Bauteil bauartbedingt bei bestimmten Frequenzen in Resonanzschwingung gerät oder bestimmte Frequenzen dämpft oder ganz absorbiert. Bauteile, wie Widerstände, Kon densatoren, Induktivitäten, Dioden, Transistoren und integrierte Schaltun gen (IC's) können so grundsätzlich auf ihr Vorhandensein auf der Platine und bei entsprechendem analytischen Aufwand bei der Auswertung des Meßsignals auch auf ihren spezifizierten Wert geprüft werden.The foregoing invention is based on the knowledge that, for example for assembled PCBs, an illuminated component depends on the design resonates at certain frequencies, or certain Attenuates frequencies or absorbs them completely. Components such as resistors, con capacitors, inductors, diodes, transistors and integrated circuits gen (IC's) can basically be based on their presence on the board and with appropriate analytical effort when evaluating the Measurement signal can also be checked for their specified value.

Für unbestückte Leiterplatten kann der Sendestrahl beispielsweise gezielt auf das Ende und/oder den Anfang von Leiterbahnen gerichtet werden. Letztere wirken wiederum selbst als Antennen und Strahlen ein HF-Frequenzspektrum ab, das abhängig vom eingestrahlten Spektrum, von des sen Wellenlänge und der Länge der Leiterbahn ist. Hat eine Leiterbahn nun zu einer benachbarten Leiterbahn eine Kurzschluß-Verbindung oder in sich eine Unterbrechung, so verändert sich das empfangene und ausgewertete Frequenzspektrum entsprechend. Eine kurze Leiterbahn empfängt mehr höherfrequente Spektren, während eine lange Leiterbahn mehr niederfre quente Spektren empfängt.The transmit beam can be targeted, for example, for bare printed circuit boards be directed to the end and / or the beginning of conductor tracks. The latter in turn act as antennas and rays RF frequency spectrum, which depends on the incident spectrum, of the sen wavelength and the length of the conductor track. Now has a track to a neighboring conductor track a short-circuit connection or in itself an interruption, the received and evaluated changes Frequency spectrum accordingly. A short track receives more higher-frequency spectra, while a long conductor track is more low-frequency quent spectra.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Various embodiments of the invention will now be described with reference to the attached drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt in höchst schematischer Weise eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Prüfen von Leiterplatten, und Fig. 1 is a side view showing in a highly schematic manner an apparatus for testing circuit boards, and

Fig. 2 zeigt ebenfalls höchst schematisch im Vergleich ein eingestrahltes HF-Spektrum und ein durch ein zu prüfendes Bauteil geändertes HF-Spektrum. FIG. 2 also shows a highly schematic comparison of an irradiated RF spectrum and an RF spectrum changed by a component to be tested.

In der Abbildung ist mit 1 eine Leiterplatte bezeichnet, auf der der Über sichtlichkeit halber lediglich ein einziges Bauteil 2 in Form eines Konden sators dargestellt ist. Das elektronische Bauteil 2 ist beispielsweise in SMD-Technologien ausgeführt und über Lötstellen 3 an entsprechende, in der Zeichnung nicht erkennbare Leiterbahnen auf der Leiterplatte 1 ange schlossen.In the figure, 1 denotes a printed circuit board on which, for the sake of clarity, only a single component 2 is shown in the form of a capacitor. The electronic component 2 is designed, for example, in SMD technologies and is connected via solder joints 3 to corresponding conductor tracks on the circuit board 1 , which cannot be seen in the drawing.

Die eigentliche Prüfvorrichtung besteht aus einer nicht näher dargestellten Aufnahme für die Leiterplatte 1, oberhalb derer eine phasengesteuerte An tenne 4 angeordnet ist. Eine solche phasengesteuerte Antenne besteht in an sich bekannter Weise aus zahlreichen Sendeelementen, die in einem regel mäßigen geometrischen Muster angeordnet sind. Indem die Sendesignale der einzelnen Elemente um unterschiedliche - winzige - Zeiten verzögert, also zueinander phasenverschoben werden, ergeben sich Interferenzen mit dem Effekt, daß die Antenne gezielt in eine eng begrenzte Richtung ab strahlt. Dies ist in der beigefügten Zeichnung durch den Sendestrahl 5 an gedeutet, dessen Öffnungswinkel in der Größenordnung von einem halben Grad liegen kann. Mit dem Sendestrahl 5 wird ein fokussiertes, hochfre quentes elektromagnetisches Spektrum bis in den hohen GHz-Bereich auf das zu prüfende Bauteil 2 abgestrahlt.The actual test device consists of a receptacle, not shown, for the circuit board 1 , above which a phase-controlled antenna 4 is arranged. Such a phase-controlled antenna consists in a known manner of numerous transmission elements, which are arranged in a regular geometric pattern. By delaying the transmission signals of the individual elements by different - tiny - times, ie shifting them from one another, there are interferences with the effect that the antenna radiates specifically in a narrowly limited direction. This is indicated in the accompanying drawing by the transmission beam 5 , the opening angle of which may be of the order of half a degree. With the transmission beam 5 , a focused, high-frequency electromagnetic spectrum is emitted up to the high GHz range on the component 2 to be tested.

Im übrigen wird darauf hingewiesen, daß der Sendestrahl 5 auch durch eine in drei Raumrichtungen bewegungsgesteuerte Spiegelvorrichtung in seiner Strahlrichtung variiert werden kann. Bei einer solchen Spiegelvorrichtung kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Scanner-Spiegel han deln.Moreover, it is pointed out that the transmission beam 5 can also be varied in its beam direction by a mirror device which is motion-controlled in three spatial directions. Such a mirror device can be, for example, a so-called scanner mirror.

Durch das Bauteil 2 wird nun - wie bereits erörtert - das Spektrum des Sen destrahls 5 signifikant verändert. Das veränderte Spektrum 6 ist in der Zeichnung durch Wellenlinien-Pfeile angedeutet. Es kann beispielsweise durch eine separate Empfangsantenne 7 aufgenommen und zu einer Emp fangseinrichtung 8 zur weiteren Erfassung und Signalaufbereitung weiter geleitet werden, der wiederum eine Auswerteeinrichtung 9 nachgeschaltet ist. Letztere steht mit der Steuereinrichtung 10 in Verbindung, die im übri gen die Prüfroutine und damit die zeitliche Aufeinanderfolge und Richtung der Emission von Sendestrahlen 5 zu verschiedenen Bauteilen steuert. Bei der Implementierung eines entsprechenden Steuerprogrammes kann dabei auf Leiterplattendaten zurückgegriffen werden, die beispielsweise für das Platinen-Layout von einem Grafikprogramm zur Verfügung gestellt wer den.Component 2 now - as already discussed - significantly changes the spectrum of the radiation beam 5 . The changed spectrum 6 is indicated in the drawing by wavy arrows. For example, it can be picked up by a separate receiving antenna 7 and passed on to an receiving device 8 for further detection and signal processing, which in turn is followed by an evaluation device 9 . The latter is connected to the control device 10 , which controls the test routine and thus the time sequence and direction of the emission of transmission beams 5 to various components. When implementing a corresponding control program, circuit board data can be used which is made available, for example, for the circuit board layout by a graphics program.

Zum erfindungsgemäßen Prüfverfahren ist festzuhalten, daß bei Anwesen heit und ggf. auch korrekter Spezifikation des Bauteils 2 das empfangene und ausgewertete veränderte Spektrum 6 einer jeweils für den speziellen Prüfbereich zutreffenden Vorgabe entsprechen muß, die z. B. durch grund sätzliche Versuche am Anfang eines Prüfdurchlaufs eines entsprechenden Leiterplattentyps zu ermitteln sind. Fehlt nun beispielsweise das Bauteil 2, so hat das veränderte Spektrum 6 eine abweichende Charakteristik, was über die Empfangs- und Auswerteeinrichtung 8, 9 zu erfassen ist.Regarding the test method according to the invention, it should be noted that in the case of presence and, if appropriate, correct specification of component 2, the received and evaluated changed spectrum 6 must correspond to a specification that applies to the specific test area. B. to be determined by basic tests at the beginning of a test run of a corresponding circuit board type. If, for example, component 2 is missing, the changed spectrum 6 has a different characteristic, which can be recorded via the receiving and evaluating device 8 , 9 .

Das veränderte Spektrum 6 kann als Meßsignal auch von der phasengesteu erten Antenne 4 selbst als Empfangseinrichtung erfaßt und an eine entspre chende Auswerteeinrichtung 9 zur Weiterverarbeitung geleitet werden. Da zu muß die Antenne 4 von Sende- auf Empfangsbetrieb umgeschaltet wer den.The changed spectrum 6 can also be detected as a measurement signal by the phase-controlled antenna 4 itself as the receiving device and sent to a corresponding evaluation device 9 for further processing. Since the antenna 4 must be switched from transmit to receive who the.

Wie in der beigefügten Zeichnung ferner angedeutet ist, können auch be stimmte Leiterbahnen, wie beispielsweise die Massebahn auf der Leiter platte 1 durch einen Kontaktanschluß 11 kontaktiert und mittels einer Emp fangseinrichtung 8' das bei Einstrahlen des Sendestrahls 5 auftretende Po tential erfaßt und in der Auswerteeinrichtung 9 weiterverarbeitet werden. Auch dieses Meßsignal kann sich nämlich signifikant je nach Zustand des überprüften Bereiches der Leiterplatte ändern.As is also indicated in the accompanying drawing, certain conductor tracks, such as the ground track on the printed circuit board 1 , can be contacted by a contact connection 11 and by means of an receiving device 8 'which detects the potential occurring when the transmitting beam 5 is irradiated and in the evaluation device 9 can be processed further. This measurement signal can also change significantly depending on the state of the checked area of the circuit board.

Anhand von Fig. 2 kann die Beeinflussung des eingestrahlten HF-Spek trums durch das zu prüfende Bauteil 2 zumindest qualitativ gezeigt werden. Referring to Fig. 2, the influence of the radiated RF Spek strand can be shown by the at least qualitatively component to be tested 2.

Die beiden Diagramme stellen sogenannte Fast-Fourier-Trans formations-(FFT)-Spektren dar, bei denen die Intensität I in Abhängigkeit der Frequenz f aufgetragen wird. Das linke Diagramm A stellt dabei das elektromagneti sche Spektrum eines sogenannten "weißen Rauschens" dar, bei dem alle Frequenzen mit etwa gleicher Intensität enthalten sind. Wird ein solches HF-Spektrum auf das Bauteil eingestrahlt, werden bestimmte Frequenzen um eine Basisfrequenz f₀ herum mit zunehmenden Frequenz-Abstand ge dämpft, wie aus Fig. 2B hervorgeht. Die Änderung von Fig. 2A zu 2B ist für das Bauteil 2 signifikant und kann durch die Auswerteeinrichtung 9 er faßt werden.The two diagrams represent so-called Fast Fourier Transformation (FFT) spectra, in which the intensity I is plotted as a function of the frequency f. The left diagram A represents the electromagnetic spectrum of a so-called "white noise", in which all frequencies are contained with approximately the same intensity. If such an RF spectrum is radiated onto the component, certain frequencies around a base frequency f ₀ are attenuated with increasing frequency spacing, as can be seen from FIG. 2B. The change from Fig. 2A to 2B is significant for component 2 and can be detected by the evaluation device 9 .

Claims

1. Procedure for testing assembled and bare printed circuit boards with the following steps:

Irradiation of a focused, high-frequency electromagnetic radiation ( 5 ) in a beam direction onto the part ( 2 ) of the printed circuit board ( 1 ) to be tested,
- Receiving a measurement signal which is representative of the spectrum ( 6 ) changed by the testing part ( 2 ), and
- Evaluation of the measurement signal to analyze the part to be tested ( 2 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the Sen destrahlahl ( 5 ) is generated by a phase-controlled antenna ( 4 ) and can be varied in its beam direction.

3. The method according to claim 1, characterized in that the Sen destrahl ( 5 ) by a movement-controlled mirror device in three spatial direction gel device is variable in its beam direction.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the changed spectrum ( 6 ) itself is received as a measurement signal and is processed ver.

5. The method according to claim 4, characterized in that the changed spectrum ( 6 ) is received by the switched to reception phase-controlled antenna ( 4 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that potentials at significant points on the circuit board ( 1 ) are detected as measurement signals.

7. Device for testing assembled and bare printed circuit boards with

- A transmission device ( 4 ) for emitting a focused, high-frequency electromagnetic transmission beam ( 5 ) in a beam direction on the part of the circuit board ( 1 ) to be tested,
- A receiving device ( 4 , 7 , 8 ) for receiving a measurement signal which is representative of the spectrum ( 6 ) changed by the part to be tested ( 2 ), and
- An evaluation device ( 9 ) for evaluating the measurement signal for analyzing the part to be tested ( 2 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that the transmitting device comprises a phase-controlled antenna ( 4 ).

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the receiving device ( 9 ) is formed by the phase-controlled antenna ( 4 ) switched to reception.