專利名稱：利用探針測試儀測試非組件化大型印刷電路板的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用探針測試儀來測試具有導體路徑(conductor path)的大型非組 件化電路板的方法。
背景技術：
用于測試非組件化電路板的裝置大體上可分成兩組，即探針測試儀與平行測試儀。
平行測試儀是一種通過接觸結構進行測試的測試裝置，所述接觸結構的通常代表是 適配器，所述平行測試儀同時接觸所有或至少大部分待測電路板的接觸點。所述平行測 試儀優選用于測試非組件化電路板，因為所述平行測試儀可被用來快速地且可靠地掃描 大量的電路板測試點。
WO 01/40809 Al所示方法可以接續地測試電路板的各區域，其中的各個區域必須 以這樣的方式進行重疊，所述重疊方式是，從某個區域延伸至另外區域的導體路徑必須 在重疊區內具有接觸點。通過這種方式可逐一區段地對所述導體路徑進行開路測試。
有一種探針測試儀例如在EP 0 468 153 Al中被描述。所述探針測試儀的優點在于能 夠通過非常靈活的方式測試大范圍的各式電路板而不需要任何實體改造。另外，所述探 針測試儀可測試任何期望類型的電路板。
從US 3,975,680和EP 0 772 054 A2文件可知，通過測量相關導體路徑電容并且與 參考值進行比較來進行導體路徑的開路測試。這種方式導致一種兩階段測試方法，第一 階段采用場域測量法(field measurement)在第一電路板的幫助下確定各個導體路徑的 合成電導率值,第二階段僅測量另外一些電路板的電導率值，用于與由場域測量所得的電 導率值進行比較。在場域測量中，施加電場并且測量出導體路徑里的感應電位或感應電 壓。可利用導體路徑來作為天線以產生電場。由于這些電場僅具有空間有限的有效范圍， 因此可逐節段地進行場域測量。在測量過程中，所迷電路板上特定區域的一條或多條導 體路徑被用作天線以供產生電場，并且對位于天線附近范圍內的各導體路徑進行測量。
長久以來，市場上提供一種測試裝置，使用該測試裝置對導體路徑的所有電路板測 試點處的電容進行測量。若所測電容值都一樣，并且與預設參考數值一致，則這些導體 路徑便沒有開路。
從US 4,565,966 A可知一種測試電路板的方法及裝置，其中所述方法及裝置對個別 導體路徑的電阻和電容都進行測量，并且與相應的需求值進行比較。如果變化量超過預 設量，則判斷導體路徑是瑕疵路徑。
有一種用于測試大型非組件化電路板的特殊探針測試儀，所述特殊探針測試儀具有 合適的大型測試區域。例如，MicroCraft K.K.公司出售一種商標名稱為EM 12181的具 有感測范圍800mm x 1200mm的探針測試儀。Mania Technology AG公司出售 一種商標 名稱為Speedy 580 XXL，最大感測范圍達到980mm x 650mm的電路板探針測試儀。由 于所述測試儀數量有限，這些超大型探針測試儀在研發、生產及操作上極為昂貴。對于 測試邊長超過500mm的超大型電路板，這類測試設備是必需的，因為這些電路板也要 求測試的可靠性。
因此迫切需要一種有效節約成本的用于測試大型非組件化電路板的方法。
發明內容
本發明基于上述問題設計一種對含有導體路徑的大型非組件化電路板進行測試的 方法，所述方法可以采用能夠節約測試成本的裝置進行測試，并且能夠為導體路徑提供 可靠的測試。
上述問題可由具有權利要求1特性的方法解決。從屬權利要求中揭示了有利于測試 的改進。
在根據本發明進行具有導體路徑的大型非組件化電路板測試的方法中，使用探針測 試儀進行測試，在所述方法中
- 所述電路板被分成多個節段進行測試，其中在所述探針測試儀的測試區域內接續地 逐個測試各個節段，直到整個電路板測試完畢，以及
- 在測試所迷電路板的各節段過程中，對于延伸越過待測各節段的導體路徑，通過對 位于所述節段內的導體路徑的終點進行電容測量，來對所述導體路徑進行開路測試，在 每個測試點都要探測出電容測量值，
- 在某一節段完成測試后，即移動所述電路板，以便將所述電路板定位，使下一節段 位于所述測試區域內，
- 所有屬于同一個導體路徑的測得值構成一個數組，并且將每個數組內的某一測得值 與另一其他測量值進行比較，而如果有至少一個測量值與相應數組的其它測量值的差異 達到預設值，則可以斷定所述導體路徑為開路。利用本發明所述測試方法，可以利用大批量生產的傳統探針測試儀，所述傳統探針 測試儀的典型測試區域為600mm x 600mm。本發明的測試方法也可使用已經存在的探 針測試儀來實現。釆用本發明所述測試方法，可測試電路板范圍大于探針測試儀測試區 域的電路板，如測試1200醒x600mm、 800醒x 1200mm、 800mmx 1500mm或600mm x 800mm。
利用本發明所述測試方法，通過電容測量法對延伸數個節段的長導體路徑進行開路 測試。由于每次的電容測試僅接觸到單個導體路徑終點，因此，在測試過程中，有可能 相互獨立地測試所述電路板的多個節段，并且在測試后一起分析分屬于各導體路徑的測 量值。本發明亦基于如下認識，即在所述導體路徑內出現開路和/或高電阻區段的情況下， 長導體路徑的電容會顯著地改變，因此能夠通過電容測量而可靠地測出開路。本發明要 測試的開路也包括阻值為至少1百萬奧姆(MQ)的導體路徑內的區段。
在較小的導體路徑的情況下，電容測量對于探測開路并非總是可靠。然而，較小的 導體路徑一般說來會完全位于各節段內，并因而可用傳統方式使用歐姆測量法來檢查出
開路。優選各節段的迭交應該采用這樣的方式，使得所有小導體路徑和/或小導體路徑內 可掃描區段都位于一個節段內。
下面將參考代表本發明優選實施例的所附附圖詳細描述本發明，其中:
圖i是^:針測試儀布局示意圖2是將待測電路板分成各個測試節段的示意圖3是本發明所述測試方法的流程示意圖；以及
圖4是具有自動載送器的測試裝置的布局示意圖。
實施方式
儀實現的。探針測試儀具有數個測試電極1，所述測試電極1可以與電路板3的導體路 徑2的電路板測試點相接觸(圖1、 2)。各測試電極1被整合于一接觸探針4內。在本例 中，所述探針測試儀含有一個復合探針系統，所述復合探針系統總共含有12個接觸探 針4，并且每6個接觸探針置于待測電路板3的一側邊上。EP 0 468 135 Al公開了 一種 指針探測儀，所述指針探測儀內含有的接觸探針可相對于另外的接觸探針獨立移動。所
述接觸探針4可相對于所述電路板3的表面平行移動，以便所述測試電極1可與所述導 體路徑的特定電路板測試點接觸。所述每個接觸探針4均接附于滑器6，所述滑器6可 由位置控制單元5控制，所述滑器6可以在平行于電路板3的平面中橫向移動。每個滑 器6都具有一個垂直排列的操作圓柱體7，所述接觸探針4可圍繞操作圓柱體7的垂直 軸旋轉。同時將斜傾裝置整合于所述接觸探針4，以便使其頂端安裝有測試電極1的探 針可以被下降至所述電路板3上。
為控制所述接觸^:針4的移動，所述位置控制單元5接收來自中央控制單元8的控 制信號。功能產生器9用于產生所述測量信號，所述功能產生器9可將具有特定振幅 U0與特定頻率fD的測量電壓發送到接觸探針4的測試電極1,以便接觸探針4將測量 電壓饋送至待測電路板3的導體路徑內。在本實施例中，所迷特定頻率f0介于0 Hz與 2000 Hz間。
所述探針測試儀具有第一、第二及第三評估單元10、 11及12。所述第一評估單元 IO被用于采用歐姆測試法執行開路測試。在這種測試方法中，兩個測試電極l同時接觸 導體路徑的兩個電路板測試點，并且將所述功能產生器9產生的直流電施加于這兩個測 試電極l間。所述第一評估單元10測試位于兩個測試電極1間的電壓降，并且以此確 定這些導體路徑或所述導體路徑區段的電阻。如果所述電阻高于預設限定值，即如100 ohm,則所述導體路徑被判斷為開路。
所述第二評估單元11是用以進行兩條導體路徑間的短路測試，而在短路測試中再 度采用在兩條不同導體路徑的兩個電路板測試點間進行歐姆測量。如果所測得的電阻低 于預設限定值，即如100MQ,則判斷在這兩條導體路徑間短路。
也可以采用所謂的場域測量代替歐姆測量進行短路測試，所述場域測量方法由US 3,975,680和EP 0 772 054 A2所公開。在這種測試方法中，可利用導體路徑的測得合成 電導率值以決定在兩條導體路徑間是否確有短路。
所述第三評估單元12是通過電容測量來測試開放電路。在這種測試方法中，由單 個測試電極1在導體路徑的一個電路板測試點處與導體路徑電氣連接。將測量信號按預 設頻率饋入。另 一個測試電極1或者與平行于所述電路板3排置的平板測試電極相連接， 或者與所述電路板3的另 一個導體路徑相連接。所述測試電極和所述另 一個導體路徑3 兩者皆作為所述待測導體路徑的天線或計數電極使用，其中，測量信號被感生出來，所 述測量信號有待被饋入所述待測導體路徑內的測量信號進行探測，并且通過所述第三評 估單元12進行探測。借助該探測所得的測量信號可以確定各自的電容Ci。在本發明中，
只要所述電導率值的合成部分不趨于零，也可將電容理解為合成電導率值，并且也可將 電容測量理解為所述合成電導率值的測量。
根據本發明所述的測試大型非組件化電路板3的方法中，將電路板劃分成數個"虛 擬"節段。圖2顯示了電路板3，其中示意標出 一些導體路徑2。該電路板長度L為900mm, 而寬度B為440mm，并且被分成3個節段I、 II、 III，而所述第一節段I從左側邊界邊 緣處向右延伸320mm,所述第三節段III從右側邊界邊緣處向左延伸320mm。所述第二 或中間節段II位于中央區域內，并與所述兩個外側的節段I及III相重疊，而在每種重 疊情況下都有40mm的重疊地帶。因而所述第二節段的寬度為340mm,以使得所述重 迭地帶13的寬度b為40mm。
典型的大型電路板尺寸如1200mmx600mm、 800mm x 1200mm、 800mmxl500mm 或600mm x 800mm。而小于600mm x 500mm的區域的電路板則不被視為大型電路板。
本發明所述方法將結合圖3所示流程圖加以詳細論述。
所述方法開始于步驟S1。
通過步驟S2確定出各個節段。為此，利用描述所述電路板3的導體路徑的數據 (Gerber數據)，并且可根據所述數據定位出各鄰近節段間的邊界地帶。后文將詳細地解 釋相關標準。
在步驟S3中，設置所述待測電路板3，使節段I、 II、 III中的一個位于所述探針測 試儀的測試區域內。所述測試區域為所述接觸探針4可橫向移動的整個區域，并且在所 述測試區域內，測試電極1能夠接觸到電路板3。所述測試區域通常的測試范圍為600mm x 600mm。
在步驟S4中，通過歐姆測量方法(S4),對完全位于該節段內的所有導體路徑，或對 具有完全位于相關節段內的區段的所有導體路徑，進行開路測試。在圖2的節段I內， 導體路徑2/1、 2/2及2/5完全位于所述節段內。所述導體路徑2/4的一個區段也完全位 于所述節段I內。該區段從左端點或導體路徑2/4的電路板測試點，延伸至位于迭交地 帶13內的導體路徑2/4的電路板測試點。
然后，按照傳統方式通過歐姆測試方法(S5),對位于所述節段內的導體路徑進行短 路測試。
在步驟S6中，對延伸跨越所述待測節段并且不能被逐一區域地掃描的導體路徑測 試，例如導體路徑2/4，通過電容測量法進行開路測試。所述測試方法包括在所有電路 板測試點處測量導體路徑的電容值，所述電路板測試點即與各自導體路徑相連接的接觸
點。在如圖2所示的電路板3內，導體路徑2/3延伸跨越所有節段。需要確定連接至該 導體路徑2/3的電路板測試點的電容值。
如果在某一節段上已完成所有的測試，則在步驟S7中進行^r查以了解是否應對另 一個節段進行測試。如果需要測試另一個節段，則所述處理序列移到步驟S3運行，并 對所述電路板進行設置，使另 一個節段位于所述探針測試儀的測試區域內。并順序執行 標記為S4、 S5及S6的步驟。
如果在步驟S7中，當發現所有節段內都已經完成測試，則所述處理序列跳至步驟 S8，其中在所述步驟S8中對所測得的結果進行評估。在所述步驟S8中特別是對電容測 量值進行評估。每次測試中所獲得的導體路徑的電容測量值構成一個數組。所述數組內 的測量值與數組內其他測量值進行比較，且如果有至少一個測量值與相應數組的其它測 量值的差異達到預設值，例如超過電容的0.5%，則判斷此導體路徑為開路。也可以進 一步進行比較，所述進一步比較方法可以采用通過無故障(fault-free)電路板("金板") 預先確定的預設參考值進行或通過EP 0 772 054 A2所公開的方法進行。
在上述實例中，通過電容測量法對導體路徑2/3和2/6進行開路測試。其它導體路 徑2/1、 2/2、 2/4、 2/5及2/7采用毆姆測試法進行測試。在完成節段I和II內的測試過 程中，導體路徑2/4被逐區段測試。
對于在本發明具體實施例中所設定的節段，采用電容測量法進行開路測試的被測導 體路徑的最小長度通常是30mm-60mm,所述最小長度適應于所述重疊地帶13的寬度d。 根據電容劃分的所述電路板最小長度可由相關電路板的電容確定，而相關電路板的電容 由所述導體路徑的設計方法和所用材料確定。
典型的導體路徑電容在幾個pF的范圍內。因此，使用通常采用的2kHz至60kHz 的測量頻率，通過所述電容測量法可探測至少100KQ的阻值。所述電容與所述最小可 測電阻的關系可用下式表示
其中R為電阻值，C為電容，to為角頻率且k-0.07。<formula>complex formula see original document page 9</formula>
圖4是大型電路板自動測試設備的簡化示意圖，包括帶有測試電極1的探針測試儀， 每個測試電極1被安裝在滑器6上。所述測試電極1可移向或離開所迷電路板3,以便其分別與各電路板測試點相接觸。所述滑器6架被安裝在橫桿14上，以便能夠水平地滑 動。待測電路板3頂側和底側分別配置具有橫桿14、滑器6和測試電極1的測試單元。
在所述兩個測試單元間設有用于移動所述待測電路板3的載送器。所述載送器具有 兩個窄型載送帶15，所述窄型載送帶15以相互平行的方式被設置。所述待測電路板3 被置于所述載送帶15上。
在兩個測試單元間的測試區域內設置有夾具16，以便將所述待測電路板3固定在所 述測試區域內并且位于兩個測試單元間。所述夾具為可自動地開啟及關閉的鉗夾，以便 通過所述控制單元自動地進行箝位。當所述電路板3通過所迷夾具16固定于所述測試 區域內時，各載送帶15會被略為降低，且移動至所述測試區域外的側邊(垂直于圖4繪 圖平面的方向)，因此所述載送帶15完全離開所述測試區域。接著即可測試所述電路板 3的一個節段的各電路板測試點。在所述節段最后測量結束后，所述載送帶15會再度地 移到所述電路板3的下方，釋放所述夾具，并且將所述電路板3在(箭頭17所指的)移動 方向上移動，使所述電路板3定位，以使下一個節段位于所述測試區域內。因此即可逐 一地自動測試電路板3的多個節段。
本發明可簡要總結如下
本發明涉及一種利用探針測試儀以測試具有導體路徑的大型非組件化電路板的方法。
根據按照本發明所述方法，將具有導體路徑的電路板分成數個區段以進行測試，對 延伸超過某一區段的導體路徑，通過電容測量法，對相關區段內的終點進行測試，并且 如果屬于某個導體路徑的多個電容測量值中的一個測量值與其他測量值存在明顯差異， 則可以確定該導體路徑為開路。
因此，通過將各個節段接續地排置在探針測試儀的測試區域內，可以采用本發明所 述測試方法對大于#>1十測試儀的測試區域的電路板進行測試。所述各個節段的最大尺寸 取決于各自探針測試儀的測試區域。這意味著無須對大型電路板提供一特殊探針測試 儀，而所迷特殊探針測試儀明顯貴于具有標準尺寸的測試區域的探針測試儀。
在根據本發明的方法中，未在測試中的待測電路板的多個節段可以被拋在探針測試 儀的測試區域之外。
主要組件符號說明
1 測試電極2 導體i 各徑
3 電路板4 接觸探針
5 位置控制單元6 滑器
7 操作圓柱體8中央控制單元
9 功能產生器IO第一評估單元
11第二評估單元 12第三評估單元
13重迭地帶14載送帶
15夾具 16箭頭
權利要求
1、一種利用探針測試儀，以測試具有導體路徑的大型非組件化電路板的方法，其中所述電路板(3)被分成多個節段(I、II、III)進行測試，其中，在所述探針測試儀的測量區域內接連地逐個測試各個節段(I、II、III)，直到整個電路板(3)測試完畢，以及在測試所述電路板(3)的各節段(I、II、III)過程中，對于延伸越過待測各節段的導體路徑，通過對位于所述節段內的導體路徑(2)的終點進行電容測量，來對所述導體路徑(2)進行開路測試，在每個測試點都要探測出電容測量值，在某一節段(I、II、III)完成測試后，即移動所述電路板(3)，以便將所述電路板(3)定位，使下一節段(I、II、III)位于所述測試區域內，所有屬于同一個導體路徑(2)的測得值構成一個數組，并且將每個數組內的某一測得值與另一其他測量值進行比較，而如果有至少一個測量值與相應數組的其它測量值的差異達到預設值，則可以斷定所述導體路徑(2)為開路。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于 所述節段(I、n、III)按重迭方式排置，所述重迭方式是具有最大長度為40mm到60mm的所有導體路徑(2)在每種情況下完全置于同一節段(1、 II、 III)內。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于 所述節段是在寬度范圍20mm到100mm的帶狀區域內重疊。
4、 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述導體路徑(2)在40mm到60mm的最大長度上，通過歐姆測量法進行開路測試。
5 、如權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其特征在于完全位于一個節段(I、 II、 m)內的所有導體路徑(2)通過歐姆測量法進行開路測試。
6、 如權利要求1至5中的任何一項所述的方法，其特征在于 一個節段的大小約為200 mm ><200 mm到600 mm x 500 mm。
7、 如權利要求1至6中的任何一項所述的方法，其特征在于 所述電路板(3)的大小從600 mmx500 mm到800 mmxl500 mm。
8、 如權利要求1至8中的任何一項所述的方法，其特征在于一個測量值數組中的某個測量值與相應數組的其他測量值的差異達到預設值，則判 斷所述導體路徑為開路，所述預設值是電容的0.5%。
9、 一種用以測試具有導體路徑的大型非組件化電路板的裝置，其中包含探針測試儀和 控制單元，并且被設計成用于完成如權利要求1至8中任何一項所述的方法。
10、 如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置具有載送器，用以自動移動所述待測電路板和夾具(16),所述夾具(16)用以將所述電路板固定在所述探針測試儀的測 試區域內。
全文摘要
本發明涉及一種利用探針測試儀以測試具有導體路徑的大型非組件化電路板的方法。根據按照本發明所述方法，將具有開放電路導體路徑的電路板分成數個區段以進行測試，所述導體路徑延伸超過某一區段，所述某一區段由在相關區段內的各終點的電容測試法(capacitive measurement)所測試，并且如果屬于導體路徑的電容測量值中的一個測量值與其他測量值明顯不一致，則含有開放電路的導體路徑可以被確定。
文檔編號G01R31/28GK101198879SQ200680021697
公開日2008年6月11日 申請日期2006年5月31日 優先權日2005年6月17日
發明者烏韋·羅特霍格, 吉爾伯特·福爾普特, 愛芙杰尼·亞內科 申請人:Atg測試系統股份有限公司
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