Печатная плата с контактирующим устройством - RU2719303C1
Код документа: RU2719303C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к печатной плате с контактирующим устройством.
Обычно печатные платы в местах сопряжения с электронными элементами снабжены участком контактирования, которым электронный элемент электрически соединен с печатной платой. Однако может произойти так, что электрическое контактирование при автоматических оснащении и пайке будет позиционировано неоптимально. Для контроля того, оптимально ли оснащенная печатная плата соединена с электронными элементами, может использоваться тестовая система.
В ЕР 0633478 А2 раскрыта тестовая система для контроля электронных соединений электронных узлов с контролируемой печатной платой.
Такие тестовые системы последовательно усовершенствовались. Так, электроды, подводимые к печатной плате шарнирами и/или автооператорами, определяют, например посредством измерения сопротивления, правильно ли позиционировано паяное соединение, и может ли с его помощью осуществляться электрическое контактирование электронных узлов с печатной платой.
Все шире печатные платы оснащаются коммуникационными модулями, например USB или штепсельными Ethernet(Эзернет)-соединениями, чтобы обеспечить также обмен данными между другими печатными платами или внешних электронных приборов с электронными узлами печатных плат, в частности с одной или несколькими находящимися на печатной плате памятями данных.
Для этого современные родовые тестовые системы не имеют возможности автоматического функционального контроля, поскольку у печатных плат отсутствует место подключения для контроля.
Задачей изобретения является обеспечение функционального контроля дорожек данных контролируемой печатной платы посредством тестовой системы.
Эта задача решается, согласно изобретению, посредством печатной платы с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Предложенная печатная плата содержит контактирующее устройство. Оно включает в себя, по меньшей мере, три металлических участка контактирования, которые соединены с одной или несколькими линиями данных печатной платы. Участки контактирования выполнены таким образом, что при контакте с коммуникационным интерфейсом тестовой системы обеспечивается обмен данными с памятью данных и/или коммуникационным модулем контролируемой печатной платы.
Преимущественно предусмотрены, по меньшей мере, пять и особенно предпочтительно девять участков контактирования. Эти участки контактирования следует понимать как маленькие квадратные или точечные металлические участки, которые расположены преимущественно вблизи коммуникационного модуля на печатной плате. Коммуникационным модулем может быть преимущественно Ethernet-разъем.
При контакте с коммуникационным интерфейсом тестовой системы происходит обмен данными с памятью данных контролируемой печатной платы.
Коммуникационный интерфейс тестовой системы может иметь штепсельное выполнение, по меньшей мере, с тремя контактными щупами. Число контактных щупов может варьироваться с числом участков контактирования.
Через, по меньшей мере, два из контактных щупов может осуществляться предпочтительно дифференциальная подача данных к контролируемой печатной плате, а через, по меньшей мере, два дополнительных контактных щупа – дифференциальный возврат данных к контролируемой печатной плате.
Специальная зона контактирования печатной платы обеспечивает перекрытие коммуникационного модуля печатной платы, так что созданное от руки вставное соединение, например с Ethernet-штепселем, в этом случае может отпасть. За счет точечного контактирования между печатной платой и тестовой системой может осуществляться автоматическая проверка линии данных печатной платы, и, при необходимости, через коммуникационный интерфейс и зону контактирования данные могут записываться в память данных печатной платы. Такими данными является, например, МАС-адрес и т.п.
Другими предпочтительными вариантами осуществления изобретения являются объекты зависимых пунктов формулы изобретения.
Расстояние от одного металлического участка контактирования до соседнего участка контактирования может быть меньше четырехкратного максимального диаметра участка контактирования.
Участки контактирования могут быть расположены вдоль одной или нескольких концентричных друг другу окружностей. Этим достигается быстрый доступ за счет установленного с возможностью вращения коммуникационного интерфейса тестовой системы.
Участки контактирования могут быть расположены исключительно вдоль максимум пяти, преимущественно максимум трех концентричных друг другу окружностей.
Совокупность названных участков контактирования может образовать прямоугольный узор, в частности квадратный узор.
Печатная плата может содержать, в частности, штепсельный Ethernet-разъем. Однако для контроля печатной платы не требуется штепсельное соединение с этим штепсельным Ethernet-разъемом, что в большинстве случаев возможно лишь вручную и с затратой времени. По сравнению с этим за счет участков контактирования могут быть достигнуты намного более быстрое коммуникационное соединение и намного более быстрый обмен данными. Однако участки контактирования могут быть расположены на линии данных, которая отходит от штепсельного Ethernet-разъема. Таким образом, участки контактирования могут быть расположены вблизи штепсельного Ethernet-разъема.
Предпочтительно, если печатная плата содержит визуально воспринимаемый код, в частности штрих-код и/или QR-код, с помощью которого определяется число участков контактирования на печатной плате. Это может осуществляться путем определения типа печатной платы с помощью кода или содержащейся в коде информации.
Так, штрих-код и/или QR-код может содержать информацию о коммуникационном протоколе, который хранится в памяти данных печатной платы.
Названная линия данных, на которой расположены участки контактирования, может быть соединена с памятью данных и/или коммуникационным модулем.
Тестовый модуль может содержать модуль-трансформер с передатчиком, с помощью которого реализуется гальваническая развязка от коммуникационного модуля на контролируемой печатной плате и обеспечивается согласование в смысле Ethernet-соединения, в частности независимо от того, существует ли с помощью коммуникационного модуля дополнительное электрическое соединение с Ethernet-разъемом или нет.
Изобретение ниже подробно поясняется на нескольких примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
фиг. 1 - схематично предложенную, управляемую по оси тестовую систему для контроля электронных печатных плат;
фиг. 2 - схематично тестовый модуль как часть предложенной тестовой системы;
фиг. 3 - схематично производственный участок для изготовления печатной платы с интегрированной в производственный участок предложенной тестовой системой;
фиг. 4 - схематично первый вариант коммуникационного интерфейса как части предложенной тестовой системы;
фиг. 5 - схематично второй вариант коммуникационного интерфейса как части предложенной тестовой системы;
фиг. 6а - схематично контактирующее устройство печатной платы для обмена данными с коммуникационным интерфейсом тестовой системы;
фиг. 6b - схематично удерживающее устройство для выдвигания и вдвигания контактных щупов коммуникационного интерфейса;
фиг. 7 - схематично второе контактирующее устройство на печатной плате для обмена данными с коммуникационным интерфейсом тестовой системы;
фиг. 8 - схематичный вид снизу второго варианта коммуникационного интерфейса предложенной тестовой системы из фиг. 5;
фиг. 9 - блок-схему расположения нескольких элементов тестового модуля с коммуникационным интерфейсом предложенной тестовой системы;
фиг. 10 - блок-схему LDO-источника напряжения с тестовым модулем;
фиг. 11 - схематично модуль-трансформер для Ethernet-коммуникации;
фиг. 12 - схематично вращающийся коммуникационный интерфейс;
фиг. 13 - схематично реализацию с различными коммуникационными протоколами.
Тестовые системы для контроля электронных печатных плат известны. Они служат для контроля режима работы отдельных электронных элементов, которые расположены на печатной плате и спаяны с ней. Кроме того, соответствующая тестовая система служит для контроля электронных соединений или электронных компонентов между собой и с поводящими дорожками печатной платы.
На фиг. 1 изображена предложенная тестовая система 1 для тестирования электронных печатных плат, причем контролируемая печатная плата 6 содержит на своей верхней стороне 6а некоторое число интегральных схем 8.
Над контролируемой печатной платой 6 к ней посредством тестовой системы 1 подводится, по меньшей мере, один штифтообразный контрольный щуп 2, преимущественно несколько штифтообразных контрольных щупов 2. Эти контрольные щупы могут быть выполнены преимущественно в виде электродов. Подвод контрольного щупа или контрольных щупов может осуществляться, например, автооператорами 3, которые подводятся к контактным точкам 7 печатной платы 6 или отводятся от них, будучи свободно подвижными над контролируемой печатной платой 6 в плоскостях х, у и z, например посредством перемещающихся телескопических манипуляторов или шарнирных манипуляторов с линейным двигателем. В этих контактных точках 7 могут определяться значения сопротивления.
Автооператоры 3 могут быть выполнены, например, в виде линейно направляемой каретки, содержащей один или несколько шарниров, так что штифтообразные контрольные щупы 2 могут подводиться к печатной плате сверху или по нескольким осям.
Под контролируемой печатной платой 6 расположен тестовый модуль 4, являющийся частью тестовой системы 1 и перемещающийся к нижней стороне 6b печатной платы 6. Следовательно, тестовый модуль 4 подвижен относительно печатной платы 6 аналогичным образом в направлениях х, у и z. Это обеспечивается, например в направлениях х, у, посредством линейной направляющей, например линейно направляемых направляющих скольжения или так называемых линейных столов. Это может осуществляться, в частности, посредством роликовой, цепной или канатной направляющей. Эта линейная направляющая в направлениях х, у может двигаться в направлении z, т.е. перпендикулярно плоскости печатной платы 6, посредством автооператора или дополнительной линейной направляющей.
В качестве альтернативы этому печатная плата может быть расположена также подвижно относительно тестового модуля 4 и/или штифтообразных контрольных щупов 2. В этом случае тестовая система 1 имеет держатель, который установлен подвижно, по меньшей мере, в направлениях х, у, при необходимости, также в направлении z, например посредством регулируемого по высоте линейного стола.
Таким образом, тестовый модуль 4 может подводиться к печатной плате 6 снизу. Иначе, нежели подводимые сверху отдельные контрольные иглы, которые проверяют электрическое соединение электронных элементов с печатной платой 6, тестовый модуль осуществляет функциональный тест, например передачу данных коммуникационного модуля 9 печатной платы 6.
Тестовый модуль 4 содержит коммуникационный интерфейс 5 для связи с коммуникационным модулем 9 контролируемой печатной платы 6. Посредством коммуникационного интерфейса 5 может происходить программирование расположенной на контролируемой печатной плате 6 памяти 10 данных. Тестовая система может, следовательно, хранить в памяти данных такие данные, как, например, серийный номер, IP/MAC-адрес, а также заданные на заводе-изготовителе компенсирующие отдельные значения и/или наборы данных. Два предпочтительных варианта коммуникационного интерфейса 5 изображены на фиг. 4 и 5.
Коммуникационный интерфейс 5 на фиг. 4 содержит преимущественно корпус 21 и несколько контактных щупов 22, которые в виде матричного устройства 23 выступают из торцевой поверхности 24 корпуса 21. Контактные щупы 22 матричного устройства 23 расположены прямоугольником общим числом девять. Корпус 21 установлен на основании, которое посредством линий передачи данных и линий электропитания и преимущественно также посредством жесткого механического соединения соединено с тестовым модулем 4.
Благодаря тому, что электропитание и линия передачи данных коммуникационного интерфейса в предпочтительном варианте происходят непосредственно за счет тестового модуля 4 и расположенных на нем или соединенных с ним элементов, предотвращены длинные пути передачи данных, и могут быть повышены качество сигналов при передаче данных и скорость передачи.
Матричное устройство 23 служит для контактирования коммуникационного модуля 9 на контролируемой печатной плате. При этом печатная плата 6 имеет металлические участки 11 контактирования. Последние являются точечными или прямоугольными сегментами, которые отстоят друг от друга и расположены так же, как контактные щупы 22 матричного устройства 23.
Контактные щупы 22 установлены в корпусе подпружиненно, так что они при контактировании с участками 11 контактирования печатной платы 6 частично вдвигаются в корпус 21. За счет податливости и возможности вдвигания контактных щупов 22 в корпус и выдвигания из него можно избежать сгибания контактных щупов 22 и повреждения участков 11 контактирования печатной платы 6. Контактные щупы 22 могут удерживаться, по меньшей мере, одним фиксатором во вдвинутом положении, в котором пружина, с которой взаимодействует контактный щуп 22, сжата и, следовательно, натяжена. Таким образом можно изменить матричное устройство, т.е. число полностью выдвинутых контактных щупов, и, тем самым, согласовать с числом участков 11 контактирования печатной платы 6. Если в наличии имеется больше контактных щупов 22, чем соответствующих участков 11 контактирования, то неподвижно выступающие, т.е. установленные не подпружиненно, контактные щупы упирались бы в незащищенную поверхность печатной платы, что могло бы вызвать повреждение контактных щупов 22 и появление царапин на печатной плате. Это предпочтительно предотвращается за счет фиксируемых вдвигания отдельных контактных щупов 22 в корпус 21 или выдвигания из него.
На фиг. 2 схематично изображен упомянутый тестовый модуль 4 в сочетании с коммуникационным интерфейсом 5. Этот тестовый модуль 4 используется преимущественно для связи тестовой системы 1, например в сочетании с компьютером, с контролируемой печатной платой 6. Однако дополнительно может быть также полезным снимать с помощью коммуникационного модуля 5 измеряемые данные с контролируемой печатной платы и передавать их на измерительную электронику тестовой системы. Это происходит посредством переключающих контактов на тестовом модуле 4.
Эти переключающие контакты обеспечивают использование тестового модуля 4 для связи, передачи измеряемых данных или смешанный режим.
Посредством модуля-трансформера 45, содержащего, в том числе, также переключающие контакты, через коммуникационный модуль 5 непосредственно с контролируемой печатной платой 6 могут соединяться дополнительные источники данных. Контрольные сигналы, идущие преимущественно из тестовой системы 1, управляют, например, переключением реле в модуле-трансформере 45.
Коммуникационный интерфейс 5 на фиг. 5 содержит преимущественно также корпус 31 и несколько контактных щупов 32, расположенных в виде матричного устройства 33. Посередине подпружиненно расположена цапфа 34, которая при контакте с печатной платой погружается в корпус 31 на заданное расстояние. Это предотвращает повреждение печатной платы 6 или повреждение контактных щупов при упоре в нее матричного устройства 33.
Матричное устройство 23 или 33 называется в рамках изобретения устройством из нескольких контактных щупов 22 или 32, которые на постоянном и определенном расстоянии друг от друга упираются в печатную плату и осуществляют обмен данными в контактных точках.
При этом в простейшем случае используются три контактных щупа. Этим уже можно обеспечить передачу данных по так называемой системе SPI-шин (Serial Peripheral Interface). При этом первый контактный щуп 22 или 32 необходим для подачи данных, второй контактный щуп 22 или 32 – для возврата данных, а третий контактный щуп 22 или 32 – для эталонного потенциала.
Добавив дополнительные контактные щупы, можно расширить функции. Так, можно снимать дополнительный эталонный потенциал. Можно обеспечить также гальваническое развязывание. Может осуществляться питание печатной платы одним или несколькими напряжениями. Далее может осуществляться одна, или могут осуществляться несколько симуляций, например за счет передачи управляющей команды через контактный щуп 22 или 32. Далее может осуществляться контроль измеренных значений элемента печатной платы 6 контактным щупом 22 или 32 как ответ на переданную управляющую команду. Дополнительный контактный щуп 22 или 32 может служить в качестве индикаторной линии для контроля эксплуатационной готовности элементов печатной платы 6.
Посредством коммуникационного интерфейса 5 можно за счет контактирования с участками 11 контактирования печатной платы 6 проверить ее Ethernet-соединение перед коммуникационным модулем для Ethernet-соединения.
Особенно предпочтительно число контактных щупов 22 или 32 в матричном устройстве 23 или 33 составляет девять или десять.
Описанные варианты коммуникационного интерфейса имеют то особое преимущество, что они могут непосредственно позиционироваться тестовым модулем 4 и, исходя из него, иметь короткие сигнальные и электропитающие линии к коммуникационному интерфейсу 5. За счет этого предотвращается потеря сигналов из-за длинных путей передачи, и достигаются точные формирование и прием сигналов посредством коммуникационного интерфейса 5.
Участки 11 контактирования представляют собой ответную матричному устройству 23 или 33 коммуникационного интерфейса 5 часть. Участки 11 контактирования могут иметь разную форму, например круглую или четырехугольную. Они являются замкнутой металлической поверхностью. Несколько участков 11 контактирования, например девять, образуют контактирующее устройство 12. Участки контактирования контактирующего устройства 12 отстоят друг от друга в виде узора. Эти расстояния от одного участка 11 контактирования до каждого соседнего предпочтительно всегда одинаковые. Участки контактирования свободны от других элементов и/или от резиста от защиты от припоя или других покрытий, которые могут нарушить передачу данных.
Участки 11 контактирования контактирующего устройства 12 печатной платы 6 расположены преимущественно кругообразным узором, преимущественно на двух или более круговых дорожках, или на печатной плате 6 также предпочтительно прямоугольным узором, преимущественно квадратом.
Соответствующие узоры изображены на фиг. 6а, 6b, 7.
На фиг. 6b подробно изображено удерживающее устройство 36 контактного щупа. Благодаря этому контактные щупы могут выдвигаться из корпуса коммуникационного интерфейса и вдвигаться в него. При этом удерживающее устройство на фиг. 6b является лишь одним из нескольких вариантов для удержания контактного щупа во вдвинутом в корпус положении. При этом контактный щуп 32 содержит тарельчатое основание 36а. Оно установлено с возможностью перемещения в канале 36d. Пружина 36b давит на основание 36а, движение которого ограничено упором 36е, направленным в канал. Для удержания во вдвинутом положении предусмотрен электромагнит 36с, который притягивает тарелку контактного щупа при активировании электромагнита. Когда электромагнит 36с не активирован, контактный щуп исключительно подпружинен. От контактного щупа отходит кабель 36f, служащий для передачи сигналов и/или энергии. Удерживающее устройство не ограничено фиг. 6b, а может использоваться также во всех других вариантах описанных коммуникационных интерфейсов.
Участки 11 контактирования выполнены предпочтительно позолоченными или лужеными.
Соответствующее контактирующее устройство 12 расположено преимущественно вблизи коммуникационного модуля 9 печатной платы 6 на коммуникационной дорожке, так что связь между отдельными элементами печатных плат и запись данных, например в память данных печатной платы, могут осуществляться в обход коммуникационного модуля 9, т.е., например, Ethernet-разъема.
Контролируемая печатная плата 6 с коммуникационным модулем, выполненным в виде Ethernet-интерфейса, при контроле не предусмотренным, согласно изобретению, образом может контактировать посредством любой тестовой системы через стандартный Ethernet-разъем с коммуникационным интерфейсом тестовой системы.
Однако в рамках изобретения предложено, что такой контроль осуществляется автоматически, причем соединение через стандартный Ethernet-разъем оказалось для этой цели трудоемким. Автоматический контроль такого Ethernet-интерфейса пока не предлагается фирмами, которые разрабатывают автоматические тестовые системы, например для контроля паяных контактов.
Коммуникационный интерфейс 5 может содержать предпочтительно один или несколько элементов, аналогичных элементам коммуникационного модуля 9 печатной платы 6. Этот элемент расположен на фиг. 4 и 5 в корпусе 21 или 31 и может быть выполнен, например, в виде модуля-трансформера 45, называемого также преобразователем. Такой модуль-трансформер может быть преимущественно так называемым Ethernet Magnetic Transformer. Соответствующий модуль-трансформер в большинстве случаев интегрирован также в Ethernet-штекер, который, однако, можно обойти за счет контактирования коммуникационного интерфейса 5 с участками 11 контактирования 12 на печатной плате 6.
Таким образом, коммуникационный модуль с элементами может быть соединен и обмениваться данными без большой потери сигналов до и после трансформации вследствие длинных линий передачи данных через матричное устройство 23, 33 с печатной платой 6.
За счет функционально-одинакового воспроизведения элементов коммуникационного модуля 9 печатной платы элементами коммуникационного интерфейса 5 тестового модуля 4 можно обеспечить надежную связь с процессорным блоком, памятью данных и другими элементами на контролируемой печатной плате 6 независимо от того, не содержит ли перемкнутый Ethernet-разъем печатной платы 6 никакого модуля-трансформера, содержит ли оно один или несколько включенных последовательно или параллельно друг другу модулей-трансформеров.
После считывания типа Ethernet-разъема на печатной плате тестовой системой, например с помощью штрих-кода на печатной плате, тестовая система может выбрать соответствующую элементную схему, соответствующую коммутации Ethernet-разъема, так что, несмотря на перемыкание, обеспечивается идентичный обмен данными между тестовой системой 1 и печатной платой 6 так, будто тестовая система через Ethernet-разъем печатной платы 6 соединено с ней.
Так, например, обмен данными может осуществляться при типичной скорости передачи данных от 10 до 100 Мбит/с.
На фиг. 5, 8 изображен вариант матричного устройства 33 с цапфой 34. В этом варианте цапфа выполнена в виде центрирующей цапфы, и на расстоянии друг от друга вдоль проходящей радиально к ней линии расположены контактные щупы 32.
Контактные щупы 32 могут быть выполнены выдвижными и, при необходимости, выдвигаться, например, с помощью фиксирующего механизма. Так, в зависимости от типа элементов печатной платы ненужные контактные щупы 32 могут вдвигаться.
Тип элементов можно идентифицировать с помощью имеющегося на печатной плате штрих-кода, который может быть идентифицирован посредством камеры 13 на тестовом модуле 4. В зависимости от заданного штрих-кода могут обслуживаться коммуникационный интерфейс 5 и соответствующие элементы, а также другие элементы тестового модуля 4 и, в частности, приводиться в готовность.
За счет вдвигаемых контактных щупов требуется меньше места на контролируемой печатной плате для участков 11 контактирования, так что можно сэкономить материал печатной платы и обеспечить оптимальное расположение элементов на ней.
Центрирование посредством центрирующей цапфы может взаимодействовать, в частности, с расположением участков 11 контактирования на печатной плате 6, как показано на фиг. 8.
При этом далее предпочтительно, если матричное устройство, т.е. расположение штифтообразных металлических контактных щупов 22, 32, расположено с возможностью вращения вокруг определяемой центрирующей цапфой оси. Таким образом, штифтообразные контактные щупы могут быть лучше подведены к участкам 11 контактирования и контактировать с ними, благодаря чему можно уменьшить число участков 11 контактирования. Возможность вращения матричного устройства предпочтительна также в случае прямоугольных матричных устройств (фиг. 4).
Кроме того, возможность вращения матричного устройства 23, 33 предпочтительна (фиг. 8, 12), поскольку таким образом печатные платы 6 могут подаваться в разной ориентации, т.е. в продольном или поперечном направлении, и контролироваться в тестовой системе 1 без необходимости приведения печатной платы за счет вращения в нужное положение. Напротив, за счет вращения матричного устройства 23, 33 его позиционные щупы 22, 32 могут быть выверены после ориентирования печатной платы. Вращение печатной платы или подача к тестовой системе из неоптимального направления не влияет, тем самым, на тестирование и передачу данных.
Вращение матричного устройства, например за счет его вращательной установки, может быть реализовано в рамках изобретения, тем самым, как для прямоугольного матричного расположения контактных щупов, так и для их линейного расположения.
За счет хранения различных наборов данных тестовый модуль 4 может связываться через различные коммуникационные протоколы с контролируемой печатной платой 6 и находящимися на ней коммуникационными модулями 9 и памятями 10 данных (фиг. 13). Так, в зависимости от вида связи могут происходить индивидуальная загрузка коммуникационных протоколов и, при необходимости, переключение между видами связи. Для этого не нужны никакие другие системы, а передача данных может происходить во время поверхностного контроля мест пайки и электронных элементов.
За счет этого посредством тестовой системы, при необходимости, могут применяться различные коммуникационные протоколы для контролируемой печатной платы 6 и/или печатная плата 6 может быть проверена на наличие этих коммуникационных протоколов. Такими коммуникационными протоколами являются, например, I2C, SPI, USB, Ethernet, Profibus и/или UART.
При этом уровни драйверов устанавливаются преимущественно с помощью программного обеспечения, хранящегося в памяти данных или в логическом модуле тестового модуля 4, или непосредственно с помощью контрольной системы 1. Таким образом, тестовый модуль 4 может связываться через коммуникационный интерфейс 5 не только с различными коммуникационными протоколами, но и согласовывать также уровень напряжения коммуникационных сигналов с уровнем контролируемой печатной платы 6.
Кроме того, в памяти данных или в логическом модуле тестового модуля 4 хранится программа самодиагностики, с помощью которой может осуществляться диагностика тестового модуля 4 и коммуникационного интерфейса 5 и которая может выполняться процессором или логическим модулем тестового модуля 4.
В рамках изобретения коммуникационный интерфейс 5 называется первым элементом для функционального контроля, с помощью которого, посылая коммуникационные данные на печатную плату 6 и принимая их, тестовая система 1 проверяет правильную передачу данных печатной платы, в частности приданного ей процессорного блока, управляющего памятью данных. Другие элементы, которые могут использоваться предпочтительно в рамках изобретения, описаны ниже.
Тестовый модуль 4 содержит в рамках изобретения, по меньшей мере, один или несколько вторых элементов, который служит распоркой 18 для соблюдения расстояния между печатной платой 6 и тестовым модулем 4 и, при необходимости, для предохранения печатной платы 6 от прогиба.
Третьим элементом, который может быть расположен на тестовом модуле 4, является камера 13 для съемки изображений в видимом диапазоне спектра. Эта камера 13 может выполнять различные функции.
Она может служить для определения положения контролируемой печатной платы 6.
В качестве альтернативы или дополнительно она может исследовать контролируемую печатную плату на наличие элементов, которыми печатная плата должна быть оснащена.
В качестве альтернативы или дополнительно камера 13 может снимать также штрих-код или серийный номер на печатной плате 6, которая в соответствии с этим штрих-кодом может запрашивать из памяти данных определенные наборы данных и инициировать управляющие программы. Это может включать в себя, в том числе, специальные предписания для исследования печатной платы 6 или расположенных на ней элементов или объем данных, которые должны передаваться в память данных печатной платы 6 через коммуникационный интерфейс.
Кроме того, камера 13 может осуществлять контроль мест пайки на наличие.
Дополнительно посредством камеры 13 могут выполняться другие функции, например другие диагностические функции.
Четвертым элементом тестового модуля 4 может быть, например, металлический штифтообразный контрольный щуп 20, например для контроля расположенных на нижней стороне паяных контактов посредством измерения сопротивления, который, однако, в отличие от контрольного щупа 2, подводимого к печатной плате 6 сверху, может быть неподвижно расположен на тестовом модуле 4 или подвижно только в одном направлении, в частности с возможностью выдвигания. За счет этого уменьшаются механические затраты на этот металлический контрольный щуп 20.
В качестве альтернативы или дополнительно к механическим или диагностическим функциям посредством названного элемента или названных элементов можно с помощью коммуникационного интерфейса 5 осуществлять также исключительно запись данных, например коммуникационных протоколов. За счет записи данных в память 10 данных контролируемой печатной платы 6 одновременно с контролем паяных соединений, например посредством контрольных щупов 2, достигается экономия времени при контроле качества.
Запись данных может осуществляться, например, по типу базового или основного программирования. Контролируемая печатная плата 6 может быть использована, в частности, в измерительном приборе техники автоматизации. На память 10 данных в зависимости от измерительного прибора, области применения измерительного прибора и производственного участка при изготовлении измерительного прибора могут передаваться данные. Передача данных может осуществляться специфически от оснащения печатной платы, так что данные для управления, контроля и/или идентификации отдельных элементов или узлов печатной платы 6 могут быть перенесены из памяти данных тестового модуля 4 через коммуникационный интерфейс 5 и коммуникационный модуль 9 в память 10 данных печатной платы.
В качестве альтернативы или дополнительно к названным элементам тестовый модуль 4 может включать в себя также один или несколько инструментов 50, например паяльник 51 для выполнения пайки или цангу 52. Также могут быть предусмотрены другие инструменты, например отвертки. Управляя инструментами, можно в короткое время осуществлять простой ремонт контролируемой печатной платы 6 за счет обнаружения дефекта верхними контрольными щупами 2 или удалять приспособления для оснащения.
Дополнительно тестовый модуль 4 может содержать также источник тока и/или напряжения для электропитания инструментов или элементов для функционального контроля.
Тестовая система 1 располагает памятью 35 данных с хранящейся в ней соответствующей тестовой программой. Эта тестовая программа управляет распоркой 18, контактными щупами 22, контрольным щупом 20 и/или, при необходимости, другими инструментами 50, 51, 52 и их позиционированием. За счет этого могут контролироваться различные контролируемые печатные платы 6 с разными расстояниями между элементами и снабжаться данными.
Дополнительно к проводимым с верхней стороны посредством контрольных щупов 2 тестов мест пайки в одном варианте осуществляется функциональный тест отдельных элементов посредством тестового модуля 4.
Названные элементы контрольной платы 4 могут быть расположены на тестовом модуле 4 по отдельности или особенно предпочтительно сообща. Последнее предпочтительно, поскольку этим соблюдается установленное расстояние.
За счет возможности перемещения тестового модуля 4 под печатной платой 6 в направлениях х, у, z одновременно с контролем качества соединений электронных элементов с проводами печатной платы может осуществляться также функциональный контроль соответствующих элементов контролируемой печатной платы 6. Это приводит к экономии времени и экономии пространства для дополнительной тестовой системы.
Другим аспектом изобретения является питание напряжением и/или током тестового модуля 4 и связанных с ним элементов, т.е. коммуникационного интерфейса 5 и контролируемой печатной платы 6, а также других элементов, например инструментов, таких как цанги или паяльники, или одной или нескольких камер. В известных до сих пор тестовых системах питание напряжением посредством источника тока и/или напряжения происходит вне тестовой системы, т.е. пространственно удаленно от контролируемого объекта или контролируемой печатной платы 6.
Согласно концепции изобретения, источник 14 тока и/или напряжения является частью тестовой системы 1 и, в частности, компонентом тестового модуля 4. Это препятствует падению напряжения, обусловленному длинными проводами 17. Источником тока и/или напряжения можно управлять блоком 15 управления по программе или путем ручного ввода с блока 15 управления.
Сама тестовая система 1 ограничена корпусом 16. В то время как тестовый модуль 4, коммуникационный интерфейс 5 и источник 14 тока и/или напряжения расположены в корпусе подвижно, блок 15 управления расположен преимущественно неподвижно в или на корпусе 16 тестовой системы 1 или вне этого корпуса 16.
В одном особом варианте контактные щупы 22, 32 соединены напрямую с источником 14 тока и/или напряжения токопитающим проводом. Источник 14 тока и/или напряжения может питаться энергией извне, т.е. вне корпуса 16 тестовой системы 1, и также извне настраиваться с помощью управляющих команд на значение отдачи напряжения.
Посредством блока 15 управления можно регулировать подводимое к тестовому модулю 4 и, в частности, к коммуникационному интерфейсу 5 напряжение или подводимую к тестовому модулю 4 и, в частности, к коммуникационному интерфейсу 5 силу тока или регулировать как подводимую силу тока, так и подводимое напряжение. Таким образом, в частности контактные щупы 22, 32, могут эксплуатироваться с током заданного напряжения и/или заданной силы.
Источником 14 тока и/или напряжения в рамках изобретения называется элемент, который из большего напряжения или большей силы тока независимо от величины подводимого напряжения или подводимой силы тока вырабатывает дискретное меньшее значение напряжения и/или силы тока.
Для контроля того, какое значение напряжения приложено к контактным щупам 22 или 32, источник 14 тока и/или напряжения может быть соединен с ними преимущественно так называемой линией считывания. В источнике 14 тока и/или напряжения выходное напряжение или его часть сравнивается с эталонным напряжением и регулируется так, что даже при колебании нагрузки выходное напряжение на контролируемой печатной плате 6 остается постоянным. Однако такое состояние встречается большей частью лишь в идеальном случае. Поэтому напряжение, сравниваемое с эталонным напряжением, определяется посредством линии считывания вблизи нагрузки, следовательно, у контактных щупов 22 или 33, т.е. за подводящими проводами с колеблющимся падением напряжения. За счет этого регулируется заодно падение напряжения на подводящих проводах, а напряжение на нагрузке, т.е. на контактных щупах коммуникационного интерфейса 5, остается постоянным также в реальном случае. Названная линия может быть образована параллельной схемой с входом напряжения соответствующего контактного щупа, так что источник 14 тока и/или напряжения компенсирует падение напряжения сопротивления линии. Напряжение, выработанное источником 14 тока и/или напряжения, может быть, следовательно, после сравнения согласовано со считанными значениями. Таким образом, падение напряжения может быть компенсировано путем линии между контактными щупами 22, 32 и источником 14 тока и/или напряжения, а, при необходимости, могут быть компенсированы также колебания напряжения.
В целом, питанием напряжением посредством источника тока и/или напряжения можно управлять с помощью программы, хранящейся преимущественно в памяти данных тестового модуля 4. Предпочтительный тип программируемого источника напряжения известен как LDO-регулятор напряжения (Low-Drop-Out) и в рамках изобретения может использоваться как предпочтительный тип источника 14 тока и/или напряжения.
Источник 14 тока и/или напряжения рассчитан так, что он может экстремально быстро реагировать на изменения нагрузки на контролируемой печатной плате и компенсировать их, преимущественно в диапазоне нескольких наносекунд. Это предпочтительно требуется, если у контролируемой печатной платы 6 речь идет об элементе с быстрыми микропроцессорами с быстрой коммутацией и модулями памяти, который имеют эти динамические изменения нагрузки.
Эта функция реализована преимущественно посредством модулей с быстрыми регулировочными свойствами и/или с конденсаторами, которые могут перекрывать очень короткие пики энергии.
В другом предпочтительном варианте значения силы тока также могут считываться и ограничиваться за счет сравнения с хранящимся набором данных. Этот набор данных может храниться также предпочтительно в памяти данных тестового модуля 4 и/или блока 15 управления.
На фиг. 10 изображена блок-схема предпочтительного источника 14 тока и/или напряжения.
На фиг. 9 изображены основные компоненты тестового модуля 4. Ядром является коммутационный блок 25. Он представляет различные коммутационные протоколы и/или преобразует идущий от тестовой системы протокол, например USB, в другой протокол. Подключенный к коммутационному чипу 28 мультиплексор 27 (MUX) может переключать отдельные коммутационные сигналы на произвольные контактные щупы 2, 32 коммутационного интерфейса 5. Это, в свою очередь, обеспечивает гибкость при оформлении контактных точек 7 или матричного устройства 23 на контролируемой печатной плате 6. К мультиплексору 27 (MUX) может быть подключен драйвер/сенсор 29, который может согласовывать уровень коммутационных сигналов. Этим повышается гибкость коммутационного блока 25, поскольку он может приспосабливаться к различным уровням сигналов и, тем самым, к различным технологиям напряжения контролируемой печатной платы 6. Далее драйвер/сенсор 29 может содержать далее сенсор, который измеряет ток через коммуникационные провода и в случае отклонений инициирует, например, сообщение об ошибке или осуществляет отключение. Управление коммутационным чипом 28, мультиплексором 27, драйвером/сенсором 29 и подключенной релейной матрицей 24 изображено логическим модулем 26, который, в свою очередь, связан с тестовой системой. Логический модуль 26 может быть реализован FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица), микрокомпьютером или иным чипом с логическими функциями. Дополнительная релейная матрица 24 повышает гибкость тестового модуля 4 за счет того, что она дает возможность переключать несколько источников сигналов, источников питания, коммуникационных интерфейсов, измеренные данные и интерфейсные сигналы из коммутационного блока 25 на любой контактный щуп 2, 32 коммуникационного интерфейса 5. Это относится как к источнику 14 тока/напряжения тестового модуля 4, так и к питающим блокам тестовой системы 1, которые связаны с тестовым модулем 4. При этом возможно также смешанное или комбинированное включение. Релейной матрицей 24 также может управлять блок 26 управления.
Изображенный на фиг. 10 LDO является так называемым Low-Drop-Out-регулятором напряжения. Communication Module является коммуникационным модулем, который управляет LDO и представляет связь с тестовой системой 1. LDO может быть локализован на тестовом модуле 4 или коммуникационном интерфейсе 5. На фиг. 10 показана локализация на тестовом модуле 4.
Модуль-трансформер 45 является компонентом тестового модуля 4 и через коммуникационный интерфейс 5 может быть связан с контролируемой печатной платой 6. Контролируемая печатная плата содержит коммуникационный модуль 9, который поддерживает Ethernet- или Profinet-связь. Magnetifics 46, т.е. передатчики или трансформеры, коммуникационного модуля 9 рассчитаны таким образом, что может быть реализована гальваническая развязка от коммуникационного модуля 9 и изображено электрическое согласование в смысле Ethernet-соединения. Дополнительно Magnetifics 46 модуля-трансформера 45 рассчитаны так, что возможна Ethernet/Profinet-связь со скоростью 100 Мбит/с независимо от того, смонтирован ли с коммуникационным модулем 9 через электрическое соединение 48 так называемый Ethernet-разъем или нет. Также не имеет значения, содержит ли смонтированный на контролируемой печатной плате 6 Ethernet-разъем 47 обусловленные типом Magnetifics или нет.
Дополнительно к описанным элементам тестовый модуль 4 может содержать также термографическую систему, преимущественно в виде инфракрасной камеры 130, или температурный датчик, преимущественно бесконтактно измеряющий температурный датчик. Однако вариант температурного датчика менее предпочтителен вследствие меньшего диапазона измерения температуры. Напротив, инфракрасная камера обеспечивает измерение температуры отдельных элементов контролируемой печатной платы 6 и их соединение с ней. Измерение температуры инфракрасной камерой может осуществляться за счет свободного позиционирования тестового модуля 4 с инфракрасной камерой 30 вдоль поверхности контролируемой печатной платы 6 в определенных предпочтительных местах. Измерение температуры может осуществляться предпочтительно бесконтактно. В качестве альтернативы или дополнительно к измерению температуры инфракрасной камерой также контрольный щуп, снабженный температурным датчиком, может за счет контактирования с печатной платой осуществлять измерение температуры. Однако по сравнению с инфракрасной камерой этот вариант требует более высоких конструктивных затрат и затрат на механику управления, связанных с отнимающим больше времени измерением.
На фиг. 3 изображен производственный участок 1 для изготовления и контроля предложенных печатных плат 6, которые могут использоваться преимущественно в измерительных приборах техники автоматизации, например в измерительных преобразователях.
Производственный участок 1 содержит станцию 101 для подготовки подложки печатной платы. Подложка печатной платы уже может содержать проводящие дорожки.
Производственный участок содержит транспортирующее устройство 102, например ленточный транспортер, с помощью которого подложка печатной платы может транспортироваться в направлении R транспортировки от станции к станции.
От станции 101, на которой происходит подготовка подложки печатной платы, эта подложка транспортируется дальше к станции 103 для оснащения подложки электронными элементами, причем, по меньшей мере, один из этих элементов является интеллектуальным элементом, который выполнен, например, в виде коммуникационного модуля 9 для связи с другими электронными приборами. Другим интеллектуальным элементом является центральный процессорный блок, являющийся частью контролируемой печатной платы 6 и управляющий данными памяти 10 данных. При этом из подложки выполняется печатная плата 6. Оснащение может осуществляться, например, с помощью масок, предварительно нанесенных на подложку печатной платы.
Вслед за станцией 103 для оснащения происходит транспортировка печатной платы 6 в паяльную печь 104. В ней происходит спайка электронных элементов с подложкой печатной платы.
После прохождения паяльной печи 104 происходит конечный контроль готовой печатной платы 6 посредством тестовой системы 105. При этом тестовая система 105 осуществляет одновременный контроль
а) электрического контактирования мест пайки между элементами и печатной платой и
б) функциональный контроль одного или нескольких интеллектуальных элементов, например коммуникационного модуля 9.
Названный функциональный контроль включает в себя предпочтительно функциональный контроль коммуникационного модуля 9, программирование и/или контроль программирования памяти 10 данных печатной платы 6, контроль линии передачи данных от коммуникационного модуля к центральному процессорному блоку печатной платы 6.
Комплексный контроль данных в памяти данных, процессорного блока и коммуникационного модуля не может осуществляться отдельными контрольными щупами, подводимыми с верхней стороны печатной платы. Для этого требуется описанный коммуникационный интерфейс 5 с описанными выполнениями соответствующих матричных устройств 23 или 33 из нескольких контактных щупов 22 или 32.
Реферат
Изобретение относится к контролю и испытанию электронных схем, в частности, к тестовым системам для контроля электронных соединений электронных узлов с контролируемой печатной платой. Предложена печатная плата (6), содержащая память (10) данных, коммуникационный модуль (9), соединенный с памятью (10) данных, контактирующее устройство. Контактирующее устройство включает по меньшей мере три металлических участка (11) контактирования, которые соединены с помощью одной или нескольких линий данных печатной платы (6) с коммуникационным модулем (9). Участки контактирования при контакте с коммуникационным интерфейсом (5) тестовой системы (1) обеспечивают обмен данными между коммуникационным интерфейсом (5) и памятью (10) данных с помощью коммуникационного протокола через коммуникационный модуль (9). Технический результат заключается в обеспечении функционального контроля дорожек данных контролируемой печатной платы посредством тестовой системы. 7 з.п. ф-лы, 13 ил.
