Устройство для контроля межслойных соединений печатных плат Советский патент 1987 года по МПК G01R31/02 

1

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и расн1ирение его функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок- схема блока фиксации отказов; на фиг. 3 --- пример выполнения блока унравления и блока фиксации отказов; на фиг. 4 - схема измерения одного межслойного соединения; на фиг. 5 - временные диаграммы работы блока фиксации отказов.

Устройство 1 для контроля межслойных соединений печатных плат, содержащих меж- слойные переходы, выполненные в виде металлизированных отверстий 2 и соединяющих их токонроводящих дорожек 3, содержит два блока 4 и 5 контактных модулей, выполненные в виде линейки или матрицы контактных модулей 6, расположенных с щагом, кратным щагу координатной сетки печатной платы. Каждый контактный модуль содержит токовый 7 (зачернен) и потенциальный 8 подпружиненные контактные зонды.

Токовые зонды первого блока контактных модулей электрически соединены с соответствующими токовыми ключами первого 9 и второго 10 блока токовых ключей. Токовые ключи 9.1-9.п первого блока и ключи 10.1 -10.п второго блока соединены соответственно с общими токовыми тинами. Токовая шина первого блока токовых ключей соединена с источником 11 эталонного тока, а параллельно источнику включен шунтирующий ключ 12. Каждый потенциальный зонд контактных модулей первого блока контактных модулей соединен с соответствующим информационным входом первого аналогового мультиплексора 13. Каждый потенциальный зонд второго блока контактных модулей соединен с соответствуюш,им информационным входом второго аналогового мультиплексора 14. Устройство содержит также блок 15 управления, аналоговый измеритель 16, блок 17 уставок, блок 18 регистрации, программный блок 19. Адреса кон- тактпых модулей первого блока контактных модулей заносятся в регистр 20 и поступают на дешифратор 21 и схему 22 поразрядного совпадепия. Адреса модулей второго блока заносятся в регистр 23 и поступают па дешифратор 24 и схему 25 совпадения, блок 2(3 фиксации отказов.

Блок 26 фиксации отказов содержит (фиг. 2 и 3) временной формирователь 27, выходной регистр 28, три триггера 29-31 выдачи команд, три триггера 32-34 записи отказов, пиковый детектор 35, амплитудный селектор 36, временной селектор 37, блок 38 контроля тока, блок 39 контроля измерителя и блок 40 обнуления.

23987

2

Блок 15 управ. юния (({)иг. ) соде;)жит клавишный нуль 41 и т;1кт()вы11 распределитель 42.

Управляющий вход 1 |упти)ун)пи-го ключа

с 12 соединен с первым выходом блока 26 фиксации отказов, второй 15ых()д которого соединен с входом источшжа 11 эта. юнно- го тока и с входом тпунтируюп1его к.чюча 12, выход которого соедипен с выходом источника 11 эталонного тока и с первым вхо10 дом первого блока 9 токовых ключей, выходы которого соединены с соответствующими токовыми зондами первого блока 4 контактных модулей, токовые зонды второго блока 5 контактных модулей соединены с входами

. J- второго блока 10 токовых ключей, вь)1ход которого соединен с первым входом блока 26 фиксации отказов, второй, третий и четвертый выходы KOTOpoi O соединены соответственно с выходом второго аналогового мультиплексора 14, с четвертым выходом

20 блока 15 унравления и с нервым входом измерителя 16, третий, четвертый и пятый выходы блока 26 фиксации отказов соединены соответственно е третьим входом блока 18 регистрации, с вторь 1м входом блока 15 управления и с первыми входами первой 22 и второй 25 схем совпадения, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами первого 2 и второго 24 деп1ифраторов, выходы первой 22 и второй 25 схем совпадении соедипены с , респыми входами соответствующих первого 13 и второго 14 аналоговых му.1ьтип, 1ексо- ров и с управляюптими входами соответственно первого 9 и второго 10 блоков токовых ключей, информационные входы первого 13 и второго 14 аналоговых мулыиплексоэг ров соединены с соответствуюниши потенциальными зондами 8 соответственно первого 4 и второго 5 блоков, выход первого мультиплексора 13 соединен с вторым входо измерителя 16, входы первого 21 и второго 2-1 дешифраторов соединены с соответствующи40 ми выходами первого 20 и второго 23 регистров, адресные входы которых соединены с выходной информационной шиной нрограм- .много блока 19, вход которого соединен с вторым входом блока 15 управления, третий выход которого соединен с входом блока 17 уставок, выход которого соединен с первым входом измерителя 16, первый выход блока 15 управления соединен с первым входом блока 18 регистрации, второй выход которого соедипен с выходной информацион50 пой шиной программного блока 19.

Устройство работает следующим образом.

При п)оверке мета,:|;1изированпь х отверстий с клавишного устройства блока 15 управления в блок 17 уставок задается код порогового значения величины омического сопротивления. По этому коду в блоке 17 уставок выбирается опорное напряжение. В качестве блока уставок может быть испо.

55

зован серийно выпускаемый промышленностью программируемый источник гю- стоянного напряжения Б5-44.

Проверку межслойных переходов начинают с проверки металлизированных отверстий 2 (фиг. 1). Металлизированные отверстия имеют регулярное расположение на печатной плате. Топологическое разнообразие рисунка многослойных печатных плат обеспечивается за счет соединения на различных уровнях металлизированных отверстий. Такой способ построения печатной платы в виде многослойного пакета токопроводящих слоев с одинаковым расположением отверстий на плате дает возможность построить один универсальный блок контактных модулей для проверки целой группы печатных плат, отличающихся друг от друга топологией внутренних слоев.

Поскольку о.мическое сопротивление отверстий находится в микроомном диапазоне, то для обеспечения высокой точности измерения используется четырехзондовый метод измерения омического сопротивления.

На каждое металлизированное отверстие с помощью зажимного устройства (не показано) устанавливается контактный модуль 6, выполненный в виде электрически изолированных подпружиненных контактных зондов 7 и 8.

По левым контактным зондам 7 (на фиг. 1 они зачернены) пропускается стабилизированный ток. Поскольку ток через отверстие является неизменным, каким бы ни было омическое сопротивление перехода, то напряжение, снимаемое с отверстия с помощью правых потенциальных контактных зондов, пропорционально его омическому сопротивлению. Большое омическое сопротивление отверстия свидетельствует о некачественной его металлизации.

Поскольку контактирование контактных модулей производится через контактные площадки вокруг металлизированных отверстий, то таг установки контактных модулей повторяет щаг металлизированных отверстий. Такое соответствие между расположением металлизированных отверстий на плате и структурой организации контактных .модулей дает воз.можность вводить исходные данные в устройство в виде адресов контактных .модулей.

Программа исходных данных включает первый массив в виде одиночных цепей и второй массив в виде многоточечных цепей. Такая програ.мма, набитая на перфоленту, является выхОл1ным документом при MaunsH- ном проектировании печатных плат. Так как одиночные цепи не имеют ветвлений и соединений с другими металлизованны.ми отверстиями, то такие цепи проверяются как межслойный переход в виде металлизированного отверстия. При этом бракуются отверстия, у которых омическое сопротивление превыщает оп.ределенную величину (порядка 500 микроом). При проверке многоточечных цене нор01 задаваемый из блока 17 уставки, по которому эти цегщ бракуют- ся, должен быть увеличен на один, два порядка, поскольку длина токопроводяпщх дорожек между металлизированными отверстиями, а следовательно, и их омическое со- против.чение много бо;|ьте, чем сопротивле0

0

ние металлизирован1Цз1х отверстии.

Далее по сигналу «Пуск (фиг. 3) запускается раснределптель 42 команд блока 5 управления. Распределитель 42 команд, в частности, может быть выполнен в внде тактового генератора, счетчика команд, депщф5 ратора и выходной схемы совпадения, которая стробируется импульсами с второго гепе- ратора. Первой ко.мапдой с распределителя устройства приводится в исходное состояние, т. е. производится общее обпу;1ение. Второй командой с распределителя включается про0 граммный блок 19 и вводится первый кадр программы. Кадр программы вк, 1ючает адрес верхнего контактного модуля и адрес нижнего контактного .

При проверке мета.. 1изированного от- 5 верстия эти адреса одинаковые, так как моду- лп находятся на одной оси, а при проверке внутреннего соединения 3 (фиг. 4) между отверстиями адреса верхних и нижних контактных раз, 1ичаются.

Регистры 20 и 23 запоминают адреса 0 контактных .модулей, считанные из программного блока 19.

Третьей командой с распределителя 42 включается в работу блок 26 фиксации отказов и производится проверка контактирования потенциальных зондов. Этой командой с 5 распределителя (фиг. 3) в блоке 26 фиксации отказов взводится триггер 29 (триггер второго мультпп,1ексора). Выход триггера 29 связап с разрешающими в.ходамп двухвходо- вых схем 25 совпадений (фиг. 1) и па соответствующий управляющий вход мультиплексора 14 поступает разрешающий сигнал.

К выходу мультиплексора 14 подк, ючается тот информационный вход, код которого хранится в регистре 23, т. е. в результате этой команды к выходу мультиплексора 14 под5 ключается потенцнальпый зонд нижнего контактного мо.ауля, код которого хранится в регистре 23. Одновременно со срабатыванием триггера 29 в формирователе 27 временных интервалов вырабатывается строб- импульс /I (фиг. 5), с помощью которого

0 обеспечивается временная селекция при контроле контактирования потенциальных зондов.

Схема работает следующим образом. Внутри строба /; с задержкой / взводится триггер 30 (триггер первого му,1ьти 1лек сора). Сигналом с этого трн1те)а открывается одна из двухвходовых схем 22 сов- паденИя и на соответствующий управляющий вход .мультиплексора 13 поступает разретающий потенциал. Выход этого мультиплексора иодкл-ючается к соответствующему информационному входу этого же мульти- плексора. Для проверки контактирования потенциальных зондов иснользуется обычно нежелательное свойство аналогового ключа, заключающееся в нроникновении управляющего сигнала в коммутируемую це1Нз. В момент цодачи отпирающего напряжения на управляющий вход мультинлексо- ра 13 на его информационном входе (по переднему фронту триггера 30) вследствие емкостной связи .наводится импульс ( ж на фиг. 5). Этот наведенный импульс и является контрольным сигналом при проверке цепи потенциальных зондов. Поскольку enie в предыдущем такте (триггер 29 включен) был включен соответствуплий канал мультиплексора 14, то образуется замкнутая цепь, включающая межслойный переход и потенциальные зонды соответствующих контактных модулей. Наведенный в этой цепи при включении мультиплексора 13 зондирую- цхий импульс выделяется в пиковом детекторе 35, анализируется в амлитудном селекторе 36 и стробируется (строб t па фиг. 3 и 5) во временном селекторе 37. Если цепь потенциальных зондов разомкнута (плохое конгак- тирование), то сигнал на входе амплитудного селектора 36 оказывается меньп1е опорного напряжения и селектор выдает «Брак, от которого срабатывает триггер 32 (триггер отказа потенциальных зондов). Од1юврем(М1- п(| информация об обнаруженном отказе мерен исывается в соответствующий разряд регистра 28.

Далее нроизводится контроль токовых зондов. Следующим тактовым сигналом с раснределителя блока 15 управления взводится триггер 31 (триггер шунтирующего к.пюча), который закрывает шунтирующий ключ 12. Этот ключ включеи пара.члельно источнику 11 тока. Шунтирующий ключ 12 обеспечивает непрерывпую токовую нагрузку для источника 11 тока, при переключении с одной проверяемой цепи на другую, что суп1,ественно уменьщает время переходных процессов в источнике 11 тока при пере- коммутации цепей.

Поскольку еще ранее при включении триггеров 29 и 30 открылись токовые ключи 9.1 и 10.2 соответствующих контактных модулей, то образуется с.ледующая токовая цепь (фиг. 4); источник 11 тока, токовый ключ 9.1, токовый зонд соответствующего контактного модуля, межслойный переход 3, другой токовый зонд, токовый ключ 10.2, эталонный резистор R схемы 38 контроля наличия тока блока 26 анализа отказов, другой полюс источника эталонного тока. Токовые ключи 9.1+9. и 10.1 + lO.n могут быть выполнены в виде онтопары, например ЗОТПО или АОТ110, представляю- 1цей собой излучающий диод и , составной фототр;п1зистор.

Б.ток 38 к(Л1Т)оля наличия тока ((. 3 i; 4) может 6,т выполнен в виде эталон иого сопротивления R, нагруженного на онт- ронную V. При 110|шальном контактировании юковых зондов образуюн1ееся от протекания эталонпого тока напряжение открывает онтро1 Н1)1Й ключ и схема выда1 т сигнал «Норма. В 1 роти1 ном случае срабатывает Т|)игге11 , (триггер отказа токовых зондов).

0При плохом контактировании нет смысла

проводить да;п пеЙ1пие измерепия качества этого межслойного перехода.

В этом с,1учае через схему логической сборки отказов в блоке 40 формируется сигнал обнуления (энюра л на фиг. 5) 5 распределителя 42 в б/юке 15 управления (фиг. 3). Раснреде;|итель 42 возврани1ется в исходное положение и его тактовая система начинает пов1,1Й цик;, т. е. происходит обнуление триггеров блока 26 фикса- Q ции отказов, включение )грам.мн()го блока 19 для записи в )егис1 ры 20 и 23 и т. д.

В случае пормальпого контактирований си1 на;| «Сб)ос раснреде, 1ителя не формируется и распределитель 42 в блоке 15 не обнуляется, к следующем такте выдает 5 команду на проведение из.мерения подклю- чепно1Ч) межслойного перехода. Протекаю- н,ий в цепи стабилизированный ток образует на межслойном переходе падение напряжения, которое пронорпиона.льно его омическому сопротивлению. Поско.льку триггеры 0 29 - 31 блока 26 остались включенными, то будут вклю ены и соответствующие кана.чы мультиплексора 13 и 14 и откл.ючен шунтирующий ключ 12, н унтирующий источник 11 эталонного тока (фиг. 4).

верхний потепциальный зонд через включенный капал аналогового му;1ьтип, 1ексора 13 соединяется с входом измерителя 16, в то же время Н1 1жпий потенциальный зонд через мультиилексор 14 нодсоединяется к общей щипе (обмотка трансформатора детек- 0 тора 35, имеюп1.ая малое активное сопротивление, не учитывается).

Измеритель 16 может быть выиолнен в виде нрецизионного усилителя постоянного тока и аналогового компаратора. Ес.ш напряжение с межслойного перехода превышает напряжение уставки, задаваемое блоком 17 уставок, то измеритель выдает еигнал «Брак.

По сигналу с тактового распределите.мя запускается блок 39 контроля измерителя в блоке 26 (строб /5 на фиг. 5) и в триггер 34 заноеится информация о низком качестве, т. е. высоком омическом сопротивлении соответствующего межелойного перехода.

С,1едующим стробирующим сигналом /г, производится считывание информации об отказах из соответствующих разрядов выход- 55 иого региетра блока 26 (фиг. 3) в блок 18 регистрации. В этот же б. юк поступает информация о номере контактного модуля программного блока 19. После этого кольцевой

5

0

7

счстчи;, |);1С11пе,целителя 42 б.кжа 15 управ.че- ния .юзпрашается в исходное положение, вновь происходит обнуление триггеров блока 26 следующим тактом, выдается команда в ирог|)аммный блок на ввод следующего кадра и нроизводится запись в регистры 20 и 23 новых адресов контактных модулей, к которым подключен теиерь уже следующий межслойный переход. Далее работа устройства идет но описанному алгоритму.

Последним кадром программы формируется сигнал «Стоп, по которому прекра- Н1,ается работа распределителя 42 команд в блоке 15 управления.

Таким образом, если в устройстве зафиксировано плохое контактирование контактных модулей, то оно работает по укороченному циклу (Т1 на фиг. 5). В нормальном режиме цикл контроля несколько удлиняется (Т2 па фиг. 2) за счет зануска схемы опроса измерителя.

Аналоговые мультиплексоры 13 и 14 мо- гут быть выполнены, например, на основе многоканального аналогового ключа 543КНЗ. Для реализации режима мультиплексирования необходи.мо объединить выходы микросхем на общую нагрузку.

Блок 17 уставок может быть выполнен с использованием серийно выпускаемого программируемого источника питания Б5-44 марки 233. 219. На этом же приборе может быть выполнен и источник 11 эталонного тока. Прибор 55-44 имеет программируе- мый режим стабилизации тока и программируемый режи.м задания напряжения. В режиме стабилизации тока задается ток в 1 А. Его максимальная величина ограничивается допусти.мой |лотностью тока через токовые зонды 7, а минимальная - чувствитель- ностью измерителя 16. При пороговой величине омического сопротивления перехода 500 мкОм, ток в 1 А создает падение нанряжения на переходе в 500 мкВ. Умень- 1пение тока через переход приводит к уменьшению по.лезпого сигнала на измерителе.

Программный блок 19 может быть выполнен па базе серийно выпускаемого устройства считывания с перфоленты СП-3 ДЭЗ.029. 007 ТУ. Для проверки металлизированных отверстий используется программа сверловки печатных плат, а для проверки соеди- нения внутри слоев - программа соединений, которая является выходным документом при машинном проектировании печатных плат.

Шунтирующий ключ 12, .как и токовые ключи, может быть выполнен на основе опто- пары ЗОТ.110, которая имеет выходной усилитель на составном транзисторе.

В качестве измерителя 16 может быть использован аналоговый компаратор микровольтового диапазона . VVK-020, состоящий из прецизионного усилителя и компаратора, выполненных на основе операционных усилителей 153У/Д5А.

8

Блок 18 регистрации может быть выпо,- нен на базе печатающего ycTpoiicTBa. па- пример МПУ 16-ЗПТ3.043.И6 ТУ.

Форм у.1 а изобретении

1. Устройство для контроля .межслойных соединений печатных плат, содержангее блок унравления, блок регистрации, измеритель, программный блок, источник эталонного тока, первый и второй регистры, первый и второй блоки контактных .модулей, выполненные в виде модулей с электрически изолированными токовыми и потенциальными зондами, первый выход блока управления соединен с первым входом блока регистрации, второй вход которого соединен с выходной информационной тиной нрогра.ммного блока, адрееные входы первого и второго регистров соединены е выходной информационной щиной программного блока, выход программного блока соединен с первы.м вхо- дом блока управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения быстродейетвия устройства и расширения функциональных возможностей, в устройство введены первый и второй аналоговые мультиплексоры, блок фиксации отказов, блок уставок, первый и второй блоки токовых ключей, первая и вторая схемы совпадений, первый п второй дещифраторы, шунтирующий ключ, при этом управляющий вход шунтирующего ключа соединен с первым выходом блока фиксации отказов, второй выход которого соединен с входом источника эталонного тока и е входом щунтирующего ключа, выход которого соединен е выходом источника эталонного тока и с первым входом первого блока токовых ключей, выходы которого соединены с соответствующими токовыми зондами первого блока контактных модулей, токовые зонды второго блока контактных модулей соединены е входами второго блока токовых ключей, выход которого соединен с первым входом блока фиксации отказов, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответстенпо с выходом второго аналогового мультиплексора, с вторым выходом блока управления и с выходом измерителя, третий, чевертый и пятый выходы блока фиксации отказов соединены соответственно с третьим, входом блока регистрации, с вторым входом блока управления и с первыми входами первой и второй схем совпадения, вторые входы которых еоединены с соответствуюц.1,ими выходами первого и второго дешифраторов, выходы первой и второй схем совпадения соединены с адресными входами соответствующих аналоговых мультип.чексоров и с управляющими входами соответственно первого и второго блоков токовых ключей, информационные входы первого и второго аналоговых мультип.чексоров соединены с соответствующими потенциальными зондами со9

ответственно первого и второго блоков токовых к.лючей, выход первого аналогового мультиплексора соедипен с первым входом измерителя, входы первого и второго дешифраторов соединены с соответствующими выходами соответствующих первого и второго регистров, вход программного блока соедипен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с входом блока уставок, выход которого соединен с вторым входом измерителя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок фиксации отказов содержит Ефе- мепной формирователь, выходной регистр, первый, второй, третий, четвертый, пятый и щестой триггеры, последовательно соединенные пиковый детектор, амплитудный и временной селекторы, блок контроля измерителя, блок обнуления, блок контроля тока, первый вход которого образует первый вход блока фиксации отказов, вторым входом которого является вход пикового детектора, третий вход блока соединен с входной щиной, соединенной с S-входами первого и третьего триггеров и с вхог

0

5

0

10

дами временного формирователи, выходы которого соединены соответственно со строби- рующими входами временного селектора, блока контроля тока, блока контроля измерителя, блока обнуления, с S-входом второго триггера и с управляющим входом выходного регистра, соединенные между собой / -входы триггеров соединены с третьим входом блока, S-входы четвертого, пятого и шестого триггеров соединены соответственно с выходами временного селектора, блока контроля тока и блока контроля измерителя, выходы четвертого, пятого и щестого триггеров соединены с соответствующими входами регистра, первый и второй входы блока обнуления соединены соответственно с выходами четвертого и пятого триггеров, выход третьего триггера соединен с первым выходом блока, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока соединены соответственно с вторым выходом блока контроля тока, выходом регистра, выходной щиной первого и второго триггеров, выходом блока обнуления, четвертый вход блока соединен с входом блока контроля измерителя.

7г 75

фиг. 5

Изобретение относится к контрольно- измерительной те.чнике. Устройство для контроля межслойны.х соединений печатны.ч плат 1 содержит блоки (Б) 4, 5 контактных модулей, токовые ключи 9, 10 Б, источник 11 эталонного тока, шунтируюш.ий ключ 12, аналоговые мультиилексоры 13, 14, Б 15 уирав- ления, аналоговый измеритель 16, Б 17 уставок, Б 18 регистрации, ирограммный Б 19, регистры 20, 23, дешифраторы 21, 24, с.чему 22 поразрядного совпадения, схему 25 совпадения, Б 26 фиксации отказов. В описании изобретения дана электрическая схема Б 26 фиксации отказов. Устройство имеет повышенное быстродействие и расширенные функциональные возможности. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. ел 00 to со СО оо