УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Советский патент 1974 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к области автоматики -и контрольно-измерительной техники и может быть применено для инфракрасного контроля электронных схем, например плат с интегральными схемами.

Известно устройство для контроля Hiireгральных схем, содержащее носитель информации, связанный с первым входом блока сравнения и блоком задания режимов питания, выход которого подсоединен к интегральной схеме, инфракрасный радиометр, установленный над узлом перемегцений платы с интегральной схемой и подсоединенный ко второму входу блока сравнения, выход которого подключен к блоку индикапии и блоку выдачи сигналов сортировки и отбраковки, и воздухопровод для охлаждения плат.

Однако это устройство обладает низким быстродействием и непригодно для контроля многослойных пленочных электронных схем из-за экранизации в рабочем режи.ме нижних слоев верхними.

Устройство отличается тем, что в него введены блок формирования алгоритма разогрева участков интегральной схемы с помощью дозированных но мощности имнульсов электрического тока, причем выход блока формирования связан с носителем информации, и синхронизатор перемещений носителя инфор2

мации, закренленный на валу привода узла перемещений платы.

Это позволяет повысить точность и скорость контроля плат, че.му способствует охлаждение нагреваемых участков схемы потоком воздуха.

На фиг. 1 изображена общая блок-схема устройства; на фиг. 2 - малая каре1ка, ролнки для закрепления платы и коробки с нормирующими резисторами; на фиг. 3 - кривые, поясняющие работу блоков устройства. На фиг. 1 изображены: 1-вал, 2 - испытуемая плата, 3 - зубчатый барабап, 4 - магнитная лепта, 5, б, 7 - магпитпые головки,

8 - блок формирования импульсов программного управления, 9 - ключ ручных команд, 10 - ко: 1мутатор; 11, 12 - блоки формирования токовых импульсов, 13 - блок задержки, 14 - блок вычитания, 15 - блок сравнения;

16, 17, 18 - переходные коробки с набором нормирующих элементов, 19 - источник пнгания испытуемых плат; 20, 21-аттенюаторы, 22-счетчик импульсов, 23, 24 - триггерные реле; 25-32 - переключатели; 33 - вндеоконтрольное устройство (ВКУ), 34 - .многоуровневый дискриминатор; 35 - блок импульсов засветки; 36 - переключатель; 37 - блок управления работой фотоустройства; 38 - фотоустройство; 39 - откидной тубус, 40-42 - выводы на исполнительную автоматику; 43, 44 - большое ы малое зеркало объектива Кассегрена; 45 - черное тело; 46 - модулятор; 47 - электродвигатель; 48 - приемник инфракрасного излучения; 49 - избирательный усилитель; 50 - детектор; 51, 52 - кулачки; 53 - нружина; 54 - малая каретка; 55 - наиравляющие; 56 - большая каретка; 57 - червяк; 58 - шестерня; 59 - нружина; 60-62 - отверстия; 63-64 - фотоэлектрические датчики; 65 - миниатюрная осветительная лампа; 66 - электродвигатель с редуктором; 67 - магнитная муфта; 68 - барабан ручных перемещеиий; 69 - шкала; 70 - переключатель; 71-опорный валик; 72--наконечник; 73 - перфорационные отверстия на магнитной ленте; 74 - свободная петля магнитной леиты; 75 - кассета; 76 - воздуходувка; 77 - регулятор скорости потока; 78, 79 - трубопроводы; 80 - кланан; 81-трубопровод; 82 - вставная рамка; 83 - откидная рамка; 84 - шарнир; 85 - слой пластика, 86 - выводы испытуемого нлато; 87 - выходные контакты вставной рамки; 88 - входные контакты вставной рамки; 89 - проводник; 90, 91-утолщения резиновой облицовки проводника; 92 - изолированные жилы; 93 - муфта; 94 - корпус переходной коробки; 95, 96 - контакты, 97 - штыревые контакты; 98 - нриемный лоток; 99-резистор. Стрелками А, Б, В обозначены нотоки воздуха. Инфракрасный радиометр состоит из блоков 20, 43-50, узел для неремещения плат - из блоков 52-72, воздухопровод - из блоков 76-81, блок задаиия режимов электрического питания - из блоков 16-19, 25, блоки сравнения - из блоков 6, 7, 14, 15, 21, 28, 29, блок выдачи сигиалов отбраковки и сортировки - из блоков 22-24, 34, иоситель информации - 4, 74, синхронизатор включает элементы 3, 51, 57, 73, блок формирования алгоритма разогрева - элементы 5, 8-13, 26, 27. Устройство работает следующим образом. На валу 1 привода механизма перемещений плат 2 с интегральными схемами по X и У закреплен зубчатый барабан 3, который протягивает магнитную ленту 4 с трехдорожечной заиисью через .магнитные головки 5, 6, 7 записи, считываиия и стирания сигналов. Головка 5 занисывает, считывает и может стирать комаидиые сигналы на выдачу токовых импульсов для разогрева участков схемы; головка 6 - эталонный сигнал, получаемый от скаиирования образцовой схемы; головка 7 - сигнал с величинами доиусков на отклонение значений тепловой радиации от каждого участка схемы но линиям скаиирования. Блок 8 формирует импульсы ирограммиого управления. Он снабжен ключом 9 нодачи ручных команд при составлении алгоритма разогрева участков схемы на плату 2. Коммутатор 10-14 выдает разогревающие импульсы на выводы платы 2. Он состоит из собственно коммутатора 10; блока 11 формирования токовых импульсов на подготовительное переключение коитактов коммутатора в момеиты перехода мехгпического сканирующего устройства на нечетпые строки скапнровання; блока 12 формирования и выдачи токовых импульсов, постоянных но величине и времени, по комаидам, нолучаемым от магнитной ленты 4 через .магнитную головку 5; блока 13 задержки выдачи подготовительных импульсов, формируемых и выдаваемых блоком 11, что, при надобности, может делаться в моменты перехода .механического сканируюшего устройства иа иовый кадр скаиирования. Блок сканирования вырабатывает разностный снгнал от вычитания записапиого на магннтн)О лепту 4 эталонного сигнала из сигнала от испытуемой платы. Блок 15 сравиивает полученный разностный сигнал с записанным иа третьей дорожке магнитной ленты 4 сигналом с величинами доиусков на дозволяемое отклонение значений тенловой радиации от каждой точки илаты 2 ио лиииям сканирования. Сменные нереходные коробки 16, 17, 18 содержат наборы резисторов, с помощью которых нормируется питание, подаваемое па выводы испытуемого нлато от спецнального блока питания 19 через коммутатор 10. Набор резисторов в коробке 16 онтимизирует мощность каждого имнульса, иодающегося на разогрев участков платы 2; коробка 17 содержит набор элементов - резисторов и конденсаторов-развязок, обеспечнвающих форсироваииый разогрев всех элементов плато; коробка 18 также содержит набор элементов, обеспечивающих, например, обычный постоянный рабочий режим питания схемы, либо, в целях большей ииформативиости, режим с какими-либо целеианравленными коррективами. Калиброваииый аттенюатор 20, являющийся сочетанием ступенчатого и плавного аттенюаторов, нозволяет регулнровать уровень снгиала, поступаюHiero па запись в головку 6 или в блок 14. Подобный же аттенюатор 21 позволяет изменять уровень сигнала, идущего на запись в головку 7. Счетчик импульсов 22 ведет счет имиульсов с выхода блока 12 и подает сигналы на триггериое реле 23 - сигнал «годная. Триггериое реле 24 срабатывает по сигналу блока 15 - сигналу «брак. Переключатель 25 нозволяет автоматически или вручную осуществлять перевод питания исследуемой схемы на все режимы разогрева. Переключатель 26 нозволяет нодавать командные импульсы на запись в головку 5 либо непосредственно в блок 12. Переключатель 27 - для отключеНИИ блока 11, что целесообразно делать, например, при выполнении работ по программированию. Трехнозициоиный иереключатель 28 нозволяет подавать входной сигнал на головку 6, в блок 21 или ставить иереключатель в положение, когда сигнал поступает только на один из контактов переключателя 30. Переключатель 29 связывает блоки 14, 21 и 15. Переключатели 30, 31 и 32 нозволяют осуществлять нужные коммутации для подключений видеоконтрольиого устройства 33, многоуровневого амплитудного дискриминатора 34 и блока формирования импульсов засветки 35. Переключатель 36 позволяет переключать синхронизацию блока кадровой развертки miдеокоптрольпого устройства 33 на синхронизацию от фотодатчиков 63 и 64. Блок 37 по командам фотодатчика 64 управляет работой фотоустройства 38, закрепленного на откидном тубусе 39. С выходов 40, 41 и 42 сигналы поступают на исполнительную автоматику устройства.

Преобразование нараметров теплового поля поверхности испытуемой схемы в электрический сигнал осуществляется инфракрасным радиометром, состоящим из большого 43 и малого 44 зеркал отражательного объектива, черного тела 45, дискового модулятора 46 с приводным электродвигателем 47, приемником инфракрасного излучения 48, избирательного усилителя 49, детектора 50.

Механическое сканирующее устройство для перемещений испытуемых плат по X и У имеет два кулачка 51 п 52 с симметричными рабочими поверхностями. Кулачок закреплен на приводном валу 1 и перемен1ает подпружиненную пружинами 53 малую каретку 54 по направляющим 55, закрепленным в больнюй каретке 56. Кулачок 52 связан с валом 1 чеоез червячно-п1естерепчатую пару 57-58 и перемещает подпружппенную пружинами 59 больщую каретку 56 по направляющим, одной из которых является сам вал 1. Каждый из кулачков 51, 52 жестко скреплен с дисковым модулятором. На одном из дисков имеется отверстие 60, на другом, которым служит диск самой щестерни 58, - отверстия 61 и 62. Через эти отверстия при соответствуюн1;ем положении кулачков 51, 52 свет попадает на фотоэлектрические датчики 63, 64 сигналов синхронизации блоков развертки видеоконтрольпого устройства 33. Фотодатчики засвечиваются малогабаритиыми электролампочками, одпа из которых 65 показана па чертеже. Электродвигатель с редуктором 66 соединен с приводным валом 1 через магнитную муфту 67. На валу I закреплен также барабан 68 для возможности проворотов вала рукой. Барабан имеет шкалу 69, что позволяет производить отсчет ручных перемещений малой каретки и точно знать ее текундие коордипаты. Переключатель 70 разрывает цепь питания магнитной муфты, чем раснепляет выходной вал редуктора с валом 1. Чтобы предохранить рабочие поверхности кулачка 51 от быстрого износа, они опираются о валик 71, свободно вращающийся в подшипниках, закрепленных на малой каретке 54. Другое назначение .валика 71-позволять большой каретке 57 перемещаться от воздействий кулачка 52 без нарущения нередачи движения малой каретке от кулачка 51. Усилие от кулачка 52 к большой каретке передается через щтангу с миниатюрным шарикоподшипником или трудноистирающимся опорным наконечником 72.

Чтобы исключить возможность пробуксозывания магнитной ленты 4 по поверхности ведущего барабана 3, барабан выполнен с зубьями, входяглимп в перфорационные отверстия 73 на магнитной ленте. Магнитная лепта склеена в кольцо, а свободная петля 74 ленты авто.матическн укладывается петлями в рабочей камере безбобинной кассеты 75.

Чтобы лента 4 после ее надевания на зубья

барабана 3 не могла соскакивать во время ручных неремеи1ений вала 1 в одну и другую сторону, что нриходится делать при программированнн, на барабане 3 предусмотрена откидная предохранительная накладка, не касающаяся поверхности ленты при ее рабочем продвижении (не указана на чертежах).

Устройство воздуходувку 76, снабженную регулятором 77 скорости потока п трубопроводами 78 п 79 для охлаждения исследуемых плат с одной и двух сторон, а также снабжено клапаном 80 н трубопроводом 81 для автоматического съема исследованных плат потоком воздуха. На фиг. 2 изображена в разрезе малая каретка 54, съемтая вставная рамка 82 с печатной схемой для разводки тока па выводы испытуемой схемы, откидная рамка 83 с шарниродг 84 для ппостпанствепного ориентнрования испытуемых плат 2. которые автоматическим загрузочным устро ством пли врлчную укладываются в ориентирующее углубление окна рамки 83. Ррлгка 83 покрыта слоелг пластика 85 па котором оказываются выводы 86 исследуемой платы. После переме1цення рамки 83 в верхнее положение плата 2 принимает пространственное положение, необходимое для осуществления автоматического контроля, а ее выводы 86 оказываются плотно притиснутьпти к выходным кот тактам 87 рамки 82.

Подво.тка питания па выходные контакты 88 рамки 82 осуп1ествляется мпогожпльным обрезинеппьш проводттиком 89 с утолп1;епиями 90, 91 по коппам. Утолптепие 90 предохрапяет изолированные друг от друга жилы 92 от повреждеттий, которые могут вызвать переменхение кареток. Чтобы пябежать появлепия вибрации нроводптп а 89. которые могут быть вызваны быстрыми возвратно-поступательными перемещенияли кареток и которые могут

привести к повреждению жил 92, ПРОВОДНИК дополнптельпо фпксирован муфтой 93, положение которой находят опытным путем. Сама муфта 93 удержпвается держателем (не показан па чертеже. В переходной коробке содержится два ряда контактов 95 и 96, а также щтыревые контакты 97. Стрелками А п Б обозначен охлаждаюгций поток воздуха из трубопроводов 78. 79: стре.ткой В - поток воздуха из канала 81. После окончания диагностики, когда открывается клапап 80, слабый поток воздуха слегка приподпимает плату над краями окна 83. и плата плавно соскальзывает по пластиковому слою 85 на приемный пластмассовый лоток 98. Резистор 99

нормирует мощность импульса при импульс7ном разогреве элементов контролируемой платы. Для составления и записи оптимально-временного алгоритма подачи разогреваюии:х имнульсов на элементы исследуемой схемы5 поступают следующим образом: нереключателем 70 обесточивают муфту 67 и вращением барабана 68 подводят нужный участок испытуемой платы под объектив; пepeключa eлe,м 26 соединяют блок 8 с блоком 12; нажатием10 на ручной ключ 9 через коммутатор 10 посылают импульс в коробку 16; чтобы импульс прощел па элемент испытуемой электронной схемы и в то же время не испортил ее, импульс нормируЕОт по мощности, что делают15 впаивая в соответствующие конгакты переходной коробки 16 резистор соответствующего номинала; величину номинала подбирают, пользуясь калиброванным потенциометром или магазином сопротивлений; постепеппо20 увеличивая мощность импульса, величину нагрева участка платы доводят до оптимально возможной, контролируя температуру инфракрасным радиометром и наблюдая на экране видеокоитрольного устройства 33 амплитуду25 сигнала; при этом каретки 54-57 остаются неподвижными и радиометром следят за на иболее сильно прогреваемой точкой испьпуемой платы; наблюдая динамику разогрева участка после подачи импульсов, каждый изЗО которых подают после соответствующего охлаждения платы, замечают время, требующееся на прогрев после подачи разогревающего импульса; зная это время и зная рабочую скорость движения магнитной ленты 4, занисы-35 вают командный сигнал на лепту, подводя нужное место ленты к головке 5 и нажав ключ 9 при положении переключателя 26, поставленном на запись. В случае если положение метки команды на .магнитной ленте нужно из-40 менить, то старый командный сигнал стирают и записывают новый на уточненном месте. Для осуществления краткосрочного форсированного режима питания исследуемой схемы в сменную переходную коробку 17 впаи-45 вают соответствующим образом подобранные нормирующие элементы, после чего нереключающую гребенку многоканального нереключателя 25 можно включить на расчетное количество секунд в положение, при котором50 все элементы схемы (на которые при этом попадает разогревающий ток) разогреваются форсированно. Программа диагностики может предусматривать многократное сканирование схемы и ее многократный форсированный ра-55 зогрев. Набором нормирующих элементов сменной коробки 18 может обеспечиваться и нормальный рабочий режим схемы с питанием от блока 19.60 Для выполнение записи эталонного сигнала сканируют образцовую схему, поставив аттенюатор 20 в соответствующее положение, а переключатель 28 - в положение на запись через головку 6. Эталонный сигнал, записан-65 8 вый головкой б по второй дорожке ленты 4, используют для записи через головку 7 другого сигнала - сигнала, содержащего допуски па дозволяемое отклонение значений тепловой радиации от каждой точки схемы по линиям скапироваЕ ия. Здесь могут быть два случая. Первый и простейщий случай, когда все величины нолей допусков от точек схемы по линиям сканирования хотят записать, как пропорционально уменьшенный сигнал, полученный при сканировании эталонной схемы и записанный по второй дорожке. В этом случае головку 6 ставят в режим считывания, переключатель 29 - на запись через головку 7 и, при отключенном радиометре, протягивая ленту в обычном рабочем режиме при одном и том же положении аттенюатора 21, получают соответствующую запись по третьей дорожке магнитной ленты. Второй случай - когда пропорциональным уменьщением исходного сигнала не удовлетворяются, а хотят изменить поле допуска для каких-либо участков схемы по линиям сканирования, исходя из знания ряда конкретных моментов, связанных со зпапнем технологии, материалов, из которых выполнена схема, требований к стабильности испытуемой схемы, знания допустимого для данного конкретного участка поверхности схемы разброса температур в процессе нагревания и охлаждения этого участка. Для получения записи по третьей дорожке в этом случае поступают по-разному, например: вносят соответствующие поправки в запись, сделанную с пропорциональным уменьшением амплитуды сигнала. Если поправок предвидится мпого, заполнение третьей дорожки ведут покусочно- многократно останавливая, запуская и возвращая ленту, манипулируя аттенюатором в соответствии с замыслом. Работу электрической схемы автомата гюясияют кривые на фиг. 3. Первая кривая а изображает амплитуду теплового сигнала от участка поверхности образцовой эталонной схемы - запись по второй дорожке (по оси абсцисс отложено время). Вторая кривая б изображает амплитуду сигнала, поступаюпхего с выхода инфракрасного радиометра при сканировании аналогичного участка испытуемой схемы. Третьей кривой в представлен разностный сигнал - результат вычитания первой кривой из второй. Изображена абсолютная величина разностного сигнала без учета знака, Вычитаиие осуществляет блок 14. Четвертая кривая г изображает запись по третьей дорожке - записаны величины допусков на отклонение значений тепловой радиации от каждого участка схемы по линии сканирования. Пятая кривая д - результат сравнения разпостного сигнала с величинами допусков на отклонение значений тепловой радиации от каждой точки по линии сканирования, что выполняется блоком 15. Наличие горба на кри9

вой g означает появление на выходе блока 15 сигнала «брак. Этот сигнал, когда его величина превышает уровень шумов схемы, что отмечено на кривой g пунктиром, будет отмечен триггерным реле 24, выдающим сигнал па элементы исполнительной автоматики, подключенной к выходу 40.

Если за время испытания схемы во всех запрограммированных режимах сигнала «брак не последует, то по сигналу командных пмпульсов на ленте 4 через головку 5 и блок 12 иа счетчик имнульсов 22 ноступит сигнал, состояш;ий из нуга импульсов, записанных программистом на ленту 4 с той нелыо, чтобы исчерпать емкость счетчика 22 и по выданному им сигналу через триггерное реле 23 выдать па выход 41 команду «плата годная. Происходит это когда сканирование последнего кадра закончено и в то время, когда блок задержки 13 по сигналу фотодатчика 64 задерживает подачу сигнала в коммутатор 10 от блока 11; коммутатор 10 нри этом останавливается на холостом контакте, с которого токовые импульсы поступать куда-либо па испытуемую плату пе могут.

Самоконтроль работоспособности автомата осуществляется испытательным сканированием образцовой платы. При этом, если все узлы и блоки, а также качество записи на ленте 4 в норме, то с выхода 41 поступает команда «плата годная, означающая исправность всех звеньев автомата диагноста.

Для наблюдения и регистрации засоренности контролируемой платы дефектами через переключатели 30, 31 блоки 34, 35 и переключатель 32 соединяют выход блока 15 со входом Z-катодом электронно-лучевой трубки ВКУ 33. При этом исполнительную автоматику со входа 40 отключают. Все превышения поля допуска, т. е. все дефекты будут отмечены световыми точками на экране видеоконтрольпого устройства и их можио наблюдать и фотографировать.

Для наблюдепия и регистрации визуальной картины распределения тепловых полей но всей поверхности испытуемой платы выход блока 50 через элементы 20, 30, 31, 35, 32 соединяют со входом ВКУ. При этом блок кадровой развертки синхронизируют импульсами фотодатчика 64. Фоторегистрирование осуществляют с использованием блока 37.

Для получения картины распределения теиловых полей поверхности иснытуемой платы в изолиниях по одному или нескольким дискретным уровням теплового нагрева платы - выход блока50 через элементы 30, 31, 35, 32 связывают со входом Z ВКУ 33, выполнив предварительно установку многоуровневого

10

амплитудного дискриминатора 34 на желаемые уровни засветки.

Для сортиров ; плат по нескольким группам в зависнмосП от величппы дефектов и

значений превышения допусков исполнительную автоматику присоединяют к выходам 42 многоуровневого амплитудного дискриминатора, установив предварительно желаемые уровни срабатывания каждого из триггеров, составляюп1нх блок дискриминатора.

Фиг. 2 нояснено, что нормирующие элементы 99 могут быть внаяны непосредственно в коробку 94, не тазъе: п1о скрепленную с вставной рамкой 82 через проводник 89. Таким

образом, вместе с рамкой 82 будут одновременно меняться н наборы нормирующих элементов. Когда же нормирующие элементы удобнее ставнть в сменные переходные коробки 16, 17, 18, то в коробке 94 ставят закорачивающие неремычкн.

Полнота неразрушающего контроля плат с электронными схемамн в большой мере определяется тем, насколько полно при проектировании плат были удовлетворены требования диагностнруемостп н контролепригодности плат как па промежуточных этапах производства, так н па кокечпой стадии. Полнота диагностируемых серийт1ых илат может быть достигнута, нанрнмер, нугем снабжения

плат временпы.п или постояпиыми дополнительными выводами н опорными точками, делаю1п,имп возможным подачу разогревающих нмпульсов на элементы нлат, требующие контроля.

Предмет изобретения

Устройство для контроля иптегральиых

схем, содержан1ее носитель информации, связанный с нервым входом блока сравнения и блоком задания режимов питания, выход которого присоединен к интегральной схеме, инфракрасный радиометр, установленный над

узлом неремеп1епнй платы с интегральпой схемой и подсоедииенный ко второму входу блока сравнения, выход которого подключен к блоку индикацин и блоку выдачи сигналов сортировкн н отбраковки, и воздухопровод

для охлажде)пит платы, отличающееся тем, что, с нелыо повыщения точности и быстродействия устройства, в пего введены блок формнрования алгоритма разогрева участков интегральной схемы, выход которого через

ключ ручных команд связан с носителем информации, и снихронизатор перемещений иосителя информации, закрепленный на валу привода узла перемещений платы.

Тл

Фиг. 1

а

Фиг.З