Устройство для контроля межслойных переходов печатной платы Советский патент 1982 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к койтрольно-измерительной технике .и может быть использовано для неразрушающего контроля межслойных переходов печатных плат. .;.

Известно устройство для контроля металлизированных отверстий печатных плат, содержащее координатный позиционер с четырехзондовой контактной головкой, соединенной с источником эталонного тока и с измерителем, снабженное блоками преобразования отработки и регистрации принимаемой информа- дни Cl 1.

Однако устройство о&ладает недостаточно высокой достоверностью контроля .

Наиболее близким по техничеЬкой сущности и достигаемому результату к предлагаемому является автоматическое устройство для проверки качества металлизации отверстий печатных плат, содержащее блок управления, первый и второй программные блоки, первую и вторую контактные головки, датчик контактирования, первый, второй и третий координатные приводы, регистратор, цифровой излучатель, пульт управления, источник тока, первый коммутатор, блок сравненияf2J.

Известное устройство имеет недостаточно высокое быстродействие. Кроме того, оно имеет недостаточно высокую точность измерения из-за влияния термо-ЭДС и контактной разности потенциалов.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля печатной платы и быстродействия устройства.

10

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля межслойных переходов печатной платы, содержащее источник тока, блок управления, соединенный первым выхо,15 дом с входом программного блока, соединенного первым и вторым выходами соответственно с входами первого и второго координатных приводов, соединенных кинематически с контролируе20мой печатной платой, первую и вторую контактные головки, кинематически соединенные с первым выходом третьего координатного привода, подключенного входом к выходу второго программного

25 блока, соединенного первым входом с выходом пульта управления, вторым входом - с вторым выходом блока управления, соединеНногр первым входом е входом устройства, вторым входом 30с выходом датчика контактирования, подключенного входом к второму выходу третьего координатного привода, цифровой измеритель t соединенный первым и вторым входами соответственно с первым и вторим выходами первого коммутатора, блок сравнения, соединенный выходом с первым входом рюгистратора, введены светоизлучатели, фотоприемники, усилители-формировате (ли, блок анализа, второй коммутатор, блок переполюсовки, первый и второй регистры, вентили, сумматор, первый сдвиговый регистр, зещатчнк эталонного сигнала и программный блок, соединенный первыми выходами с соответствующими первыми входами первого сдвигового регистра, вентилей, перво го и второго регистров, вторым и третьим выходами - соответственно с первыми входами первого коммутатора и блока переполюсовки, четвертым выходом - с третьим входом блока управ ления, пятым выходом и первым входом - соответственно с первыми входом и выходом блока анализа, подключенно го вторыми выходом и входом соответственно к четвертому входу и третьему выходу блока управления, третьими выходами - к входам регистратора и первым входом второго коммутатора, соединенного вторыми и третьими входами соответственно с первой и второ контактными головками, первым, втоpfcjM, третьим и четвертым выходами соответственно с вторым, третьим, четвертым и,пятым входами первого коммутатора, подключенного шестым и седьмым входами соответственно к пер вому и второму..выходам блока переполю совки, соединенного третьим выходом и входом с соответствующими входом и вы ходом источника тока,выходы измерителя соединены с вторыми рходг1ми первого,; и -второго регистров, соединенных выходам с вторыми входами вентилей, соединенных выходами с входами сумматора, выходы которого подключены к вторым входам первого сдвигового регистра, соединенного выходами с первыми входами блока сравнения, под ключенного входами к задатчику эталонного сигнала, светоизлучатели, соединенные входа1ми через формирователь импульсов с выходом датчика контактирования, выходами оптически через отверстия в межслойных переходах печатной платы - с вхо дами фотоприемников, соединенных выходами с соответствующими третьими входами блока анализа. Блок анализа содержит второй сдви говый регистр, генератор импульсов, элемент запрета, счетчик, дешифратор блок усилителей мощности и RS-триггер, R-вход и инверсный выход которо го соединены соответственно с первым входом и выходом блока анализа, S-вход - с выходом второго сдвигового регистра, прямой выход - с первьлм входом элемента запрета, соединенного вторым и третьим входами соответственно с вторым входом блока анализа и выходом генератора импульсов, выходом - с входом счетчика и первым входом второго сдвигового регистра, подк.люченного вторыми входами к третьим входам блока анализа, соединенного вторым выходом с первым входом блока усилителей мощности и с первым выходом дешифратора, соединенного входами с выходами счетчика, вторыми выходами - с вторыми входами блока усилителей мощности, подключенного выходами к третьим выходам блока анализа. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока анализа. Устройство для контроля межслойных переходов 1 в платах 2 содержит первую 3 и вторую 4 контактные головки, первые 5 и вторые 6 контактные модули, фотоприемники 7, светоизлучатели 8, контактные элементы 9, усилителн-формирователи 10, второй коммутатор 11; реле 12, первый коммутатор 13, цифровой измеритель 14, блок 15 переполюсовки, источник 16 тока, первый 17 и второй 18 координатные приводы, первый программный блок 19, третий координатный привод 20, второй программный блок 21, датчик 22 контактирования, формирователь 23 импульсов, пульт 24 управления, блок 25 управления, третий программный блок 26, первый 27 и второй 28 регистры, вентили 29, сумматор 30, первый сдвиговый регистр 31, блок 32 сравнения, задатчик 33 эталонного сигнала, регистратор 34, блок 35 анализа, второй сдвиговый регистр 36, RS-триггер 37, элемент 38 запрета, счетчик 39, генератор 40 импульсов, дешифратор 41, блок 42 усилителей мощности. Устройство для контроля качества межслойных переходов печатной платы работает следующим образом. Проверяемая печатная плата 2 с межслойными переходами 1 устанавливается и ориентируется на предметном столе, кинематически связанном с первым 17 и BTojMM 18 координатными приводами . Контактные головки 3 и 4. совмещаются с крайним рядом отверстий печатной платы. После этого по команде ПУСК в блоке 25 управления формируется сигнал на в ключе ние привода 20 контактных головок,привод контактных головок работает до тех пор, пока не сработает датчик 22 контактирования , сигнализирукнций о том, что контактные головки опустились на печатную плату и обеспечивают необходимое контактное давление. Нужное контактное давление контактных элементов 9 обеспечивается тарированными пружинами, заключен 1ыми в контактные модули 5 и 6. По сигналу с датчика 22 контактирования формирователь 23 импульсов вырабатывает команду на импульсное включение светоизлучателей 8 нижней 5 контактной головки 4. Оптический сигнал от светоизлучателей поступает к фотопрйемникам 7 верхней контактной головки 3.

Верхняя 3 и нижняя 4 контактные ю головки представляют собой линейку или матрицу контактных модулей 5 и б расположенных с шагом, кратным шагу координатной сетки печатной платы. Фотоприемнйк 7 каждого контактного модуля 5 соединен с соответствующим разрядом информационного входа сдвигающего регистра 36 блока 35 анализа (фиг.2). Информация о наличии отверстия под определенным контактным модулем заносится в соответствующий разряд сдвигаквдего регистра 36.

Одновре%1енн,о по команде от блока 25 управления с элемента 38 запрета (фиг.2) снимается запрещающий потенциал, причем эта команда выра- батывается с некоторой задержкой относительно сигнала включения излучателя.

Импульсы с генератора 40 тактовых импульсов поступают на управляющий 30 вход сдвигающего регистра 36 . Информация о наличии металлизированного отверстия в последовательном коде снима1этся с выхода сдвигающего регистра 36. Наличие единицы на выходе 35 регистра 36 указывается на наличие металлизированного отверстия на плате под соответствующим контактным модулем.

Синхронно со сдвигающим регистром 40 36 работает счетчик 39. Дешифратор 41 через блок 42 силителей мощности .(фиг.2) последовательно включает соответствующее реле 12 (фиг.1) в коммутаторе 11. Контакты 12-1 - 12-4 ПОД45 ключают выбранный контактный модуль к выходным шинс1М коммутатора 11.

Сигнал единицы с выхода сдвигающего регистра 36 опрокидывает триггер 37 и закрывает элемент 38 запре- та, прекращая поступление тактующих импульсов на сдвигающий регистр 36 и на счетчик 39. В коммутаторе 11 (фиг.1) вклюfчaeтcя и остается включенным реле 12 соответствукщих контактных модулей 5 и 6. Одновременно с другого выхода триггера 37 (фиг.2) выдается команда на включение программного блока 26. Блок 26 вырабатывает последовательность управляющих сигналов, обеспечивающих измере- 60 ние омического сопротивления того металлизированного отверстия, код которого зафиксирован на этот момент времени в счетчике 39 и дешифраторе 41 (фиг.2)-. Пусть, например, счет- 65

чик 39 остановился, когда на нем зафиксирован номер крайнего левого контактного модуля (фиг.1). Срабатывает реле 12-1 и замыкаются четыре его контакта 12-1 - 12-4.

Каждый из контактных элементов 9 подключается к соответствующей выходной шине комьЧутатора 1.1.

Эталонный ток потечет по цепи плюс источника 16 тока - плкгсовой вывод блока 15 переполюсовки - нормально замкнутый контакт 13-2 коммутатора 13 - замкнувшийся контакт 12-1 - контактный элемент 9-1 контактный элемент 9-2 - замкнувшийся контакт 12-3 - нормально замкнуты контакт 13-3 коммутатора 13 - минусовой вывод блока 15 переполюсовки минус источника 16 тока. Образующееся от протекания тока по металлизированному отверстию падение напряжение на нем снимается другой парой контактных элементов 9-3 и 9-4 того же контактного модуля. Это напряжени через контакты 12-2 и 12-4 и нормгшьно замкнутые контакты 13-1 и 13-4 коммутатора 13 поступает на вход цифрового измерителя 14, выдающий двоично-кодированную информацию о величине напряжения на металлизированно переходе. При неизменном токе через металлизированное отверстие падение напряжения на нем пропорционально омическому сопротивлению меташлиэации перехода, т.е. по величине нанапряжения можно судить о качестве металлизации отверстия.

По команде от программного блока 26 результат первого измерения в цифровом виде заносится в запоминающий регистр 27.

следующей командой, поступающей .в коммутатор 13 от блока 26, цифровой измеритель 14 подключается к паре 12-1 и 12-3 контактных элементов на том же межслойном переходе, а ток задается по контактным элементам 12-2 и 12-4 этого же контактного модля, что обеспечивается переключением всех контактов коммутатора 13. Одновременно этой же командой изменяется полярность выходного напряжения блока 15 переполюсовки.

В скобках на фиг.1 показано новое значение полярности эталонного напряжения. Ток через металлизированный переход пойдет в обратном направлении. Результаты первого и второго измерения отличаются друг от друга вследствие того, что напряжение термо-ЭДС и контактной разности потенциалов в первом измерении складываются с напряжением на межслойном переходе, а в другом - вычитаются за счет изменения направления тока через переход.

Результат второго измерения заносится в запоминающий регистр 28 по сигналу блоки 26. Очередной командой из блока 26 открываются вентили 29 и в сумматоре 30 производится сложение в двоичном коде содержимого регистров 27 и 28. Далее, следующей командой реэультат измерения переписывается в сдвиг ющий регистр 31. Сдвигающий регистр производит сдвиг результата измерени вправо на один разряд, т.е. производится округление младшего разряда, что равносильно делению на две суммы напряжений, полученных при первом и втором измерении одного и того же металлизированного перехода. Указанная операция увеличивает достоверность измерения омического сопротивления, так как позволяет скомпенсиро вать влияние термо-ЭДС и контактной разности потенциалов за счет того, Что при первом .измерении термо-ЭДС и контактная разность потенциалов суммируются с напряжением на переходе, а при втором вычитаются. Коммутатор 13 и блок 15 переполюсовки обеспечивает проведение двух независимых и качественно разных измерений сопротивления одного и того же межслойного перехода без изменения положения контактных элеме тов на отверстии. В блоке 32 сравнения производится количественное сравнение результата измерения с эталонной величиной, поступающей из задатчика 33 эталонного значения. Если падение напряжения на металлизации окажется выше заданного, то регистратор 34 по информации от блока 35 и 32 произведет распечатку номера контактного модуля величины его омического сопротивления. Последней тактовой командой от программного блока 26 триггера 37 (фиг.2) возвращается в исходное состояние . Вновь открывается элемент 38 запрета, разрешая поступление тактующих импульсов с генератора 40 на сдвигающий . 36 и счетчик 39. . С появлением очередной единицы с выхода регисТра 36, сигнализирующей о том, что под соответствующим контактным модулем 5 имеется металл эированное отверстие, вновь срабатывает триггер 37 и передает управление блоку 26. При этом проводится измерение омического сопротивления очередного металлизированного отверстия в выше описанной последовательности. Если же при опросе сдвигающего регистра 36 с приходом очередного т тукадего сигнала на выходе его не будет зафиксировано появление двоичной ед ницы, то это означает, что под соответствующим контактным модулем в контактной линейке отсутствует металлизированное отверстие. В этом случае триггер 37 наличия отверстия остается в исходном состоянии, разрешая поступление тактующих импульсов с генератора 40 на вход сдвигающего регистра 36 и-счетчика 39. , По последнему импульсу с дешифратора 41 в блоке 25 управления вырабатывается сигнаш запрета, закрывающий элемент 38 запрета в блоке 35, и включается от блока 21 привод контактных головок 20. Контактные головки 3 и 4 возвращаются в исходное положение по вертикали, после чего по команде от программного блока 19 включается координатный привод 18. Под контактной головкой оказывается следующий ряд межслойных переходов в виде металлизированных отверстий. Контактные головки вновь опускаются на плату и по сигналу с датчика 22 контактирования включаются светоизлучатели 8. Передача управления от одного координатного привода к другому и их реверс производится по сигналам с датчиков зоны контроля, установленных на предметном столе ( не показан}. Предлагаемое устройство позволяет резко увеличить производительность работы устройства. Это связано с тем/ что за одно координатное перемещение проверяется целая группа межслойных переходов с исключением измерения по координатам с отсутствующими переходами. Так, по прототипу десять межслойных переходов измеряется за 20 с. Это время получается за счет суммирования времени на отработку координаты каждого межслойного перехода, времени на подъем и опускание контактных головок и времени измерения и регистрации результатов измерения. . Кроме того, изобретение позволяет увеличить достоверность контроля за счет введения переполюсовки испытательного тока при измерении, что обеспечивает устранение влияния термо-ЭДС и контактной разности потенциалов на результат измерения. Формула изобретения i. Устройство для контроля межслойных переходов печатной платы, содержащее источник тока, блок управления, соединенный первым выходом с входом программного блока, соединенного первым и вторым выходами соответственно с входами первого и второго координатных приводов, соединенных кинематически с контролируемой печатной платой, первую и вторую контактные головки, кинематически соединенные с первым выходом третьего координатного привода; подключенного входом к выходу второго программного блока.

соединенного первым входом с выходом пульта управления, вторым входом с вторым выходом блока управления, соединенного первым входом с входом устррйства, вторым входом - с выходо датчика контактирования, подключенного входом к второму выходу третьего координатного привода, цифровой измеритель, соединенный первым и вторым входами соответственно с первым .и выходами первого коммутатора, блок сравнения, соединенный выходом с первым входом регистратора,, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля и быстродействия устройства, в него Введены светоизлучатели, фотоприемники, усилители-формирователи, блок анализа, второй коммутатор, блок переполюсовки, первый и второй регистры, вентили, сумматор, пер вый сдвиговый регистр, задатчик эталонного сигнала и программный блок,

соединенный первыми выходами с соответствующими первыми входами первого сдвигового регистра, вентилей, первого и второго регистров, вторым и третьим выходами - соответственно с первыми входами первого коммутатоЬа и блока переполюсовки, четвертым выходом - с третьим входом блока управления, пятым выходом и первым входом - соответственно с первыми входом и выходом блока анализа, подключенного вторыми выходом и входом соответственно к четвертому входу и третьему выходу блока управления, третьими выходами - к входам регистратора и к Первым входам вторрго коммутатора, соединенного вторыми и третьими входами соответственно с первой и второй контактными головками, первым, BTOpbiM, третьим и четвертым выходами - соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым входами первого коммутатора, подключенного шестым и седьмым входами соответственно к первому и второму выходам блока переполюсовки, соединеного третьим выходом и входом с соответствующими входом и выходом источн1 ка тока, выходы измерителя соединены с вторыми входами первого и

второго регистров, соединенных выходами с вторыми входами вентилей, соединенных выходами с входами сумматора, выходы которого подключены к вторым входам первого сдвигового регистра, соединенного выходами с первыми входами блока сравнения, подключенного вГторыми входами к задатчику эталонного сигнгша, светоизлучатели соединенные входами через формирюватель импульсов с выходом датчика.контактирования, выходами оптически через отверстия в межслойных переходах печатной платы - с входами фотоприемников, соединенных выходами с соответствующими третьими входами блока . анализа.

2. Устройство по п,1, отличающееся тем, что блок анализа содержит второй сдвиговый регистр, генератор импульсов, элемент запрета, счетчик, дешифратор, блок усилителей мощности и RS-триггер, R-вход и инверсный выход которого соединены соответственно с первыми входом и выходом блока анализа, S-вхОд - с выходом второго сдвигового регистра, прямой выход - с первы входом элемента запрета, соединенного вторым и третьим входами соответственно с вторым входом блока анлиза и выходом генератора импульсов выходом - с входом счетчика и первым входом второго сдвигового регисра, подключенного вторыми входами к третьим входам блока анализа, соединенного вторым выходом с первы входом блока усилителей мощности и с первым выходом дешифратора, соединенного входс1ми с выходами счетчика, вторыми выходами - с вторыми входами блока усилителей мощности, родключенного выходами к третьим Ьыходам блока анализа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 634290, кл. G Об F 15/46, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР 729498, кл. G 01 N 27/86, 1980 (прототип).

Puz.f

Фиг.2