Устройство для контроля межслойных соединений печатных плат

,1 д ИСАНИ ЕТЕН тро анов СССР 1975. СССР 1980. КОН НИЙ ПРОЛЯ ЕЧАТГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельств455299, кл. (з 01 К 31/02Авторское свидетельство947793, кл. 6 01 К 31/28 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕЖСЛОЙНЫХ СОЕДИН НЫХ ПЛАТ ЯО 1323(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Устройство для контроля межслойных соединений печатных плат 1 содержит блоки (Б) 4, 5 контактных модулей, токовые ключи 9, 10 Б, источник 11 эталонного тока, шунтирующий ключ 2, аналоговые мультиплексоры 13, 14, Б 15 управления, аналоговый измеритель 16, Б 17 уставок, Б 18 регистрации, программный Б 9, регистры 20, 23, дешифраторы 21, 24, схему 22 поразрядного совпадения, схему 25 совпадения, Б 26 фиксации отказов. В описанин изобретения дана электрическая схема Б 26 фиксации отказов. Устройство имеет повышенное быстродействие и расширенные функциональные возможности. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к контрольноизмерительной технике.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства и расширение его функ циональных возможностей.На фиг.изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блоксхема блока фиксации отказов; на фиг. 3 пример выполнения блока управления и бло. ка 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 мсжслойные переходы, выполненные в виде металлизированных отверстий 2 и соелиняющих их токопроводящих лорожек 3, содержит два блока 4 и 5 контактных мо;улей, выполненные в виде линейки или матрицы контактных модулей б, расположенных с шагом, кратным шагу координатной сетки печатной платы. Каждый кон. тактнь)й 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 - 1 О.п второго блока соединены соответственно с общими токовыми шинами. Токовая шина первого блока токовых ключей соединена с источником 1 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 соответствую)цим информационным входом второго аналогового мультиплексора 14. Устройство содержит также блок 15 управления, аналоговый изме. ритель 16, блок 17 уставок, блок 18 регистрации, программный блок 19. Адреса контактных модулей первого блока контактных модулей заносятся в регистр 20 и поступают на дешифратор 21 и схему 22 поразрядного совпадения. Адреса модулей второго блока заносятся в регистр 23 и поступают на дешифратор 24 и схему 25 совпадения, блок 26 фиксации отказов. Блок 26 фиксации отказов содержит (фиг. 2 и 3) временной формирователь 27, выходной регистр 28, три триггера 29 - -3 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.О 15 20 25 30 35 40 50 55 Устройство работает следуюцим образом.Г 1 ри проверке металлизированньх отверстий с клавишного устройсгва блока 15 управления в блок 17 уставок задается кол :орогового значения величины омического сопротивления. По этому колу в блоке 17 уставок выбирается опорное напряжение. В качестве блока уставок может быть иснсг,Бс)ок 1 э м при в. )сни я )и, ) слс ржик.)а Вин нь)и нх л ь4и) кты) си релсв литель 42.Уп 1)авл 5)опсий вход п)мити рмк)псо к;юча 12 соединен с первым выходом блока 26 фиксации отказов, второй выход которого соединен с входом источника 11 эталонного гока и с входом цунтируоцегс кгноча 12, выход которого соединен с выходом источника 11 эталонного тока и с первым вхс. дом первого блока 9 токовых ключей, выходы которого соелинены с соответствукяцими токовыми зондами первого блока 4 контактных модулей, токовые зонды второго блока 5 контактных модулей соединены с вхолами второго блока 10 токовых ключей, выход которого соединен с первым входом олока 26 фиксации отказов, второй, третий и четвертый выходы которого соелинены соотвегственно с выходом второго аналогового мультиплексора 14, с четвертым вьхолом блока 15 управления и с первым вхолоизмерителя 16, третий. четвертый и пятый )зыходы блока 26 фиксации отказов соединены соответственно с третьим входом б,юка 18 регистрации, с вторым вхолом б.юка 15 управления и с первыми входах)и первой 22 и второй 25 схем совпаления, вторыс входы ксторых соелинены с соответствуюцими выходами первого 21 и второ го 24 лешифраторов, выхолы первой 22 и второй 25 схем совпадений соелинены с адресными вхолами соответствующих первого 13 и второго 14 аналсговых ус)ьтис)сксоров и с управляющими вхолах)и соствет. ственно первого 9 и второго 10 блоков тсжовых ключей, информационные входы первого 13 и второго 14 аналоговых мулыиплсксоров соединены с соответствую)цих)и )огенциальными зондами 8 соответственно первого 4 и второго 5 блоков, выход )срвого мультиплексора 13 соединен с вторым вхолом измерителя 16, входы первого 2 и второго 24 лс)шифраторов соединены с соответствукшшми выходами первого 20 и второго 23 регистров, адресные входы которых соелинены с выходной информационной шиной про раммного блока 19, вход которого соелинен с вторым входоблока 5 управления, трстий выход которого соединен с входом блока 17 уставок, выход которого соелинен с первым вхолом измерителя 16, первый выход блока 5 управления соединен с первым входом блока 18 регистрации, второй выходкоторого соединен с выходной информационной шиной программного блока 19.зован серийно выпускаемый промыц - ленностью программируемый источник цостоянного напряжения Б 5 - 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 токопроволяцих слоев с одинаковым расположением отверстий на плате дает возможность построить один универсальный блок контактных модулей для проверки целой группы печатных плат, отличающихся друг от лругя топологией внутренних слоев.Поскольку омическое 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 зачерцены) пропускается стабилизированный ток. Поскольку ток через отверстие является неизменным, каким бы ци было омическое сопротивление перехода, то напряжение, снимаемое с отверстия с помощью правых потенциальных контактных зондов, пропорционально его омическому сопротивлению. Больцое омическое сопротивление отверстия свидетельствует о некачественной его металлизации.Поскольку контактирование контактных модулей производится через контактные площадки вокруг металлизированных отверстий, то наг установки контактных модулей повторяет шаг металлизированных отверстий. Такое соответствие между расположением металлизированных отверстий на плате и структурой организации контактных модулей дает возможность вводить исходные данные в устройство в виде адресов контактных модулей.Г 1 рограмма исходных данных включает первый массив в виде одиночных цепей и второй массив в виде многоточечных цепей. Такая программа, набитая на перфоленту, является выходным документом при мацпином проектировании печатных плат. Тдк как одиночные цегги це имеют ветвлений и соединений с другими металлизовацными отверстиями, то такие цепи проверяются как межслойный перехол в виде металлизирова н ного отверст и я. Г ри этом бракуются отверстия, у которых омическое сопротивле 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 цие превышает оцределсцную величину (порядка 500 мцкроом). При проверке многоточечных цепей порог, зяляваехый цз блока 17 уставки, по которому эти цсци бракуотся, лолжсц оыть увеличен на олин, лва порядка, поскольку ллина токопроволящих дорожек межлу хетаглизированнхи отверстиями, а следовательно, и их омическое сопротивление много больше, чем сопротивление металлизированных отверстий.Далее по сигналу Пуск (фиг. 3) запускается распределитель 42 команд блока 15 управления. Распрелелитель 42 команд, в частности може быть выполнен в виде тактового генератора, счетчика команд, лешифрятора и выходной схемы совцалеция, которая стробируется импульсехи с второго генератора. Первой командой с распределителя устройства приводится в цсхолцос состояние, т. е. производится обцее обцулецие. Второй командой с распрслелителя вклочается программный блок 19 и вводится первый кадр программы. Кадр программы вкгпочает адрес всрхнего контактного модуля и адрес нижнего контактного мо,хля.Г 1 р проеркс мета;1:цзировянного верстия эти адреса олинаковые, так как модули нахолятся ца одной оси, а при проверке внутреннего соелцненця 3 (фиг. 4) межлу отверстиями длреса верхних и нижних контактных молулей различаются.Регистры 20 и 23 запомицакт адреса контактых модулей, считанные из программного блока 9.Третьей командой с распределителя 42 вкгпоцдстся в ряооту блок 26 фиксации отказов и произволится проверка коцтдктировдния потенциальных зоилов. Этой командой с распределителя (фиг. 3) в блоке 26 фиксации отказов взволится триггер 29 (триггер второго мугьтцплексора). Выход триггера 29 связан с разрешающими вхолами двухвходовых схем 25 совпадений (фиг. 1) и ца соответствх юций управляющий вход мультиплексора 14 поступает разрешяощий сигнал.1 х выходу мультиплексора 14 подключается тот информационный вход, кол которого хранится в регистре 23, т. е. в результате этой команды к выходу мультиплексора 14 цодключдется потенциальный зонд нижнего контактного модуля, кол которого хранится в регистре 23. Одновременно со срабатыванием триггера 29 в формирователе 27 временных интервалов вырабатывается строб- импульс 1 (фиг. 5),; пооцьк которого обеспечивается временная селекция при контроле коцтяктцрования потенциальных зоилов.Схема раоотает сгелукщих образом. Внутри строба 1, с задержкой 1 взвоЛится триггер 30 (триггер первого мультиплексора). Сигналом с этого триггера открывается олцд из лвухвхоловых схем 22 совпялсция и цд соответствующий управляюций вход мультиплексора 13 поступает рязре 1 )231)875шаюший потенциал. Выхол этого муьтиплексора подключается к соответству опгему информационному входу этого жс мультиплексора. Для проверки контактировдния ио. тенциальных зондов используется обыцю нежелательное свойство аналогового клюца, заключающееся в проникновении управляющего сигнала в коммутируемую цепь.В момент подачи отпирающего напряжения на управляющий вход мультиплексора 13 на его информационном входе (по переднему фронту триггера 30) вследствие емкостной связи, наводится импульс (эпк)ра ж на фиг. 5). Этот наведенный импульс и является контрольным сигналом при проверке цепи потенциальных зондов. Поскольку еше в предьдугцем такте (триггер 29 включен) бьл включен соответствущий канал мультиплексора 14, то образуется замкнутая цепь, включающая межслойный переход и потенциальные зонды соответствующих контактных модулей. Навеленный в этой цепи при включении мультиплексора 13 зондируогций импульс выделяется в пиковом детекторе 35, анализируется в амлитулном селекторе 36 и стробируется (строб 1 на фиг. 3 и 5) во временном селекторе 37. Если цепь потенциальных зондов разомкнута (плохое контактирование), то сигнал на входе амплитудного селектора 36 оказывается меньше сИрного напряжения и селектор выдает Брак, от которого срабатывает триггер 32 (трипер отказа потенциальных зондов). Одноврсмснннс информация об обнаруженном отсазе нов реписывается в соответствующий разряд рс. гистра 28.Далее производится контроль токовых зондов. Следующим тактовым сигналом с распределителя блока 15 управления взводится триггер 31 (тригп р шупирукщего ключа), который закрывает шунтирукпсий ключ 12. Этот ключ вклочеп параллельно источнику 11 тока. Шун ги рук) ций ключ 12 обеспециваст непрерывную токовую нагрузку для источника 11 тока, при переключении с одной проверяемой цепи на другую, что сунсественно уменьшает время переходных процессов в источнике 11 тока при перекоммутации цепей.Поскольку еще ранее при включении триггеров 29 и 30 открылись токовые клкэчи 9.1 и 10.2 соответствующих контактных мдулей, то образуется слелук)щая токовая цепь (фиг. 4): источник 11 тока, токовый клюц 9.1, токовый зонд соответствующего контактного модуля, межслойный переход 3, другой токовый зонл, токовый ключ 10.2, эталонай резистор К схемы 38 контроля налиция тока блока 26 анализа отказов, другой полюс источника эталонного тока.Токовые ключи 9.1+9.11 и 10.1+10 ц могут быть выполнены в виде оптопары, например ЗОТ 110 или АОТ 110, представляюсей собой излучающий лиол и,составной фототр; изистор.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Ь,11)к 38 коп 1 ро,1 я и 1.1 ичи 51 с)к 1 (си.4) может 11,ть выиолнси в ви.ц эгдлоп ного сопротивления К, нагруженного нд оптролную пару",. При иормдлгпюм контдктировднии гоковых зоилов образуюнесся от протекания эталонного тока напряжение ткрывает опроппый клгоч и схема вьлас сигнал Норма. В противном случдс срдбдты 1)дст триггср 33 (триггср отказа токовых зондов).При плохом копдктировдиии пст смысла проволить лалшьсишис измерения кацества эог мсжс,1 ойпого персхода.В этом случае чсрез схему логической соорки отказов в блоке 40 формируется сигнал обнуления (эпюра г на фиг. 5) распределителя 42 в блоке 15 управления ( фи г. 3) . Раси рслсл итель 42 возвра идется в исходно положение и сго тактовая система начинает 1 оный цикл, т. с. происидит обнуление триггеров блока 26 сриксд. ции отказов, включение программнсго Й,нкд 19 для записи в рс исры 20 и 23 и т. л.В с,1 г дс нормального контактировдния сигнал Сброс распрслелителя нс формирлтся и распрелслитсль 42 в б.оке 15 ис обнуляется, и слслуюпсем такте выласт команду нд проведение измерения подключенного мс кслойного:1 срехолг. Протскаюцй в цсчи стабилизированный ток образст пд мсжслоином переходе палспис ндпряжсния, которсс пропорционально с го о 1 ическому сопротивлению Г 1 оссодьку григгеры 29 - 31 блока 26 остались включенными, то будут вк,ю ьсны и сосгвстствуощис канглы мультиилсксорд 13 и 14 и отключен пгунируюший клк)ч 12, И 1 унтируо 1 ци источник 11 эталонного тока (фиг. 1).Всрп 1 ий пот Ициальный зоил через включенный капал дндлогового мультиплексора 13 соединяется . вхолом измерителя 16, в то же время ни.кний потенциальный зоил через мультиплс ксор 14 полсоелиняется к обшей шине (обмсткд трансформатора летектора 35, имеюиая малое активное сопротивление, нс учитывается).Измеритель 16 может быть выполнен в виде прецизионного усилителя постоянного тока и аналоговсго компаратора. Если напряжение с межслойного перехода превышает напряжение уставки, задаваемое блоком 17 устдвок, то измеритель выдает сигнал Брак,По сигналу с тактового распрелелитсля запускается блок 39 контроля измерителя в блоке 26 (строб Ь на фиг. 5) и в триггер 34 заносится информация о низком качестве, т. е. высоком омицеском сопротивлении соответствукцего межслойного перехолг.Следук)шим стробируюшим сигналом 6) производится считывание информации об отказах из соответствующих разрялов выходного регистра блока 26 (фиг. 3) в блок 18 регистрации. В этот жс блок поступает информация о номере контактного молуля программного блока 19. Г 1 осле этого кольцевой7сце; гц . распределителя 42 б,гока 15 уг равления возвращается в исходное положение, вновь происходит обнуление триггеров блока 26 слелукгщим тактом, выдается команда в п 1)оггахгхггый блок на ввод следующего калра и произволится запись в регистры 20 и 23 новых адресов контактных модулей, к которым подключен теперь уже следующий межслойный переход. Далее работа устройства идет по описанному алгоритму.Последним калром программы форми руется сигнал Стогг, по которому прекращастся работа распределителя 42 команд в блоке 15 управления.Таким образом, если в устройстве зафиксировано плохое контактирование контактных модулей, то оно работает по укороченгцму циклу (Т на фиг. 5). В нормально режиме цикл контроля несколькоуллиггяется (Т 2 на фиг. 2) за сцет запуска схемы опроса измерителя.Аналоговые мультиплексоры 13 и 14 могут быть выполнены, например, на основемногоканального аналогового ключа 543 КНЗДля реализации режима мультиплексирования необходимо объединить выходы микросхем на общую нагрузку.Блок 7 уставок может быть выполнен с использованием серийно выпускаемого программируемого источника питания Б 5 - 44марки 233, 219. На этом же приборе может быть выполнен и источник 11 эталонноготока. Прибор Б 5 44 имеет программируемый режим стабилизации тока и программируемый режим задания напряжения. В режиме стабилизации тока задается ток вА. Его максимальная величина ограничивается допустимой плотностью тока через токовые зонды 7, а минимальная - чувствительностью измерителя 16. При пороговой величине омического сопротивления перехода 500 мкОм, ток в 1 А создает падение напряжения на переходе в 500 мкВ. Уменьшение тока церсз переход приводит к уменьшению полезного сигнала на измерителе.Программный блок 19 может быть выполнен на базе серийно выпускаемого устройства считывания с перфоленты СПЛЭ 3.029.007 ТУ. Для проверки металлизированных отверстий используется программа сверловки печатных плат, а лля проверки соединения внутри слоев - программа соединений, которая является выходным документом при машинном проектировании печатных плат.Иунтирующий ключ 12,. как и токовые ключи, может быть выполнен на основе опто- пары 30 Т,110, которая имеет выходной усилитель на составном транзисторе.В качестве измерителя 16 может быть использован аналоговый компаратор микро- вольтового диапазона МК, состоящий из прецизионного усилителя и компаратора, выполненных га основе операционных усилителей53 УД 5 А. 15202530 35 40 45 50 55 Блок 18 регистрации может быть выполнен на базе печатаюгцего устройства, например гЧПУ 16-3 ПТЗ.043.16 ТУ.Фор.яу.га ггзобгс тени.ч. Устройство для контроля межслойных соединений печатных плат, солержащее блок управления, блок регистрации, измеритель, программный блок, источник эталонного тока, первый и второй регистры, первый и второй блоки контактных молулей, выпол. ненные в виде молулей с электрически изолированными токовыми и потенциальнымп зондами, первый выхол блока управления соединен с первым входом блока регистрации, второй вход которого соединен с выходной информационной шиной программного блока, адресные входы первого и второго регистров соединены с выходной информационной шиной программного блока, выход программного блока соединен с первым входом блока управления, от,гичаюгггееся тем, что, с целью увеличения быстродействия устройства и расширения функциональных возможностей, в устройство введены первый и второй аналоговые мультиплексоры, блок фиксации отказов, блок уставок, пе 1)вый и второй блоки токовых ключей, первая и вторая схемы совпадений, первый и второй дешифраторы, шунтирующий ключ, при этом управляющий вход шунтирующего ключа соединен с первым выходом блока фиксации отказов, второй выод которого соединен с входом источника эталонного тока и с входом шунтирующего ключа, выход которого соединен с 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 контактны.; модулей соединены с входами второго блока токовых ключей, выход которого соединен с первым входом блока фиксации отказов, второй, третий и цетвертый входы которого соединены соответстенно с выходом второго аналогового мультиплексора, с вторым выходом блока управления и с выхолом измерителя, третий, чевертый и пятый выхолы блока фиксации отказов соединены соответственно с третьим, входом блока регистрации, с вторым входом блока управления и с первыми входами первой и второй схем совпаленпя, вторые входы которых соединены с соответствуюгцими выходами первого и второго лешифраторов, выходы первой и второй схем совпадения соединены с адресными входами соответствующих аналоговых мультиплексоров и с управляющими вхолами соответственно первого и второго блоков токовых ключей, информационные входы первого и второго аналоговых мультиплексоров соединены с соответствукщими потенциальными зондами со 1323)Я 7ответственно первого и второго блоков токовых ключей, выход первого аналогового мультиплексора соединен с первым входом измерителя, входы первого и второго дешифраторов соединены с соответствующими выходами соответствующих первого и второго регистров, вход программного блока соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с входом блока уставок, выход которого соединен с вторым входом измерителя.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что блок фиксации отказов содержит временной формирователь, выходной регистр, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой 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 шиной, соединенной с 5-входами первого и третьего триггеров и с вхо дами временного формирователя, выходы которого соединены соответственно со стробирующими входами временного селектора, блока контроля тока, блока контроля измерителя, блока обнуления, с 5-входом второго триггера и с управляющим входом выходного регистра, соединенные между сооой Я-входы триггеров соединены с третьим входом блока, 5-входы четвертого, пятого и шестого триггеров соединены соответственно 10 с выходами ьременного селектора, блокаконтроля тока и блока контроля измерителя, выходы четвертого, пятого и шестого 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 20 тока, выходом регистра, выходной шинойпервого и второго триггеров, выходом олока обнуления, четвертый вход блока соединен с входом олока контроля измерителя.