Устройство для контроля интегральных схем
О П И С Л Н И Е 11а99ОЗ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалмстнческих
Республик (61) Зависимое от авт, свидетельства (22) Заявлено 22.04.71 (21) 1648280 18-24 (51) М. Кл. G 06f 15/46 с присоединением заявки (32) Приоритет
Опубликовано 15.03.74. Вюллетень ¹ 10
Дата опубликования описания 12.08.74
Государственный комитет ьовета Министров СССР оа делам изобретении и открытий (53) УДК 620.179.13 (088.8) (72) Лвтор изобретения
И, A. Майссв (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЪ|Х СХЕМ
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 ин i егральных схем, содержащее носигель информации, связанный с первым входом блока сравнения и блоком задания режимов питания, выход которого подсоединен к интегральной схеме, инфракрасный радиометр, установленный над узлом перемещений платы с интегральной схемой и подсоединенный ко второму входу блока сравнения, выход которого подключен к блоку индикации 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 cхем из-за экранизации в рабочем режиме нижних слоев верхними.
Устройство отличается тем, что в него введены блок формирования алгоритма разогрева участков интегральной схемы с помощью дозированных по мощности импульсов электрического тока, причем выход блока формирования связан с носителем информации, и синхронизатор перемещений носителя информации, закрепле нный на валу привода узла перемещений платы.
Это позволяет повысить 1очность и скорость контроля плат, чему способствует охлажде5 ние нагреваемых участков схемы потоком воздух:в.
На фиг. 1 изображена общая блок-схема устройства; 03 ф1II . 2 — i1 l,тая карет ка. ро Iliки для закрепления платы и коробки с нор10 мирующими резисторами; на фиг. 3 — кривые, поясняющие работу блоков устройстьа.
На фиг. 1 изображены: 1 — вал, 2 — испь.туемая плата, 3 — зубчатый барабан, 4 — магнитная лента, 5, б, 7 — магнитные головки, 15 8 — блок формирования импульсов программного управления, 9 — ключ ручных команд, 10 — коммутатор; 11, 12 — блоки формирования токовых импульсов, 13 — блок задержки, 14 — блок вычитания, 15 — блок срaâíення;
20 16, 17, 18 — переходные коробки с набором нормирующих элементов, 19 — источник питания испытуемых плат; 20, 21 — аттешоаторы, 22 — счетчик импульсов; 23, 24 — триггерные реле; 25 — 32 — переключатели; 33 — видеокон25 трольное устройство (ВКУ), 34 — многоуровневый дискриминатор; 35 — блок импульсов засветки; 36 — переключатель; 37 — блок управления работо"! фотоустройства; 38 — фотоустройство; 39 — откидной тубус, 40 — 42 — вы30 воды на исполнительную автоматику; 43, 44—
419903 большое н малое зеркало об.ьектива Кассегрена; 45 — черное тело; 46 — — модулятор;
47 — электродвигатель; 48 — — приемник инфракрасного излучения; 49 — избирательный усилитель; 50 — детектор; 51, 52 — кулачки;
53 — пружина; 54 — малая каретка; 55 — направляющие; 56 — большая каретка; 57 — червяк; 58 — шестерня; 59 — пружина; 60 — 62— отверстия; 63 — 64 — фотоэлектрические датчики; 65 — миниатюрная осветительная лампа;
66 — электродвигатель с редуктором; 67 — магнитная муфта; 68 — барабан ручных перемещений; 69 — шкала; 70 — переключатель;
71 — опорный валик; 72--- наконечник; 73-перфорационные отверстия на магнитной ленте; 74 — свободная петля магнитной ленты;
75 — кассета; 76 — воздуходувка; 77 — регулятор скорости потока; 78, 79 — трубопроводы;
80 — клапан; 81 — трубопровод; 82 — вставная рамка; 83 — откидная рамка; 84 — шарнир;
85 — слой пластика, 86 — выводы испытуемого плато; 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 персходной коробки; 95, 96 — контакты, 97 — штыревые контакты; 98 — приемный лоток; 99-— резистор. Стрелками Л, b, В обозначены потоки воздуха.
Инфракрасный радиометр состоит из блоков 20, 43 — 50, узел для перемещения плат-из блоков 52 — 72, воздухопровод — из блоков
76 — 81, блок задания режимов электрического питания — из блоков 16 — 19, 25, блоки сравнения — из блоков 6, 7, 14, 15, 21, 28, 29, блок выдачи сигналов отбраковки и сортировки — из блоков 22 — 24, 34, носитель 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 Х и У закреплен зубчатый барабан 3, который протягивает магнитную ленту 4 с трехдорожечной записью через магнитные головки 5, 6, 7 записи, считывания и стирания сигналов. Головка 5 записывает, считывает и может стирать командные сигналы на выдачу токовых импульсов для разогрева участков схемы; головка 6 — эталонный сигнал, получаемый от сканирования образцовои схемы; головка
7 — сигнал с величинами допусков на отклонение значений тепловой радиации от каждого участка схемы по линиям сканирования.
Блок 8 формирует импульсы программного управления. Оп снабжен ключом 9 подачи ручных команд при составлении алгоритма разогрева участков схемы на плату 2. Коммутатор
10 — 14 выдает разогревающие импульсы па выводы платы 2. Он состоит из собственно коммутатора 10; блока 11 формирования токовых импульсов на подготовительное пере5
65 ключение контактов коммутатора в моменты перехода механического скшшру.ощсго устройства на нечетные строки сканирования; блока 12 формирования и выдачи токовых импульсов, постоянных по величине и времени, по командам, получаемым 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 сканирующего устройства на новый кадр сканирования. Ь.|ок сканирования вырабатывает разностпый сигнал от вычитания записанного на магнитную лепту 4 эталонного сигнала из сигнала от испыгуемой платы. Ьлок 15 сравнивает полученный разностный сигнал с записанным на третьей дорожке магнитной ленты 4 сигналом с величинами допусков на дозволяемое отклонение значений тепловой радиации от каждой точки платы 2 по линиям сканирования. Сменные переходные коробки 16, 17, 18 содержат наборы резисторов, с помощью которых нормируется питание, подаваемое на выводы исныгуемого плато от специального блока питания 19 через коммутатор 10. Набор рсзисlоров в коробке 16 оптимизирует мощность каждого импульса, подающегося на разогрев участков платы 2; коробка 17 содержит набор элементов — резисторов и конденсаторов-развязок, обеспечивающих форсированный разогрев всех элементов плато; коробка 18 также содержит набор элемсцтов, обеспечивающих, например, обы шый постоянный рабочий режим питания схемы, либо, в целях большей информативности, рсжим с какими-либо целенаправленными коррективами. 1(алиброванный аттешоатор 20, являющийся сочетанн=м ступенчатого и плавного аттешоаторов, позволяет регулировать уровень сигнала, поступающего на запись в головку 6 или в блок i4.
Подобный же аттенюатор 21 позволяет изменять уровень сигнала, идущего на запись в головку 7. Счетчик импульсов 22 ведет счет импульсов с выхода блока 12 и подает сигналы па триггерпое реле 23 — сигнал «годная».
Триггерное реле 24 срабатывает по сигналу блока 15 — сигналу «брак». Переключатель 25 позволяет автоматически или вручную осуществлять перевод питания исследуемой схемы на все режимы разогрева. Переключатель
26 позволяет подавать командные импульсы на запись в головку 5 либо непосредственно в блок 12. Переключатель 27 — для отключений блока 11, что целесообразно делать, например, при выполнении работ по программированию. Трехпозициопный переключатель 28 позволяет подавать входной сигнал ца головку 6, в блок 21 или ставить переключатель 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 позволяют осуществлять нужные коммутации для подключений видеоконтрольпого устройства 33, многоуров419903 невого амплитудного дискриминатора 34 и блока формирования импульсов засветки 35.
Переключатель 36 позволяет переключать синхронизацию блока кадровой развертки в!тдеоконтрольного устройства 33 на синхротизацию от фотодатчиков 63 и 64. Блок 37 по командам фотодатчика 64 управляет работой фотоустройства 38, закрепленного на откилном тубусе 39. С выходов 40, 41 и 42 сигналы поступают на исполнительную автоматику устройства.
Преобразование параметров теплового поля поверхности испытуемой схемы в электрический сигнал осуществляется инфракрасным радиометром, состоящим из большого 43 и малого 44 зеркал OTpa Механическое сканирующее устройство лля перемещений испытуемых плат по Х и У имеет два кулачка 51 и 52 с симметричными ра60чими поверхностями. Кулачок закреплен па приволном валу 1 и riepe ieiikaeT по;тпву?киненнуто пружинами 53 ?iaлую каретку 54 по 1;аправлятошим 55, закттеплепттым в большо "i каретке 56. Кулачок 52 связан с валом 1 чет? з червячно-шестерепчлтуто пару 57 — 58 и перемешает почпружиненпую пружинами 59 большую каретку 56 по паправляюптим, одной из которых является сам вал 1. Кажльш из кулачков 51, 52 жестко скреплен с дисковым модулятором. На одном из дисков имеется отверстие 60, на лрчгом, которым служит диск самой шестерни 58, — отверстия 61 и 62. Через эти отверстия при соответствующем положении кулачков 51., 52 свет попадает на фотоэлектрические датчики 63, 64 сигналов синхронизации блоков развертки видеоконтрольного устройства 33. Фотолатчики засвечиваютrIaлОгабаритт1ыми электрола!|!почками. Оллна из которых 65 показана на чертеже. Электродвигатель с релуктором 66 соединен с приводным валом 1 через магнитну;о муфту 67. На валу 1 закреплен также барабан 68 л,чя возможности проворотов вала рукой. Барабан имеет шкалу 69, что позволяет производи ь отсчет ручных перемещений малой каретки и точно знать ее текущие координаты. Переклточатель 70 разрывает цепь питания магнитной муфты, чем расцеп,чяет 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 нарушения передачи движения малой каретке от кулачка 51. Усилие от кулачка 52 к большой каретке передается через штангу с миниатюрным шарикоподшипником или трудноистирающимся опорным наконечником 72. ЗО Чтооы IIOKлточпть возможность пробуKco bIВания ilт ЯГПIIтной,чет!ты -| по поверхности ведущего б"-.ðaáai.а 3, барабан выполнен с зубьями, вхоля.цпмц в перфорациопнь!е отверстия 73 на магнитной ленте. Магнитная лента склеена в кольцо, л свободная петля 74 ленты автоматически уклялывается петлями в рабочей камере безообипной кассеты 75. Чтобы лента 4 после ее надевания на зубья барабана 3 не моглл соскакивать во время ручных перемсщсншт валя 1 в одну и другую cTop0kI?, что п|?их;)дцтся дРллт!. при прогря.|1мировлнпи, ня барабане 3 предусмотрена откидная прРдохрлтт!11 Р,чьи яя нл1 лялIтя, !те кяс<1ющаяся поверхности ленты при ее рабочем пролвижении (нс указана на чертежах). Устройство имеет воздуходувку 76, снабженную регулятором 77 скорости потока и трубопроводами 78 н 79,чля охлаж,!Рння псслелуеMbira плат с одной и лву; сторон, а также сттабжено клапаном 80 и трубопроводом 81 для автоматического съема псслелованных плат потоком воздуха. На Ani.. 2 изображена в разрезе малая каретка 54, съем!!Ля BcTabiiai! рамка 82 с печатной схемой лля разводки тока нл выводы испытуеътой схс .ты, Р, кпдтIля рлмкл 83 с IIIapпиром 84 лля ппост ?лпстветт!того opneIITnponания испь!туемых nlai 2. которые явтомятичеСКИМ ЗЛГРУЗОЧНЫМ УСтРО " СтВОМ Ik lÈ Втт |"11!У!0 уклалывлтотся в ориептпруюп ее углубление окна рамки 83. Р".мкя 83 покт|ыта слое» пластика 85 пя котором оказываются выводы 86 исслелуе лой 1 .l a Tû. После перемещения р амки 83 в веп;пее голо?кение платя 2 принимает IipocTpa!1cTBe;II!00 положение. пеобхолпмое лля осуществления aâòîматпческого контроля, а ее вьтвольт 86 оклзьтвятотся плотно пр!ттистт тыми к вьтхолт ым контактам 87 рамки 82. Подвочкя пита-т|тя ттл выходные контакты 8 рамки 82 осуществляется .. Погожпльным n6?резиненпт-.iik и| оно. тшко;т 89 с утолщениями 90, 91 по копия». Утолтт!ение 90 предохраняет изолиоовантт=те друг от чругя жичы 92 от ттоврежлепий, которые могут вызвать перемеiklcние кя зстот . Ч 06ьт изne?I ять появ, !ения Ви6 рации ттроволттпка 89. котовые могут быть вызваны бт.тстры,тп возвратно-поступательными перемешспия. и клреток и которые могут привести к поврежлетптю жи,ч 92, пооволттик дополнительно фттксит|ован муфтой 93, положение которой пяхолят опытным путем. Сама муфта 93 удерживается держателем (!те показан на чертеже!. В перехол с|й коробке содержится лва ряла контактов 95 и 96, я также штыревые контакты 97. Стрелкахтп А и Б обозначен охлажллтотций поток воздуха из трубопроволов 78, 79: стрс.чкой  — поток воздуха из канала 81. После окончания лиягттостики, когда открывается клапан 80. слабый поток воздуха слегка приподнимает плату пал краями окня рл ?тетт 83. и и чятя плавно соскальзывает по пластиковому слою 85 на приемный пластмассовый лоток 98. Резистор 99 нормирует мощность импульса при импульс419903 10 ном разогреве элементов контролируемой платы. Для составления и записи оптимально-временного алгоритма подачи разогревающпх импульсов на элементы исследуемой схемы поступают следующим образом: переключателем 70 обесточивают муфту 67 и вращени".ì барабана 68 подводят нужный участок испытуемой платы под объектив; переключачечc.ì; 26 соединяют блок 8 с блоком 12; нажати=м на ручной ключ 9 через коммутатор 10 посылают импульс в коробку 16; чтобы импульс прошел на элемент испытуемой электронной схемы и в то же время не испортил ее, импульс нормируют по мощности, что делают впаивая в соответствующие конгакты переходной коробки 16 резистор соответствующего номинала; величину номинала подбирают, пользуясь калиброванным потенциометром или магазином сопротивлений; постепенно увеличивая мощность импульса, величину нагрева участка платы доводят до оптимально возможной, контролируя температуру инфракрасным радиометром и наблюдая на экране видеоконтрольного устройства 33 амплитуду сигнала; при этом каретки 54 — 57 остаются неподвижными и радиометром следят за наиболее сильно прогреваемой точкой испьпуемой платы; наблюдая динамику разогрева участка после подачи импульсов, каждый из которых подают после соответствующего охлаждения платы, замеча от время, требу:ощееся на прогрев после подачи разогревающего импульса; зная это время и зная рабочую скорость движения магнитной ленты 4, записывают командный сигнал на ленту, подводя нужное место ленты к головке 5 и нажав ключ 9 при положении переключателя 26, поставленном на запись. Б случае если положение метки команды на магнитной ленте нужно изменить, то старый командный сигнал стирают и записывают новый на уточненном месте. Для осуществления краткосрочного форсированного режима питания исследуемой схемы в сменную переходную коробку 17 впаивают соответствующим образом подобранные нормирующие элементы, после чего переключающую гребенку многоканального переключателя 25 можно включить на расчетное количество секунд в положение, при котором все элементы схемы (на которые при этом попадает разогревающий ток) разогреваются форсированно. Программа диагностики может предусматривать многократное сканирование схемы и ее многократный форсированный разогрев. Набором нормирующих элементов сменной коробки 18 может обеспечиваться и нормальный рабочий режим схемы с питанием от блока 19. Для выполнение записи эталонного сигнала сканируют образцовую схему, поставив аттснюатор 20 в соответствующее положение, а переключатель 28 — в положение на запись через головку 6. Эталонный сигнал, записан15 65 ный головкой 6 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 сканирования. Здесь могут быть два случая. Первый и простейший случай, когда все величины полей 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. Втс рой случай — когда пропорциональным уменьшением 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 знанием технологии, материалов, из которых выполнена схема, требований к стабильности испытуемой схемы, знания допустимого для данного конкретного участка поверхности cx| û 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 много, заполнение третьей дорожки ведут покусочпо— многократно останавливая, запуская и возвращая ленту, манипулируя аттенюатором в соответствии с замыслом. Работу электрической схемы автомата поясняют 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, поступающего 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. Вычитание 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 разностного сигнала с величинами допусков на отклонение значений тепловой радиации от каждой точки по линии сканирования, что выполняется блоком 15. Наличие горба на кри419903 Я 55 вой g означает появление на выходе блока 15 сигнала «брак». Этот сигнал, когда его величина превышает уровень шумов схемы, чi î отмечено на кривой g пунктира.i, будет ол ечен триггерным реле 24, выдающим сигllял !i элементы исполнительной автоматики, подключенной к выходу 40. Если за время испытания схемы во всех запрограммированных режимах сигнала «брак» не последует, то по сигналу командных llмпульсов на ленте 4 через головку 5 и блок 12 на счетчик импульсов 22 поступит сигнал, состоящий из цуга импульсов, записанных программистом на ленту 4 с той целью, чтобь1 исчерпать емкость счетчика 22 и по выданному им сигналу через триггерное реле 23 выда1ь на 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 il: коммутатор 10 при этом останавливается на холостом контакте, с которого токовые импульсы поступать куда-либо на испытуемую плату не могут. Самоконтроль работоспособности автомата осуществляется испытательным сканированиемм образцовой платы. При этом, если все узлы и блоки, а также качество записи ца ленТр. 4 B норме, To c выхода 41 поступает ком
Для наблюдения и регистрации засореш асти контролируемой платы дефектами через переключатели 30, 31 блоки 34, 35 и персключатель 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 видеоконтрольцого устройства и их можно наблюдать и фотографировать. Для наблюдения и регистрации визуально. . картины распределения тепловых полей по 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 б4. Фоторегистрирование осуществляют с использованием блока 37. Для получения картины распределения тепловых полей поверхности испытуемой платы в изолиниях по одному или нескольким дискретным уровням теплового нагрева платы— выход блока 50 через элементы 30, 31, 35, 32 связывают со входом Z ВКУ 33, выполнив предварительно установку многоуровневого 35 амплитудно"o диск; импняторя 34 IIH желаемые урсвцп зясвс1 ки. Длл сартцраш;; плат Но нескольким группам в зявисимас111 ат величины дефектов и значений превышения допусков исполнительную автоматику присоединяют к выходам 42 многоуровневого амплитудного дискриминатора, установив предварительно желаемые уровHH срабатывания 1 яждаго I!3 триггеров> составляющих блок дискри;пшятора. Фиг. 2 полсцецо,;òî пормирующие элементы 99 могут быть вцял11ы непосредственно в короаку 94, цсрязъгмно скреплеш1ую с вставной 1; я икай 8? через проводник 89. Таким образом, гмссте с рамкой 82 будут одновремеп»о меняться ц наборы нормирующих элементов. Когда же цармнрующпе элементы удобнее ставить в сменные переходпыс коробки 1б, 17, 18, та в коробке 94 ставят закорачивающие перемычки. Полнота нерязрушяющего контроля плат с электронными схемамп в большой мере определяетсл тем. насколько полно при проектировании плат были удовлетворены требования диагпастпруeiiocTII и контролепригодности плат кяк 11я промежуточных этапах производства., тяк и 11я ка le I!oil стадии. Полнота диягцсстцруемых ссрийцых плат может быть достигнута, lianpllмер, путем снабжения плат греме шы"!I нлц настоянными дополнительными вывадямп и опорными точками, делаюпьлми возма>кным подачу разогревяющчх импульсов ца элсмс1!Tbl плат, требующие контроля. Прсдмет изобретения Устройство для контроля интегральных схем, содержяшсе носитель информации, связацць1й с первым входом блока сравнения и блокам "-.àëàíèë режимов питанця, выход которого пвисасдш1сц к интегральной схеме, инфра1 рясцый1 рядпометр, установленный над узлом переме1цгнц платы с интегральной с емай и падсаединеш1ый ко второму входу блока срявнепцл. выход которого подключен к блоку индикации и блоку выдачи сигналов сортировки и атбряковки, и воздухопровод для охлажде11пл платы. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельio повышения точности и оыстродействил устройства, в него введены блок формирования алгоритма разогрева участков интегральной схемы, выход которого через ключ ручных команд связан с носителем пцформя1ц1и. и синхронизатор перемещений носителя информации, закрепленный на валу приводя узла перемещений платы. 4I9903 Составитель Г. Лебедев Техред T. Курилко Корректор li. Учакииа Редактор H. Белявская Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1907/13 Изд. ¹ !383 Тираж б24 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4!5