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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Art.
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Solche
Platinentesteinrichtungen dienen dazu, bestückte oder unbestückte Platinen
mit Nadeln auf Kontaktflächen
zu kontaktieren. Die Nadeln sind an eine elektrische Meßvorrichtung
angeschlossen, die zwischen kontaktierten Flächen der Platine elektrische
Messungen vornehmen kann, wie z. B. Widerstandsmessungen, Kapazitätsmessungen,
Induktionsmessungen und dergleichen. Damit können auf unbestückten Platinen
die Leiterbahnen auf Durchgang geprüft werden und bei bestückten Platinen können die
bestückten
Komponenten auf korrekte Verlötung,
Funktion und dergleichen geprüft
werden. Für
die Produktionskontrolle elektronischer Geräte sind Platinentestvorrichtungen
unverzichtbar.
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Die
Nadeln sind über
der Platine parallel zu dieser verfahrbar, damit beliebige Kontaktflächen zur Kontaktierung
angefahren werden können.
Es können
beliebig viele Nadeln gleichzeitig verwendet werden. Als zu kontaktierende
Kontaktflächen
können Flächen auf
den Leiterbahnen oder auf den Komponenten verwendet werden, z. B.
auf den Anschlußbeinen
von IC's.
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Bei
gattungsgemäßen Platinentestvorrichtungen,
wie sie in der
DE
19503329 C2 oder
US 5850146
A beschrieben sind, sind die Nadeln in Schrägstellung
angeordnet, was den Vorteil bietet, nicht nur von oben auf die Platine,
beispielsweise auf eine Leiterbahn kontaktieren zu können, sondern auch
seitlich, z. B. gegen eine sehnig oder lotrecht zur Platine stehende
Fläche,
z. B. eine Fläche
auf einem Bein eines IC's.
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Bei
der heutigen, immer weiter steigenden Integrationsdichte von Komponenten
auf Platinen werden die zur Verfügung
stehenden Kontaktflächen immer
kleiner. Es ist eine hoch genaue Positionierung einer Nadel erforderlich,
um diese sehr kleinen Flächen
von z. B. unter 1 mm2 präzise treffen zu können.
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Die
anzufahrenden Kontaktflächen
werden aus dem Platinenlayout berechnet und der Antriebssteuerung
vorgegeben, die mit diesen Koordinaten, also mit X, Y-Koordinaten in der
Ebene der Platine, die Flächen
ansteuern kann. Sollen Flächen
auf Komponenten angesteuert werden, also Flächen, die oberhalb der Fläche der
Platine liegen, so kommt die Z-Koordinate hinzu, so daß die Flächen also
als dreidimensionale Raumkoordinaten anzusteuern sind.
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Wird
bei Platinentestvorrichtungen anderer Art mit lotrecht zur Platine
stehenden Nadeln gearbeitet, so reicht eine reine X, Y-Steuerung
aus. Die Nadeln fahren stets in Z-Richtung vor und können ohne
gezielte Ansteuerung eines Raum punktes so lange vorfahren bis sie
Kontakt finden. Bei der gattungsgemäßen Konstruktion mit schrägstehenden Nadeln
muß jedoch
stets die Raumkoordinate der Kontaktfläche berechnet werden, um unter
Berücksichtigung
der X, Y-Stellung des Nadelantriebes und der schrägen Vorschubrichtung
der Nadel die Kontaktfläche
treffen zu können.
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Hierbei
ergibt sich jedoch ein im Stand der Technik bisher ungelöstes Problem.
Die zuvor beschriebene Ansteuerung der Kontaktflächen mit Ermittlung von deren
Raumkoordinaten aus dem Platinenlayout funktioniert nur so lange,
wie die Platine ideal eben ist. Das ist jedoch nicht immer der Fall. Platinen
können
verbogen oder gewellt sein. Solche Verbiegungen können sich
durch herstellungsbedingte oder thermisch bedingte Spannungen ergeben.
Platinen können
sogar unregelmäßig gewellt sein.
Da die Platinen nur am Rand gehalten werden können, um den gesamten Flächenbereich
zur Kontaktierung freizulassen, können Verbiegungen in der Platinentestvorrichtung
nicht korrigiert werden. Insbesondere ergeben sich Verbiegungen
der Platine bei deren üblicher
waagerechter Halterung an gegenüberliegenden
Rändern.
Die Platine hängt
dann je nach Materialsteifigkeit und Belastung durch. Diese Belastung
kann bei Bestückung
mit sehr schweren Komponenten ganz erheblich sein. Es muß stets
mit Abweichungen der Platine von der ideal ebenen Form von einigen
Millimetern gerechnet werden.
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Bei
bekannten gattungsgemäßen Platinentestvorrichtungen
muß zum
Ausgleich von Verbiegungen der Platine ein mittlerer Z-Wert der
Verbiegung zugerechnet werden. Da eine Platine aber gebogen durchhängt, ändert sich
die Z-Abweichung über
die Fläche
der Platine. Insbesondere ist dies auch bei gewellten Platinen der
Fall. Hohe Kontaktiergenauigkeiten lassen sich also nicht erreichen.
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Fährt bei
bekannten Platinentestvorrichtungen die Nadel schräg auf die
errech nete Raumkoordinate einer Kontaktfläche zu und liegt diese zu tief, so
fährt die
Nadel über
die Kontaktfläche
weg ins Leere. Es ergibt sich eine Fehlkontaktierung, die den Testablauf
erheblich stört
oder unmöglich
macht. Je flacher der Schrägwinkel
der Nadel ist um so störender
wird dieser Effekt.
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Aus
der
WO 02/08774 A1 ist
eine nicht gattungsgemäße Konstruktion
bekannt, bei der eine schrägstehende
Sonde mit einen Höhenantrieb
in Kontakt mit einem Kontaktpunkt auf eine Oberfläche gebracht
wird. Zur Steuerung der Fahrgeschwindigkeit wird laufend der Höhenabstand
zwischen der Sondenspitze und dem Kontaktpunkt gemessen und zwar
mittels einer aufwendigen Bildauswertung, bei der die Bilder der
Sondenspitze bzw. des Kontaktpunktes oder der Schatten der Sondenspitze
auf der zu kontaktierenden Fläche
gemessen werden. Es handelt sich dabei um eine relative Abstandsmessung.
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Aus
der
US 5812409 A ist
die nicht gattungsgemäße Konstruktion
einer Entnahmeeinrichtung bekannt, die mit konstantem Hub aus einem
Tablett Gegenstände
entnimmt. Liegt das Tablett auf seinem Tisch schräg, so wird
die Schräglage
mit Lichtschranken gemessen und die Tischhöhe verstellt, um eine korrekte
Entnahme zu ermöglichen.
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Die
JP 02130477 A zeigt
eine nicht gattungsgemäße Platinentestvorrichtung,
bei der eine schrägstehende
Nadel nach XY-Positionierung über
einer zu kontaktierenden Kontaktfläche von einem Z-Antrieb bis
zur Kontaktierung abwärts
gefahren wird. Nach Erkennen des Kontaktzeitpunktes wird der Z-Antrieb
noch eine geringe Zusatzstrecke abwärts gefahren, um die Nadel
mit vorgegebener Spannung anzupressen. Aus dem Vorschub in Z-Richtung
bis zur Kontaktnahme läßt sich
die Höhenlage
der Kontaktfläche
bestimmen. Die ermittelte Höhenlage
wird bei dieser Konstruktion für
den Kontaktiervorgang jedoch nicht benötigt, da die Nadel im Kontaktiervorgang
nur in Z-Vorrichtung bewegt wird. Die Kenntnis aller drei Koordinaten
der Kontaktfläche
vor Beginn des Kontaktiervorganges ist nicht erforderlich, da die Nadel
nicht in Schrägrichtung
bewegt wird. Die Vorteile des schrägen Nadelantriebes sind hier
nicht gegeben.
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Diese
bekannten Konstruktionen lassen sich für die vorbeschriebene Problematik
des gattungsgemäßen Standes
der Technik nicht verwenden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Platinentestvorrichtung
mit von Verbiegungen der Platinen unabhängiger Kontaktiergenauigkeit
auszubilden.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Gegenstands des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Unteransprüche
geben besondere Ausführungsarten
der Erfindung an.
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Erfindungsgemäß wird vor
dem Kontaktiervorgang der Abstand der Platine zur Stellebene gemessen.
Hängt die
Platine durch, so wird dies ermittelt und die anzufahrende Raumkoordinate
der Kontaktfläche
entsprechend korrigiert. Damit lassen sich auch sehr kleine Kontaktflächen genau
treffen. Da die Durchhängetiefe
der Platine gemessen wird, wird die Treffgenauigkeit unabhängig von
eventueller Verbiegung der Platine.
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Es
können
beliebige Abstandsmessvorrichtungen verwendet werden, z. B. mechanische
Fühleinrichtungen,
optische oder akustische Abstandsmeßeinrichtungen. Z. B. können die
auf diesem Gebiet üblichen
Lasertriangulationsmeßeinrichtungen verwendet
werden. Vorzugsweise sind jedoch die Merkmale des Anspruchs 2 vorgesehen.
Auf diese Weise können
die Nadelantriebe nach Umsteuerung auf lotrechte Stellung der Nadel
als Abstandsmeßeinrichtung
verwendet werden. Aus dem Fahrweg der Nadel aus einer bekannten
Nullstellung heraus bis zur Kontaktierung, die über die Meßeinrichtung ermittelbar ist,
läßt sich
die Höhenlage
der Platine ermitteln. Eine gesonderte Abstandsmeßeinrichtung kann
hierbei entfallen, so daß die
Konstruktion vereinfacht wird.
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Vorteilhaft
sind die Merkmale des Anspruchs 3 vorgesehen. Dabei reicht eine
einzige Messung, vorzugsweise in der Platinenmitte. Aus der bekannten
Biegekurve läßt sich
dann für
alle Punkte, also alle zu kontaktierenden Kontaktflächen die
exakte Höhenlage
errechnen.
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Alternativ
kann gemäß Anspruch
4 an mehrere Punkten der Platine der Abstand gemessen werden und
daraus durch Interpolation das Abstandsprofil der Platine für alle Punkte
ermittelt werden. Hiermit können
auch unregelmäßig verbogene (gewellte) Platinen
genau vermessen werden.
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Die
Abstandsmessung der Platine muß vor der
Kontaktierung erfolgen, da der Abstands-Meßwert Voraussetzung für genaue
Kontaktierung ist. Vorzugsweise sind dabei die Merkmale des Anspruchs
5 vorgesehen. Vor Beginn der elektrischen Messung wird die Abstandsbestimmung
durchgeführt
und daraus die Biegeform der Platine ermittelt. Mit diesem Ergebnis
können
nachfolgend alle elektrischen Messungen, also alle Kontaktierungen
von Kontaktflächen
korrekt durchgeführt
werden.
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Vorteilhaft
sind die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen. Wenn während der
elektrischen Messung Abstandsmessungen vorgenommen werden, so können auch Änderungen
der Durchbiegung einer Platine während
der Messung berücksichtigt
werden.
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In
der Zeichnung ist in einer einzigen 1 die Erfindung
beispielsweise und schematisch in Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Platinentestvorrichtung
dargestellt.
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1 zeigt
in Seitenansicht eine Platinentestvorrichtung 1, die mit
zwei lotrechten Säulen 2 auf eine
Fläche
beispielsweise der dargestellten Tischplatte 3 aufgestellt
ist. Mit zwei Aufnahmen 4 trägt die Platinentestvorrichtung 1 in
genauer Positionierung eine Platine 5, die nach beendetem
Testdurchlauf gegen die nächste
zu testende Platine wechselbar ist. Die Platine 5 wird
auf den Aufnahmen 4 an gegenüberliegenden Rändern gehalten,
damit ihre Flächenbereiche
zum Testen frei zugänglich
sind. Im dargestellten Ausführungsfall
wird die Platine nur von oben getestet. Es kann jedoch in nicht
dargestellter Weise die Platinentestvorrichtung 1 auch
so ausgebildet sein, daß sie
zusätzlich
auch von unten testet.
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Parallel
zur Platine 5 bzw. der durch die Aufnahmen 4 vorgegebenen
Fläche
ist von den Säulen 2 im
Abstand über
der Platine 5 eine Stellplatte 6 gehalten. An
deren Unterseite, der Stellebene 7, ist ein Halterungsantrieb 8 vorgesehen,
der in Richtung des Pfeiles, also in Richtung der Stellebene 7 und
somit parallel zur Platine 5 verfahrbar ist und dazu von
einer Antriebssteuerung 10 über eine Leitung 9 gesteuert
wird. Vorzugsweise ist der Halterungsantrieb 8 in X- und
Y-Richtung in der
Stellebene 7 verfahrbar um alle Flächenpunkte anfahren zu können.
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Der
Halterungsantrieb 8 trägt
einen Winkelantrieb 11, der über eine Leitung 12 von
der Antriebssteuerung 10 steuerbar ist zur Winkelverstellung
eines Nadelantriebes 13, der wiederum über eine Leitung 14 von
der Antriebsteuerung 10 steuerbar ist.
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Der
Nadelantrieb 13 ist zum Vorschub einer Nadel 15 in
Nadelrichtung ausgebildet. Die Nadel 15 ist über eine
Leitung 16 an eine Meßeinrichtung 17 angeschlossen,
die elektrische Messungen an von der Nadelspitze 18 kontaktierten
Stellen der Platine 5 ausführen kann.
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Wie
dargestellt, können
die Antriebssteuerung 10 und die Meßeinrichtung 17 Teil
eines Computersystems 19 sein. Als Beispiel, zur vereinfachten zeichnerischen
Darstellung, ist die Platine 5 mit nur einer Komponente 20 bestückt, die
eine schrägstehende
Kontaktfläche 21 aufweist.
Diese Kontaktfläche 21 soll
mit der Nadelspitze 18 kontaktiert werden, um eine elektrische
Messung durchzuführen.
Dazu ist die Platine 5 auch an anderer Stelle kontaktiert, beispielsweise
von den Aufnahmen 4 an Massepunkten auf der Unterseite
der Platine 5. Üblicherweise
erfolgt die zweite Kontaktierung jedoch ebenso wie die dargestellte
Kontaktie rung auf einer anderen, nicht dargestellten Kontaktfläche auf
der Oberseite der Platine 5 mit einer weiteren Nadel, die
mit entsprechenden Einrichtungen 8, 11, 13 unabhängig von
der in der 1 dargestellten Nadel verfahrbar
und positionierbar ist.
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Aus
den Konstruktionsdaten der Platine 5, also dem Platinenlayout,
ist die genaue Lage der Kontaktfläche 21 bekannt. Auch
ihre Winkellage ist daraus bekannt. Diese Daten liegen der Antriebssteuerung 10 vor
und diese kann entsprechend den Halterungsantrieb 8, den
Winkelantrieb 11 und den Nadelantrieb 13 derart
steuern, daß die
Raumkoordinate des Mittelpunktes der Kontaktfläche 21 beim Vortrieb
der Nadel 15 in Nadelrichtung angefahren wird. Bei der
dargestellten Ausführungsform
mit Winkelantrieb 11 läßt sich
der Schrägwinkel
der Nadel so einrichten, daß die
Kontaktfläche 21 möglichst
senkrecht kontaktiert wird.
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Die
in 1 mit ausgezogenen Linien dargestellte Platine 5 hängt unter
ihrem eigenen Gewicht zwischen den Aufnahmen 4 durch. Dies
ist in 1 zur Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt. Würde die
Platine nicht durchhängen,
weil sie beispielsweise aus erheblich steiferem Material gefertigt wäre oder
mit leichteren Komponenten bestückt
wäre, so
wäre sie
im Idealzustand völlig
eben, wie anhand der gestrichelt dargestellten Platine 5' ersichtlich.
Wird in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung des Nadelantriebes 13 die
Nadel vorgefahren, so trifft sie nicht die Kontaktfläche 21' auf der ebenen
Platine 5',
wie die Figur deutlich zeigt. Die Raumkoordinaten der Kontaktfläche 21' sind ganz andere.
Der Nadelantrieb müßte durch
Verstellen des Halterungsantriebes 8 in die gestrichen
dargestellten Stellung gebracht werden. Es könnte auch der Winkelantrieb 11 entsprechend
verstellt werden.
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Aus
dieser Erläuterung
ergibt sich, daß sich für unterschiedlich
gebogene, bzw. durchhängende Platinen 5, 5' unterschiedliche
Raumkoordinaten für Kontaktflächen ergeben.
Die aus dem Platinenlayout bekannten Koordinaten beziehen sich auf
den ebenen Idealzustand der Platine, der in 1 gestrichelt mit 5' dargestellt
ist.
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Platinen
können
unterschiedlich durchhängen.
Dabei ergibt sich, wie die Platine 5 in 1 zeigt,
in der Mitte eine stärkere
Höhenabweichung als
an den Rändern.
Platinen können
unter Umständen
auch gewellt sein.
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Um
dies zu korrigieren sieht die Erfindung eine Abstandsmeßeinrichtung 25 vor,
die im Ausführungsbeispiel
in der Stellebene 7 verfahrbar angeordnet ist und beispielsweise
mit einem optischen oder akustischen Strahl 26 den Abstand
der Platine 5 von der Stellebene 7 ermittelt.
Die Abstandsmeßeinrichtung 25 kann über die
gesamte Fläche
der Platine 5 verfahren werden und an vielen Stellen Abtandsmessungen
vornehmen. Diese werden der Antriebssteuerung 10 über die
Leitung 27 gemeldet und ermöglichen dieser durch Interpolation
der Meßwerte
die Berechnung der exakten Höhenlage
aller Punkte der Platine 5. Somit kann auch die genaue
Höhenlage der
Kontaktfläche 21 bzw.
der Kontaktfläche 21' ermittelt werden,
so daß je
nach Durchbiegung diese Kontaktfläche entweder in der Stellung 21 oder
in der Stellung 21' korrekt
angefahren werden kann. Dies gilt auch für alle weiteren, nicht dargestellten,
auf der Platine 5 anzufahrenden Kontaktflächen.
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Es
kann auch in nicht dargestellter Weise mit einer fest angeordneten
Abstandsmeßeinrichtung
in der Mitte der Platine mit einem Strahl 26' die Durchbiegung der Platine 5 gemessen
werden. Mit der aus der Baustatik bekannten Durchbiegekurve einer
Platte kann sodann für
jeden Punkt der Platine 5 die Höhenabweichung ermittelt werden.
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In
einer anderen Ausführung
kann unter Weglassen der Abstandsmeßeinrichtung 25 der
Nadelantrieb 13 als Abstandsmeßeinrichtung verwendet werden.
Er wird dazu mit dem Winkelantrieb 11 in die lotrechte
Stellung 13' gebracht,
und zwar über
einer kontaktierbaren Stelle der Platine 5, beispielsweise über der
Kontaktfläche 21, 21'. Nun wird die
Nadel aus einer Ruhestellung mit bekannter Höhenlage so lange abwärts gefahren
bis die Meßeinrichtung 17 Kontakt
feststellt. Aus der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrzeit der Nadel
läßt sich
in der Antriebsteuerung 10 der Fahrweg ermitteln und somit
die Höhenlage
der Kontaktfläche 21 bzw. 21'. Bei Verwendung eines
Schrittmotors für
den Nadelantrieb 13 können z.
B. auf einfache Weise die Schritte gezählt werden. Durch Verfahren
des Halterungantriebes 8 in der Stellebene 7 lassen
sich beliebig viele Abstandsmessungen an unterschiedlichen Punkten
der Platine 5 vornehmen, so daß z. B. auch bei unregelmäßiger Verformung
das genaue Höhenprofil
vermessen werden kann.
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Die
geschilderte Abstandsmessung der Platine 5, zur Ermittlung
deren genauer Höhenlage
läßt sich
vorzugsweise zu Beginn eines Testvorganges nach Auflegen der Platine
vornehmen. Es wird in einer der genannten Ausführungsformen das Höhenprofil
der Platine bestimmt und die Antriebsteuerung 10 kann aus
den bekannten Orten der anzufahrenden Kontaktflächen, die sich aus dem Platinenlayout ergeben
und aus dem gemessenen Höhenprofil
der Platine für
alle Kontaktflächen
die exakten Raumkoordinaten bestimmen, um die Kontaktflächen exakt mit
der schrägstehenden
Nadel 15 anfahren zu können.
Anschließend
wird mit der elektrischen Messung, also dem Kontaktieren der Kontaktflächen zur Bestimmung
der ordentlichen Funktion der Platine 5 begonnen.
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Abstandsmessungen
können
jedoch auch während
der elektrischen Messung der Platine vorgenommen werden. Wird die
berührungsfrei
arbeitende Abstands meßeinrichtung 25 verwendet,
so kann diese beispielsweise laufend während des Testbetriebs Abstandsmessungen
vornehmen. Damit kann die genaue Höhenlage der Platine während des Betriebes überwacht
werden, um gegebenenfalls die Raumkoordinaten zu korrigieren. Das
kann beispielsweise erforderlich sein, wenn sehr viele Nadeln gleichzeitig
von oben die Platine 5 kontaktieren und sie mit ihrer Kontaktierkraft
zusätzlich
nach unten biegen.
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Ist,
wie bereits erwähnt,
eine Kontaktierung der Platine von unten vorgesehen, wobei der in 1 oberhalb
der Platine 5 vorgesehene Aufbau gespiegelt unter ihr vorzusehen
wäre, so
können
entsprechend die Raumkoordinaten mittels Abstandsmessung korrigiert
werden, um Durchbiegungen auszugleichen. Das gleiche gilt für Platinentestvorrichtungen,
die eine beidseitig bestückte
Platine gleichzeitig von oben und von unten kontaktieren.