测试装置、控制设备系统和用于测试的方法与流程

1.本发明涉及一种测试装置、一种控制设备系统和一种用于测试的方法。


背景技术：

2.迄今为止，电子结构元件或者印制导线结构中的由于电迁移由湿度引发的误差图像通常难以预测并且也在实验室中只能耗费地加以研究。这通常使得以下操作特别困难，即：实施基于明确的计算规则的基于知识的设计匹配，所述计算规则抑制了电子结构元件或印制导线结构中的不期望的误差图像。通常，类似困难的是在实验基础上用大量统计开发的、对于这样的有原因地引发的误差结构的建模。


技术实现要素：

3.面对这个背景，用在这里所介绍的方案提出根据独立权利要求所述的一种测试装置或者一种控制设备系统或者一种测试方法。在这里所介绍的方案的有利的拓展方案和改进方案从说明书中得出并且在从属权利要求中得到描述。
4.本发明的优点。
5.本发明的实施方式能够以有利的方式允许在短的时间间隔之内研究多个电子结构元件和/或印制导线结构中的电迁移。
6.根据本发明的第一方面，提出一种用于对电结构元件和/或印制导线结构、尤其是梳状结构进行测试的测试装置，其中所述测试装置具有多个用于分别接纳电结构元件并且/或者分别接纳印制导线结构的测试位置，其中所述测试装置还具有用于选择测试位置之一的选择机构，其中所述测试装置具有成行布置的电导线和成列布置的电导线，以用于给布置在所选择的测试位置处的电结构元件和/或布置在所选择的测试位置处的印制导线结构供给交流电压，其中所述测试装置具有z二极管，所述z二极管用于将相应的电结构元件和/或相应的印制导线结构在相应的测试位置处经由所述z二极管之一与电导线的行之一电连接起来，并且所述测试装置具有信号发生器，其中所述信号发生器被构造用于产生测试信号，该测试信号具有作为矩形信号与波形信号、尤其是正弦信号的和的电压信号，并且其中所述矩形信号的最大电压至少相应于所选择的测试位置的相应的z二极管的击穿电压，其特征在于电迁移机构，所述电迁移机构用于将直流电压信号加载到所述电结构元件和/或印制导线结构上，以便在所述电结构元件和/或印制导线结构中产生电迁移，其中所述直流电压信号的电压大于所选择的测试位置的相应的z二极管的击穿电压。
7.其中的优点是，能够在非常短的时间间隔之内研究多个电子结构元件或印制导线结构中的电迁移。因此，能够产生实验数据的非常高的统计。通过在行（zeile）与排（reihe）之间加载比z二极管的击穿电压大的直流电压这种方式，能够在多个电子结构元件和/或印制导线结构中产生电迁移，所述电迁移随后能够借助于测试信号来研究。所述电子结构元件和/或印制导线结构能够在加载用于产生电迁移的直流电压之后借助于行（linie）和列（spalte）来单个地测量。能够设想，所述电子结构元件或者印制导线结构彼此结构相同。然
而也能够考虑，所述电子结构元件或者印制导线结构在其结构类型方面分别彼此略微不同，由此当在所述电子结构元件或者印制导线结构中产生电迁移时能够研究动态性和/或非线性。
8.根据本发明的第二方面，提出一种用于机动车的控制设备系统，其中所述控制设备系统具有用于对机动车的至少几部分进行控制的控制设备和如前所述的测试装置，所述控制设备系统如此构成，从而与加载到所述控制设备的电结构元件和/或印制导线结构上的情况相比将更高的和/或更长时间地加载的直流电压信号和/或电场的更高的场强（例如通过更小的几何间距）加载到矩阵结构的电结构元件和/或印制导线结构上。
9.在此有利的是，所述矩阵结构能够作为牺牲性结构和/或测量结构用于在控制设备中进行可靠的故障预测并且由此用于尤其为自主的机动车对控制设备进行失灵预防。所述矩阵结构能够被安放在以下位置处，在所述位置处周围环境与在控制设备中相类似。所述矩阵结构能够被安放在环境参数对电迁移特别友好的位置处。因此，在所述控制设备的电结构元件或者印制导线结构失灵之前，所述矩阵结构的电结构元件或者印制导线结构失灵。由此能够及时地警告机动车的驾驶员，所述控制设备的失灵即将发生。被加载到所述矩阵结构或者电结构元件或者印制导线结构上的电场能够根据车辆类型特点加以应用，也就是说，受到机动车架构或者机动车结构影响的环境变量、比如平均的环境温度等等能够被纳入到预测性的失灵计算中。
10.根据本发明的第三方面，提出一种用于对在测试装置、尤其是如上所述的测试装置的测试位置处布置的电结构元件和/或布置的印制导线结构进行测试的方法，其中所述测试装置具有多个测试位置，所述测试位置用于分别接纳电结构元件并且/或者分别接纳印制导线结构，并且所述测试装置具有成行布置的电导线和成列布置的电导线，以用于给布置在所选择的测试位置处的电结构元件和/或布置在所选择的测试位置处的印制导线结构供给交流电压，其中所述测试装置具有z二极管，所述z二极管用于将在相应的测试位置处的相应的电结构元件和/或相应的印制导线结构经由所述z二极管之一与所述电导线的行之一电连接起来，其中所述方法包括以下步骤：借助于电导线的行和电导线的列将直流电压信号加载到一个或多个电结构元件和/或一个或多个印制导线结构上，以用于在相应的电结构元件和/或相应的印制导线结构中产生电迁移，其中所述直流电压信号的电压大于所述电结构元件和/或印制导线结构的相应的z二极管的击穿电压；借助于所述电导线的行和电导线的列来选择测试位置；并且给布置在所选择的测试位置处的电结构元件和/或布置在所选择的测试位置处的印制导线结构供给测试信号，所述测试信号具有作为矩形信号与波形信号、尤其是正弦信号的和的电压信号，其中所述矩形信号的最大电压至少相应于所选择的测试位置的z二极管的击穿电压。
11.在此有利的是，通过这种方法能够在非常短的时间段之内研究在多个电子结构元件或者印制导线结构中的电迁移。因此，能够产生实验数据的非常高的统计量。通过在行与排之间加载比z二极管的击穿电压高的直流电压这种方式，能够在多个电子结构元件或者印制导线结构中产生电迁移，所述电迁移随后借助于测试信号来研究。借助于所述方法，所述电子结构元件或者印制导线结构能够在加载用于产生电迁移的直流电压之后借助行和列来单个地测量。能够设想，所述电子结构元件或者所述印制导线结构彼此结构相同。
12.也能够将用上述方法来测试的电结构元件和/或用上述方法来测试的印制导线结
构用作用于控制设备的牺牲性结构。由此能够在所述控制设备的失灵即将发生之前及时进行警告。例如，能够借助于所述方法来选择电结构元件或者印制导线结构，所述电结构元件或者印制导线结构的构造相对于电迁移特别有抵抗力或者说有抵抗能力。这种电结构元件或者这种印制导线结构也能够是控制设备的一部分或者被装入该控制设备中，以便获得相对于电迁移特别有抵抗能力的控制设备。
13.关于本发明的实施方式的构想尤其能够被视为基于下面所描述的构思和认识。
14.本发明基于以下基本构想，即：借助于矩阵结构对多个电子结构元件和/或印制导线结构中的电迁移进行研究。
15.根据所述测试装置的一种实施方式，所述测试装置还包括用于对电结构元件和/或印制导线结构的电迁移结构进行检测的摄像头。在此有利的是，除了电测量之外，能够在技术上容易地以光学方式检测所产生的电迁移结构并且加以存储。尤其所述以光学方式检测的电迁移结构能够与环境变量一起用于优化电子结构元件和/或印制导线结构的化学的材料组成，以便使电迁移最小化。
16.根据所述测试装置的一种实施方式，所述测试装置还包括分类机构，该分类机构用于对由摄像头检测到的电迁移结构进行分类。在此有利的是，能够以统计方式容易地研究或分析所检测到的电迁移结构。因此，为了使电迁移最小化，能够在技术上容易地分析并且改进电结构元件或者印制导线结构的构造。
17.根据所述测试装置的一种实施方式，所述分类机构被构造用于通过机器学习对由摄像头检测到的电迁移结构进行分类。在此有利的是，所述机器学习系统能够提供用于改进电子结构元件或者印制导线结构的构造的建议，以便减少电迁移。这能够实现新颖的设计方案或者设计变化。
18.根据所述测试装置的一种实施方式，所述分类机构被构造用于将由摄像头检测到的电迁移结构分配给分形元并且/或者分别分配给一个分形的维度。在此有利的是，能够大大减少分类的类别的数量并且因此能够特别容易地实施统计分析。
19.根据所述方法的一种实施方式，以光学方式检测所述电结构元件和/或印制导线结构的电迁移结构。其中的优点是，除了对于所述电子结构元件或者印制导线结构的电测量之外，以光学方式检测所述电结构元件或者印制导线结构的变化并且能够加以存储。尤其所述以光学方式检测到的电迁移结构能够与环境变量一起用于优化所述电子结构元件和/或印制导线结构的化学的材料组成，以便使电迁移最小化。
20.根据一种实施方式，所述以光学方式检测到的电迁移结构尤其借助于机器学习来分类。其优点是，能够以统计方式在技术上容易地研究或者分析所述电迁移结构。因此，能够在技术上容易地分析并且改进所述电结构元件或者印制导线结构的构造，以便使电迁移最小化。借助于机器学习系统，能够产生用于改进所述电子结构元件和/或印制导线结构的构造的建议，以便减少电迁移。由此，机器学习系统的使用能够实现所述电子结构元件和/或印制导线结构的新颖的设计方案或者设计变化。
21.根据所述方法的一种实施方式，将所述以光学方式检测到的电迁移结构分配给分形元、尤其是朱利亚集合并且/或者分别分配给分形的维度。其中的优点是，通过这种方法大大降低分类的类别的数量。因此，能够特别容易地实施对于数据的统计学分析。
22.根据所述方法的一种实施方式，所述电结构元件和/或印制导线结构的至少一部
分不同地构造。其中的优点是，能够在短时间之内非常快速地研究或者测试所述电结构元件和/或印制导线结构的多个不同的设计/构造类型、尤其是所述电结构元件或者印制导线结构的基本构造的轻微变化。尤其如果所述电子结构元件和/或印制导线结构在其结构类型方面分别彼此细微地有区别，则当在所述电子结构元件和/或印制导线结构中产生电迁移时能够对动态性和/或非线性进行研究。
23.要指出的是，本发明的可能的特征和优点中的一些在此参照所述测试装置或者用于测试的方法的不同的实施方式得到了描述。本领域的技术人员认识到，所述特征能够以合适的方式组合、调整或者替换，以便实现本发明的其它实施方式。
附图说明
24.下面参照附图来描述本发明的实施方式，其中不仅附图而且说明书都不应视为对本发明的限制。
25.图1示出了测试装置的按本发明的第一种实施方式的示意性的平面图；图2示出了在对电子结构元件进行测试时的测试信号及所产生的电流的图表；并且图3示出了测试装置的按本发明的第二种实施方式的示意性的平面图。
26.附图仅仅是示意性的并且不是按比例的。相同的附图标记在附图中表示相同的或起相同作用的特征。
具体实施方式
27.图1示出了测试装置的按本发明的第一种实施方式的示意性的平面图。图2示出了在对电子结构元件和/或印制导线结构进行测试时的测试信号及所产生的电流的图表。
28.所述测试装置10被构造用于对多个电结构元件40-48和/或印制导线结构进行测试或者检验。所述电结构元件40-48例如能够是电容器，如这在图1中所示。线圈、电阻、电感等也能够用作电结构元件40-48。
29.所述测试装置10具有多个（例如几十个、几百个或几千个）测试位置20-28。每个测试位置20-28被构造用于接纳电结构元件40-48。也能够设想，在所述测试位置20-28处接纳多个电结构元件40-48。
30.所述测试装置10具有矩阵结构，其中所述测试装置10具有行11-13的电导线和列16-19的电导线。每个测试位置20-28分别与正好一个行11-13和正好一个列16-19电连接。每个测试位置20-28通过z二极管30-38与所述电导线的行11-13相连接，而每个测试位置20-28则在其之间没有其他元件的情况下（也就是径直地或者直接地）与电导线的列16-19相连接。通过这种方式，能够通过相应地选择相应的行11-13和列16-19或者对其供应交流电压来选择刚好一个用交流电压来供给的测试位置20-28。
31.所述行11-13能够与列16-19互换，也就是说，在本技术中被称为“行”的电导线能够是“列”，并且反之亦然。
32.在每个测试位置20-28处，所述电结构元件40-48能够布置在测试装置10中并且与电导线的行11-13和列16-19相连接。
33.所述测试装置10的行11-13与测试装置10的信号发生器50电连接，该信号发生器
产生呈测试信号的形式的交流电压。所述列16-19通过分流器60与地线相连接，所述分流器用于测量流经所选择的测试位置20-28或者所选择的电结构元件40-48的电流。所测量的电流被输送给模数转换器70。由所述模数转换器70输出的数值被输送给分析装置80，该分析装置从由信号发生器50产生的交流电压和借助于分流器60测量的电流中确定电结构元件40-48的阻抗和/或在电流与电压之间的相位差和/或其他特征。
34.此外，所述测试装置10具有选择机构，该选择机构选择测试位置20-28并且由此选择电结构元件40-48，方法是：将相应的行11-13和列16-19与信号发生器50和分流器60电连接起来。
35.所述测试信号是由矩形电压（也称为矩形信号）和波形电压（也称为波形信号）、例如正弦电压或者正弦信号构成的总和信号，其中所述矩形电压和波形信号具有同一个或者相同的频率。
36.所述矩形信号具有高的数值或者最大值，其对应于所选位置的z二极管30-38的击穿电压。通常，所述测试装置10的所有z二极管30-38具有同一个击穿电压（例如 9.0 v）。所述矩形信号的低的数值或者最小值对应于所选位置的z二极管30-38的通流电压。通常，所述测试装置10的所有z二极管30-38具有同一个通流电压（例如-0.7 v）。
37.如此调节所述矩形信号，从而在取决于电结构元件40-48的相移种类（例如在电容器中的相移与在线圈中的相移不同）的相应的时刻所述z二极管30-38导通，使得流经所述电结构元件40-48的电流在所选择的测试位置20-28处具有与测试信号的波形信号相对应的形状（也就是说，对于正弦的电压信号来说流经所述电结构元件40-48的电流在所选择的测试位置20-28或者电结构元件40-48处具有正弦形状）。
38.正弦状的信号被加到所述矩形信号上，以便确定或者获得测试信号。所述正弦状的电压信号可以这样说产生正弦状的电流，而仅仅为了将所选择的测试位置20-28的z二极管30-38置于导通状态才加载所述矩形信号。其它测试位置20-28或者未被选出的测试位置20-28的z二极管30-38留在非导通状态中，因而没有电流流经未被选出的测试位置20-28的电结构元件40-48。
39.所述正弦电压的最大值具有这样的数值，使得所述测试信号的最大电压（也就是所述矩形信号的最大值加上正弦电压的最大值）低于z二极管30-38的击穿电压的双倍或者两倍的数值。由此确保电压仅仅被加载在所选位置的电结构元件40-48上，而其他的z二极管30-38则保持不导通。
40.所述分析装置80能够确定所述电流的实部和虚部并且由此确定所述电结构元件40-48的阻抗、相移等。
41.图2示出了在按本发明的方法中测试信号（即电压信号或者测试信号）和在电结构元件40-48中（或者在分流器60中）的所产生的电流的图表。所述测试信号或者测试电压信号在图1中作为实线来示出，而借助于分流器60测量的电流则作为虚线来示出。示例性地示出了用于电容器的数值。电压与电流之间的相移因此为270
°
。
42.下面在图2中从左往右描绘了电压的变化曲线（实线）和所产生的所测量的电流的变化曲线（虚线）。首先，所述测试信号的矩形信号处于最大值处并且所述测试信号的正弦信号处于最小值处。因此，所述z二极管30-38是导通的，因为通过所述矩形信号（ 9.0 v）达到了击穿电压。所述激励电压或者测试信号的正弦信号缓慢上升。在此所述电容器被充电。
在达到所述测试信号的正弦电压或者正弦信号的最大值时，所述测试信号的矩形信号被切换到最小值（相应于z二极管30-38的通流电压）（-0.7 v）。因此，在这里在实线中产生阶跃，因为电压在非常短的时间内下降。随后，所述测试信号的正弦电压又下降。现在，所述电容器被放电，而所述测试信号的矩形电压则留在最小值上。在达到所述测试信号的正弦信号的最小值时，矩形信号又被切换到其最大值（ 9.0 v）。现在，所述电容器再次充电。
43.在将所述矩形信号从最大值切换到最小值时并且在以较小的强度将所述矩形信号从最小值切换到最大值时，在所测量的电流中出现与正弦形状的偏差。这些偏差能够通过在分析装置80中的傅里叶变换来消除。在所测量的电流信号中的与正弦形状的其他较小偏差也能够通过傅里叶变换来消除。由所述分析装置80从所测量的电流信号中确定所述电容器的阻抗和/或电流与电压之间的相移。所确定的数值能够与参考值进行比较，以便确定相应的电结构元件40-48的质量或者品质。
44.所述电结构元件40-48例如能够包括电子电路。
45.所述测试装置10此外包括电迁移机构90。所述电迁移机构90将直流电压加载到一个或多个电结构元件40-48上。例如，能够在行11-13与列16-19之间加载电势差或者电压。这意味着所有的行11-13具有第一电势，并且所有的列16-19具有第二电势，其中所述第一电势与所述第二电势不同。
46.所加载的直流电压大于所述z二极管30-38或者齐纳尔二极管的击穿电压。由此，所述齐纳尔二极管变得导通，并且直流电压被加载到所述电子结构元件40-48上。所加载的直流电压能够明显地大于所述z二极管30-38或者齐纳尔二极管的击穿电压、例如是所述击穿电压的至少双倍大、三倍大或三倍以上。因此，通过所述直流电压不仅所述所述z二极管30-38或者齐纳尔二极管切换成导通，而且也将直流电压加载到所述电子结构元件40-48上。
47.通过将（纯粹的）直流电压（典型地无交流电压份额）加载到所述电子结构元件40-48上这种方式，在所述电子结构元件40-48中引起电迁移。尤其在多个电子结构元件40-48中能够同时引起电迁移。
48.通过随后对相应的电子结构元件40-48的复杂阻抗进行的测试或者测量，能够在通过直流电压的加载引起电迁移之后或者在产生电迁移之后进行研究或分析。尤其由于电迁移引起的故障在技术上能够容易地被识别。
49.所述直流电压的大小影响电迁移的强度。较高的直流电压导致比低的直流电压更强的电迁移。
50.所述直流电压能够分别时间一样长地或者在预先给定的持续时间里同时被加载到矩阵结构的电子结构元件40-48上。例如，为了在电子结构元件40-48中引起电迁移，能够将直流电压加载几分钟、例如大约2分钟或大约5分钟。也能够考虑，将所述直流电压时间不一样长地加载到不同的电子结构元件40-48上。
51.所述电子结构元件40-48能够分别彼此结构相同。由此能够产生非常大的统计量。因此，也能够识别并且分析仅仅很少出现的故障。所述电子结构元件40-48的数量例如能够为4000，所述电子结构元件能够用矩阵结构来测试或者其电迁移能够借助于矩阵结构来研究。
52.也能够考虑，所述电子结构元件40-48在其构造方面并且/或者在其材料组成方面
略微不同。由此，能够实施一种系列测试，以便确定哪些改变会增加或降低电迁移的易感性。
53.可能的是，所述测试装置10具有一个光学摄像头或多个光学摄像头、例如显微镜摄像头。一个或者多个摄像头以光学方式检测所述电子结构元件40-48的电迁移。
54.所述测试装置10能够包括分类机构，该分类机构对电子结构元件40-48的所检测到的光学变化或者电迁移结构和/或电子结构元件40-48的所测量的阻抗值进行分类。在分类的基础上能够实施统计分析。于是例如能够确定在哪些条件下有多频繁地或者有多强烈地出现电迁移并且/或者产生哪些类型的电迁移结构。此外，能够确定这导致哪些类型的故障。
55.能够有针对性地调节环境条件、比如露水/湿气或者空气湿度、温度和/或离子污染并且能够与测试值或者测量值一起存储且分析所述环境条件的数值。
56.所述分类机构能够将机器学习、特别是神经网络用于对电子结构元件40-48的电迁移进行分类。也能够实施图像识别。
57.因为电迁移结构能够在结构上以足够好的近似度通过分形元、尤其是通过朱利亚集合（julia-mengen）来描绘，所以能够将分形的计算规范用于借助于分类机构进行的分类。
58.所述电迁移结构的分类特性能够是其分形的维度。所述电子结构元件40-48的电迁移结构的所产生的枝晶（dendrit）能够借助于分类机构来分类。
59.除了用于与在电化学阻抗谱中使用的等效模型相类似的电（等效）模型的分类之外，也能够利用电迁移的电的和光学的信息的融合。
60.所述测试装置10能够用作用于机动车的控制设备的牺牲性结构和/或测量结构。所述测试装置10能够布置在机动车内的以下位置处，在所述位置处电子结构元件40-48特别易受电迁移的影响。这例如意味着，湿度、温度和/或离子污染在测试装置10的位置处比在控制器的位置处高。
61.因此，所述测试装置10的电子结构元件40-48的失灵在控制设备的电子结构元件40-48失灵之前出现。所述失灵能够被探测到。如果探测到了失灵，则能够比如以声学的和/或光学的方式发出警告。例如机动车的在仪表板上的报警灯能够闪烁并且/或者能够输出提示“请去维修点”。由此，可靠地防止了所述控制设备的失灵。
62.在加载用于产生电迁移的直流电压之后实施测试方法。随后能够重新加载直流电压，以便产生电迁移。
63.也能够考虑，将用测试装置10测试的或者开发的电子结构元件40-48用作牺牲性结构或者测量结构。
64.图3示出了所述测试装置10的按本发明的第二种实施方式的示意性的平面图。对于图3的测试装置10来说，代替电结构元件分别对印制导线结构50-58进行测试。在其他方面，所述测试装置10的按本发明的第二种实施方式与所述按本发明的第一种实施方式没有区别。
65.所述印制导线结构50-58能够分别彼此结构相同或者（部分地）在其结构类型方面彼此不同。
66.最后要指出，诸如“具有”、“包括”等等的概念不排除其他的元件或者步骤，并且诸
如“一个”或者“一”的概念不排除多个。权利要求中的附图标记不应视为限制。