Тестування літаючим щупом для друкованих плат та збірок PCB

Вступ

Сьогодні збірки PCB є основою всілякої сучасної електроніки. Однак із тим, як друковані плати стають складнішими та насиченішими компонентами, виробники стикаються з новими викликами щодо контролю якості продукту та його продуктивності. Саме тут на допомогу приходить пристрій літаючого щупа. Це дуже сучасна та гнучка система тестування, яка повністю змінює те, як виконується тестування друкованих плат тестування. Найкрутеш у цьому? Ви отримуєте дуже високий рівень покриття тестування без необхідності використовувати спеціальні тестові пристосування.

Коли використовують літаючі щупи в Тестування друкованих плат прототипах, малих серіях виробництва та навіть у деяких масштабних процесах. Багато виробників покладаються на цей метод, оскільки він точний, швидкий і легко адаптується до змін у конструкції.

Тим не менш, як і будь-яке високотехнологічне обладнання, за ним потрібно регулярно доглядати та вчасно проводити ремонт, щоб забезпечити безперебійну роботу.

У цьому посібнику ми розглянемо, як перевірка друкованих плат за допомогою літаючих щупів підвищує якість продукції, з чого складається система літаючих щупів, як правильно її обслуговувати та як вона порівнюється з іншими методами тестування, такими як внутрішньоконтурне тестування (ICT). Незалежно від того, чи плануєте ви організувати нову систему тестування, чи намагаєтеся оптимізувати наявну, цей посібник надасть вам практичні поради для підвищення надійності ваших друкованих плат.

Що таке Тестування літаючим щупом ?

Отже, що таке тестування літаючими щупами? Уявіть собі дуже розумний, неінвазивний метод перевірки електронних збірок, особливо друкованих плат (PCB).

Ось основна ідея: замість використання великих, громіздких машин для внутрішньоланцюгового тестування, які потребують спеціального унікального пристрою типу "ліжко голок", літаючі пробники використовують дивовижні роботизовані голки, які рухаються самостійно. Вони швидко переміщаються по платі, контактуючи з певними контрольними точками для проведення електричних вимірювань.

По суті, використовується кілька таких надточних зондів. Кожен з них керується незалежно, тому може досягати різних місць на друкованій платі залежно від файлів проектування PCB та того, що потрібно перевірити. Цей метод тестування робить його ідеальним для нових прототипів, невеликих серій виробництва чи будь-яких плат, які часто оновлюються. Найбільша перевага? Вам не потрібно виготовляти дорогий спеціалізований перевірочний пристрій кожного разу.

Основні характеристики:

• Літаючі пробники переміщаються та дотикаються до певних контрольних точок або монтажних отворів на PCB, щоб забезпечити електричний контакт.
• Вони виконують усілякі перевірки — шукають обриви та короткі замикання, вимірюють, чи мають компоненти правильне значення, перевіряють їхню орієнтацію, а також проводять більш складні функціональні тести.
• Найкраще те, що ви можете використовувати його практично на будь-якому етапі — на порожній платі, частково змонтованій або повністю зібраній друкованій платі.
• Усі дані тестування автоматично реєструються, що надзвичайно корисно для контролю якості та відповідності галузевим стандартам.

Навіщо використовувати тестування літаючим пробником?

• Швидке налаштування для нових конструкцій. Потрібно лише завантажити файли вашого проекту та специфікацію матеріалів — і все.
• Не потрібні спеціальні перевірочні пристрої. Це означає, що ви усуваєте необхідність очікування та витрат на спеціальний перевірочний пристрій.
• Може досягати важкодоступних місць. Пробники можуть дістатися практично до будь-якого місця на платі, забезпечуючи високий рівень тестування, навіть у ділянках, недоступних для традиційних тестерів.

Як працюють тестери з літаючим пробником

Отже, як саме літаючий пробник виконує тестування? Усе зводиться до ретельно відточеної послідовності рухів і вимірювань. Ось типовий процес:

• По-перше, імпорт програми тестування — це означає завантаження останніх файлів CAD, списків компонентів і даних про розташування електричних ланцюгів у систему.
• Потім система автоматично визначає найкращі траєкторії руху тестових щупів для автоматичного маршрутування до певних місць на друкованій платі — мається на увазі контактні площадки, переходи та спеціальні контрольні точки.
• Далі кожен щуп обережно, але точно торкається призначеного йому тестового контакту. Вони перевірятимуть такі параметри, як цілісність ланцюга, опір, ємність і напругу для встановлення електричного контакту — все необхідні вимірювання.
• Але це не лише статичні вимірювання. Ці пристрої можуть також виконувати функціональне тестування — вони можуть подавати сигнали, аналізувати реакцію плати та навіть запускати послідовності ввімкнення живлення, подібно до того, що роблять на спеціалізованому обладнанні для функціонального тестування.
• Нарешті, збір тестових даних — система автоматично збирає та зберігає всі тестові дані для кожної плати. Це значно полегшує виявлення будь-яких проблем і підтвердження того, що все відповідає стандартам якості.

Компоненти системи тестування літаючого пробника

Типи тестування літаючим пробником та методи тестування

Системи тестування літаючим пробником широко використовуються — вони можуть виконувати різноманітні перевірки залежно від потреб вашої плати та етапу виробничого процесу.

Поширені типи тестів літаючим пробником включають:

• Тест на обрив/коротке замикання: Це базовий тест — він виявляє розімкнуті ланцюги або випадкові короткі замикання.
• Функціональне тестування (ICT): Літаючі пробники можуть виконувати багато тих самих перевірок, що й традиційна система ICT, але з набагато більшою гнучкістю, оскільки не використовується фіксований стенд.
• Функціональне тестування: Це дійсно може імітувати роботу пристрою, надсилаючи сигнали до різних частин плати, щоб перевірити, чи вона працює правильно.
• Тестування методом граничного сканування: Це працює разом із JTAG для проведення більш складного тестування, особливо на комплексних цифрових платах.
• Тест ізоляції підвищеною напругою: Подавання високої напруги для виявлення малих, важкодоступних коротких замикань або витоків струму.
• Перевірка орієнтації та номіналів компонентів: Перевіряє, чи є такі елементи, як резистори та конденсатори, правильного типу, номіналу та встановлені в правильній орієнтації.
• Тестування під напругою: Це включає плату, щоб побачити, як вона поводиться в реальних умовах експлуатації.

Хоча тестування літаючим щупом є надзвичайно гнучким, вибір правильного методу тестування залежить від цільового продукту, обсягу виробництва, конкретних вимог до тестування та загального технологічного процесу.

Компоненти системи тестування літаючим щупом

Розглянемо основні компоненти обладнання для тестування літаючим щупом і детально пояснимо їхні функції:

• Щупи: Це надточні, міцні голки, які фактично дотикаються до вашої плати. Вони мають пружні або гнучкі наконечники, щоб забезпечити стабільний контакт і не пошкодити друковану плату.
• Механізм руху щупів: Це механізм — прецизійні актуатори, які рухають щупи. Вони можуть рухати кожен щуп незалежно в тривимірному просторі, щоб досягти контрольних точок навіть на найщільніших чи незручно розташованих частинах плати.
• Система управління: Це поєднання програмного та апаратного забезпечення, яке керує всім процесом. Воно контролює послідовність тестування, вказує щупам, куди рухатися, збирає всі дані та забезпечує інтерфейс для взаємодії.
• Вибір (якщо потрібно): Це означає, що зазвичай не потрібно фіксатора. Але для досок з дивною формою або гнучкою можна використовувати просту, регулювану застежку, щоб все було в ідеальній лінії.
• Підсистема вимірювання: Це вся внутрішні електроніки, які роблять фактичні електричні випробування, як вбудовані джерела живлення, мультиметри та датчики. Все це бездоганно пов'язано з тестовою програмою.

Застосування випробувань літаючої зонди

Отже, де ви насправді знайти літаючі системи випробувань зонди широко використовуються в усьому місці! Їх гнучкості, чудового покриття і швидкої налаштування роблять їх популярними в багатьох областях.

• Прототип і НПІ: Вони ідеально підходять для цього. Ви можете перевірити новий дизайн майже відразу і легко не відставати від ранніх змін.
• Мале і середнє виробництво: Якщо ви не виробляєте мільйони одиниць, інвестування в спеціальні тестові пристрої часто не вигідно. Літаючі зонди дають вам чудовий покриття випробувань без величезної попередньої вартості.
• HDI та складні плати: Вони можуть досягати дрібних контактних майданчиків і компонентів з надзвичайно малим кроком, до яких традиційна конструкція типу "ліжко цвяхів" просто не зможе добратися без величезних витрат.
• Ремонт/допрацювання/аналіз на місці: Чи то друкована плата, що вийшла з ладу на виробничій лінії, чи пристрій, повернутий з експлуатації, літаючі пробники є ідеальним діагностичним інструментом. Ви отримуєте точне тестування відразу, без необхідності у спеціальному утримувачі.
• Регульовані галузі: Такі галузі, як медична, авіаційно-космічна та автомобільна, обожнюють їх, оскільки вони забезпечують детальні дані та повний контроль якості, які вимагаються стандартами.

По суті, оскільки продукти стають розумнішими, а життєві цикли прискорюються, використання такого гнучкого тестування продовжує зростати, тому сфери застосування тестування літаючими пробниками постійно розширюються.

Переваги тестування літаючими пробниками

Отже, переваги тестування літаючими пробниками є очевидними, особливо для сучасного виробництва електроніки та забезпечення якості друкованих плат:

• Відсутність необхідності у спеціальних тестових утримувачах: Це дуже великий плюс. Ви пропускаєте дорогу, спеціально виготовлену конструкцію типу "ліжко з цвяхів". Це означає, що ви економите чимало коштів на початковому етапі, можете розпочати тестування значно швидше та вносити зміни у проект плати без жодних ускладнень.
• Високий охоплення тестування: Системи тестування літаючим пробником широко використовуються для надзвичайно малих, щільних ділянок на платі — наприклад, маленькі отвори або щільно розташовані компоненти, яких просто не можуть досягти традиційні тестери.
• Адаптивність для прототипів і малих партій: Це найкращий варіант для нових продуктів і малих партій, коли конструкція ще змінюється, а вам потрібно швидко вийти на ринок.
• Контакт із конкретними контрольними точками: Пробники можуть переміщатися до будь-якої контрольованої точки на платі, забезпечуючи дуже ретельну електричну перевірку від одного кінця до іншого.
• Скорочений час виготовлення: Оскільки вам не потрібно виготовляти й чекати конструкцію, ви можете розгорнути програму тестування практично миттєво.
• Ефективне тестування: Програмне забезпечення використовує ефективний алгоритм пошуку шляху для переміщення зондів найшвидшим способом, прискорюючи весь процес без втрати точності.
• Точні вимірювання тестування: Прямий контакт із платою забезпечує чисті сигнали та дійсно надійні дані.
• Обережне ставлення до вузлів: Зонди мають м’який дотик, що запобігає пошкодженню та залишає мінімальні або зовсім не залишає слідів, навіть на делікатних компонентах.
• Гнучкі методи тестування: Одна система часто може виконувати суміш різних тестів — таких як функціональне тестування, внутрішньоланцюгове тестування та сканування меж — що позбавляє необхідності у кількох спеціалізованих пристроях.
• Підтримка спеціальних типів друкованих плат: Чудово працює з передовими платами, такими як HDI, жорстко-гнучкі або будь-які незвичайні форми, які стали б кошмаром для стандартного пристрою.

Літаючий зонд проти внутрішньоланцюгового тестування (ICT) та спеціалізованих тестових пристроїв

Порівняння тестерів літаючого щупа з машинами внутрішньоланцюгового тестування (ICT) та спеціальними тестовими пристроями допомагає зрозуміти, чому системи тестування щупом стали настільки популярними.

Коли використовувати прольотне зондування (Flying Probe Testing)

• Якщо ви працюєте з тестуванням прототипів, запуском нових продуктів або платами, які часто змінюються, тестування літаючим пробником — це найкращий варіант. Воно створене для гнучкості.
• Але якщо ви ведете дуже масове виробництво, де всі контрольні точки легко доступні, ICT все ще може бути кращим варіантом — воно просто швидше, коли потрібно тестувати плату за платою.
• І, чесно кажучи, багато виробників навіть не вибирають — вони використовують обидва методи. Таким чином ви отримуєте все найкраще: гнучкість літаючого пробника та переваги внутрішньоланцюгового тестування.

Найкращі практики для тестування літаючим щупом та технічного обслуговування

Щоб отримати максимальну вигоду від системи літаючого щупа та підтримувати високу якість друкованих плат, слід дотримуватися таких практичних порад:

Найкращі практики для літаючого щупа

• Регулярне обслуговування та калібрування: Не чекайте, поки щось зламається. Регулярно очищайте, калібруйте та перевіряйте щупи й саму систему.
• Оптимізуйте траєкторії руху щупів: Використовуйте програмне забезпечення для оптимізації шляхів, якими рухаються щупи. Коротший шлях означає скорочення часу тестування.
• Перевіряйте контакт щупів: Стежте за опором контакту. Якщо щуп зношений, він не забезпечить надійний контакт, і показники будуть неточними.
• Документуйте зміни в тестах: Щоразу, коли ви оновлюєте тестову програму або виправляєте стан верстата, обов’язково фіксуйте це документально. Якісна документація допоможе уникнути проблем у майбутньому.
• Контроль навколишніх умов: Підтримуйте чистоту в приміщенні та стабільний рівень температури й вологості. Це запобігає нестабільній роботі обладнання та відхиленням у вимірюваннях.
• Навчання операторів: Переконайтеся, що всі оператори системи знають, як безпечно нею користуватися, правильно налаштовувати тести та вирішувати базові несправності, щоб звести до мінімуму простої.
• Еталонна плата / контрольна плата: Завжди тримайте під рукою відому справну плату, щоб перевіряти, чи тестувальне обладнання продовжує давати точні вимірювання. Це швидкий спосіб виявити знос контактних голок або проблеми з вирівнюванням.
• Аналізуйте тестові дані: Не просто збирайте результати тестів — аналізуйте їх. Шукайте закономірності відмов або повільні зсуви в показниках, які можуть свідчити про майбутні проблеми.
• Проектування з урахуванням тестування: Під час проектування друкованої плати передбачте легко доступні контрольні точки. Це значно полегшить роботу всім, а також спростить кожен метод тестування.

Висновок

Отже, врешті-решт, установки тестування літаючим пробником дійсно стали основним рішенням для сучасних виробників електроніки. Вони просто надзвичайно гнучкі та точні.

Чи то ви створюєте перший прототип, чи переходите до повномасштабного виробництва, їхні найбільші переваги — відсутність спеціальних пристосувань, просте оновлення та високий рівень охоплення тестування — дозволяють ефективно тестувати, навіть якщо ваші конструкції плат постійно змінюються.

Щоб максимально ефективно використовувати інвестиції в системи тестування літаючим пробником, просто пам'ятайте про основне: регулярно проводьте технічне обслуговування та калібрування, використовуйте дані тестування для виявлення тенденцій та покращення процесів і звертайтеся за професійною допомогою щодо ремонтів, коли це потрібно.

Підсумок? Порівняно зі старими методами, які вимагали дорогих пристосувань і тривалого часу на налаштування, тестування літаючим пробником — це очевидна перевага, особливо для прототипів, малих партій і сучасних складних плат із високою щільністю компонентів.

Часто задані питання (FAQ)

Питання: Як тестування літаючим пробником забезпечує повне охоплення тестування сучасних друкованих плат?

A: По суті, оскільки зонди можуть переміщатися в будь-яке доступне місце — включаючи маленькі переходи та мікроплощинки — вони можуть досягати майже кожної контрольної точки на платі. Це дуже корисно для щільних HDI-конструкцій, де традиційні тестові пристрої просто не можуть дістатися скрізь, де потрібно.

Питання: Чи ефективні літаючі зонди для виробництва великих обсягів?

A: Справді, тестування літаючим зондом зазвичай повільніше на одну плату, ніж ICT. Але ви завжди можете запускати кілька систем паралельно, щоб збільшити продуктивність. Для справді великих обсягів із стабільними конструкціями багато компаній все ще надають перевагу ICT — але часто спочатку використовують літаючі зонди для прототипування та попередньої перевірки.

Питання: Яке регулярне технічне обслуговування є обов’язковим для систем тестування зондами?

A: Основне: регулярно очищайте й перевіряйте зонди, підтримуйте калібрування вимірювальної системи, слідкуйте за оновленнями програмного забезпечення та не пропускайте планові механічні перевірки. Наявність чіткого графіку обслуговування має ключове значення для безперебійної роботи всієї системи.

Питання: Які найкращі практики для тестування друкованих плат методом літаючого щупа?

Відповідь: Обов’язково. Завжди тримайте «еталонну плату» під рукою, щоб перевіряти точність, налаштовуйте програми тестування для підвищення ефективності, стежте за зносом щупів, реєструйте кожний ремонт та калібрування, добре навчайте операторів і регулярно проводьте перевірку системи та навколишнього середовища.