Návrh testovacího přípravku pro desky plošných spojů: Bed-of-Nails, Flying Probe a DFT

Testovací přípravek pro desky plošných spojů je zakázkový přípravek, který drží sestavenou desku a přitlačuje pružinové sondy k jejím testovacím bodům, aby tester mohl desku automaticky zkontrolovat. Díky němu je možné rychlé a opakovatelné testování ve výrobě – ale přípravek funguje pouze tehdy, pokud byla deska navržena s ohledem na přístup k testování. Tato příručka vysvětluje, co je testovací přípravek, jak se liší přístupy s hřebíky a s letícími sondami, jak navrhnout desku pro testovatelnost a jak společnost Highleap Electronics vyrábí a testuje desky se správnou strategií přípravku.

1. Co je to testovací přípravek pro desek plošných spojů?

Testovací přípravek pro desky plošných spojů je na zakázku vyrobený přípravek, který drží sestavenou desku v přesném zarovnání a přitlačuje řadu pružinových „pogo“ pinů na její testovací plošky, čímž desku propojuje s testovacím zařízením pro automatickou kontrolu. Jedná se o mechanické rozhraní mezi vaší konkrétní deskou a testerem a umožňuje lince rychle a konzistentně ověřovat stovky identických desek.

Nejběžnější formou je upínací přípravek s hřebíkovým lůžkem, kde jsou desítky nebo stovky pogo pinů zarovnány s testovacími body, takže tester v obvodu může měřit jednotlivé součástky nebo funkční tester může otestovat desku jako celek. Protože každý upínací přípravek je opracován a zapojen pro jedno rozvržení desky, s sebou nese počáteční náklady – proto je volba mezi specializovaným upínacím přípravkem a metodou bez upínacího přípravku (popsáno dále) do značné míry ekonomická a daná objemem.

2. Hřebíky na lůžku vs. létající sonda: který test je pro vás nejvhodnější?

Pro objemovou výrobu, kde rychlost amortizuje náklady na přípravek, použijte upínací přípravek typu „bedro of needs“ (hřebíky), a pro prototypy a malé objemy, kde je na vyloučení nákladů na přípravek důležitější než rychlost, použijte test s „flying-sond“. Tyto dva přístupy vyvažují počáteční náklady a dobu testování jednotlivých desek:

Upínací přípravek s hřebíky je bezkonkurenční z hlediska propustnosti, jakmile vyrábíte dostatek desek na to, aby se amortizovaly, zatímco test s letící sondou žádný upínací přípravek nepotřebuje a je ideální v rané fázi, kdy se návrh ještě může měnit a množství jsou malá. Mnoho produktů začíná s letící sondou pro prototypy a postupně se provádí s upínacím přípravkem pro výrobu. Kromě kontrol uvnitř obvodu lze obojí kombinovat s funkčním testováním, které procvičí desku tak, jak to udělá konečný produkt.

3. Jak navrhnout desku pro přístup k testům (DFT)

Navrhněte s ohledem na testovatelnost umístěním přístupných testovacích plošek na každou síť, kterou chcete otestovat, jejich umístěním na jedné straně, jejich dimenzováním a rozmístěním pro pogo piny a vyhýbáním se ploškám pod vysokými součástkami. Upínací přípravek může otestovat pouze to, co je v rozvržení odhaleno, takže přístup k testování je rozhodnutí o návrhu učiněné před zmrazením desky – jeho přidání později je drahé nebo nemožné. Základní informace:

• Zajistěte testovací podložky. Každá síť, které se musí test dostat, potřebuje vyhrazenou, přístupnou podložku s dostatečnou velikostí a jasným referenčním bodem země.
• Přístup k sondě udržujte na jedné straně. Jednostranné snímací pole umožňuje jednodušší, levnější a spolehlivější upevnění než oboustranný přístup.
• Respektujte rozestupy a zákazy vstupu. Piny Pogo vyžadují minimální rozteč a vůli mezi kontakty a vysoké části nesmí blokovat pole sondy.
• Naplánujte si funkční testovací hooky. Konektory, patice nebo kontaktní plošky, které umožňují funkčnímu testerovi řídit a pozorovat desku, jsou součástí stejného přístupového plánu.

Tato disciplína je srdcem návrhu pro testovatelnost a je to přesně to, co zachytí předvýrobní kontrola – deska bez přístupu k sondám je problém, který se v CADu opravuje mnohem levněji než po nacenění přípravku.

4. Cena zkušebního přípravku: kdy se přípravek vyplatí?

Speciální testovací přípravek se vyplatí, když je objem výroby dostatečně vysoký, aby rychlý čas testování desky pomocí přípravku ušetřil více než počáteční náklady na výrobu – obvykle při středních až vysokých objemech, zatímco nízké objemy jsou levnější než testování bez přípravku. Ekonomická stránka se scvrkává na jednoduchou směnu: přípravek má skutečné počáteční náklady, ale testuje každou desku během několika sekund, zatímco „letící sonda“ nemá žádné náklady na přípravek, ale testování desky trvá několik minut.

U prototypu s 10 deskami má stavba přípravku jen zřídka smysl; „letící sonda“ zcela eliminuje investici. U tisíců desek rychlost přípravku (v sekundách na desku) rychle převáží náklady na jeho výrobu a celkově se stává levnější variantou. Výběr variant závisí na konkrétní desce a množství, a proto je nejlepší o testovací strategii rozhodnout se společně s výrobcem v rámci plánování – stejně jako maloobjemová a velkoobjemová výroba vyžaduje různé testovací přístupy. Volba nesprávné strategie buď vede k plýtvání penězi na nepotřebný přípravek, nebo k zablokování velkoobjemové linky pomalým testováním.

5. Uvnitř upínacího přípravku s hřebíky: kolíky pogo, destičky a sondy

Upínací přípravek s hřebíkovým lůžkem se skládá ze tří základních prvků: pole pružně uložených pogo pinů, které se dotýkají testovacích plošek, vrtané destičky sondy, která drží každý pin v přesném zarovnání s jeho cílem, a mechanismu, který přitlačuje desku dolů na piny. Pochopení těchto prvků vysvětluje jak to, proč je upínací přípravek přesný, tak i to, proč stojí tolik – každý pin je umístěn pro jedno specifické rozvržení desky.

Srdcem jsou samotné pogo piny. Každý z nich je malá pružinová sonda, která se při stlačení desky mírně stlačí, čímž se zajistí pevný a konzistentní kontakt bez poškození kontaktní plošky. Dodávají se s různými styly hrotů – ostré korunky pro propíchnutí případných zbytků oxidu nebo tavidla, ploché hroty pro zlaté kontaktní plošky – vybrané tak, aby odpovídaly povrchové úpravě desky. Piny jsou usazeny v přesně vrtané desce, takže každý dosáhne zlomku milimetru od svého cíle, a proto testovací kontaktní plošky potřebují odpovídající velikost a rozteč; kontaktní plošky příliš malé nebo příliš blízko u sebe vytvářejí křehký a nespolehlivý upínací přípravek. Deska je držena vakuem nebo mechanickým lisem, takže všechny piny se dotýkají současně, a upínací přípravek tyto kontakty připojuje zpět k testeru v obvodu . Protože celé pole pinů je přizpůsobeno jednomu rozvržení, je upínací přípravek nástroj pro jednu desku – důvod, proč se jeho cena amortizuje v závislosti na objemu výroby a proč nízké objemy upřednostňují přístup s létající sondou bez upínacího přípravku.

6. Jak Highleap upevňuje a testuje vaše prkna

Highleap přizpůsobí testovací strategii vašemu objemu a desce – „flying sonda“ pro prototypy a malé série, upínací přípravky s lůžkem z hřebíků a funkční test pro výrobu – a před sestavením přípravku kontroluje váš návrh pro přístup k testům. Prostřednictvím funkčního testování a testování uvnitř obvodu jsou desky ověřeny podle vámi definovaného pokrytí, ať už se jedná o přerušení a zkraty, hodnoty součástek nebo plně funkční chování.

Protože upínací přípravek je jen tak dobrý, jako je navržený přístup k desce, začíná to kontrolou vyrobitelnosti a testovatelnosti během montáže na klíč , aby se chybějící testovací plošky nebo zablokované oblasti sond odhalily dříve, než se stanou problémem s upínacím přípravkem. Při žádosti o cenovou nabídku nám sdělte cílový objem testů, vady, které musí test odhalit, a zda potřebujete test v obvodu, funkční test nebo obojí, abychom od začátku vybrali správný upínací přípravek a testovací plán.

7. Často kladené otázky k testovacímu přípravku pro plošné spoje

Co je to pogo pin?

Pogo pin je pružně zatížená měřicí sonda s pístem, která se při stisknutí o plošku stlačí, čímž zajistí pevný a opakovatelný kontakt bez poškození desky. Soustava hřebíků v perforované desce tvoří „hřebíky“ upínacího přípravku s lůžkem z hřebíků.

Jaký je rozdíl mezi ICT přípravkem a funkčním testovacím přípravkem?

ICT testovací zařízení zkoumá jednotlivé sítě, aby změřilo komponenty a konektivitu, zatímco funkční testovací zařízení se připojuje ke skutečným rozhraním desky – napájení, konektorům, signálům – a provozuje ji jako konečný produkt. Mnoho výrobních linek používá obojí postupně.

Jak velké musí být testovací plošky pro přípravek?

Zkušební plošky by měly být dostatečně velké a od sebe dostatečně vzdálené, aby pogo pin spolehlivě dosedl – obvykle by měly být kulaté, otevřené plošky na jedné straně s odstupem od vysokých částí. Příliš malé nebo příliš těsně složené plošky vytvářejí křehký a k poruchám náchylný přípravek.

Můžete otestovat desku plošných spojů bez přípravku?

Ano – test s flying-probe používá pohyblivé sondy, které nevyžadují žádné speciální přípravky, a umožňuje bezkontaktní AOI a rentgenovou kontrolu bez dotyku desky. Tyto metody jsou vhodné pro prototypy a malé objemy výroby; přípravky si vynakládají náklady hlavně při vyšších objemech výroby.

Mohu si vyrobit vlastní zkušební přípravek z hřebíků?

U jednoduchých desek je to možné s použitím vrtané desky a konektorů s pogo-piny, ale přesné zarovnání pinů, spolehlivá registrace desky a odolné zapojení je ručně obtížné dosáhnout. Pro výrobu je mnohem spolehlivější profesionálně vyrobený přípravek.

Jak dlouho vydrží testovací zařízení?

Dobře sestavený přípravek vydrží mnoho tisíc testovacích cyklů, přičemž pogo piny jsou hlavním opotřebitelným prvkem, který se pravidelně vyměňuje. Protože je vázán na jedno rozvržení desky, jeho životnost končí, když se změní revize daného produktu.