Σχεδιασμός εξαρτήματος δοκιμής PCB: Bed-of-Nails, Flying Probe και DFT

Ένα εξάρτημα δοκιμής PCB είναι το προσαρμοσμένο εξάρτημα που συγκρατεί μια συναρμολογημένη πλακέτα και πιέζει ελατηριωτούς αισθητήρες στα σημεία δοκιμής της, ώστε ένας δοκιμαστής να μπορεί να ελέγξει την πλακέτα αυτόματα. Αυτό καθιστά δυνατή τη γρήγορη, επαναλήψιμη δοκιμή παραγωγής — αλλά ένα εξάρτημα λειτουργεί μόνο εάν η πλακέτα σχεδιάστηκε με γνώμονα την πρόσβαση στις δοκιμές. Αυτός ο οδηγός εξηγεί τι είναι ένα εξάρτημα δοκιμής, πώς διαφέρουν οι προσεγγίσεις "bed-of-nails" και "flying-probe", πώς να σχεδιάσετε μια πλακέτα για δυνατότητα δοκιμής και πώς η Highleap Electronics κατασκευάζει και δοκιμάζει πλακέτες με τη σωστή στρατηγική στήριξης.

1. Τι είναι ένα εξάρτημα δοκιμής PCB;

Ένα εξάρτημα δοκιμής PCB είναι ένα ειδικά κατασκευασμένο εξάρτημα που συγκρατεί μια συναρμολογημένη πλακέτα σε ακριβή ευθυγράμμιση και πιέζει μια σειρά από ελατηριωτές ακίδες "pogo" στις επιφάνειες δοκιμής της, συνδέοντας την πλακέτα με τον εξοπλισμό δοκιμών για έναν αυτοματοποιημένο έλεγχο. Είναι η μηχανική διεπαφή μεταξύ της συγκεκριμένης πλακέτας σας και ενός δοκιμαστή και είναι αυτό που επιτρέπει σε μια γραμμή να επαληθεύει εκατοντάδες πανομοιότυπες πλακέτες γρήγορα και με συνέπεια.

Η πιο συνηθισμένη μορφή είναι η βάση στήριξης με καρφιά, όπου δεκάδες ή εκατοντάδες ακίδες pogo ευθυγραμμίζονται με σημεία δοκιμής, έτσι ώστε ένας ελεγκτής εντός κυκλώματος να μπορεί να μετρήσει μεμονωμένα εξαρτήματα ή ένας λειτουργικός ελεγκτής να μπορεί να δοκιμάσει την πλακέτα στο σύνολό της. Επειδή κάθε εξάρτημα κατασκευάζεται και καλωδιώνεται για μία διάταξη πλακέτας, έχει ένα αρχικό κόστος — γι' αυτό και η επιλογή μεταξύ ενός ειδικού εξαρτήματος και μιας μεθόδου χωρίς εξάρτημα (που καλύπτεται στη συνέχεια) είναι σε μεγάλο βαθμό οικονομική, ανάλογα με τον όγκο.

2. Υπόγειος ανιχνευτής vs ιπτάμενος ανιχνευτής: ποια δοκιμή ταιριάζει στον όγκο σας;

Χρησιμοποιήστε ένα εξάρτημα τύπου bed-of-nails για όγκους παραγωγής όπου η ταχύτητά του αποσβένει το κόστος του εξαρτήματος, και δοκιμή flying-probe για πρωτότυπα και χαμηλούς όγκους όπου η αποφυγή του κόστους του εξαρτήματος έχει μεγαλύτερη σημασία από την ταχύτητα. Οι δύο προσεγγίσεις ανταλλάσσουν το αρχικό κόστος με τον χρόνο δοκιμής ανά πλακέτα:

Ένα εξάρτημα τύπου bed-of-nails είναι ασυναγώνιστο σε απόδοση όταν κατασκευάζετε αρκετές πλακέτες για να τις αποσβέσετε, ενώ μια δοκιμή με flying-probe δεν χρειάζεται εξάρτημα και είναι ιδανική νωρίς, όταν ο σχεδιασμός μπορεί να αλλάξει και οι ποσότητες είναι μικρές. Πολλά προϊόντα ξεκινούν με flying probe για πρωτότυπα και μεταβαίνουν σε ένα εξάρτημα για παραγωγή. Πέρα από τους ελέγχους εντός κυκλώματος, και τα δύο μπορούν να συνδυαστούν με λειτουργικές δοκιμές που ασκούν την πλακέτα με τον τρόπο που θα το κάνει το τελικό προϊόν.

3. Πώς να σχεδιάσετε μια πλακέτα για δοκιμαστική πρόσβαση (DFT)

Σχεδιάστε για δυνατότητα δοκιμής τοποθετώντας προσβάσιμα δοκιμαστικά pads σε κάθε δίκτυο που θέλετε να ελέγξετε, διατηρώντας τα στη μία πλευρά, ρυθμίζοντας το μέγεθός τους και την απόσταση μεταξύ τους για pogo pins και αποφεύγοντας τα pads κάτω από ψηλά εξαρτήματα. Ένα εξάρτημα μπορεί να ελέγξει μόνο ό,τι αποκαλύπτει η διάταξη, επομένως η πρόσβαση σε δοκιμές είναι μια απόφαση σχεδιασμού που λαμβάνεται πριν από την κατάψυξη της πλακέτας — η προσθήκη της αργότερα είναι ακριβή ή αδύνατη. Τα βασικά:

• Παρέχετε δοκιμαστικά ταμπόν. Κάθε δίχτυ που πρέπει να φτάσει η δοκιμή χρειάζεται ένα ειδικό, προσβάσιμο μαξιλάρι με επαρκές μέγεθος και σαφή αναφορά στο έδαφος.
• Κρατήστε την πρόσβαση στον αισθητήρα από τη μία πλευρά. Ένα πεδίο αισθητήρα μονής όψης καθιστά ένα απλούστερο, φθηνότερο και πιο αξιόπιστο εξάρτημα από την πρόσβαση διπλής όψης.
• Σεβαστείτε τις αποστάσεις και αποφύγετε τις απώλειες. Οι ακίδες Pogo χρειάζονται ελάχιστη απόσταση και διάκενο από τα μαξιλάρια και τα ψηλά μέρη δεν πρέπει να εμποδίζουν το πεδίο του αισθητήρα.
• Σχεδιάστε γάντζους λειτουργικών δοκιμών. Οι σύνδεσμοι, οι κεφαλίδες ή τα μαξιλαράκια που επιτρέπουν σε έναν λειτουργικό ελεγκτή να οδηγεί και να παρατηρεί την πλακέτα αποτελούν μέρος του ίδιου σχεδίου πρόσβασης.

Αυτός ο κλάδος είναι η καρδιά του σχεδιασμού για τη δυνατότητα δοκιμής και είναι ακριβώς αυτό που εντοπίζει μια αξιολόγηση πριν από την παραγωγή — μια πλακέτα χωρίς πρόσβαση σε ανιχνευτή είναι ένα πρόβλημα πολύ φθηνότερο για επίλυση στο CAD παρά μετά την προσφορά ενός εξαρτήματος.

4. Κόστος δοκιμαστικού φωτιστικού: πότε αποσβένεται ένα φωτιστικό;

Ένα ειδικό δοκιμαστικό εξάρτημα αποδίδει όταν ο όγκος παραγωγής σας είναι αρκετά υψηλός ώστε ο γρήγορος χρόνος δοκιμής ανά πλακέτα του εξάρτηματος να εξοικονομεί περισσότερα από το αρχικό κόστος κατασκευής — συνήθως σε μεσαίους έως υψηλούς όγκους, ενώ σε χαμηλούς όγκους είναι φθηνότερο να κάνετε δοκιμές χωρίς εξάρτημα. Τα οικονομικά στοιχεία καταλήγουν σε μια απλή συναλλαγή: ένα εξάρτημα έχει ένα πραγματικό αρχικό κόστος, αλλά δοκιμάζει κάθε πλακέτα σε δευτερόλεπτα, ενώ ο ιπτάμενος ανιχνευτής δεν έχει κόστος εξαρτήματος, αλλά χρειάζεται λίγα λεπτά ανά πλακέτα.

Για ένα πρωτότυπο 10 πλακετών, η κατασκευή ενός φωτιστικού σπάνια έχει νόημα. Ο ιπτάμενος ανιχνευτής αποφεύγει εντελώς την επένδυση. Για χιλιάδες πλακέτες, η ταχύτητα ανά πλακέτα του φωτιστικού υπερτερεί γρήγορα του κόστους κατασκευής του και γίνεται η φθηνότερη επιλογή συνολικά. Η διασταύρωση εξαρτάται από την συγκεκριμένη πλακέτα και τις ποσότητες, γι' αυτό και η στρατηγική δοκιμών αποφασίζεται καλύτερα από κοινού με τον κατασκευαστή σας ως μέρος του σχεδιασμού - με τον ίδιο τρόπο που η παραγωγή χαμηλού όγκου και η παραγωγή μεγάλου όγκου απαιτούν διαφορετικές προσεγγίσεις δοκιμών. Η επιλογή λανθασμένης στρατηγικής είτε σπαταλά χρήματα σε ένα άχρηστο φωτιστικό είτε δημιουργεί συμφόρηση σε μια γραμμή παραγωγής μεγάλου όγκου λόγω αργών δοκιμών.

5. Μέσα σε ένα εξάρτημα από καρφιά: καρφίτσες pogo, πλάκες και αισθητήρες

Ένα εξάρτημα τύπου bed-of-nails αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία: μια σειρά από ελατηριωτές καρφίτσες pogo που έρχονται σε επαφή με τα δοκιμαστικά τακάκια, μια τρυπημένη πλάκα αισθητήρα που συγκρατεί κάθε καρφίτσα σε ακριβή ευθυγράμμιση με τον στόχο της και έναν μηχανισμό που πιέζει την πλακέτα προς τα κάτω πάνω στις καρφίτσες. Η κατανόηση αυτών των στοιχείων εξηγεί τόσο γιατί ένα εξάρτημα είναι ακριβές όσο και γιατί κοστίζει αυτό που κάνει — κάθε καρφίτσα τοποθετείται για μια συγκεκριμένη διάταξη πλακέτας.

Οι ίδιες οι καρφίτσες pogo αποτελούν την καρδιά του. Κάθε μία είναι ένας μικροσκοπικός αισθητήρας με ελατήριο που συμπιέζεται ελαφρώς όταν η πλακέτα πιέζεται προς τα κάτω, εξασφαλίζοντας σταθερή και σταθερή επαφή χωρίς να καταστρέφει το τακάκι, και διαθέτουν διαφορετικά στυλ άκρων - αιχμηρές κορώνες για να διαπερνούν τυχόν υπολείμματα οξειδίου ή ροής, επίπεδες άκρες για χρυσά τακάκια - που επιλέγονται για να ταιριάζουν στο φινίρισμα της πλακέτας. Οι καρφίτσες τοποθετούνται σε μια πλάκα με ακριβή διάτρηση, έτσι ώστε η καθεμία να προσγειώνεται σε απόσταση ενός κλάσματος του χιλιοστού από τον στόχο της, γι' αυτό και τα τακάκια δοκιμών χρειάζονται επαρκές μέγεθος και απόσταση. Τα τακάκια που είναι πολύ μικρά ή πολύ κοντά μεταξύ τους κάνουν ένα εύθραυστο, αναξιόπιστο εξάρτημα. Η πλακέτα συγκρατείται με κενό αέρος ή μηχανική πρέσα, έτσι ώστε όλες οι καρφίτσες να έρχονται σε επαφή ταυτόχρονα, και το εξάρτημα συνδέει αυτές τις επαφές πίσω στον ελεγκτή εντός κυκλώματος . Επειδή ολόκληρο το πεδίο των καρφιτσών είναι προσαρμοσμένο σε μία διάταξη, το εξάρτημα είναι ένα εργαλείο μίας πλακέτας - ο λόγος για τον οποίο το κόστος του αποσβένεται σε σχέση με τον όγκο και γιατί οι χαμηλοί όγκοι ευνοούν μια προσέγγιση με ιπτάμενο αισθητήρα χωρίς εξάρτημα.

6. Πώς η Highleap προσαρμόζει και δοκιμάζει τις σανίδες σας

Το Highleap αντιστοιχίζει τη στρατηγική δοκιμών στον όγκο και την πλακέτα σας — πτήση ανιχνευτή για πρωτότυπα και χαμηλές διαδρομές, εξαρτήματα με βάση καρφιά και λειτουργική δοκιμή για παραγωγή — και εξετάζει το σχέδιό σας για δοκιμαστική πρόσβαση πριν από την κατασκευή του εξαρτήματος. Μέσω λειτουργικών δοκιμών και δοκιμών εντός κυκλώματος, οι πλακέτες επαληθεύονται ως προς την κάλυψη που ορίζετε, είτε πρόκειται για ανοίγματα και βραχυκυκλώματα, τιμές εξαρτημάτων είτε για πλήρη λειτουργική συμπεριφορά.

Επειδή ένα εξάρτημα είναι τόσο καλό όσο η πρόσβαση που έχει σχεδιαστεί στην πλακέτα, αυτό ξεκινά με έναν έλεγχο κατασκευασιμότητας και δυνατότητας δοκιμής κατά τη συναρμολόγηση με το κλειδί στο χέρι , έτσι ώστε τα ελλείποντα δοκιμαστικά μαξιλαράκια ή οι μπλοκαρισμένες περιοχές των αισθητήρων να εντοπίζονται πριν γίνουν πρόβλημα στο εξάρτημα. Όταν ζητάτε μια προσφορά, πείτε μας τον όγκο-στόχο σας, τα ελαττώματα που πρέπει να εντοπίσει η δοκιμή και αν χρειάζεστε ενσωματωμένο κύκλωμα, λειτουργικό ή και τα δύο, ώστε το σωστό εξάρτημα και το σχέδιο δοκιμών να έχουν καθοριστεί από την αρχή.

7. Συχνές ερωτήσεις για το εξάρτημα δοκιμής PCB

Τι είναι μια καρφίτσα pogo;

Ένας πείρος pogo είναι ένας ελατηριωτός αισθητήρας δοκιμής με ένα έμβολο που συμπιέζεται όταν πιέζεται πάνω σε ένα μαξιλαράκι, παρέχοντας σταθερή, επαναλαμβανόμενη επαφή χωρίς να καταστρέφει την πλακέτα. Μια σειρά από αυτά σε μια τρυπημένη πλάκα σχηματίζει τα «καρφιά» ενός εξαρτήματος βάσης καρφιών.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός εξαρτήματος ΤΠΕ και ενός εξαρτήματος λειτουργικής δοκιμής;

Ένα εξάρτημα ΤΠΕ εξετάζει μεμονωμένα δίκτυα για να μετρήσει τα εξαρτήματα και τη συνδεσιμότητα, ενώ ένα λειτουργικό εξάρτημα δοκιμής συνδέεται με τις πραγματικές διεπαφές της πλακέτας — τροφοδοσία, συνδέσεις, σήματα — για να τη λειτουργήσει όπως το τελικό προϊόν. Πολλές γραμμές παραγωγής χρησιμοποιούν και τα δύο διαδοχικά.

Πόσο μεγάλα πρέπει να είναι τα δοκιμαστικά τακάκια για ένα φωτιστικό;

Τα δοκιμαστικά τακάκια θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλα και σε αρκετή απόσταση μεταξύ τους ώστε να μπορεί να προσγειωθεί αξιόπιστα ένας πείρος pogo — γενικά στρογγυλά, ανοιχτά τακάκια στη μία πλευρά με απόσταση από τα ψηλά μέρη. Τα τακάκια που είναι πολύ μικρά ή πολύ σφιχτά τοποθετημένα αποτελούν ένα εύθραυστο, επιρρεπές σε βλάβες εξάρτημα.

Μπορείτε να ελέγξετε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος χωρίς εξάρτημα;

Ναι — η δοκιμή με ιπτάμενο ανιχνευτή χρησιμοποιεί κινούμενους ανιχνευτές που δεν χρειάζονται προσαρμοσμένο εξάρτημα, και επιθεωρεί με ακτίνες Χ και χωρίς επαφή την πλακέτα. Αυτά είναι κατάλληλα για πρωτότυπα και χαμηλό όγκο παραγωγής. Τα εξαρτήματα κερδίζουν το κόστος τους κυρίως σε υψηλότερους όγκους παραγωγής.

Μπορώ να κατασκευάσω το δικό μου εξάρτημα δοκιμής "bed-of-nails";

Είναι δυνατό για απλές πλακέτες να χρησιμοποιούν μια τρυπημένη πλάκα και υποδοχές pogo-pin, αλλά η ακριβής ευθυγράμμιση των ακίδων, η αξιόπιστη ευθυγράμμιση της πλακέτας και η ανθεκτική καλωδίωση είναι δύσκολο να επιτευχθούν χειροκίνητα. Για την παραγωγή, ένα επαγγελματικά κατασκευασμένο εξάρτημα είναι πολύ πιο αξιόπιστο.

Πόσο διαρκεί ένα δοκιμαστικό εξάρτημα;

Ένα καλοκατασκευασμένο εξάρτημα διαρκεί για πολλές χιλιάδες κύκλους δοκιμών, με τις καρφίτσες pogo να είναι το κύριο αντικείμενο φθοράς που αντικαθίσταται περιοδικά. Επειδή είναι συνδεδεμένο με μία διάταξη πλακέτας, η ωφέλιμη ζωή του λήγει όταν αλλάξει η συγκεκριμένη αναθεώρηση προϊόντος.