Progettazione di dispositivi di test per PCB: letto di aghi, sonda volante e DFT

Un dispositivo di test per PCB è una dima personalizzata che tiene ferma una scheda assemblata e preme sonde a molla sui suoi punti di test, consentendo a un tester di controllare automaticamente la scheda. È ciò che rende possibili test di produzione rapidi e ripetibili, ma un dispositivo di test funziona solo se la scheda è stata progettata tenendo conto dell'accessibilità per il test. Questa guida spiega cos'è un dispositivo di test, le differenze tra i metodi a letto di aghi e a sonde volanti, come progettare una scheda per la testabilità e come Highleap Electronics costruisce e testa le schede con la giusta strategia di dispositivi di test.

1. Che cos'è un dispositivo di test per circuiti stampati (PCB)?

Un dispositivo di test per PCB è una dima realizzata su misura che mantiene una scheda assemblata in un allineamento preciso e preme una serie di pin "pogo" a molla sui suoi pad di test, collegando la scheda all'apparecchiatura di test per un controllo automatizzato. Rappresenta l'interfaccia meccanica tra la scheda specifica e un tester, ed è ciò che consente a una linea di produzione di verificare centinaia di schede identiche in modo rapido e coerente.

La forma più comune è il dispositivo a letto di chiodi, dove decine o centinaia di perni a molla si allineano con i punti di prova in modo che un tester in circuito È possibile misurare i singoli componenti, oppure un tester funzionale può testare la scheda nel suo complesso. Poiché ogni dispositivo di fissaggio è lavorato e cablato per un layout di scheda specifico, comporta un costo iniziale: ecco perché la scelta tra un dispositivo di fissaggio dedicato e un metodo senza dispositivi di fissaggio (che verrà trattato in seguito) è in gran parte una questione economica, dettata dal volume di produzione.

2. Test a letto di chiodi o test con sonda volante: quale test è più adatto al vostro volume di pazienti?

Per i volumi di produzione in cui la velocità ammortizza il costo dell'attrezzatura, si consiglia di utilizzare un sistema di test a letto di chiodi, mentre per i prototipi e i bassi volumi, dove evitare i costi dell'attrezzatura è più importante della velocità, si può ricorrere al test con sonde volanti. I due approcci rappresentano un compromesso tra il costo iniziale e il tempo di test per scheda.

A fissaggio a letto di chiodi è imbattibile per la produttività una volta che si costruiscono abbastanza schede per ammortizzarlo, mentre un test della sonda volante Non necessita di dispositivi di fissaggio ed è ideale nelle fasi iniziali, quando il design può ancora subire modifiche e le quantità sono ridotte. Molti prodotti iniziano con prototipi a sonda volante per poi passare a dispositivi di fissaggio per la produzione. Oltre ai controlli in-circuit, entrambi i metodi possono essere abbinati a test funzionali che simulano le sollecitazioni a cui sarà sottoposto il prodotto finale.

3. Come progettare una scheda per l'accesso di test (DFT)

Progettare per la testabilità posizionando dei pad di test accessibili su ogni rete che si desidera testare, mantenendoli su un lato, dimensionandoli e distanziandoli per i pin a molla ed evitando pad sotto componenti alti. Un dispositivo di test può testare solo ciò che il layout espone, quindi l'accesso ai test è una decisione di progettazione presa prima che la scheda venga congelata: aggiungerlo in seguito è costoso o impossibile. Gli elementi essenziali:

• Fornire tamponi di prova. Ogni rete che il test deve raggiungere necessita di una piattaforma dedicata e accessibile, di dimensioni adeguate e con un chiaro punto di riferimento a terra.
• Mantenere l'accesso alla sonda su un lato. Un campo di sonda a lato singolo rende il dispositivo più semplice, economico e affidabile rispetto a un accesso a doppio lato.
• Rispetta le distanze e i divieti di accesso. I pin Pogo richiedono una spaziatura e un'altezza di contatto minime, e le parti alte non devono ostruire il campo della sonda.
• Piano per ganci di prova funzionali. I connettori, i pin o i pad che permettono a un tester funzionale di pilotare e osservare la scheda fanno parte dello stesso piano di accesso.

Questa disciplina è il cuore di progettazione per la testabilitàEd è esattamente il tipo di problema che una revisione pre-produzione individua: una scheda senza accesso per le sonde è un problema molto più economico da risolvere in CAD che dopo che è stato emesso un preventivo per un dispositivo di fissaggio.

4. Costo delle apparecchiature di prova: quando un'apparecchiatura di prova si ripaga?

Un dispositivo di test dedicato si rivela conveniente quando il volume di produzione è sufficientemente elevato da compensare il costo iniziale di costruzione con i tempi di test rapidi per ogni scheda, in genere per volumi medio-alti, mentre per volumi bassi è più economico testare senza dispositivo. In termini economici, si tratta di un semplice compromesso: un dispositivo di test ha un costo iniziale reale, ma testa ogni scheda in pochi secondi, mentre il test con sonda volante non ha costi di installazione, ma richiede diversi minuti per scheda.

Per un prototipo di 10 schede, costruire un dispositivo di fissaggio raramente ha senso; la sonda volante evita completamente l'investimento. Per migliaia di schede, la velocità di pochi secondi per scheda del dispositivo di fissaggio compensa rapidamente il suo costo di costruzione e diventa l'opzione più economica in generale. Il punto di svolta dipende dalla scheda specifica e dalle quantità, motivo per cui la strategia di test è meglio definita insieme al produttore come parte della pianificazione, allo stesso modo produzione a basso volume La produzione ad alto volume richiede approcci di test differenti. Scegliere la strategia sbagliata significa sprecare denaro in un'attrezzatura non necessaria o creare un collo di bottiglia in una linea di produzione ad alto volume a causa di test lenti.

5. All'interno di un dispositivo a letto di chiodi: perni a molla, piastre e sonde

Un dispositivo di test a letto di chiodi è costituito da tre elementi principali: una serie di perni a molla che entrano in contatto con i pad di test, una piastra di prova forata che mantiene ogni perno perfettamente allineato con il suo bersaglio e un meccanismo che preme la scheda sui perni. Comprendere questi elementi spiega sia la precisione del dispositivo sia il suo costo: ogni perno è posizionato per una specifica configurazione della scheda.

I pin pogo stessi sono il cuore del sistema. Ognuno è una minuscola sonda a molla che si comprime leggermente quando la scheda viene premuta, garantendo un contatto saldo e costante senza danneggiare il pad, e sono disponibili con diversi tipi di punta: corone affilate per perforare qualsiasi residuo di ossido o flussante, punte piatte per i pad in oro, scelte in base alla finitura della scheda. I pin si inseriscono in una piastra forata con precisione in modo che ciascuno si trovi entro una frazione di millimetro dal suo bersaglio, motivo per cui i pad di prova devono avere dimensioni e spaziatura adeguate; pad troppo piccoli o troppo vicini rendono il dispositivo fragile e inaffidabile. La scheda è tenuta in posizione dal vuoto o da una pressa meccanica in modo che tutti i pin entrino in contatto simultaneamente e il dispositivo collega questi contatti al tester in circuitoPoiché l'intero campo dei pin è personalizzato per un unico layout, il dispositivo è uno strumento monoblocco: ecco perché il suo costo viene ammortizzato sul volume e perché i bassi volumi favoriscono un sistema senza dispositivi. sonda volante approccio invece.

6. Come Highleap installa e testa le tue schede

Highleap adatta la strategia di test al tuo volume e alla tua scheda: sonda volante per prototipi e piccole serie, dispositivi a letto di chiodi e test funzionali per la produzione, e rivede il tuo progetto per l'accesso al test prima che il dispositivo venga costruito. Attraverso test funzionali e test in-circuit, le schede vengono verificate in base alla copertura definita, che si tratti di circuiti aperti e cortocircuiti, valori dei componenti o comportamento funzionale completo.

Poiché un dispositivo è valido solo quanto l'accesso progettato nella scheda, questo inizia con una revisione della producibilità e della testabilità durante montaggio chiavi in ​​manoIn questo modo, i pad di test mancanti o le aree di test ostruite vengono individuati prima che diventino un problema per il dispositivo. Quando richiedete un preventivo, comunicateci il volume di produzione previsto, i difetti che il test deve rilevare e se avete bisogno di un test in-circuit, funzionale o entrambi, in modo da poter definire fin da subito il dispositivo e il piano di test più adatti.

7. Domande frequenti sul dispositivo di test per PCB

Cos'è un pogo pin?

Un pogo pin è una sonda di prova a molla dotata di un pistone che si comprime quando viene premuto contro un pad, garantendo un contatto saldo e ripetibile senza danneggiare il circuito stampato. Una serie di pogo pin in una piastra forata forma i "chiodi" di un dispositivo di fissaggio a letto di chiodi.

Qual è la differenza tra un dispositivo ICT e un dispositivo per test funzionali?

Un dispositivo di test ICT analizza le singole reti per misurare componenti e connettività, mentre un dispositivo di test funzionale si collega alle interfacce reali della scheda (alimentazione, connettori, segnali) per farla funzionare come il prodotto finale. Molte linee di produzione utilizzano entrambi in sequenza.

Quali devono essere le dimensioni dei punti di prova per un dispositivo di fissaggio?

I pad di prova devono essere sufficientemente grandi e distanziati tra loro da permettere a un perno a molla di atterrare in modo affidabile; in genere, si tratta di pad rotondi e aperti su un lato, con spazio sufficiente rispetto alle parti più alte. Pad troppo piccoli o troppo ravvicinati rendono il dispositivo fragile e soggetto a guasti.

È possibile testare un circuito stampato senza un dispositivo di fissaggio?

Sì, il test con sonde mobili utilizza sonde mobili che non necessitano di dispositivi di fissaggio personalizzati, e permette l'ispezione AOI e a raggi X senza contatto, senza toccare la scheda. Questi metodi sono adatti per prototipi e bassi volumi di produzione; i dispositivi di fissaggio giustificano il loro costo principalmente con volumi di produzione più elevati.

Posso costruire da solo un dispositivo di prova a letto di chiodi?

È possibile realizzare circuiti stampati semplici utilizzando una piastra forata e connettori a molla, ma un allineamento preciso dei pin, un registro affidabile del circuito stampato e un cablaggio durevole sono difficili da ottenere manualmente. Per la produzione, un dispositivo di fissaggio realizzato professionalmente è di gran lunga più affidabile.

Quanto dura un dispositivo di prova?

Un dispositivo di test ben costruito dura per molte migliaia di cicli di prova, con i pin a molla come principale componente soggetto a usura che viene periodicamente sostituito. Poiché è vincolato a un layout specifico della scheda, la sua vita utile termina quando cambia la revisione del prodotto.