Разработка тестовых приспособлений для печатных плат: метод «ложе из гвоздей», метод «летающего щупа» и метод дискретного тестирования (DFT).

Тестовое приспособление для печатных плат — это специальное крепление, которое удерживает собранную плату и прижимает подпружиненные щупы к контрольным точкам, позволяя тестировщику автоматически проверять плату. Именно оно обеспечивает быстрое и воспроизводимое тестирование в процессе производства, но приспособление работает только в том случае, если плата была разработана с учетом возможности тестирования. В этом руководстве объясняется, что такое тестовое приспособление, чем отличаются методы «ложе из гвоздей» и «летающий щуп», как спроектировать плату с учетом возможности тестирования и как компания Highleap Electronics производит и тестирует платы, используя правильную стратегию применения приспособлений.

1. Что такое приспособление для тестирования печатных плат?

Приспособление для тестирования печатных плат — это специально изготовленный шаблон, который точно удерживает собранную плату и прижимает массив подпружиненных «пого»-контактов к ее тестовым площадкам, соединяя плату с тестовым оборудованием для автоматической проверки. Это механический интерфейс между вашей конкретной платой и тестером, и именно он позволяет линии быстро и стабильно проверять сотни идентичных плат.

Наиболее распространенной формой является конструкция типа «ложе из гвоздей», где десятки или сотни пружинных штифтов выравниваются с контрольными точками, так что внутрицепной тестер Можно измерять отдельные компоненты, или же функциональный тестер может проверить плату в целом. Поскольку каждое приспособление изготавливается и подключается к определенной компоновке платы, оно влечет за собой первоначальные затраты — именно поэтому выбор между специализированным приспособлением и методом без приспособлений (рассмотренным далее) в значительной степени является экономическим решением, обусловленным объемом производства.

2. Метод «ложе из гвоздей» против метода «летающего зонда»: какой тест подходит для вашего объема?

Для серийного производства, где скорость работы амортизирует затраты на оснастку, используйте зажимное приспособление типа «ложе из гвоздей», а для прототипов и мелкосерийного производства, где экономия на оснастке важнее скорости, используйте тест с помощью летающего зонда. Оба подхода позволяют сопоставить первоначальные затраты со временем тестирования каждой платы:

A крепление для гвоздей По производительности он непревзойден, как только вы производите достаточное количество плат, чтобы окупить затраты, в то время как испытание летающего зонда Не требует использования оснастки и идеально подходит для начального этапа, когда конструкция еще может меняться, а объемы производства невелики. Многие изделия начинают изготавливаться с помощью летающего зонда для прототипов, а затем переходят к использованию оснастки для серийного производства. Помимо внутрисхемных проверок, оба метода могут сочетаться с функциональным тестированием, которое позволяет проверить плату так же, как это будет происходить с конечным продуктом.

3. Как спроектировать плату для тестирования (DFT)

При проектировании учитывайте возможность тестирования, размещая доступные тестовые площадки на каждой цепи, которую вы хотите проверить, располагая их с одной стороны, подбирая размеры и расстояние между ними под контактные площадки и избегая площадок под высокими компонентами. Приспособление может проверять только то, что видно на схеме, поэтому доступ для тестирования — это проектное решение, принимаемое до окончательной настройки платы; добавление его позже обходится дорого или невозможно. Основные моменты:

• Предоставьте тестовые площадки. Для каждой сети, до которой должны доходить испытания, необходима специально оборудованная, доступная площадка достаточного размера с четким ориентиром на местности.
• Обеспечьте доступ для зонда с одной стороны. Одностороннее зондирование обеспечивает более простое, дешевое и надежное приспособление, чем двустороннее зондирование.
• Соблюдайте дистанцию ​​и не допускайте скопления людей. Для контактных площадок Pogo pins необходимо соблюдать минимальное расстояние между контактами и зазор, а высокие элементы не должны блокировать поле зонда.
• Разработайте план функционального тестирования. Разъемы, контактные площадки или выводы, позволяющие функциональному тестировщику подключаться к плате и наблюдать за ней, являются частью одной и той же схемы доступа.

Эта дисциплина является сердцем дизайн для проверкиИ это именно то, что выявляется при предпроизводственной проверке — проблему с платой, к которой нет доступа для измерительного щупа, гораздо дешевле исправить в САПР, чем после того, как была составлена ​​смета на изготовление приспособления.

4. Стоимость испытательного стенда: когда стенд окупается?

Использование специализированного тестового стенда окупается, когда объём производства достаточно велик, и быстрое тестирование каждой платы с помощью стенда обходится дороже, чем его первоначальные затраты на изготовление — как правило, при средних и больших объёмах, в то время как при малых объёмах дешевле тестировать без стенда. Экономическая целесообразность сводится к простому компромиссу: стенд имеет реальные первоначальные затраты, но тестирует каждую плату за секунды, в то время как летающий зонд не требует затрат на стенд, но тестирует плату за минуты.

Для прототипа из 10 плат изготовление оснастки редко имеет смысл; использование летающего зонда позволяет полностью избежать этих инвестиций. Для тысяч плат скорость тестирования, занимающая секунды на плату, быстро перевешивает затраты на изготовление и становится более дешевым вариантом в целом. Выбор зависит от конкретной платы и количества экземпляров, поэтому стратегию тестирования лучше всего согласовывать совместно с производителем на этапе планирования — так же, как и в случае с другими вариантами. мелкосерийное производство Для крупносерийного производства требуются различные подходы к тестированию. Выбор неправильной стратегии либо приводит к пустой трате денег на ненужное приспособление, либо создает узкое место на линии крупносерийного производства из-за медленного тестирования.

5. Внутри зажимного устройства типа «ложе из гвоздей»: контактные штыри, пластины и зонды.

Приспособление типа «ложе из гвоздей» состоит из трех основных элементов: массива подпружиненных контактных штырьков, которые соприкасаются с тестовыми площадками, просверленной пластины для щупов, которая удерживает каждый штырек в точном соответствии с целевым положением, и механизма, который прижимает плату к штырькам. Понимание этих элементов объясняет как точность приспособления, так и его стоимость — каждый штырек устанавливается для конкретной компоновки платы.

В основе конструкции лежат сами контактные штыри. Каждый из них представляет собой крошечный подпружиненный зонд, который слегка сжимается при нажатии на плату, обеспечивая надежный и стабильный контакт без повреждения контактной площадки. Они поставляются с различными типами наконечников — острыми коронками для прокалывания любых остатков оксида или флюса, плоскими наконечниками для золотых контактных площадок — в зависимости от покрытия платы. Штыри устанавливаются в прецизионно просверленную пластину, так что каждый из них попадает в точку с точностью до доли миллиметра, поэтому тестовые площадки должны быть достаточного размера и расстояния; слишком маленькие или слишком близко расположенные площадки делают приспособление хрупким и ненадежным. Плата удерживается вакуумом или механическим прессом, так что все штыри контактируют одновременно, а приспособление соединяет эти контакты с платой. внутрицепной тестерПоскольку все контактное поле адаптировано под одну схему, приспособление представляет собой инструмент для одной платы — именно поэтому его стоимость амортизируется в зависимости от объема производства, и именно поэтому при малых объемах производства предпочтительнее использовать приспособления без зажимов. летающий зонд подход вместо этого.

6. Как Highleap тестирует и проверяет ваши платы.

Highleap подбирает стратегию тестирования в соответствии с объемом производства и типом платы — от использования летающего зонда для прототипов и небольших партий до стационарных тестовых стендов и функционального тестирования для серийного производства — и проверяет вашу конструкцию на предмет доступа к тестовому оборудованию до изготовления стенда. функциональное тестирование В ходе внутрисхемного тестирования платы проверяются на соответствие заданному вами уровню защиты, будь то обрывы и короткие замыкания, номиналы компонентов или полная функциональность.

Поскольку качество крепления напрямую зависит от предусмотренного в плате доступа, это начинается с проверки технологичности изготовления и возможности тестирования. сборка под ключТаким образом, отсутствующие тестовые площадки или заблокированные участки щупов будут обнаружены до того, как они превратятся в проблему с тестовым оборудованием. При запросе коммерческого предложения сообщите нам целевой объем производства, дефекты, которые должен выявить тест, и требуется ли вам внутрисхемное тестирование, функциональное тестирование или и то, и другое, чтобы с самого начала был разработан правильный тестовый стенд и план тестирования.

7. Часто задаваемые вопросы о приспособлениях для тестирования печатных плат

Что такое прыгающий штифт?

Подпружиненный измерительный щуп представляет собой тестовый зонд с поршнем, который сжимается при нажатии на контактную площадку, обеспечивая надежный и воспроизводимый контакт без повреждения платы. Массив таких щупов в просверленной пластине образует «гвозди» в зажимном устройстве типа «ложе из гвоздей».

В чём разница между стендом для ИКТ-тестирования и стендом для функционального тестирования?

Приспособление для ИКТ-тестирования позволяет измерять параметры отдельных цепей и соединения компонентов, а приспособление для функционального тестирования подключается к реальным интерфейсам платы — питанию, разъемам, сигналам — и имитирует работу конечного продукта. На многих производственных линиях оба приспособления используются последовательно.

Какого размера должны быть тестовые площадки для приспособления?

Тестовые площадки должны быть достаточно большими и расположены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы контактный штырь надежно приземлялся — как правило, это круглые, открытые площадки с одной стороны, обеспечивающие зазор от высоких деталей. Слишком маленькие или слишком плотно расположенные площадки делают приспособление хрупким и подверженным поломкам.

Можно ли протестировать печатную плату без специального приспособления?

Да — тестирование с помощью летающих зондов использует подвижные зонды, для которых не требуется специальное приспособление, а также бесконтактный AOI и рентгеновский контроль без касания платы. Эти методы подходят для прототипов и мелкосерийного производства; затраты на приспособления окупаются в основном при больших объемах производства.

Могу ли я самостоятельно изготовить приспособление для испытания методом «ложа из гвоздей»?

Для простых плат с просверленной пластиной и контактными гнездами это возможно, но точное выравнивание контактов, надежная фиксация платы и долговечная проводка труднодостижимы вручную. Для серийного производства гораздо надежнее использовать профессионально изготовленное приспособление.

Сколько времени служит испытательный стенд?

Качественно изготовленное приспособление выдерживает многие тысячи циклов тестирования, при этом основным изнашиваемым элементом, требующим периодической замены, являются контактные площадки. Поскольку оно привязано к одной конфигурации платы, срок его службы заканчивается при изменении версии продукта.