Конструкція випробувального обладнання для друкованих плат: цвяхове ліжко, літаючий зонд та DFT

Тестовий кріплення для друкованих плат – це спеціальне пристосування, яке утримує зібрану плату та притискає пружинні зонди до її тестових точок, щоб тестер міг автоматично перевірити плату. Саме воно робить можливим швидке та повторюване виробниче тестування, але кріплення працює лише в тому випадку, якщо плата була розроблена з урахуванням доступу для тестування. У цьому посібнику пояснюється, що таке тестовий кріплення, чим відрізняються підходи з цвяхами та літаючими зондами, як проектувати плату для тестування та як Highleap Electronics створює та тестує плати з правильною стратегією кріплення.

1. Що таке стенд для випробування друкованих плат?

Тестовий стенд для друкованих плат – це спеціально виготовлений стенд, який точно вирівнює зібрану плату та притискає масив пружинних контактів «pogo» до її тестових контактних майданчиків, з’єднуючи плату з тестовим обладнанням для автоматичної перевірки. Це механічний інтерфейс між вашою конкретною платою та тестером, і саме він дозволяє лінії швидко та послідовно перевіряти сотні ідентичних плат.

Найпоширенішою формою є кріплення з цвяхами, де десятки або сотні контактів pogo вирівнюються з тестовими точками, щоб тестер у схемі міг виміряти окремі компоненти, або функціональний тестер міг випробувати плату в цілому. Оскільки кожне кріплення виготовляється та підключається для однієї схеми плати, це тягне за собою початкові витрати — саме тому вибір між спеціалізованим кріпленням та методом без кріплення (розглянемо далі) значною мірою є економічним, зумовленим обсягом.

2. Цвяхове ложе проти літаючих зондів: який тест підходить для вашого обсягу?

Використовуйте кріплення з цвяхами для виробничих обсягів, де його швидкість амортизує вартість кріплення, та випробування з використанням літаючих зондів для прототипів та невеликих обсягів, де уникнення витрат на кріплення важливіше за швидкість. Ці два підходи порівнюють початкові витрати з часом випробування кожної плати:

Кріплення на цвяхах неперевершене за пропускною здатністю, коли ви збираєте достатню кількість плат, щоб амортизувати його, тоді як випробування на літаючих пробниках не потребує кріплення та ідеально підходить на ранніх етапах, коли конструкція ще може змінюватися, а кількості невеликі. Багато продуктів починаються з літаючих пробників для прототипів і переходять до кріплення для виробництва. Окрім внутрішньосхемних перевірок, обидва методи можна поєднати з функціональним тестуванням, яке тренує плату так, як це зробить кінцевий продукт.

3. Як спроектувати плату для доступу до тестів (DFT)

Проектуйте з урахуванням тестованості, розміщуючи доступні тестові контакти на кожній мережі, яку ви хочете протестувати, залишаючи їх з одного боку, підбираючи розміри та відстань між ними для контактів pogo та уникаючи розміщення контактів під високими компонентами. Прилад може протестувати лише те, що відкриває макет, тому доступ до тестування є проектним рішенням, яке приймається до того, як плата буде заморожена — додавання його після цього є дорогим або неможливим. Основні моменти:

• Надайте тестові прокладки. Кожна мережа, до якої має дійти тест, потребує спеціального, доступного майданчика відповідного розміру та чіткого заземлення.
• Забезпечте доступ до зонда з одного боку. Одностороннє зондове поле забезпечує простіший, дешевший та надійніший пристрій, ніж двосторонній доступ.
• Дотримуйтесь дистанції та заборонених місць. Контакти Pogo потребують мінімальної відстані між контактними площадками та зазору, а високі деталі не повинні блокувати поле зонда.
• Плануйте функціональні тестові перехоплювачі. Роз'єми, роз'єми або контактні площадки, які дозволяють функціональному тестеру керувати платою та спостерігати за нею, є частиною одного плану доступу.

Ця дисципліна є серцем проектування для тестування , і це саме те, що виявляється під час передсерійного огляду — плата без доступу до зондів є проблемою, яку набагато дешевше виправити в САПР, ніж після того, як було складено кошторис на кріплення.

4. Вартість випробувального обладнання: коли воно окупається?

Спеціалізований випробувальний пристрій окупається, коли обсяг виробництва достатньо великий, щоб швидкий час тестування кожної плати заощадив більше, ніж початкові витрати на виготовлення — зазвичай це стосується середніх та великих обсягів, тоді як малі обсяги дешевше тестувати без використання пристрою. Економіка зводиться до простої угоди: пристрій має реальні початкові витрати, але тестує кожну плату за лічені секунди, тоді як літаючий зонд не має витрат на пристрій, але тестування кожної плати займає кілька хвилин.

Для прототипу з 10 плат створення кріплення рідко має сенс; літаючий зонд повністю позбавляє від інвестицій. Для тисяч плат швидкість виготовлення кріплення, яка займає кілька секунд на плату, швидко переважує вартість його складання та загалом стає дешевшим варіантом. Перехресне підключення залежить від вашої конкретної плати та кількості, тому стратегію тестування найкраще вирішувати разом з виробником у рамках планування — так само, як і малосерійне та великосерійне виробництво вимагають різних підходів до тестування. Вибір неправильної стратегії або призводить до витрачання грошей на непотрібне кріплення, або до заторів на великосерійній лінії через повільне тестування.

5. Всередині пристосування для цвяхів: штифти-гвоздики, пластини та зонди

Пристрій на цвяхах складається з трьох основних елементів: масиву пружинних контактів pogo, які контактують з тестовими контактними майданчиками, перфорованої пластини зонда, яка утримує кожен контакт у точній відповідності з його цільовою зоною, та механізму, який притискає плату до контактів. Розуміння цих елементів пояснює як точність пристосування, так і його вартість — кожен контакт розміщено для одного конкретного макета плати.

Самі контакти pogo є його серцем. Кожен з них являє собою крихітний пружинний зонд, який злегка стискається при натисканні на плату, забезпечуючи міцний та стабільний контакт без пошкодження контактної площадки, і вони постачаються з різними типами наконечників — гострі коронки для пробивання будь-яких залишків оксиду або флюсу, плоскі наконечники для золотих контактних площадок — підібрані відповідно до покриття плати. Контакти розміщуються в прецизійно просвердленій пластині, тому кожен з них потрапляє в межах частки міліметра від своєї цілі, тому тестові контактні площадки повинні мати достатній розмір та відстань між ними; занадто малі або занадто близько розташовані контактні площадки роблять кріплення крихким та ненадійним. Плата утримується вакуумом або механічним пресом, тому всі контакти контактують одночасно, а кріплення з'єднує ці контакти назад до внутрішньосхемного тестера . Оскільки все поле контактів налаштоване на одну схему, кріплення є інструментом для однієї плати — причина, чому його вартість амортизується обсягом, і чому невеликі обсяги виробництва віддають перевагу підходу з літаючим зондом без кріплення.

6. Як Highleap фіксує та тестує ваші дошки

Highleap підбирає стратегію тестування відповідно до вашого обсягу та плати — літаючий зонд для прототипів та невеликих серій, кріплення на цвяхах та функціональне тестування для виробництва — і перевіряє ваш проект на наявність доступу до тестування перед складанням кріплення. За допомогою функціонального тестування та внутрішньосхемних випробувань плати перевіряються на відповідність визначеному вами охопленню, будь то розриви та короткі замикання, значення компонентів чи повна функціональність.

Оскільки якісний кріплення залежить від спроектованого доступу до плати, це починається з перевірки технологічності та тестованості під час складання "під ключ" , щоб відсутні тестові контактні площадки або заблоковані області зондів були виявлені до того, як вони стануть проблемою кріплення. Коли ви запитуєте цінову пропозицію, повідомте нам цільовий обсяг, дефекти, які має виявити тест, та чи потрібні вам внутрішньосхемні, функціональні чи обидва, щоб з самого початку було визначено правильне кріплення та план тестування.

7. Найчастіші запитання щодо випробувального пристрою для друкованих плат

Що таке штифт pogo?

Пого-штифт — це пружинний випробувальний зонд із плунжером, який стискається при натисканні на контактну площадку, забезпечуючи міцний, повторюваний контакт без пошкодження плати. Масив із них у перфорованій пластині утворює «цвяхи» кріплення з цвяхів.

Яка різниця між ІКТ-пристроєм та функціональним випробувальним пристроєм?

ІКТ-прилад перевіряє окремі мережі для вимірювання компонентів та з'єднань, тоді як функціональний тестовий пристрій підключається до реальних інтерфейсів плати — живлення, роз'ємів, сигналів — щоб запустити її як кінцевий продукт. Багато виробничих ліній використовують обидва елементи послідовно.

Якого розміру мають бути тестові площадки для приладу?

Випробувальні контактні площадки повинні бути достатньо великими та розташованими на достатній відстані одна від одної, щоб контактний штифт міг надійно приземлитися — зазвичай це круглі, відкриті контактні площадки з одного боку з зазором від високих деталей. Занадто малі або занадто щільно упаковані контактні площадки роблять пристрій крихким та схильним до поломок.

Чи можна протестувати друковану плату без пристосування?

Так — випробування з використанням рухомих зондів не потребує спеціального кріплення, а також безконтактного AOI та рентгенівського контролю без дотику до плати. Вони підходять для прототипів та невеликих обсягів виробництва; кріплення виправдовують свою вартість переважно при більших обсягах виробництва.

Чи можу я самостійно виготовити випробувальний пристрій з цвяхів?

Для простих плат це можливо зробити, використовуючи перфоровану пластину та розетки з короткими контактами, але точного вирівнювання контактів, надійної реєстрації плати та міцної проводки важко досягти вручну. Для виробництва професійно виготовлений світильник набагато надійніший.

Як довго служить випробувальний пристрій?

Добре зібраний прилад служить багато тисяч циклів випробувань, причому основним зношуваним елементом, який періодично замінюється, є контакти pogo. Оскільки він прив'язаний до однієї макети плати, термін його корисного використання закінчується, коли змінюється ця версія продукту.