Тест летающей зондом (FPT)

Введение

Печатные платы (PCB) служат центральной нервной системой современных электронных устройств, от повседневных смартфонов до сложных авиакосмических систем. Перед тем как эти платы будут внедрены, они проходят строгие испытания для подтверждения их функциональности, качества и надежности. Почему это так важно? Одна поврежденная дорожка или неисправный компонент может привести к критическим сбоям, недовольным клиентам и финансовым потерям.

Тестирование ПЛИС — это больше, чем просто выявление дефектов — это также обратная связь для улучшения процессов проектирования и производства. Анализируя результаты тестирования, производители могут оптимизировать свои рабочие процессы и повысить выход годной продукции. Пропуск этого важного этапа слишком рискован — особенно в отраслях, таких как медицинская или авиакосмическая, где надежность платы может быть вопросом жизни или смерти.

Важность тестирования ПЛИ в электронном производстве g

Тестирование ПЛИ обеспечивает соответствие ваших плат строгим стандартам производительности. В секторах, где безопасность имеет первостепенное значение (например, здравоохранение), допустимая погрешность практически равна нулю. Даже в потребительской электронике некачественные платы могут испортить репутацию бренда и вызвать дорогие возвраты.

Помимо контроля качества, систематическое тестирование поддерживает:

• Оптимизация процесса: Выявление повторяющихся проблем на ранней стадии помогает скорректировать конвейерную линию.
• Подтверждение дизайна: Обеспечение того, что размещение элементов и выбор компонентов надежны.
• Соблюдение нормативных требований: Соответствие отраслевым сертификациям (например, IPC Class 3).

Короче говоря, тестирование является обязательным для достоверного производства электроники.

Общие методы тестирования ПЛИ

Разные методы подходят для разных объемов и сложностей:

1. Тестирование в цепи (ICT)
• Быстрые параллельные проверки с использованием фиксатора типа "постель из гвоздей".
• Идеально подходит для больших тиражей, но требует дорогостоящих специальных фиксаторов.
2. Тест летающих зондов (FPT)
• Использует движущиеся зонды вместо специального фиксатора.
• Отлично подходит для небольших и средних объемов, а также прототипов.
3. Автоматизированный оптический контроль (AOI)
• Использует высокомегапиксельные камеры для проверки поверхностных пайковых соединений.
• Концентрируется на проблемах, обнаруживаемых визуально.
4. Рентгеновский контроль
• «Проникает» через ПЛИ для выявления скрытых дефектов, критичен для BGA и многослойных плат.
• Часто используется вместе с FPT или AOI для комплексного охвата.

Хотя у каждого метода есть уникальные преимущества, этот гайд фокусируется на тестировании летающими зондами — подходе, который предлагает беспрецедентную гибкость, особенно если вам нужны быстрые итерации в проектировании.

Что такое летающий зондовый тест (FPT)?

Представьте себе набор роботизированных рук с высокоточными зондами, скользящими по ПЛИ. Эти зонды касаются площадок, слепых отверстий и выводов компонентов для проверки непрерывности, значений компонентов и функциональности. Благодаря программному управлению, FPT не требует специальной фиксатуры, что делает его идеальным для часто меняющихся конструкций.

Тестирование летающими зондами также является неразрушающим, то есть оно не повреждает плату или её защитные покрытия. Оно достаточно точное, чтобы выявить разрывы цепей, короткие замыкания, отсутствующие компоненты и многое другое. За несколько десятилетий благодаря развитию сервомоторов, машинного зрения и алгоритмов программного обеспечения FPT стал основой — от этапа прототипирования до специализированного малосерийного производства.

Эволюция технологии тестирования летающим зондом

Ранние системы FPT в 1980-х годах могли быть медленными и ограниченными. Современные машины значительно быстрее и умнее, они оснащены:

• Многозонными конфигурациями: до восьми зондов, работающих одновременно.
• Интеграцией с системами AOI и ПО MES.
• Продвинутыми алгоритмами обучения для адаптивных стратегий тестирования.

То, что раньше было «просто резервным вариантом» для ICT, теперь может служить первым выбором во многих сценариях — особенно в РИД или для сложных плат, которые не оправдывают дорогие фикстуры.

Как работает тестирование летающим зондом

1. Импорт дизайна
• Загрузите файлы CAD или Gerber в программное обеспечение FPT.
• Включает данные, такие как нетлист, позиции компонентов и информацию о размещении.
2. Создание плана тестирования
• Программное обеспечение автоматически генерирует последовательность тестов.
• Инженеры могут уточнять приоритеты (например, сначала проверяют питание).
3. Процесс зондирования
• Зонды перемещаются вдоль осей X-Y-Z, контактируя с каждым тестовым пунктом по указанию.
• Измерения, такие как сопротивление, напряжение, ёмкость и другие, записываются.
4. Анализ в реальном времени
• Любое отклонение от ожидаемых значений немедленно отмечается.
• Данные могут напрямую передаваться в более крупную систему контроля качества.
5. Отчетность и хранение
• Итоговый отчет содержит подробную информацию о результатах прохождения теста и измеренных параметрах.
• Предоставляет информацию для доработки или дальнейших изменений в дизайне.

Преимущества летающего зонда

1. Экономическая эффективность
- Нет необходимости в фиксаторах: ЛЗ исключает индивидуальные фиксаторы, требуемые при ИКТ, экономя значительные первоначальные затраты.
- Быстрая адаптация к изменениям в дизайне: Согласно TechDesign Forum 2023, компании, использующие ЛЗ, снижают расходы на фиксаторы на 70% по сравнению с традиционными методами.
2. Гибкость и скорость
- Минимальное время настройки: Новые или измененные конструкции плат требуют только обновления программного обеспечения.
- Совместимость с разными типами плат: От стандартных жестких плат до гибких и HDI, ЛЗ поддерживает их все.
3. Безопасное тестирование
- Минимальное механическое напряжение: Зонды мягко контактируют с точками тестирования, сохраняя хрупкие компоненты.
- Идеально для дорогих прототипов: Когда платы сложно заменить, безопасное тестирование критически важно.

Ограничения летающего зонда

• Не идеально для массового производства

- ЛЗ медленнее, чем ТКС, что делает его менее подходящим при ежедневном выпуске тысяч плат.
• Последовательное тестирование
- Даже многозондовые установки тестируют точки последовательно, ограничивая производительность для очень больших серий.

В условиях высоких объемов производства ТКС может оставаться победителем. Однако для среднесерийного производства, частых изменений дизайна или специализированного тестирования ЛЗ остается лучшим выбором.

Летающий зонд против теста в цепи

• Скорость против гибкости: ТКС превосходит в скорости для крупных партий, тогда как ЛЗ непревзойден в гибкости.
• Стоимость для малых партий: стоимость фиксации ТКС может быть чрезмерной, если вы не производите в большом объеме, в то время как у ЛЗ практически нет аппаратных затрат.
• Применение: Прототипы, стадии НИОКР и специализированные малые серии обычно предпочитают ЛЗ. Устоявшиеся, стабильные дизайны в массовом производстве ориентированы на ТКС.

Идеальные случаи применения тестирования летающим зондом

1. Прототипы и малые серии
- Гибкость при изменениях: Нет необходимости перепроектировать фикстуру при изменении макета.
- Быстрая проверка: Быстро тестировать начальные платы без высоких затрат на фикстуры.
2. Сложные и высокоплотные ПЛС
- Высокая точность: Может работать с плотными макетами на современных HDI платах.
- Уменьшение риска повреждения: Легкое касание не повреждает миниатюрные или плотно упакованные компоненты.

Параметры, измеряемые во время тестирования летающим зондом

• Электрические параметры

- Проводимость, Сопротивление, Емкость, Индуктивность, Уровни напряжения
- Обнаружение разомкнутых цепей, частичных разрывов, коротких замыканий или чрезмерного тока

• Физическая проверка компонентов

- Проверка наличия и полярности: Убедитесь, что детали находятся на плате и правильно ориентированы
- Подтверждение значений: Подтверждает соответствие характеристик компонентов спецификациям BOM

Оборудование, используемое в тестировании летающими зондами

Лучшие машины на рынке
• Acculogic Scorpion Series
• Seica Pilot V8 & V4
• Takaya APT Series
• Keysight Technologies Solutions

Особенности, которые следует учитывать
• Количество зондов: Чем больше зондов, тем быстрее последовательное тестирование
• Гибкость программного обеспечения: генерация тестов на основе CAD, аналитика в реальном времени
• Системы зрения: выравнивание по камере для малых шагов и автоматическое распознавание фидуциальных меток

Процесс тестирования летающими зондами объяснен

Импорт данных о проектировании ПЛС

1. Автоматическая генерация плана тестирования
2. Размещение платы
3. Оптическое выравнивание
4. Начало зондирования
5. Электрическое тестирование
6. Ведение журнала данных и отчетность
7. Повторное тестирование при необходимости

Программное обеспечение и программирование

Современное программное обеспечение FPT обрабатывает:

• Автоматическая генерация тестов: Быстрое создание планов тестирования из файлов Gerber/ODB++
• Сравнение нетлистов: Проверка реальных соединений по сравнению с намерениями схемы
• Диагностика неисправностей: Определяет конкретные пады или трассы, которые не проходят измерения
• Интеграция с системами MES/ERP: Передает данные о дефектах в режиме реального времени в корпоративные системы управления

Интеграция с линией сборки SMT

Встроенные испытания
• Подходит для средних объемов
• Обнаружение дефектов в реальном времени и автоматическая обработка плат

Тестирование офлайн
• Идеально для прототипов или разнообразных небольших партий
• Ручная загрузка каждой платы, больше возможностей настройки

Оптимизация рабочих процессов
• Мгновенные оповещения: оперативное исправление проблем сборки, минимизация брака
• Умное управление доработкой: неисправные платы легко помечаются для ремонта и повторной проверки

Заключение

Тестирование летающими щупами обеспечивает беспрецедентную гибкость и экономию затрат для проверки ПЛС — особенно при низких и средних объемах производства или во время разработки продукта. Хотя оно может не сравниться по скорости с тестированием в цепочке для массового производства, оно превосходно подходит для ситуаций, где часто меняются конструкции или высокая сложность.

Автоматизируя электрические и физические проверки без повреждения платы, ТЛЩ помогает выявить неисправности на ранней стадии, уверенно итерировать конструкции и выпускать продукцию высокого качества. Если ваш приоритет — гибкость, точность и бюджетные решения, то тестирование летающими щупами просто необходимо в вашем арсенале тестирования ПЛС.

Часто задаваемые вопросы

1. Может ли тест Flying Probe обнаружить проблемы с пайкой?
Да. Хотя он не предоставляет тех же визуальных данных, что и AOI или рентген, FPT эффективно выявляет разрывы, короткие замыкания и определенные ошибки установки компонентов, вызванные дефектами пайки.
2. Насколько точен тест Flying Probe?
Очень точный. Высококлассные системы предлагают точность на уровне микронов, идеальную для мелкопitch-компонентов или плотных макетов ПЛС.
3. Подходит ли тест Flying Probe для двухсторонних ПЛС?
Абсолютно. Современные машины FPT тестируют двухсторонние платы с минимальными изменениями в настройках, исследуя каждую сторону либо последовательно, либо в запрограммированном порядке.
4. Сколько времени занимает программирование теста Flying Probe?
Программирование относительно быстрое. Продвинутое программное обеспечение может автоматически генерировать процедуры тестирования из CAD-данных, обычно за несколько часов.
5. Могу ли я использовать FPT для финального тестирования продукта?
Да. Её неразрушающий характер и подробные электрические проверки делают FPT допустимым этапом финального контроля, особенно при небольших объёмах производства или в приложениях с высокой надёжностью.