Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
2022-303-40
Masovna proizvodnja elektronskih vezij zahteva veliko avtomatizacije. To velja tako za proizvodnjo TIV ploščic in nameščanje komponent kot tudi za njihovo spajkanje. Toda tudi najzmogljivejši proizvodni postopek se lahko upočasni v fazi zaključne kontrole kakovosti.
Zato se na proizvodnih linijah vse pogosteje uporabljajo napredne rešitve s področja ICT (In-Circuit Tests**), ki preverjajo vezje in njegove parametre z nizom avtomatiziranih meritev. Tovrstno kontrolo poznamo že nekaj desetletij, ampak čedalje večja miniaturizacija elektronike zahteva vse bolj precizno sondiranje TIV ploščic in kabelskih snopov. Ker komunikacijska vezja delajo z ogromnimi frekvencami, tudi same meritve morajo biti bolj precizne, medtem ko je široka uporaba digitalnih vezij nepovratno spremenila metodiko ICT. Danes se pogosto uporablja kratica FCT (functional testing), ki pomeni podrobno preverjanje delovanja vezja že v končni fazi proizvodnje tako, da se vezje priključi na napajanje in se simulira njegovo delovanje v ciljni napravi.
Preizkuševalniki elektronskih vezij so sestavljeni iz več komponent: držal, kontrolerjev, merilnih vezij, tipal. So programirljivi in nastavljivi. Vsebujejo tudi en bistven ter pomemben potrošni element: testne igle. To so precizne, vzmetene sonde, katerih naloga je, da ustvarijo dober, čeprav kratkotrajen kontakt z elementi vezja, predvsem z izhodi pasivnih komponent, integriranih vezij in s polji na tiskanem vezju. Poleg meritev in preverjanja neprekinjenosti povezav se uporabljajo tudi za druge namene, saj lahko pridejo v notranjost priključka in preverijo priključitev kontaktov, ne da bi bilo za to treba poseči v ohišje vtičnice ali vtiča. Uporabljajo se tudi v digitalni elektroniki med drugim za programiranje mikrokontrolerjev v ISP tehnologiji (In-System Programming) ter za preizkuse s priključitvijo na naprave, nameščene v vezju (npr. preko serijskega vhoda ali CAN vodila v avtomobilski industriji). Specializirane igle se uporabljajo pri proizvodnji akumulatorjev, zlasti njihovih celic in paketov, ki se morajo pred skladiščenjem optimalno napolniti za varno shranjevanje in prevoz. Pomembno področje, na katerem se testne igle uporabljajo, so tudi elektronski servisi, kjer avtomatsko testiranje vezja pospeši odkrivanje in odpravo okvare.
Testne igle – osnovni parametri
Prva razlika, ki jo opazimo med testnimi iglami že na prvi pogled, je oblika konice (glave). O namenu posameznih vrst glav bomo še govorili, najprej pa se osredotočimo na elektronske in mehanske parametre, na katere velja obrniti pozornost pri opravljanju testov.
Ker se igle stalno uporabljajo in se pritiskajo na tiskana vezja, so podvržene obrabi in umazaniji. Danes, ko elektronska industrija vse pogosteje posega po trših, neosvinčenih spajkah, ki zahtevajo bolj agresivna kemijska taljiva, sta trdnost in prevleka testne igle bistvenega pomena. Zato se sonde pogosto izdelujejo iz jekla ali berilijevega bakra (CuBe) – zelo trajne zlitine z električno prevodnostjo primerljivo s čistim bakrom. Zaradi zaščite konic pred korozivnimi dejavniki se igle najpogosteje prevlečejo z zlatom ali nikljem, kar jih zaščiti pred topili.
Poudariti velja, da preprost binarni test neprekinjenosti lahko opravimo s sondami z razmeroma veliko upornostjo. Toda podrobno preverjanje vezja (ali njegovo umerjanje) mora temeljiti na preciznih meritvah, ki zahtevajo povezave s kar se da najmanjšo upornostjo. Zato nazivno upornost najdemo v karakteristikah vseh testnih igel. Soroden parameter je delovni upogib vzmeti, saj samo pritisk, skladen s proizvajalčevimi navodili, zagotavlja povezavo z določeno upornostjo (delovni upogib nastopi ob uporabi sile, določene s posebnim parametrom). Pri tem je treba opozoriti na dve stvari: (1) pritisk vzmeti ne bi smel preseči največjega koraka (sicer sonda ne bo imela vzmetenja); (2) sila pritiska se prenese na elemente vezja – napačno izbrana sonda lahko poškoduje komponente, povezave itn.
Zadnji pomemben parameter je dovoljeno temperaturno delovno območje. Ker se avtomatski testi včasih opravljajo med posameznimi fazami proizvodnje vezja ali takoj potem, ko se konča spajkanje s pretaljevanjem, se zgodi, da se igla dotika elementov z visoko temperaturo. To velja tudi za t.i. stress teste in okoljske preizkuse, ko se preveri delovanje vezja pod maksimalnimi obremenitvami ali v skrajnih temperaturnih razmerah.
Ob izbiri sond za preizkušanje vezij z zelo strnjeno nameščenimi komponentami pomemben je še en parameter, in sicer minimalni raster, v katerem se lahko določena igla uporablja.
Namen uporabe in vrste testnih igel
Elektronska vezja se najpogosteje sondirajo:
- na posebej za to namenjenih mestih testnih poljih (angl. test pads), ki se v precizni elektroniki pogosto pozlatijo (slike 1b, 1c, 1d);
- na povezavah med TIV in izhodnimi priključki komponent (slika 1e);
- na viah (slika 1a), to je povezavah plasti tiskanega vezja (večinoma imamo opravka z dvostranskimi ploščicami, ampak imajo npr. glavne plošče računalnikov in mobilnih telefonov več plasti);
- na kontaktih priključkih in podobnih konektorjih (slika 1f).
Odvisno od testne točke in potrebe po prebodu skozi oksidirano plast spajke ali ostanke fluksa je treba izbrati iglo z ustrezno obliko glave. Poglejmo, katere funkcije opravljajo posamezne različice.
Igle z valjčasto ali polkroglasto konico
Igle z ravno, valjčasto (risbi 2, 3) ali polkroglasto (risbi 4, 5) konico so varno orodje za sondiranje testnih polj (zlasti pozlačenih in očiščenih). Polkroglaste glave se lahko uporabljajo tudi za meritve na prispajkanih izhodih. Glavna značilnost teh konic je neinvazivnost.
V ponudbi TME so na voljo tudi igle z valjčasto konico s stožčastim utorom (risbi 6, 7). Takšna oblika olajša testiranje na moških priključkih in na mestih priključitve THT komponent. Široka luknja omogoča »prijem« izhoda tudi, če je ta upognjen ali neprecizno nameščen. Strokovnjaki poudarjajo, da se stožčasta vboklina lahko hitro onesnaži, zlasti če se igla uporablja v neoptimalnih razmerah ali v servisih, kjer se preizkušajo rabljene in onesnažene naprave. Kljub temu je to ena najpopularnejših rešitev za preizkušanje dvostranskih vezij. Podobne lastnosti imajo radialno rezkane glave (risba 8), pri čemer so združljive tudi z ravnimi in izbočenimi testnimi točkami.
Univerzalne igle z več konicami
Zgoraj opisane konice imajo eno slabost, ki je lahko kritična v proizvodnih postopkih, v katerih se uporabljajo neosvinčene spajke. Njihova oblika ne onemogoča, da bi prebodla ostanke spajkanja. Alternativa zanje so valjčaste igle, katerih vrh je z rezkanjem oblikovan v matrico piramidnih stožcev. Takšne sonde se lahko uporabljajo ne samo za povezovanje z večino merilnih točk (test padi, itn.) ampak tudi prebodejo zgornjo plast spajke (npr. oksidirano), kar zmanjša verjetnost, da bo rezultat testa izkrivljen.
Stožčaste konice
Stožčaste konice so najstarejša in še vedno najpogosteje rabljena različica. Upoštevati pa je treba, da imajo določene omejitve in so raznovrstna skupina izdelkov.
Stožčaste konice (risbe 12, 13, 14) se lahko uporabljajo za skoraj vse vrste testov, čeprav zahtevajo precizno umestitev. Tudi drobna odstopanja v merah TIV povzročijo serijo napačnih meritev. Konice s kotom 60° in 90° se uporabljajo predvsem za preizkušanje via točk in ženskih priključkov. Pred uporabo spajkalne maske se lahko uporabljajo tudi za ustvarjanje začasnega kontakta z enojno povezavo na vezju. Tudi v tem primeru velja poudariti, da v primeru tulcev in priključkov, katerih površina je lahko onesnažena, so najboljša rešitev rezkane različice (risbe 15, 16, 17), saj njihovi robovi olajšajo stik na ostankih spajkanja.
Najboljši stik preko ostankov spajkanja v tej skupini izdelkov zagotavljajo stožčaste igle s kotom 30° ali celo 15°. Sem spadajo med drugim igle z glavami št. 13 in 14 znamke TEKON ter ostre igle 44.118.10.15 znamke FIXTEST (risba 18). Tovrstne sonde niso primerne za testiranje via točk, izpolnjenih s spajko, saj lahko poškodujejo povezavo med plastmi tiskanega vezja.
Poseben primer stožčastih testnih igel so igle z odrezanim vrhom (risba 19). Zaradi takšne oblike omogočajo ustvarjanje povezav z raznovrstnimi testnimi točkami, nudijo tudi najbolj zanesljiv način za testiranje konektorjev, pri tem pa omogočajo razmeroma veliko površino kontakta in posledično nizko upornost in večjo tokovno zmogljivost.
Kronsko rezkane igle
Lahko rečemo, da kronsko rezane igle (večinoma s štirimi vrhovi) združujejo prednosti vseh zgoraj opisanih rešitev. Čeprav niso prilagojene za testiranje via točk in ženskih konektorjev, nudijo odličen stik preko ostankov spajkanja; njihovi številni ostri robovi otežijo oprijem ostankov spajkanja (samočistilni učinek); dejstvo, da je središčna točka glave obdana z vrhovi, igli olajša kontakt s priključki THT komponent celo v primeru nekoliko nenatančne namestitve (upogib, premik) in sondo umestijo središčno na izbočenih testnih točkah.
V ponudbi TME lahko najdete igle z blago (plitvo, risbi 20, 21) kot tudi ostro (risbi 22, 23) kronsko konico ter različico s tremi vrhovi (risba 24).
Posebne igle in sonde
Poleg igel za osnovne električne preizkuse TME nudi tudi specializirane sonde za precizne meritve, testiranje LED in upravljanje baterij (akumulatorjev).
Avtomatske meritve s štirimi vodniki
Pri meritvah s štirimi točkami/vodniki se določenega dela vezja dotaknejo štiri sonde. Zunanji par omogoča pretok električnega toka skozi testirani element, zunanji par pa je namenjen za merjenje razlike potencialov na vhodu in izhodu komponente. Na podlagi podatkov o jakosti toka in padcu napetosti merilnik z veliko natančnostjo določi upornost sondiranega objekta. V nasprotju z dvotočkovnimi meritvami rezultat ne bo izrivljen zaradi upornosti merilnih vodnikov, zato se ta metoda najpogosteje uporablja za merjenje nizkih upornosti v okviru testov in umerjanja precizne elektronike (npr. merilnih instrumentov). To metodo pogosto imenujemo Kelvinova metoda.
Za meritve s štirimi vodniki je namenjena posebna vrsta testnih igel, opremljenih z dvema neodvisnima kontaktoma. Te igle so prilagojene za meritve na priključkih in posebej za to namenjenih testnih točkah. Material igle in zlata prevleka zagotavljajo ponovljivost in nizko upornost kontaktov, tudi v primeru velikega števila in pogostnosti priključitev/izključitev.
Testiranje LED
Testiranje LED v razmerah masovne proizvodnje temelji na (1) električnih meritvah in (2) priključitvi napajanja in preverjanju, ali ima svetloba, ki jo oddaja dioda, ustrezno svetlost in barvo. Med preizkusi funkcionalnosti preveri se tudi, ali indikatorji ustrezno odražajo stanje naprave. Za preverjanje delovanja diod se uporabljajo posebne testne igle, ki se dotaknejo LED-ice in preko optičnega vlakna prenesejo svetlobo diode. Nadaljnje meritve opravi tipalo na drugim koncu optičnega vlakna, ki običajno izmeri tako jakost kot tudi valovno dolžino svetlobe. Konica optičnega vlakna je običajno v igli nameščena v vdolbini, ki omeji dostop zunanje svetlobe, zato ni potrebno, da test poteka v temi.
TME nudi nabor testnih igel za LED znamke TEKON s premeri od 1,1mm do 5mm. Ta razpon ustreza najpopularnejšim velikostim svetlečih diod: od SMD komponent vse od standardnih THT.
Baterijske sonde
Še ena specifična vrsta testnih igel so komponente za ustvarjanje začasnih povezav s terminali virov napajanja. Tovrstne sonde se uporabljajo tako za preverjanje običajnih širokopotrošnih baterij (AA, AAA itn.) kot tudi akumulatorjev. Ker imajo vse celice optimalno stopnjo napolnjenosti, s katero bi se morale shranjevati, se igle, prilagojene za baterijske terminale, uporabljajo tudi za predhodno polnjenje akumulatorjev (v zadnji fazi proizvodnje), kar omogoča njihovo varno skladiščenje in prevoz.
Konice baterijskih sond imajo večinoma valjčasto ali polkroglasto obliko. Ker so mere virov napajanja strogo določene z mednarodnimi standardi, baterijske igle odlikuje majhen upogib vzmeti.
Povzeto po: https://www.tme.eu/si/sl/news/library-articles/page/43763/testne-igle-razvrstitev-in-uporaba/
