Voordat printplaten (PCB's) en geassembleerde PCB's de fabriek verlaten, ondergaan ze strenge tests om eventuele problemen met de schakelingen of elektrische verbindingen op te sporen. Deze tests zorgen ervoor dat de printplaten betrouwbaar zijn en goed presteren in de eindproducten. Veel PCB-fabrikanten gebruiken een veelgebruikte testmethode, de zogenaamde flying probe-test. In dit artikel leg ik uit wat flying probe-testen zijn, hoe het proces werkt en andere veelgebruikte testmethoden voor PCB's en PCBALaten we eerst eens kijken wat er precies gebeurt tijdens een vliegende sondetest.
Wat is een PCB Flying Probe-test?
Bij testen met een vliegende probe worden beweegbare probes gebruikt die tegelijkertijd contact kunnen maken met meerdere testpunten op de printplaat. Deze methode maakt gebruik van probes die kunnen bewegen en naar verschillende locaties op de printplaat kunnen "vliegen". De probes maken contact met zowel de boven- als onderkant van de printplaat om de testpunten te bereiken. Ze kunnen verschillende geleiders of componenten testen en zich vervolgens naar een ander deel van de printplaat verplaatsen om weer iets anders te testen. Omdat de probes onbeperkt toegang hebben tot de printplaat en talloze verbindingspunten kunnen testen, biedt testen met een vliegende probe een kostenefficiënte oplossing voor printplaten in de vroege ontwikkelingsfase. Het voert niet-aangedreven controles uit op capaciteit, diodefunctie, inductie, onderbrekingen, weerstand, kortsluitingen en meer.
Hoe werkt een vliegende sondetest?
- De testengineer verzamelt de CAD-gegevens van de te testen PCB. Deze gegevens worden ingevoerd in het testprogramma, waardoor de testunit de lay-out van de PCB in kaart kan brengen en PCB componentenEn de gegevens worden gecombineerd met specificaties voor het bord om te bepalen welke gebieden getest moeten worden.
- De te testen unit (UUT) wordt via een transportband op de tester geplaatst. De probes zijn gecodeerd om langs de XY-as van de printplaat te bewegen, van punt naar punt. Hierdoor kunnen de headers elk testpunt afzonderlijk bereiken.
- Wanneer de probe contact maakt, loopt er een elektrische stroom door elke verbinding. De stroom loopt terug via een multiplexsysteem en sensoren, die het signaal meten. Componenten die niet worden getest, zijn afgeschermd om signaalverstoring te voorkomen. De metingen detecteren kortsluitingen of defecte componenten. Een camera biedt een close-up van de UUT om fysieke problemen te identificeren.
Voordelen en Beperkings van Flying Probe Testing
Voordelen van vliegende sondetesten
- Geen aangepaste armaturen
Testen met een vliegende probe elimineert de noodzaak voor dure, tijdrovende, op maat gemaakte fixtures. De probes kunnen worden geprogrammeerd om elk testpunt op de printplaat te testen zonder fixtures. Deze flexibiliteit bespaart tijd en kosten ten opzichte van testen met een spijkerbed, waarbij op maat gemaakte fixtures moeten worden ontworpen en gefabriceerd. Voor printplaten met een kleine oplage of prototypes is een vliegende probe een ideale testoplossing zonder fixtures.
- Snelle installatie
Een van de belangrijkste voordelen van testen met vliegende probes is de mogelijkheid om het testproces in relatief korte tijd op te zetten. Het maakt gebruik van programmeerbare vliegende probes die snel kunnen worden geconfigureerd om contact te maken met testpunten op een printplaat.
- Breed scala aan testmogelijkheden
Vliegende probes kunnen in één doorgang een volledig scala aan tests uitvoeren, waaronder continuïteit, weerstand, capaciteit, spanning en functionele tests.
- Aanpassingsvermogen
Als het ontwerp van de printplaat verandert, kunnen de vliegende probes snel worden geherprogrammeerd naar de nieuwe lay-out zonder dat de gereedschappen hoeven te worden aangepast. Dit vermindert kosten en vertragingen.
Beperkingen van het testen met vliegende sondes
- Onvermogen om live circuits te valideren
Bij testen met een vliegende probe wordt het circuit tijdens de test niet van stroom voorzien. Dit verhindert de validatie van een volledig functionerend product. De niet-aangedreven aard van de test maakt slechts een gedeeltelijke test mogelijk.
- Mogelijke fysieke schade
Direct contact van de probes kan de via- en padoppervlakken op de printplaat deuken of beschadigen. Sommige fabrikanten zien deze kleine deukjes als defecten, maar verbetering van de probetechnologie kan dit mogelijk verhelpen.
- Risico op slechte soldeerverbindingen
Meetpennen raken soms de aansluitdraden van componenten in plaats van op de testpads. Dit contact kan soldeerverbindingen losmaken of verzwakken.
- Niet ideaal voor complexe printplaten met een groot volume
Het beperkte aantal probes moet alle testpunten op grote, complexe printplaten met een hoog volume bestrijken. Deze uitgebreide vereiste dekking is problematisch en inefficiënt in vergelijking met oplossingen zoals fixture-testen.
Vliegende sondetesten vs. In-Circuit Testen (ICT)
Bij het testen van complete printplaatassemblages moeten fabrikanten kiezen tussen twee veelgebruikte methoden: flying probe testing (FPT) en in-circuit testing (ICT). Beide methoden zijn gericht op het verifiëren van de algehele functionaliteit van de printplaat en het identificeren van eventuele problemen met de printplaatassemblage of componentfouten, maar maken gebruik van verschillende technieken en apparatuur om de tests uit te voeren.
Wat is in-circuittesten (ICT)?
In-circuit testing, of ICT, is een methode die gebruikmaakt van op maat gemaakte fixtures om geassembleerde printplaten te testen. Deze fixtures bevatten probes die nauwkeurig zijn gepositioneerd om elektrische verbindingen tot stand te brengen met de testpunten op de te beoordelen printplaat. De fixtures bieden toegang tot kritieke onderdelen van het circuit, zodat testsignalen kunnen worden geïnjecteerd en metingen kunnen worden uitgevoerd om de assemblage te valideren. ICT-systemen controleren op veelvoorkomende defecten in printplaatassemblages, zoals open of kortgesloten circuits, ontbrekende of verkeerd geplaatste componenten en onjuiste weerstands-/condensatorwaarden. Door fixtures te ontwerpen die specifiek zijn afgestemd op een PCB-ontwerpkunnen alle belangrijke componenten en circuitknooppunten efficiënt in één keer worden getest voor een volledige testdekking.
Verschillen tussen Flying Probe-testen en in-circuit-testen
Terwijl ICT-testen afhankelijk zijn van grote rekken met complexe, speciale fixtures, is een flexibelere aanpak vereist bij testen met vliegende probes, waarbij probes over het bord kunnen bewegen en contact kunnen maken met relevante punten. In plaats van het ontwikkelen van aangepaste gereedschappen, vertrouwen FPT-systemen op programmering die is ontwikkeld op basis van CAD-gegevens en die de probes dynamisch naar de gewenste locaties op elk bord leidt. Hoewel beide methoden testen via probes vereisen, verschillen FPT en ICT aanzienlijk in praktische toepassing:
- Kosten efficiëntie
FPT vermijdt hoge kosten voor het aanbrengen van bevestigingen doordat het programmeren voor elke lay-out gebaseerd is op beschikbare CAD-gegevens.
Prototypeseries of kleine printplaten kunnen worden getest zonder investering in speciale fixtures. Zeer grote productieseries met onveranderlijke ontwerpen kunnen echter de kosten van ICT-fixtures rechtvaardigen.
- Toegankelijkheid
De grote vaste pinnen van een ICT-fixture moeten voor elk bord op maat worden ontworpen en kunnen te maken krijgen met fysieke toegangsbeperkingen. De flying probe-test daarentegen maakt gebruik van miniatuur, beweegbare probes die vrijwel elke locatie op het bord zonder problemen kunnen bereiken.
- Flexibiliteit
Bij het schakelen tussen verschillende PCB-ontwerpen moeten ICT-testtechnici langdurige omschakelprocedures doorlopen om de pintoewijzingen opnieuw te configureren. Flying probe-testsystemen kunnen de tests echter snel via software aanpassen voor verschillende printplaten. Dit maakt FPT beter geschikt voor productie met een hoge mix en lage volumes.
- Testdekking
ICT-tests maken gebruik van een parallel "spijkerbed" om meerdere punten tegelijkertijd te bereiken en de prestaties van de voeding volledig te verifiëren. Hoewel vliegende probes wendbaar zijn, kan het sequentiële karakter van de tests bepaalde defecten over het hoofd zien. Functionele fouten zijn ook moeilijker te detecteren zonder voeding tijdens FPT.
Andere veelgebruikte PCB-testmethoden
Naast het testen van vliegende probes en in-circuit testen, moeten printplaten diverse andere tests ondergaan om de prestaties en kwaliteit volledig te valideren. Enkele andere veelgebruikte PCB-testtechnieken zijn:
- Functionele test
Functionele tests worden uitgevoerd om te verifiëren of de printplaat goed werkt en alle circuits, componenten en interfaces functioneren zoals ontworpen. Meestal wordt de printplaat hierbij aangesloten op een testbank en wordt vervolgens de functionaliteit van de printplaat geëvalueerd.
- Visuele inspectie
Het is de meest fundamentele test die PCB-fabrikanten gebruiken. Het houdt simpelweg in dat de voltooide printplaat zorgvuldig wordt gecontroleerd op zichtbare gebreken of defecten. Tijdens de visuele inspectie scannen technici alle delen van de printplaat op problemen zoals slechte soldeerverbindingen, onjuiste plaatsing van componenten, beschadigde sporen, vervuiling van de printplaat en meer.
- X-ray inspectie
Een van de meer geavanceerde testmethoden die voor printplaten wordt gebruikt, is X-ray inspectie.
Hierdoor kunnen fabrikanten binnenin het bord kijken en eventuele verborgen problemen identificeren die niet met een eenvoudige visuele inspectie kunnen worden opgemerkt.
- EMI-test
Printplaten worden vaak blootgesteld aan elektromagnetische interferentie (EMI) testen. Hierbij wordt beoordeeld hoe goed het bord bestand is tegen en normaal functioneert in omgevingen met elektromagnetische ruis en interferentie.
- Elektrische test
Een essentiële reeks tests voor printplaten richt zich op het valideren van de belangrijkste elektrische eigenschappen van de plaat zelf. Elektrisch testen omvat controles op weerstand, inductie en capaciteit.
