W grudniu ubiegłego roku warszawska spółka Semicon, zajmująca się produkcją kontraktową elektroniki, uzupełniła swój park maszynowy o urządzenie do testowania połączeń i parametrów elektrycznych komponentów na płytkach PCBA. Celem wdrożenia Flying Probe Testing (FPT) było – według Piotra Ciszewskiego, dyrektora EMS i R&D w Semicon sp. z o.o. – wytwarzanie złożonych zespołów elektronicznych o wysokim stopniu niezawodności.

— Specjalizujemy się w produkcji mało- i średnio seryjnej dla wielu branż tworzących rozwiązania dla aplikacji krytycznych. Do tej pory mogliśmy sprawdzać produkowane przez nas PCBA głównie przy pomocy kontroli optycznej 2D/3D AOI (Automatic Optical Inspection) oraz inspekcji X-Ray. Wraz z miniaturyzacją komponentów i rosnącą złożonością projektów PCBA, wzrasta zapotrzebowanie na wyrafinowane techniki testowania. FPT w sposób elastyczny i powtarzalny weryfikuje elektrycznie PCBA, gwarantując spełnienie wyśrubowanych wymagań jakościowych i międzynarodowych norm wykorzystywanych w produkcji elektroniki. Dotyczy ty zarówno elementów pasywnych, czyli rezystorów i kondensatorów, jak i aktywnych – tranzystorów, diod i układów scalonych, których wyprowadzenia są często trudne do kontroli optycznej z uwagi na zmniejszające się wymiary. Urządzenie pozwala również na kontrolę diod LED, w tym ich jasności, barwy, nasycenia i długości fali z zakresu widma widzialnego i podczerwieni, polaryzacji komponentów, jakości połączeń, w tym wykrycie mikrozwarć lub przerw w zamontowanych elementach, szczególnie w przypadku układów BGA (Ball Grid Array) lub programowalnych FPGA (Field Programmable Gate Array).

Maszyna FPT weryfikuje parametry kolejno montowanych zespołów elektronicznych na podstawie pomiaru płytki referencyjnej, dzięki któremu określane są warunki brzegowe, np. w postaci zakresu tolerancji.

— Jest to najbardziej złożone urządzenie, jeśli chodzi o obsługę i programowanie, z jakim do tej pory pracowaliśmy — powiedział Piotr Ciszewski. — Rozszerza znacząco obecne możliwości testowania i staje się niezbędnym etapem produkcji. Tester wykrywa potencjalne defekty na wczesnym etapie montażu lub wdrażania produktu (NPI), co obniża znacząco koszty i zapobiega problemom przed osiągnięciem końcowej fazy produkcji.

Specyfiką warszawskiego EMS jest produkcja prototypów i średnich serii. Kluczowi klienci należą głównie do branży medycznej, militarnej i wydobywczej. Odbiorcami są również instytuty badawcze oraz w pewnym zakresie sektor motoryzacyjny. Taka różnorodność zleceń wymaga dużej elastyczności, zarówno pod względem możliwości testowania, jak i pisania programów testowych. Zainstalowana i uruchomiona niedawno maszyna FPT pozwala na indywidualne podejście, szczególnie do bardzo zaawansowanych projektów, gdzie niezawodność jest parametrem kluczowym, np. w zastawce serca lub urządzeniach pracujących na orbicie. Sondy igłowe o odpowiednio dobranych końcówkach sprawdzają, czy zmierzone wartości za bardzo nie zbliżają się do określonych w projekcie wartości granicznych, co w trudnych warunkach mogłoby prowadzić do przedwczesnych awarii.

— W naszym nowym urządzeniu FPT testowana płytka ustawiana jest pionowo i mocowana przy pomocy dopasowującej się do wymiaru ramy, nie trzeba stosować specjalnych adapterów — zapewnił Piotr Ciszewski. — Przy pionowym ułożeniu płytki, wpływ siły ciężkości na ugięcie PCBA jest znikomy, a powstające wibracje są znacznie mniejsze i tłumione, co zapewnia precyzję i stabilność kontaktu 8 sond pomiarowych. Specjalne oprogramowanie, posiadające zdolność uczenia się, pomaga skompensować ewentualne odkształcenia PCBA podczas testów, zapewniając tzw. miękki styk z polami testowymi. Sondy dotykają określonych w programie punktów po obu stronach płytki, badając połączenia pomiędzy poszczególnymi warstwami. Proces jest wolniejszy niż równoległe testowanie masowo produkowanych PCBA metodą ICT (In-Circut Testing) w dopasowanych fiksturach, ponieważ sondy muszą się przemieszczać, sprawdzając po kolei każdą ścieżkę. Pozwala natomiast na szybkie wdrażanie testów dla nowych rodzajów zespołów elektronicznych, których maksymalne rozmiary mogą wynosić nawet ponad 500x600mm. Proces FPT jest też zdecydowanie tańszy niż ICT, z uwagi na na brak kosztów projektowania, wykonania i wdrożenia fikstur dedykowanych zazwyczaj do unikatowego projektu.

Testowanie Flying Probe będzie oferowane jako dodatkowa usługa, która może zostać włączona do weryfikacji całego procesu przed uruchomieniem większych serii, podobnie jak to ma miejsce w przypadku kontroli jakości za pomocą AOI i X-Ray. Klient otrzyma raport, w którym będą zawarte informacje o zmierzonych wartościach w określonych granicach tolerancji. Jeśli okażą się prawidłowe, zyska pewność, że pod względem funkcjonalnym urządzenie zadziała optymalnie. Dodatkowo testowanie elektryczne może pozwolić na sprawdzenie połączeń obwodów drukowanych, jeszcze przed zamontowaniem komponentów.

— Do kontroli połączeń elektrycznych potrzebujemy listy BOM (Bill of Materials) oraz plików projektowych, np. z Altium Designer czy OrCAD, na podstawie których nasi operatorzy generują programy testowe — oznajmił dyrektor EMS. — Maszyna Flying Probe potrafi autonomicznie, na podstawie analizy schematu oraz wykonanych pomiarów na płytce referencyjnej, dostosować testy w celu osiągnięcia możliwie największej precyzji pomiarów wartości elementów. Stworzyliśmy własne oprogramowanie produkcyjne, które wciąż rozwijamy. Pozwala nam ono na wprowadzanie danych z poszczególnych maszyn w całym procesie i zapisywanie testów w punktach kontrolnych. Jeśli klient sobie zażyczy, możemy przekazać mu pełną informację dotyczącą specyfiki montażu. Pozwoli mu to na gromadzenie danych i pełną identyfikowalność (traceability), czyli śledzenie produktu na każdym etapie jego wytwarzania i użytkowania.

Maszyna do testowania połączeń elektrycznych w firmie Semicon potrafi wykonać 14 testów na sekundę. Wyposażona jest w osiem napędzanych elektrycznym silnikiem liniowym sond, po cztery z obu stron płytki PCB. Po przyłożeniu igły z pewnym zakresem częstotliwości do wyprowadzenia układu, dotykająca obudowy sonda pojemnościowa sprawdza poprawność lutowania wyprowadzeń  komponentów. Sprężynujące igły uwzględniają różną wysokość elementów, a laserowe czujniki wysokości określają, czy dany element został zamontowany.

— Urządzenie Flying Probe może być też używane do naprawy płytek PCBA — powiedział Rafał Kubiak, programista FPT w firmie Semicon. — Po podłączeniu pojedynczego elementu do zasilania można sprawdzić czy na przykład zaświecą się diody i jaka będzie ich barwa oraz intensywność. Urządzenie wygeneruje dowolny przebieg elektryczny, jaki może wymagać procedura pomiarowa . Kamery, poruszające się według zaplanowanych trajektorii, równolegle z igłami, odczytują kody QR, co pomaga w katalogowaniu plików pomiarowych. Układ wizyjny wykonuje też proste AOI, czyli zdjęcia elementów, które porównywane są z płytką wzorcową. Dodatkowo czujniki temperatury mogą stworzyć mapę termiczną całej płytki i wykrywać miejsca, które nagrzewają się bardziej niż powinny, co może wskazywać na zwarcie w obwodzie.

Firma Semicon, wyposażona w nową maszynę testującą, zamierza wejść na rynek aplikacji krytycznych, gdzie nie można sobie pozwolić na błędy. W branży medycznej czy militarnej przede wszystkim liczy się pełna funkcjonalność i wykonanie dokładnie według projektu, z wszystkimi zaplanowanymi parametrami. Klient musi mieć pewność, że dostał taki produkt, jakiego oczekiwał.

— Dodając do kontroli jakości proces testowania elektrycznego FPT chcemy osiągnąć taki stopień zaawansowania w produkcji elektroniki, który umożliwi nam udział w projektach o wysokim stopniu ryzyka, jeśli chodzi o strategiczne funkcje urządzeń. Mam tu na myśli obiekty pracujące w ponadnormatywnych warunkach, gdzie wymiana płytek PCBA jest niezwykle trudna lub wręcz niemożliwa, np. w głębinach oceanu, stratosferze czy w kosmosie. Przygotowujemy się intensywnie do takich projektów i jednocześnie staramy się o akredytację ESA (European Space Agency) — podsumował Piotr Ciszewski.

Po więcej informacji zajrzyj na semicon.com.pl

Testowanie elektryczne FTP, ICT, FCT

Wszelkie pytania kieruj na adres: pciszewski@semicon.com.pl