Igły testowe - przegląd rozwiązań

Pełna automatyzacja produkcji elektroniki doprowadziła do sytuacji, że automatyczne testy elektryczne ICT (In-Circuit test) dla wytwarzanych urządzeń stają się codziennością. Ta historycznie najstarsza metoda automatycznej kontroli urządzeń, do dziś jako jedyna metoda jest w stanie potwierdzić faktyczne spełnianie wymagań i parametrów urządzeń oraz zbada funkcjonalność użytych komponentów.

W czasie kilkudziesięciu ostatnich lat testery ICT przeszły wiele zmian, miały okres wzmożonego zainteresowania oraz spadku uwagi na rzecz innych metod inspekcji. Jedno jest jednak zawsze pewne i niezmienne – przemysł nie rezygnuje z testów tego typu, gdyż nie ma innej tak szybkiej metody sprawdzenia tysięcy punktów testowych urządzenia w tym samym momencie.

© ECT

Rysunek 1: Łoże testowe.

Zagadnienia związane z testerami zbudowanymi na łożach bądź też z wykorzystaniem urządzeń Flying Probe są poruszane w branży często, ale niewiele osób interesuje się szczegółami budowy tych maszyn. Z tego powodu w tym artykule poruszona zostanie kwestia igieł testowych, które są najważniejszą częścią takich urządzeń. Dzięki igłom testowym istnieje możliwość szybkiego wykonania szybkich testów układów wysokonapięciowych, podzespołów w.cz., złączy czy też badania standardowych punktów testowych na płytkach drukowanych. Przeważnie zainteresowanie personelu tym elementem testera ogranicza się do wymiany igieł, gdy się zużyją, ale patrząc wstecz widać, że przeszły one równie interesującą ewolucję techniczną, jak i same testery ICT/FCT.

Pierwszym i najważniejszym krokiem w procesie doboru igieł do testera, jest określenie własnych potrzeb, gdyż różnią się one znacznie w zależności od aplikacji. Budowa igły kontaktowej przeznaczonej do pomiarów w obwodach w.cz. jest zupełnie inna niż wersji mającej za zadanie przebicie się przez warstwę lakieru na płytce, aby zapewnić pewny styk z punktem testowym. Montaż w testerze niewłaściwego typu powoduje wzrost kosztów użytkowania wynikający z częstej wymiany oraz mniejszą wiarygodność testów.

General purpose, czyli igły ogólnego zastosowania

W kategorii tej zawierają się standardowe wersje, w których próżno szukać szczególnych właściwości, typów końcówek czy skoku. Głównym celem jest zapewnienie w tej rodzinie możliwie długiego czasu pracy przy zachowaniu niskiego kosztu, a do tego ograniczenie liczby funkcjonujących na rynku wersji, tak aby niewielkim kosztem można było utworzyć w firmie magazyn zapasowy. Po szybkiej analizie kilku modeli z tej kategorii łatwo zauważyć, że parametry igieł z tej grupy są wystarczające do większości rozwiązań. Igły z tej rodziny mają również najszerszą gamę końcówek dla każdej z wielkości. Najbardziej popularny model EPA-2 (kosztujący od 0,6 euro) wytrzymuje 2 mln testów, przy rezystancji wewnętrznej 35 mΩ oraz możliwości przewodzenia prądu o wartości do 5 A.

Igły przeznaczone do testerów igłowych (ICT/FCT)

Igły z tej grupy zapewniają minimalną rezystancję styku, najlepiej przy braku konieczności czyszczenia oraz maksymalnej twardości. Te sprzeczne wymagania wymagają zapewnienia od producenta kompetencji i doświadczenia, ale też nierzadko zapewnienia kompromisu, czego przykładem może być seria LFRE. Jest to grupa produktów niemal tak samo popularna, jak wymienione wcześniej igły ogólnego zastosowania, ale przeznaczona jest do inspekcji płytek PCBA wykonanych w technologii bezołowiowej. Taki lut jest znacząco twardszy od SnPb, co przekłada się na większe zużycie igieł testowych. Luty bezprzewodowe pozostawiają też swoje pozostałości na powierzchni igieł, co z kolei wymusza ich okresowe czyszczenie. Igły LFRE charakteryzują się zastąpieniem szeroko stosowanej powłoki ze złota specjalną opatentowaną powłoką o nazwie HyperCore. Dzięki niej powierzchnia igieł jest o ponad 500% twardsza od złotych odpowiedników oraz ma dużo mniejszą podatność na przywieranie pozostałości. Testy przeprowadzone w wielu polskich firmach wskazują jednoznacznie, że zastosowanie LFRE w miejsce standardowych igieł pozwala na zredukowanie czyszczenia łoża z 25 razy do tylko 3 tygodniowo przy niemal ciągłej produkcji. Dzięki temu, każda z końcówek pracuje większość swojego czasu w warunkach niemal idealnych pomimo krótszych przerw pracy urządzenia. Przykładowa igła LFRE-25 z powłoką HyperCore, (w cenie od 0,6 euro) zapewnia 1 mln ugięć przy jedynie rezystancji wewnętrznej 8 mΩ oraz 8 A dopuszczalnego prądu.

Battery Probe

Igły z tej grupy to przykład rozwiązań specjalnych. Battery Probe przypomina styk znany z niemal wszystkich urządzeń ładowanych przez stacje dokującą, takich jak telefony bezprzewodowe – są to gładko zaokrąglone końcówki o bardzo niewielkim skoku oraz stosunkowo dużej średnicy umożliwiającej podwyższenie limitu przewodzonego prądu ponad 10 A. Z powodu ich szerokiego zastosowania igły występują w wielu wersjach montażowych.

High current

Jak wskazuje nazwa, są to kontakty testowe, których specjalna konstrukcja pozwala na przewodzenie prądu nawet do 150 A. Umożliwia to zastosowanie igieł do badań specjalizowanych aplikacji energoelektronicznych. Producent takich igieł – ECT ma wiele lat doświadczenia i wiedzę dzięki czemu jego konstrukcja igieł jest zatem przemyślana w najdrobniejszych szczegółach: osiągnięto rezystancję wewnętrzną na poziomie 25 mΩ, a więc niższą niż dla igieł uniwersalnych oraz szeroki zakres dopuszczalnych temperatur pracy aż do 150 ᵒC.

High frequency

To wersje przeznaczone do przesyłania sygnału wysokiej częstotliwości i szybkich sygnałów cyfrowych, a więc łatwych do zakłócenia i wymagających ekranowania. Ich wyjątkowa i zaawansowana konstrukcja umożliwia przesyłanie sygnału do 20 GHz bez wprowadzania znaczących zniekształceń sygnału. Standardowe wyprowadzenie od strony fikstury to złącze przewodu koncentrycznego.

Rysunek 6: Końcówki stosowane do przelotek

Rysunek 7: Inne zastosowanie końcówek

Rysunek 8: Końcówki igieł do THT

Rysunek 9: Zakończenia stosowane do padów testowych

Inne rozwiązania

Poza powyższymi kategoriami można przywołać wiele mniejszych grup igieł takich jak:

• Edge– całkowicie odmienny typ igły wyposażony w zakończenie typu ostrze, pozwalające nacinać powłokę lakierniczą zapewniając bardzo dobry, stały styk do płytek pochodzących ze zwrotu urządzeń do fabryki.

• BMP – wąska grupa produktowa z rylcami, które po pozytywnie zakończonym teście wykonują nacięcie w kształcie okręgu na wybranym miejscu płytki. Tym sposobem bez skomplikowanego systemu traceability można nanieść niezacieralne oznaczenie poprawnie wykonanego testu produktu.

Rosnące wymagania stawiane obecnie urządzeniom elektronicznym wymuszają stosowanie nowych rozwiązań technologicznych oraz ciągłego doskonalenia ich jakości. Bez testowania, a więc bez igieł testowych nie da się jej zapewnić, stąd warto znać rozwiązania ich producentów.

Autor: Jakub Karpowicz

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy PB Technik