Igły testowe - rodzaje i ich zastosowanie

Seryjna produkcja obwodów elektronicznych wymaga daleko idącej automatyzacji. Dotyczy ona wytwarzania płytek PCB, montażu, a także testowania w urządzeniach ICT (In-Circuit Tests) i FCT (functional testing).

Posłuchaj
00:00

Testery obwodów elektronicznych składają się z wielu komponentów – uchwytów, kontrolerów, układów pomiarowych, czujników. Są to urządzenia programowalne i konfigurowalne. Zawierają również jeden, istotny element eksploatacyjny: igły testowe. Są to precyzyjne, sprężynujące sondy, których zadaniem jest tworzenie dobrego, jednak krótkotrwałego styku z polami kontaktowymi na PCB. Igły mogą też penetrować złącza i umożliwiają programowanie techniką ISP (In-System Programming). Wyspecjalizowane igły używane są przy produkcji pakietów akumulatorów, które przed zmagazynowaniem muszą zostać naładowane.

Igły testowe – podstawowe parametry

Igła zapewnia pewny kontakt za pomocą sprężyny i ma trwałą główkę. Ponieważ igły podlegają stałej eksploatacji, są raz po raz dociskane do elementów PCB, podlegają zużyciu i zanieczyszczeniu, stąd twardość i pokrycie igły testowej odgrywa szczególnie ważną rolę. Dlatego często spotkamy się z sondami stalowymi oraz wykonanymi z miedzi berylowej (CuBe), stopu odznaczającego się dużą trwałością i przewodzeniem elektrycznym porównywalnym do miedzi czystej. Aby zabezpieczyć końcówki przed czynnikami korozyjnymi, igły najczęściej pokrywa się złotem lub niklem – w ten sposób zachowują one swoje parametry nawet przy częstym kontakcie z topikami i ich rozpuszczalnikami.

Należy zwrócić uwagę, że zwykły, zero-jedynkowy test ciągłości może być wykonany za pomocą sond o stosunkowo dużej oporności. Jednak szczegółowa inspekcja obwodu (lub jego kalibracja) będzie się opierała na precyzyjnym pomiarze, który wymaga połączeń o możliwie najniższej rezystancji. Dlatego też nominalną oporność znajdziemy w charakterystyce wszystkich igieł testowych. W tym miejscu pokrewnym czynnikiem jest robocze ugięcie sprężyny – bowiem dopiero zgodny z zaleceniami producenta nacisk gwarantuje uzyskanie połączenia o określonej rezystancji. Tutaj dwa istotne ostrzeżenia: dociśnięcie sprężyny nie powinno przekroczyć skoku maksymalnego, bo w takiej sytuacji sonda nie będzie amortyzowana, a siła nacisku przenoszona jest na elementy testowanego obwodu – błędnie dobrana sonda może uszkodzić komponenty, ścieżki itp.

 
Rys. 1. Miejsca sondowania obwodów elektronicznych

Ostatnim ważnym parametrem jest dopuszczalna temperatura pracy – ponieważ zautomatyzowanych testów niekiedy dokonuje się pomiędzy kolejnymi etapami produkcji obwodu lub niedługo po zakończeniu procesu lutowania rozpływowego. Innymi słowy, zachodzą sytuacje, w których igła ma kontakt z elementami o wysokiej temperaturze. Dotyczy to również warunków tzw. stress testów i testów środowiskowych, kiedy bada się zachowanie obwodu poddanego maksymalnym obciążeniom lub w ekstremalnych warunkach termicznych.

Przy wyborze sond do testowania obwodów o dużym zagęszczeniu komponentów istotny będzie jeszcze jeden parametr: minimalny raster, w którym dana igła może pracować.

Igły zakończone walcem lub półsferycznie

Igły wyposażone w zakończenie walcowe, płaskie (rys. 2, 3) lub półsferyczne (rys. 4, 5) są bezpiecznym narzędziem do sondowania pól testowych (zwłaszcza tych złoconych i oczyszczonych). Głowice półsferyczne z powodzeniem mogą również służyć do pomiarów dokonywanych na lutowaniu wyprowadzeń lub samych wyprowadzeniach. Nadrzędna cecha takich końcówek to nieinwazyjność.

 
Rys. 2
 
Rys. 3
 
Rys. 4
 
Rys. 5

W ofercie TME dostępne są również igły zakończone walcem o stożkowym żłobieniu (rys. 6, 7). Taki kształt ułatwia testy przeprowadzane na męskich złączach kołkowych lub w miejscu montażu elementów THT. Szeroki otwór pozwala chwytać wyprowadzenia, nawet gdy są one odgięte lub umieszczone nieprecyzyjnie. Specjaliści zwracają uwagę, że stożkowe zagłębienie szybko może ulec zanieczyszczeniu – jeżeli igła eksploatowana jest w nieoptymalnych warunkach lub w serwisach testujących sprzęt używany i zabrudzony. Tym niemniej jest to jedno z najpopularniejszych rozwiązań do weryfikacji obwodów przewlekanych. Podobne właściwości mają głowice frezowane promieniście (rys. 8) – przy czym są też kompatybilne z płaskimi i wypukłymi punktami testowymi.

 
Rys. 6
 
Rys. 7
 
Rys. 8

Uniwersalne igły wielowierzchołkowe

Wyżej opisane końcówki mają jedną wadę, która może się okazać krytyczna w przypadku procesów produkcyjnych wykorzystujących lutowie bezołowiowe. Ich budowa utrudnia penetrację nalotów i pozostałości topnika. Alternatywą są igły walcowe, których szczyt wyfrezowano, uzyskując matrycę piramidalnych ostrosłupów. Takie sondy nie tylko mogą być stosowane do łączenia z większością punktów pomiarowych (test pady, wyprowadzenia THT itp.), przebijają się też przez wierzchnią warstwę spoiwa (np. utlenionego), co zmniejsza ryzyko zafałszowania wyniku testu (rys. 9).

Końcówki stożkowe

Głowice o kształcie stożka (rys. 10, 11, 12) stosować można niemal do wszystkich rodzajów testów, chociaż wymagają one precyzyjnego umiejscowienia.

 
Rys. 10
 
Rys. 11
 
Rys. 12

Nawet drobne wahania w rozmiarze PCB szybko doprowadzą do serii błędnych pomiarów. Zakończenia ścięte pod kątem 60° i 90° stosuje się głównie do testowania punktów via i złączy żeńskich. Przed aplikacją soldermaski mogą również służyć do tworzenia tymczasowych połączeń z pojedynczą ścieżką obwodu. I tutaj znów należy zaznaczyć, że w przypadku tulei i złączy, których powierzchnia może być jakkolwiek zanieczyszczona, najlepszym rozwiązaniem będą warianty nafrezowane/żłobione (rys. 13, 14, 15) – ich krawędzie ułatwiają przenikanie nalotów.

 
Rys. 13
 
Rys. 14
 
Rys. 15

Najlepszą penetrację osadów zapewniają w tej grupie produktów igły stożkowe ścięte pod kątem 30°, a nawet 15° (rys. 16). Tego rodzaju sondy nie są wskazane do testowania przelotek wypełnionych lutowiem, mogą bowiem uszkodzić połączenie między warstwami PCB.

Szczególnym przypadkiem igieł testowych o zakończeniu w kształcie stożka są te ze ściętym wierzchołkiem (rys. 17). Ich kształt pozwala na tworzenie połączeń z wieloma rodzajami punktów testowych, są najpewniejszą metodą testowania gniazd, a oferują przy tym stosunkowo dużą powierzchnię styku i co za tym idzie: niską oporność i większą zdolność prądową.

 
Rys. 16
 
Rys. 17

Igły frezowane koronowo

Można powiedzieć, że igły nacinane koronowo (zazwyczaj o czterech wierzchołkach) łączą zalety wszystkich prezentowanych powyżej rozwiązań. Chociaż nie są przystosowane do testowania przelotek i złączy żeńskich, oferują znakomitą penetrację nalotów i osadów; ich liczne, ostre krawędzie utrudniają przywieranie zanieczysz czeń (efekt samooczyszczenia); otoczenie centralnego punktu głowicy wierzchołkami ułatwia igle kontakt z wyprowadzeniami elementów THT nawet w przypadku drobnych niedoskonałości montażowych (wygięcie, przemieszczenie), a także centruje sondę na wypukłych polach testowych.

W ofercie TME znalazły się igły o zakończeniu koronowym łagodnym (płytkim, rys. 18, 19) oraz ostrym (rys. 20, 21), jak również wariant trzywierzchołkowy (rys. 22).

 
Rys. 18
 
Rys. 19
 
Rys. 20
 
Rys. 21
 
Rys. 22

Igły i sondy specjalne

Poza igłami służącymi do podstawowych testów elektrycznych w asortymencie TME znalazły się również wyspecjalizowane sondy przeznaczone do precyzyjnych pomiarów, testowania LED i obsługi baterii (akumulatorów) zapewniające pomiar czteroprzewodowy (Kelwina).

Inne wersje służą do testowania diod LED podczas produkcji. Testy te bazują na pomiarach elektrycznych oraz podłączeniu zasilania i weryfikacji, czy emitowane przez diodę światło ma właściwą jasność oraz barwę. Promieniowanie transmitowane jest za pomocą światłowodu. Dalszych pomiarów dokonuje odbiornik wyposażony w czujniki. Końcówka światłowodu zamocowana w igle zazwyczaj umiejscowiona jest w żłobieniu, które ogranicza dopływ światła zewnętrznego, a zatem test nie musi być dokonywany w zaciemnieniu.

 

TME
tel. 42 645 55 55,
www.tme.eu

Więcej na www.tme.eu
Powiązane treści
Sprzęt i usługi do produkcji małoseryjnej i prototypowej
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Produkcja elektroniki
Jak tanio uruchomić stronę firmową dla branży elektronicznej? Poradnik dla B2B
Zasilanie
Transformatory zasilaczy impulsowych - indywidualne rozwiązania z systemem izolacji UL
Produkcja elektroniki
Grupa Renex wprowadza nowe oprogramowanie do robota lutowniczego Reeco z ramieniem Yamaha SCARA
Pomiary
Nowe oscyloskopy Voltcraft - seria DOV ma ekran dotykowy, wyjście HDMI, małą masę i kompaktowe wymiary
Komponenty
SAMA7D65 MPUs - zaawansowana grafika i komunikacja
Produkcja elektroniki
Specjalistyczne usługi dla EMS – przegląd
Zobacz więcej z tagiem: Produkcja elektroniki
Prezentacje firmowe
Jak tanio uruchomić stronę firmową dla branży elektronicznej? Poradnik dla B2B
Gospodarka
Na całym świecie brakuje specjalistów od technologii półprzewodników
Gospodarka
SK hynix dołącza do Samsunga jako największy producent pamięci na świecie

Komponenty indukcyjne

Podzespoły indukcyjne determinują osiągi urządzeń z zakresu konwersji mocy, a więc dążenie do minimalizacji strat energii, ułatwiają miniaturyzację urządzeń, a także zapewniają zgodność z wymaganiami norm w zakresie EMC. Stąd rozwój elektromobilności, systemów energii odnawialnej, elektroniki użytkowej sprzyja znacząco temu segmentowi rynku. Zapotrzebowanie na komponenty o wysokiej jakości i stabilności płynie ponadto z aplikacji IT, telekomunikacji, energoelektroniki i oczywiście sektorów specjalnych: wojska, lotnictwa. Pozytywnym zauważalnym zjawiskiem w branży jest powolny, ale stały wzrost zainteresowania klientów rodzimą produkcją pomimo wyższych cen niż produktów azjatyckich. Natomiast paradoksalnie negatywnym zjawiskiem jest fakt, że jakość produktów azjatyckich jest coraz lepsza i jeśli stereotyp "chińskiej bylejakości" przestanie być popularny, to rodzima produkcja będzie miała problem z utrzymaniem się na rynku bez znaczących inwestycji w automatyzację i nowe technologie wykonania, kontroli jakości i pomiarów.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów