Выпуск #1/2007
Гари Онже, Алан Элби.
Новая кострукция контактных приспособлений для внутрисхемного контроля
Новая кострукция контактных приспособлений для внутрисхемного контроля
Просмотры: 962
Как известно, конструкторы печатных плат и печатных узлов постоянно стремятся повысить их функциональность и быстродействие при снижении габаритов и стоимости. В результате неизменно растет число контрольных точек и сокращается реальная площадь, что вызывает необходимость в уменьшении размеров самих контрольных точек. Однако зонды меньших размеров в основном менее надежны и требуют большего технического обеспечения при изготовлении. Решение этих проблем привело к разработке новой конструкции контактных приспособлений, используемых при внутрисхемном контроле.
Необходимость размещать на печатной плате (ПП) большее число контрольных точек при меньшей площади создает существенные проблемы для традиционных контактирующих приспособлений (контактронов) внутрисхемных тестеров. Меньшие объекты тестирования с малым шагом для большинства новых конструкций контактронов ведут к более низкому выходу годных до операции доводки, более высокой стоимости контроля и иногда создают узкое место в производстве электронных узлов, которое вызывает задержку выхода продукции. Применение BGA и других компонентов с ограниченным доступом к выводам создает дополнительные проблемы.
Различные типы контактирующих приспособлений
Современные тенденции заставляют некоторые компании по-новому смотреть на существующую технику контактирующих приспосблений. Два основных типа контактронов, используемых вплоть до сегодняшнего дня, – это устройства с длинными проводами и беспроводные. Приспособления с длинными проводами являлись промышленным стандартом в течение многих лет и подходят почти во всех случаях. Однако для этих устройств требуются зонды в патронах, что часто мешает сокращению размеров тестируемого объекта. В контактронах с длинными проводами возникают проблемы связи и перекрестных помех из-за протяженности проводов от внутрисхемного тестера к ПП (рис.1). Беспроводные контрактроны внедрены около 15 лет назад. В них многослойная ПП, называемая транслятором, заменила "гнездо" сигнальных проводов, а двухконечные зонды соединяют тестируемую ПП с транслятором. Беспроводной контактрон более надежен, чем проводной, поскольку при конструировании ПП можно точно отрегулировать путь каждого проводника, тем самым обеспечив определение ненадежных сигналов. Однако беспроводные контактроны используют ту же технологию зондов, что и устройства с длинными проводами, и при этом значительно дороже из-за наличия транслятора.
Новый контактрон с короткими проводами содержит проводной модуль, который подводит соединения очень близко к точкам, где они необходимы (рис.2). Отсутствие петли обеспечивает сигнальным проводам более прямой путь от зондов, контактирующих с тестируемой платой, к стыку приспособления. Короткие провода соединяются с зондами, удерживающимися в патронах с помощью четырех спиральных защелок. У каждого зонда кончик с выемкой вставляется в патрон, так что патрон теперь может быть того же диаметра, что и зонд. В проводном модуле используется газонепроницаемое уплотнение, а для присоединения и закрепления обоих концов проводов разработан специальный инструмент, с помощью которого эта операция проводится в пять раз быстрее, чем накрутка проводов для контактрона с длинными проводами.
Очевидно, что контактрон с короткими проводами обеспечивает более высокое качество сигналов, чем с длинными. Контактроны с короткими проводами – наилучшее решение при 1,25- и 1-мм шаге соединений. Они также идеальны для ПП с контрольными точками свыше 2000.
Точность работы зондов
Контактроны с короткими проводами впервые используют зонды новой конструкции, которые исключают размещение их в патронах (рис.3). Если прежние зонды имели шаг 1,25 мм, то у новых он снизился до 1 мм, а если он был 1,9 мм, то теперь стал 1,25 мм.
Зонды новой конструкции имеют высокую точность контактирования, но кончики зондов должны направляться, чтобы обеспечить оптимальную работу (рис.4). Очевидная возможность повышения точности зонда заключается в сокращении диаметра отверстия в направляющей плате вблизи ПП.
В контактроне с короткими проводами газонепроницаемое уплотнение не охватывает зонд, так что нижний его конец свободен. Это позволяет значительно уменьшать диаметр направляющего отверстия, что снижает торцевое биение зонда. Повышение точности достигается регулированием штифта в непосредственной близости от тестируемого объекта. В результате с помощью такого контактрона можно надежно протестировать объект размером 0,45 мм.
По новой технологии используются два типа зондов и один тип патрона, которые заменяют четыре типа зондов и четыре типа патронов. Новый зонд один обеспечивает расстояние между центрами в 2,5, 1,9 и 1,25 мм и один зонд – шаг 1 мм. Для всех зондов используется единственный патрон, так что скорость работы контактрона возрастает, особенно когда требуются устройства с большим числом контактов. Новая конструкция предусматривает также путь перемещения для ПП, которые требуют тестирования с шагом 0,8 мм. При крупных размерах тот же патрон используется с пружинным зондом для достижения малого шага.
Контактроны должны очень точно попадать на малые объекты. Для удовлетворения этого требования разработаны направляемые зонды, алмазные инструменты и метод сверления отверстий с малым шагом. Сверление особенно важно для гарантии того, что не будет разрушения матрицы малых отверстий и закорачивания тестовых зондов. Это ограничивает число изготовителей контактронов компаниями, разрабатывающими программные средства и прецизионные методы изготовления.
Предотвращение деформации
Тестируемая ПП должна оставаться плоской для надежного контакта зонда с малым объектом. Локализованный прогиб по оси Z вызывает передвижение ПП по осям X и Y, а также может привести к отклонению зонда, прежде чем он коснется цели, что приведет к ложным результатам. Для предотвращения этого предлагаются два хороших приспособления – прижимные штифты и пластины с нулевым изгибом. Последние представляют наиболее эффективное средство избавления от прогиба ПП, поддерживая ее всюду, где возможно. Пластины с нулевым изгибом создаются фрезерованием требуемого рисунка в поддерживающей пластине с целью обеспечения зазора для компонентов. Обычно дополнительно со всей поверхности удаляется слой толщиной 0,5 мм, чтобы позволить любому компоненту перемещаться. Данные САПР и информация о компонентах необходимы, чтобы предотвратить разрушение тестируемой ПП.
Прижимные штифты с нижними боковыми опорами также предотвращают изгиб (рис.5). Чтобы определить число и размещение необходимых опор, до создания контактрона следует провести анализ нагрузки на ПП, который идентифицирует области высокого прогиба, вызываемого воздействием зонда и высокой плотностью зондов. Результаты анализа могут быть использованы для проверки необходимого числа и расположения штифтов и опор, которые предотвращают избыточный прогиб.
Printed Circuit Design & Manufacturing
Гари Онже(Gary Onge) – упавляющий фирмы Everett Charles Technologies.
Алан Элби (Alan Albee) – менеджер по маркетингу фирмы Teradyne.
Различные типы контактирующих приспособлений
Современные тенденции заставляют некоторые компании по-новому смотреть на существующую технику контактирующих приспосблений. Два основных типа контактронов, используемых вплоть до сегодняшнего дня, – это устройства с длинными проводами и беспроводные. Приспособления с длинными проводами являлись промышленным стандартом в течение многих лет и подходят почти во всех случаях. Однако для этих устройств требуются зонды в патронах, что часто мешает сокращению размеров тестируемого объекта. В контактронах с длинными проводами возникают проблемы связи и перекрестных помех из-за протяженности проводов от внутрисхемного тестера к ПП (рис.1). Беспроводные контрактроны внедрены около 15 лет назад. В них многослойная ПП, называемая транслятором, заменила "гнездо" сигнальных проводов, а двухконечные зонды соединяют тестируемую ПП с транслятором. Беспроводной контактрон более надежен, чем проводной, поскольку при конструировании ПП можно точно отрегулировать путь каждого проводника, тем самым обеспечив определение ненадежных сигналов. Однако беспроводные контактроны используют ту же технологию зондов, что и устройства с длинными проводами, и при этом значительно дороже из-за наличия транслятора.
Новый контактрон с короткими проводами содержит проводной модуль, который подводит соединения очень близко к точкам, где они необходимы (рис.2). Отсутствие петли обеспечивает сигнальным проводам более прямой путь от зондов, контактирующих с тестируемой платой, к стыку приспособления. Короткие провода соединяются с зондами, удерживающимися в патронах с помощью четырех спиральных защелок. У каждого зонда кончик с выемкой вставляется в патрон, так что патрон теперь может быть того же диаметра, что и зонд. В проводном модуле используется газонепроницаемое уплотнение, а для присоединения и закрепления обоих концов проводов разработан специальный инструмент, с помощью которого эта операция проводится в пять раз быстрее, чем накрутка проводов для контактрона с длинными проводами.
Очевидно, что контактрон с короткими проводами обеспечивает более высокое качество сигналов, чем с длинными. Контактроны с короткими проводами – наилучшее решение при 1,25- и 1-мм шаге соединений. Они также идеальны для ПП с контрольными точками свыше 2000.
Точность работы зондов
Контактроны с короткими проводами впервые используют зонды новой конструкции, которые исключают размещение их в патронах (рис.3). Если прежние зонды имели шаг 1,25 мм, то у новых он снизился до 1 мм, а если он был 1,9 мм, то теперь стал 1,25 мм.
Зонды новой конструкции имеют высокую точность контактирования, но кончики зондов должны направляться, чтобы обеспечить оптимальную работу (рис.4). Очевидная возможность повышения точности зонда заключается в сокращении диаметра отверстия в направляющей плате вблизи ПП.
В контактроне с короткими проводами газонепроницаемое уплотнение не охватывает зонд, так что нижний его конец свободен. Это позволяет значительно уменьшать диаметр направляющего отверстия, что снижает торцевое биение зонда. Повышение точности достигается регулированием штифта в непосредственной близости от тестируемого объекта. В результате с помощью такого контактрона можно надежно протестировать объект размером 0,45 мм.
По новой технологии используются два типа зондов и один тип патрона, которые заменяют четыре типа зондов и четыре типа патронов. Новый зонд один обеспечивает расстояние между центрами в 2,5, 1,9 и 1,25 мм и один зонд – шаг 1 мм. Для всех зондов используется единственный патрон, так что скорость работы контактрона возрастает, особенно когда требуются устройства с большим числом контактов. Новая конструкция предусматривает также путь перемещения для ПП, которые требуют тестирования с шагом 0,8 мм. При крупных размерах тот же патрон используется с пружинным зондом для достижения малого шага.
Контактроны должны очень точно попадать на малые объекты. Для удовлетворения этого требования разработаны направляемые зонды, алмазные инструменты и метод сверления отверстий с малым шагом. Сверление особенно важно для гарантии того, что не будет разрушения матрицы малых отверстий и закорачивания тестовых зондов. Это ограничивает число изготовителей контактронов компаниями, разрабатывающими программные средства и прецизионные методы изготовления.
Предотвращение деформации
Тестируемая ПП должна оставаться плоской для надежного контакта зонда с малым объектом. Локализованный прогиб по оси Z вызывает передвижение ПП по осям X и Y, а также может привести к отклонению зонда, прежде чем он коснется цели, что приведет к ложным результатам. Для предотвращения этого предлагаются два хороших приспособления – прижимные штифты и пластины с нулевым изгибом. Последние представляют наиболее эффективное средство избавления от прогиба ПП, поддерживая ее всюду, где возможно. Пластины с нулевым изгибом создаются фрезерованием требуемого рисунка в поддерживающей пластине с целью обеспечения зазора для компонентов. Обычно дополнительно со всей поверхности удаляется слой толщиной 0,5 мм, чтобы позволить любому компоненту перемещаться. Данные САПР и информация о компонентах необходимы, чтобы предотвратить разрушение тестируемой ПП.
Прижимные штифты с нижними боковыми опорами также предотвращают изгиб (рис.5). Чтобы определить число и размещение необходимых опор, до создания контактрона следует провести анализ нагрузки на ПП, который идентифицирует области высокого прогиба, вызываемого воздействием зонда и высокой плотностью зондов. Результаты анализа могут быть использованы для проверки необходимого числа и расположения штифтов и опор, которые предотвращают избыточный прогиб.
Printed Circuit Design & Manufacturing
Гари Онже(Gary Onge) – упавляющий фирмы Everett Charles Technologies.
Алан Элби (Alan Albee) – менеджер по маркетингу фирмы Teradyne.
Отзывы читателей
