Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2005 №2

Дюжина причин использования установок электрического контроля с «летающими матрицами» в мелкосерийном и среднесерийном производстве

Однодворцев Михаил


Производительность и гибкость существующих систем тестирования противоречат друг другу. Предлагаемая к рассмотрению новая система с «летающими матрицами» удачно разрешает эти противоречия, обеспечивая и гибкость перенастройки, и высокую производительность тестирования.

Установка электрического контроля с «летающими матрицами» New System S24-25ALC
Рис. 1. Установка электрического контроля с «летающими матрицами» New System S24-25ALC

Одним из направлений деятельности инжиниринговых фирм является поиск современного технологического оборудования, использующего новейшие достижения науки и техники и отвечающего постоянно возрастающим технико-экономическим требованиям заказчика.

Результатом такого поиска явились установки электрического контроля с «летающими матрицами» фирмы New System (Италия). Большинству производителей многослойных печатных плат в России хорошо известны установки электрического контроля с «летающими щупами» и так называемые установки, имеющие «ложе гвоздей», но установка электрического контроля S24-25A-L-C (рис. 1, табл. 1) фирмы New System (Италия) многим еще не известна.

Рис. 2. Установка электрического контроля с «летающими щупами» SLEC ESL-2-24B
Рис. 2. Установка электрического контроля с «летающими щупами» SLEC ESL-2024B
Таблица 1. Технические характеристики установок с «летающей матрицей» фирмы New System
Технические характеристики установок с «летающей матрицей» фирмы New System

Давайте кратко вспомним, что мы знаем о некоторых характеристиках установок электрического контроля с «летающими щупами» и об установках, использующих «ложе гвоздей».

Таблица 2. Краткие технические характеристики установок с «летающими щупами» фирмы Slec
Таблица 2. Краткие технические характеристики установок с «летающими щупами» фирмы Slec

Установки электрического контроля с «летающими щупами». Как правило, это установки, имеющие 4 щупа (2 с одной стороны/2 с другой стороны тестируемой платы) с электромеханическим перемещением по оси Z. Производители и поставщики этих электрического контроля лучше знаком российским производителям печатных плат по отечественным аналогам УКПМ-1, УКПМ-2 (Авангард, Ленинград), САПП (НИИЦВТ, Москва), АСК (Завод «Красное знамя», Рязань), 2П2 (МРТЗ, Москва) и т. д.

Установка одностороннего электрического контроля с «ложем гвоздей» Centalic TU 3000
Рис. 3. Установка одностороннего электрического контроля с «ложем гвоздей» Centalic TU 3000
Установка двухстороннего электрического контроля с «ложем гвоздей» Centalic TU 3000 D
Рис. 4. Установка двухстороннего электрического контроля с «ложем гвоздей» Centalic TU 3000 D

Современным примером импортных установок могут считаться установки одностороннего электрического тестирования TU 3000 (рис. 3, табл. 3) и двухстороннего тестирования TU 3000 D (рис. 4, табл. 3) фирмы Centalic (Китай). Данный тип установок имеет самую высокую производительность. При полноценном тесте с использованием проверки изоляции (параметрическом тесте) производительность составляет порядка 1000 тестов/с, а при использовании только теста на замыкание и обрыв может достигать 20000 тестов/с. Количество контактных площадок «ложа гвоздей» для односторонних тестеров может достигать 15000, а для двухсторонних — до 100000. Реальное время полного параметрического тестирования многослойной печатной платы на установке двухстороннего тестирования TU 3000 D составит порядка 1 мин, а тест на контроль «замыкание и обрыв» — секунды. Отсюда видно, что минимальная производительность данных установок составляет порядка 60 дм2/ч (0,6 м2/ч), а максимальная достигает 600 дм2/ч (6 м2/ч). Данные установки целесообразно использовать только на серийном производстве печатных плат, так как при переходе на тестирование новых типов плат необходимо изготовление новой маски или, что дороже, изготавливать новый адаптер.

Таблица 3. Краткие технические характеристики установок с «ложем гвоздей» фирмы Centalic
Краткие технические характеристики установок с «ложем гвоздей» фирмы Centalic

Если сравнить производительность вышеперечисленных установок, складывается впечатление, что для мелкосерийного производства МПП (по российским меркам) до 4 м2/ч установок не существует, то есть необходимо иметь десяток установок с «летающими щупами» или неповоротливую в плане перехода на тестирование разных типов плат установку электрического тестирования, использующую «ложе гвоздей». Но это не так! Существует установка, вобравшая в себя лучшие качества от безадаптерных установок электрического контроля с «летающими щупами» и от установок с высокой производительностью, использующих «ложе гвоздей». Это упомянутая выше высокоскоростная установка электрического контроля с «летающим полем гвоздей» или, иначе, «летающими матрицами», например S24-25A-L-C (рис. 1) фирмы New System (Италия).

Установки электрического контроля с «летающими матрицами». Понятие «летающей матрицы» представляет собой технологическое новшество, введенное несколько лет назад фирмой New System. Эта технология была специально разработана для проведения автоматического электрического контроля печатных плат без компонентов, но фактически преимущества этой технологии используются во многих областях промышленности. Фирма New System запатентовала различные установки для изготовления печатных плат (установки электрического контроля, фотоплоттеры, установки прямого нанесения изображения). New System была организована в 1993 году и имеет более чем десятилетний опыт в индустрии производства печатных плат. Компания вела разработку новых технологий, уделяя особое внимание разработке установок электрического контроля, и добилась следующих результатов:

  • снижение времени тестирования;
  • улучшение точности;
  • тестирование без фиксирующего приспособления.

После получения положительных результатов на итальянском рынке продажи распространились на всю Европу и впоследствии на Северную Америку иЮго-Восточную Азию. Сейчас фирма New System производит более пять установок в месяц. Разработка и изготовление производятся абсолютно независимо от кого-либо самой фирмой New System. Бригада специалистов по программному обеспечению ежедневно работает над увеличением потенциальных возможностей и гибкости тестирования.

Технология «летающих матриц» основана на перемещении матрицы зондов. Поэтому имеется реальное различие между ней и технологией «летающих щупов», где перемещается отдельный зонд. Каждая матрица состоит из зондов, расположенных в матрице сшагом 25 мм. Установка имеет четыре матрицы, по две на каждую сторону, между которыми располагается тестируемая печатная плата. Матрицы двигаются очень короткими, высокоскоростными перемещениями по осям X и Y, активируется зонд, который расположен ближе всех к точке тестирования. Таким образом, среднее расстояние перемещения очень мало (обычно около 1 мм), что дает огромное преимущество в скорости тестирования. В установке с «летающими матрицами» имеется две большие матрицы и две маленькие. На каждой стороне есть большая и маленькая матрица. Каждая большая матрица имеют 285 зондов (19 колонок, 15 рядов), каждая маленькая — 75 зондов (5 колонок, 15 рядов). Поэтому количество зондов для каждой стороны — 360, а общее количество зондов для установки — 720. Это количество по крайней мере, в 40 раз больше количества зондов в любом устройстве с «летающими щупами». Однако преимуществом этой технологии является то, что имеется возможность увеличить количество зондов за счет уменьшения расстояния между ними, следовательно, создавать более быстрые тестирующие установки. И напротив, не так легко увеличить число зондов в установках с «летающими щупами», так как для каждого щупа необходимо прибавить две оси для его перемещения, и необходимы дополнительные программные ресурсы для перемещения нового зонда. Другими словами, добавление новых зондов в матрицу не увеличивает сложность механизма, но добавление независимых зондов в системе с «летающими щупами» требует более высоких затрат. Каждый зонд активируется соленоидом и управляется датчиком обратного хода, с помощью которого можно контролировать давление подачи зонда от 10 до 150 г. Таким образом, настроив давление подачи зонда, можно протестировать печатную плату, практически не оставив следов от зондов на поверхности. Обычно основным показателем для тестирующих установок является минимальный шаг, с которым установка может тестировать. Для технологии с «летающими матрицами» этим показателем может считаться минимальное межцентровое расстояние двух контактных площадок, которые необходимо протестировать. Для решения этой задачи все матрицы имеют крайние зонды, которые позволяют тестировать и близко расположенные контактные площадки в случае, если матрицы сойдутся близко друг к другу. Использование четырех матриц, по две на каждой стороне, с независимыми перемещениями дает возможность провести полное тестирование (100%) для любого варианта размещения тестируемых контактных площадок (на верхней стороне, на нижней стороне, на разных сторонах печатной платы). Установка с «летающими матрицами» также состоит из двух независимых двухкоординатных систем перемещения на каждой стороне, которые позволяют проводить тестирование четырьмя матрицами одновременно. Таким образом, тестирование выполняется не последовательно, так как параллельно используются две измерительные системы. Это дает возможность использовать шесть различных тестовых комбинаций матриц:

  1. тестирование между двумя большими матрицами (тестирование верх-низ);
  2. тестирование между двумя малыми матрицами (тестирование верх-низ);
  3. тестирование между большой верхней и малой нижней матрицей (тестирование верх-низ);
  4. тестирование между малой верхней и большой нижней матрицей (тестирование верх-низ);
  5. тестирование между двумя верхними матрицами (тестирование только верха);
  6. тестирование между двумя нижними матрицами (тестирование только низа). Легко увидеть, что комбинации 1 и 2 могут использоваться параллельно, а также 3 и 4, 5 и 6.

Методы измерения

Все установки электрического контроля с «летающими матрицами» используют метод измерения сопротивления по двум точкам с тестом сопротивления изоляции и высоким напряжением.

Главные возможности этого метода:

  1. Достоверность результатов тестирования.
  2. Система тестирования подчинена определенным стандартам матричных тестеров.
  3. Нет необходимости в применении эталонной платы.

Кроме того, New System разработала систему емкостного измерения, которая может быть совмещена соответствующим образом с системой измерения сопротивления, имеющейся у тестирующей установки. Преимущество системы емкостного измерения состоит в том, что сокращается время тестирования по сравнению с методом измерения сопротивления. Кроме того, обе системы измерения имеют возможность делать эталонную печатную плату для использования емкостного метода в системе измерения сопротивления в той же самой установке тестирования.

Управление осью Z

Управление осью Z осуществляется емкостным методом, установка с «летающей матрицей» автоматически регулирует расстояние между матрицей и печатной платой с учетом ее толщины. Преимущества при управлении осью Z:

  • возможность тестирования печатных плат с очень широким диапазоном толщин (0,1–5 мм);
  • возможность тестирования гибких печатных плат;
  • возможность тестирования внутренних слоев;
  • увеличение скорости тестирования, так как каждый зонд преодолевает минимальное расстояние.

Фиксация

Установка с «летающими матрицами» использует универсальную систему зажимов, которая фиксирует печатную плату за торец. Система позволяет фиксировать как заготовки, так и фрезерованные печатные платы.

Выравнивание

Автоматическое выравнивание использует интегрированное программное обеспечение, которое позволяет легко распознать фиксированную (реперную) точку с помощью камер, расположенных по три на каждой стороне.

Описание программного обеспечения для получения таблицы соединений

Рассмотрим принцип электрического тестирования. Чтобы протестировать печатную плату, необходимо иметь информацию, которая показывает, как печатная плата разведена (таблица цепей и информация о близлежащих цепях). Обычно используются три пути генерации «таблицы цепей»:

  • таблица цепей берется с эталонной платы;
  • таблица цепей генерируется на основе данных Gerber-формата;
  • таблица цепей генерируется из оригинала данных CAD.

Подробно рассмотрим преимущества и недостатки каждого из них в отдельности.

В первом случае таблица цепей генерируется благодаря самообучению по эталонной плате. Преимущества:

  • время для подготовки тестирования очень
    мало, так как не требуется анализ платы.
    Недостатки:
  • сложно получить эталонную плату;
  • если в эталонной плате будет дефект (на пленке или в приготовленном Gerber- файле), то в процессе производства невозможно будет обнаружить это.

Этот метод достаточно опасен и сильно зависит от возможности получения эталонной платы.

Во втором случае таблица цепей генерируется через адаптацию Gerber-данных.

Преимущества:

  • нет необходимости в эталонной плате;
  • способность обнаружения систематических дефектов в печатных платах, что является серьезной задачей в производстве печатных плат.

Недостатки:

  • время, необходимое для анализа Gerber-данных, может длиться от нескольких до десятков минут;
  • невозможно определить дефекты разводки плат, так как данные прошли предпроизвод ственную подготовку.

Этот метод менее опасен, чем предыдущий, но и он не дает возможности полностью избежать неверного тестирования.

В третьем случае таблица цепей генерируется из оригинала данных CAD.

Преимущества:

  • нет необходимости в эталонной плате;
  • возможность обнаружения всех видов дефектов, которые могут вноситься при подготовке файлов к производству.
    Недостатки:
  • время, необходимое для создания таблицы цепей из оригинальных данных, может занимать от нескольких минут до нескольких десятков минут;
  • каждая система CAD-САМ имеет собственный формат таблиц цепей, и обычно эти форматы не позволяют при наличии полной информации провести 100-процентное тестирование.

Этот метод самый надежный, но не настолько, насколько это необходимо, потому что отсутствуют стандартные форматы, содержащие всю необходимую информацию для тестирования.

Обычно печатные платы тестируются на базе таблицы цепей, сгенерированной из Gerber- данных На это есть три причины:

  1. Обычно данные САПР (CAD) дорабатываются в CAM-программах (корректируются технологические ошибки, формируется групповая заготовка, добавляются реперные и другие знаки). При этом вносятся изменения в плату, что делает невозможным создание программы тестирования по исходным данным CAD.
  2. Трудно или невозможно найти формат таблицы цепей, соответствующий нужному электрическому тестеру.
  3. Данные формата Gerber используются так же в установках ремонта.

В будущем мы надеемся иметь один или более форматов, поддерживаемых различными CAD-САМ-системами, которые смогут гарантировать использование всей необходимой информации при тестировании и возможность исправления ошибок. Все эти годы программисты фирмы New System разрабатывали программное обеспечение, получающее таблицы цепей для диагностики и коррекции ошибок. Это программное обеспечение имеет удобный пользовательский интерфейс и позволяет работать со всеми известными на данный момент CAD-CAM-системами.

Интерфейс позволяет использовать большинство общеизвестных форматов данных:

  • Gerber;
  • Extended Gerber (RS274-X);
  • DPF.

New System предлагает программное обеспечение для двух возможных решений надежности тестирования:

  1. Первое решение, называемое «косвенное сравнение», рассматривает использованиетолько данных в формате Gerber, переданных заказчиком. Данные детально разрабатываются двумя независимыми процессами для электрического контроля и для фотоплоттера. Таким образом, печатные платы и таблица цепей имеют общие только начальные оригинальные данные, что дает возможность при помощи CAD-CAM-систем легко обнаружить ошибки.
  2. Второе решение рассматривает использование, в дополнение к Gerber-файлу, таблицы цепей в стандарте IPC-D-356, переданной заказчиком. В этом случае выполняется срав нение таблицы цепей, переданной заказчиком, с генерированными данными из Gerber- файла для фотоплоттера. При сравнении двух таблиц цепей есть возможность обнаружить все ошибки при работе на CADCAM- станции.

Заключение

Мы постарались познакомить читателей с новейшим высокотехнологичным оборудованием для электрического контроля печатых плат с «летающими матрицами» и показали, что данное оборудование экономически более целесообразно использовать для мелкосерийного и среднесерийного производства. В частности, установка электрического контроля S24-25A-L-C фирмы New System (Италия) имеет следующие неоспоримые преимущества:

  • универсальность системы тестирования;
  • гибкость системы тестирования;
  • отсутствие необходимости в крепежной оснастке;
  • малое время подготовки программы тестирования;
  • по 360 щупов на каждой стороне;
  • короткие перемещения матрицы щупов (около 1–2 мм);
  • относительно большая скорость тестирования: 30–70 тестов/с;
  • относительно короткое время проведения параметрического теста;
  • возможность использования скоростного емкостного метода тестирования;
  • программируемое давление зондов (от 10 до 150 г);
  • тестирование печатных плат толщиной от 0,1 до 5 мм, что позволяет использовать его для тестирования внутренних слоев и гибких печатных плат;
  • использование автоматической системы загрузки-разгрузки (рис. 5–6).
Модуль системы автоматической загрузки установки электрического контроля с «летающими матрицами» New System S24-25A-L-C
Рис. 5. Модуль системы автоматической загрузки
установки электрического контроля с «летающимиматрицами» New System S24-25A-L-C
Модуль системы автоматической разгрузки установки электрического контроля с «летающими матрицами» New System S24-25A-L-C
Рис. 6. Модуль системы автоматической разгрузки установки электрического контроля с «летающими матрицами» New System S24-25A-L-C

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке