ก่อนออกจากโรงงานผลิต แผงวงจรเปล่า (PCB – Printed Circuit Board) และแผงวงจรที่ประกอบชิ้นส่วนแล้ว (PCBA) ต้องผ่านการทดสอบทางไฟฟ้าเพื่อรับประกันว่าแผงวงจรจะมีประสิทธิภาพสูงและมีความเชื่อถือได้สูงเมื่อถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายการทดสอบทางไฟฟ้าถูกนำมาใช้เพื่อตรวจหาปัญหาทางไฟฟ้าและวงจร เช่น การลัดวงจร การเปิดวงจร ค่าความต้านทาน ค่าความจุไฟฟ้า เป็นต้น ซึ่งทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าแผงวงจรเปล่าหรือแผงวงจรที่ประกอบแล้วถูกผลิตขึ้นอย่างถูกต้องหรือไม่
การทดสอบแบบโพรบบินเดิมทีใช้ได้เฉพาะสำหรับการตรวจสอบแผ่นวงจรเปล่า แต่ปัจจุบันได้ถูกนำมาใช้ในการจำลองการทดสอบแบบออนไลน์ทั้งสำหรับแผ่นวงจรเปล่าและแผ่นวงจรที่ประกอบแล้ว การเกิดขึ้นของการทดสอบแบบโพรบบินได้เปลี่ยนแปลงวิธีการทดสอบสำหรับผลิตภัณฑ์การประกอบที่มีปริมาณการผลิตต่ำและต้องการความรวดเร็ว เมื่อแผ่นวงจรถูกทดสอบด้วยโพรบบิน วงจรการออกแบบผลิตภัณฑ์จะสั้นลงอย่างมาก และระยะเวลาในการออกสู่ตลาดก็จะลดลงตามไปด้วย
การทดสอบฟลายอิงโพรบคืออะไร?
ที่จริงแล้ว การทดสอบแบบโพรบบินสามารถถือได้ว่าเป็นการอัปเกรดจากการทดสอบด้วยฟิกซ์เจอร์แบบเตียงตะปู เนื่องจากเครื่องทดสอบโพรบบินใช้หัวโพรบแทนเตียงตะปู เครื่องทดสอบโพรบบินติดตั้งหัวทดสอบสี่หัวตามแกน X-Y และสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วสูง
ขณะที่เครื่องทดสอบแบบโพรบบินทำงาน ชิ้นงานที่อยู่ระหว่างการทดสอบ (UUT) จะถูกลำเลียงไปยังเครื่องทดสอบภายในก่อน ผ่านสายพานลำเลียงหรืออุปกรณ์ลำเลียงชิ้นงานอื่น ๆ จากนั้นโพรบจะสัมผัสกับแผ่นทดสอบและเวีย เพื่อให้สามารถตรวจหาข้อบกพร่องของชิ้นงานที่ทดสอบได้ โพรบจะเชื่อมต่อกับไดรเวอร์ (เช่น เครื่องกำเนิดสัญญาณ แหล่งจ่ายไฟ เป็นต้น) ผ่านระบบมัลติเพล็กซ์และเซนเซอร์ (เช่น ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ เคาน์เตอร์ความถี่ เป็นต้น) ซึ่งใช้ในการทดสอบชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่อยู่ในชิ้นงานที่ทดสอบ เมื่อมีการทดสอบชิ้นส่วนหนึ่ง ชิ้นส่วนอื่น ๆ บนชิ้นงานเดียวกันจะถูกแยกออกจากการทดสอบเพื่อป้องกันไม่ให้ค่าที่อ่านได้ถูกรบกวน
เครื่องทดสอบแบบโพรบบินสามารถทดสอบการลัดวงจร การเปิดวงจร และค่าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ นอกจากนี้ เครื่องทดสอบแบบโพรบบินยังติดตั้งกล้องเพื่อช่วยตรวจหาชิ้นส่วนที่ขาดหายไปและตรวจสอบขั้วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากความแม่นยำในการจัดตำแหน่งและความสามารถในการทำซ้ำของโพรบอยู่ในช่วงระหว่าง 5μm ถึง 15μm เครื่องทดสอบแบบโพรบบินจึงสามารถทดสอบสภาพการผลิตของ UUT ได้อย่างแม่นยำ
การเปรียบเทียบระหว่างการทดสอบแบบเตียงเข็ม (Bed of Nails Test) และการทดสอบแบบโพรบบิน (Flying Probe Test)
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องทดสอบแบบเข็มจำนวนมาก (bed of nails tester) แล้ว เครื่องทดสอบแบบโพรบบิน (flying probe tester) ให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าและมีประสิทธิผลมากกว่าในการทดสอบการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB assembly) ประการแรก วงจรการพัฒนาการทดสอบจะสั้นลง ทำให้ผลิตภัณฑ์ปลายทางสามารถออกสู่ตลาดได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ประการที่สอง ต้นทุนจะลดลงด้วยการใช้เครื่องทดสอบแบบโพรบบินซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้ฟิกซ์เจอร์ที่ต้องใช้ในเครื่องทดสอบแบบเข็มจำนวนมาก ประการที่สาม การทดสอบแบบโพรบบินสามารถรองรับการทดสอบปริมาณน้อยได้ในต้นทุนต่ำ สุดท้าย เครื่องทดสอบแบบโพรบบินยังสามารถทดสอบต้นแบบการประกอบได้อย่างรวดเร็ว
เครื่องทดสอบฟลายอิงโพรบทำงานอย่างไร?
เครื่องทดสอบแบบโพรบบินสามารถทำการโปรแกรมได้ง่ายและรวดเร็วกว่าระบบ ICT (การทดสอบในวงจร) แบบดั้งเดิม เช่น การทดสอบแบบโพรบบิน
ในการดำเนินการเขียนโปรแกรมทดสอบแบบ Flying Probe เจ้าหน้าที่ทดสอบควรแปลงข้อมูล CAD (การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย) ที่วิศวกรจัดเตรียมให้เป็นไฟล์ที่สามารถใช้งานได้ก่อน จากนั้นจึงรันไฟล์ที่สร้างขึ้นใหม่ผ่านโปรแกรมทดสอบ ซึ่งจะสร้างไฟล์ใหม่ที่มีรูปแบบที่สอดคล้องกันออกมา สุดท้าย ไฟล์ทั้งหมดจะถูกสร้างขึ้นให้สอดคล้องกับความต้องการและข้อกำหนดในการทดสอบ UUT
ทันทีที่การเขียนโปรแกรมทดสอบเสร็จสิ้น การทดสอบฟลายอิงโพรบจริงก็ใกล้จะเริ่มต้นแล้ว ก่อนอื่นต้องกำหนดรายการทดสอบ เช่น การลัดวงจร จากนั้นจึงดึงข้อมูลจุดอ้างอิงที่สอดคล้องกับ UUT จากข้อมูล CAD ทันทีที่ยึด UUT เข้ากับแท่นเรียบร้อยแล้ว จะทำการเขียนโปรแกรมเพื่อตรวจสอบปัญหาด้านการผลิตหรือการประกอบ
จำเป็นต้องชี้ให้เห็นว่าการดีบักควรทำให้เสร็จก่อนการทดสอบอย่างเป็นทางการ นอกจากนี้ การดีบักการทดสอบด้วยฟลายอิงโพรบสามารถทำให้เสร็จได้ภายในเวลาที่สั้นกว่าการทดสอบ ICT แบบดั้งเดิม
ข้อดีของการทดสอบแบบโพรบบิน
จากคำจำกัดความและหลักการทำงานที่กล่าวถึงข้างต้น การทดสอบด้วยโพรบบินมีข้อดีดังต่อไปนี้:
• วงจรการพัฒนาการทดสอบที่สั้น
• ต้นทุนการทดสอบค่อนข้างต่ำ;
• ความยืดหยุ่นสูงในการแปลง
• ให้ข้อเสนอแนะอย่างรวดเร็วแก่วิศวกรออกแบบ PCB ในช่วงการสร้างต้นแบบ
ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารแบบดั้งเดิม การทดสอบด้วยโพรบแบบบินจึงต้องการเวลาในการทดสอบโดยรวมที่สั้นกว่า เมื่อพูดถึงการประกอบแผงวงจรพิมพ์การผลิตสามารถเริ่มได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากได้รับไฟล์ CAD ดังนั้น การสร้างต้นแบบชุดประกอบ PCB จึงสามารถทดสอบได้ภายในไม่กี่ชั่วโมงหลังจากประกอบเสร็จ ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากการทดสอบ ICT แบบดั้งเดิมที่มักใช้เวลาแม้กระทั่งหลายเดือนเฉพาะในขั้นตอนการทดสอบ นอกจากนี้ ด้วยความยุ่งยากที่ต่ำในการตั้งค่า การเขียนโปรแกรม และการทดสอบ ทำให้ช่างเทคนิคทั่วไปก็สามารถปฏิบัติงานได้
ข้อเสียของการทดสอบแบบโพรบบิน
เหรียญทุกเหรียญมีสองด้าน นอกจากข้อดีที่เห็นได้ชัดแล้ว การทดสอบด้วยฟลายอิงโพรบยังมีข้อเสียบางประการในเวลาเดียวกัน
เนื่องจากโพรบบินมีการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงกับเวียและแผ่นทดสอบ ทำให้เกิดหลุมเล็ก ๆ บนผิวบอร์ดได้ง่าย ผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM) บางรายจึงมองว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อบกพร่องในการผลิต อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ปัญหานี้จะถูกแก้ไขได้ด้วยการมาถึงของเครื่องทดสอบโพรบบินรุ่นอัปเกรด
บางครั้ง เมื่อเครื่องทดสอบแบบโพรบบินทำงานกับชิ้นส่วนที่ไม่มีแผ่นทดสอบ เป็นไปได้ว่าโพรบจะสัมผัสกับขาของชิ้นส่วน ทำให้ขาที่หลวม หรือขาที่บัดกรีได้ไม่ดีอาจไม่ถูกตรวจพบ
แม้จะมีข้อเสียที่กล่าวถึง การทดสอบแบบโพรบบินก็ยังคงถือเป็นวิธีการทดสอบที่สำคัญในด้านการผลิตแผงวงจรพิมพ์และการประกอบแผงวงจรพิมพ์ และจะยังคงมีบทบาทสำคัญในการทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีประสิทธิภาพยอดเยี่ยมและมีความน่าเชื่อถือสูงเสมอ
