การออกแบบจุดทดสอบจะถูกกำหนดในขั้นตอนเลเอาต์ แต่ผลลัพธ์จะปรากฏให้เห็นในขั้นตอนการทดสอบขั้นสุดท้าย — แผ่นรองที่วางตำแหน่งไม่ดีอาจทำให้เกิดการปฏิเสธที่ผิดพลาด หัวโพรบที่เข้าถึงไม่ได้กลายเป็นช่องว่างของความครอบคลุม และช่องว่างของความครอบคลุมกลายเป็นความเสี่ยงต่อความล้มเหลวภาคสนามบนอุปกรณ์ที่ไม่สามารถยอมรับความล้มเหลวได้ สำหรับแผงวงจร PCBA ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพ — จอมอนิเตอร์ที่ใช้กับผู้ป่วย เครื่องมือวินิจฉัย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการให้สารน้ำและการถ่ายภาพ — การตัดสินใจเกี่ยวกับจุดทดสอบมีน้ำหนักมากกว่าบนบอร์ดอุตสาหกรรมทั่วไป เพราะข้อบกพร่องที่ไม่ถูกตรวจพบถูกวัดในความเสี่ยงของผู้ป่วย ไม่ใช่แค่ค่าใช้จ่ายด้านการรับประกัน
หมายเหตุเกี่ยวกับขอบเขตPCBCart ได้รับการรับรองมาตรฐาน IATF 16949 แต่เราไม่ได้ถือใบรับรอง ISO 13485 เราสามารถรองรับงานประกอบแผงวงจร PCBA สำหรับวิทยาศาสตร์ชีวภาพภายใต้ระบบคุณภาพและการควบคุมการออกแบบของลูกค้าเอง
เหตุใดการออกแบบจุดทดสอบจึงสมควรได้รับรอบการตรวจทานแยกต่างหาก
การทดสอบวงจรในตัว (ICT - In-Circuit Test)และการทดสอบด้วยโพรบบินทั้งสองอย่างขึ้นอยู่กับการสัมผัสทางไฟฟ้ากับบอร์ดที่เป็นรูปธรรมและทำซ้ำได้ ความครอบคลุมของการทดสอบ — สัดส่วนของเน็ตและโหนดที่สามารถตรวจสอบได้จริง — เป็นฟังก์ชันโดยตรงของจำนวนโหนดที่มีจุดทดสอบซึ่งเข้าถึงได้ มีขนาดเหมาะสม และชุบผิวอย่างถูกต้อง แผนผังวงจรอาจสมบูรณ์ในเชิงการทำงานแต่ก็ยังไม่สามารถทดสอบได้ หากในการจัดวางเลย์เอาต์ไม่ได้เผื่อช่องทางสำหรับกลยุทธ์การทดสอบไว้
สิ่งนี้มีความสำคัญมากขึ้นในคณะกรรมการด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพด้วยเหตุผลสามประการ:
ความหนาแน่นสุทธิที่สูงขึ้นขับเคลื่อนโดยการตรวจจับหลายช่องสัญญาณ สิ่งกีดขวางการแยก และสถาปัตยกรรมแบบสัญญาณผสม (ส่วนหน้าแบบแอนะล็อก + ดิจิทัล)
ผลลัพธ์ของข้อบกพร่องที่หลุดรอดมีความรุนแรงมากขึ้นสะพานบัดกรีที่ขาดไปบนวงจรที่เชื่อมต่อกับผู้ป่วยถือเป็นหมวดความเสี่ยงที่แตกต่างจากข้อบกพร่องแบบเดียวกันบนตัวควบคุมอุตสาหกรรม
วงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ที่ยาวนานขึ้นซึ่งหมายความว่าแผนผังจุดทดสอบมักจะต้องคงสภาพให้ใช้ได้กับคำสั่งเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม (ECO) หลายฉบับต่อเนื่องกันเป็นเวลาหลายปี ไม่ใช่แค่หลายเดือน
ข้อกำหนดเกี่ยวกับขนาดจุดทดสอบ ระยะห่าง และการชุบเคลือบ
ขนาดแผ่นและความเข้ากันได้ของโพรบ
เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นรอง 1.0 มม. (0.040") เป็นค่าที่แนะนำเพื่อให้ได้การสัมผัสที่เชื่อถือได้; 0.9 มม. (0.035") สามารถยอมรับได้; 0.8 มม. (0.031") ควรใช้เฉพาะในกรณีที่มีรูสำหรับอุปกรณ์ช่วยในการจัดแนวโพรบเท่านั้น เส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กลงจะทำให้ความสามารถในการทำซ้ำของการสัมผัสลดลง
แผ่นสัมผัสที่มีขนาดเล็กเกินไปจะเพิ่มความแปรปรวนของความต้านทานการสัมผัส ซึ่งแสดงออกมาเป็นการเปิดวงจรแบบไม่ต่อเนื่องระหว่างการทดสอบ ไม่ใช่ข้อบกพร่องของฮาร์ดแวร์แต่เป็นการปฏิเสธชิ้นงานโดยผิดพลาด และยังเร่งการสึกหรอของปลายเข็มวัด ทำให้ต้องบำรุงรักษาฟิกซ์เจอร์บ่อยขึ้นตามกาลเวลา
หลีกเลี่ยงการใช้วิอาเป็นจุดโพรบหลัก เนื่องจากแผ่นแพดของวิอาที่เปิดโล่งมักมีขนาดเล็กเกินไปและมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ ทำให้ไม่เหมาะกับการสัมผัสซ้ำอย่างน่าเชื่อถือ หากจำเป็นต้องใช้วิอาเป็นจุดทดสอบ ให้คงขนาดรูเจาะตามมาตรฐานที่ใช้กันทั่วไป (มักอยู่ที่ 0.36 มม. / 0.014" หรือน้อยกว่า) และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผ่นแพดรอบรูยังคงมีเส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำเท่ากับที่ใช้กับแพดสำหรับจุดทดสอบโดยเฉพาะ
ระยะห่าง (พิทช์)
ระยะห่างจากจุดทดสอบถึงจุดทดสอบต้องหลีกเลี่ยงการชนกับขอบเขตทางกลของปลอกโพรบและตัวเรือนสปริงที่อยู่ติดกัน ไม่ใช่พิจารณาเฉพาะระยะห่างทางไฟฟ้าระหว่างแผ่นรองเท่านั้น
ระยะห่าง 2.54 มม. (0.100") มักถูกอ้างอิงเป็นค่ามาตรฐานพื้นฐาน เนื่องจากรองรับโพรบแบบมาตรฐานที่มีต้นทุนต่ำกว่า ระยะพิชชิ่งที่แคบกว่า (ลงไปถึงประมาณ 1.27 มม. / 0.050") สามารถทำได้บนบอร์ดที่มีความหนาแน่นสูง แต่จำเป็นต้องใช้โพรบที่บางกว่า แพงกว่า และทนทานน้อยกว่า — ซึ่งมักเป็นข้อจำกัดที่แท้จริงซึ่งบังคับให้ต้องออกแบบจุดทดสอบใหม่ มากกว่าขนาดของแพดเอง
รักษาระยะพิทช์ให้คงที่ตลอดชุดจุดทดสอบทั้งหมดแทนการปรับให้เหมาะสมทีละเน็ต; การใช้ระยะพิทช์แบบผสมทำให้การออกแบบฟิกซ์เจอร์ซับซ้อนขึ้น
หากโหนดตัวเลือกสองโหนดอยู่ใกล้กันเกินไปจนไม่สามารถตรวจวัดได้ทั้งคู่ ให้คงโหนดที่มีความสามารถในการสังเกตจากตำแหน่งอื่นต่ำกว่าไว้ (เช่น เน็ตที่ฝังอยู่ภายใน) และตัดโหนดที่ซ้ำซ้อนออก
ในด้านของชิ้นส่วน ให้เว้นจุดทดสอบให้ห่างจากชิ้นส่วนที่มีความสูงมากกว่าประมาณ 5 มม. (0.200") เพื่อหลีกเลี่ยงการชนกันระหว่างหัวโพรบกับชิ้นส่วน
การชุบและการเคลือบผิว
แผ่นทดสอบทองแดงเปลือยจะเกิดการออกซิไดซ์และควรหลีกเลี่ยงในการใช้กับบอร์ดใด ๆ ที่มีช่วงเวลาระหว่างการประกอบและการทดสอบนาน
ใช้ผิวเคลือบที่ควบคุมได้และสามารถบัดกรีได้ ซึ่งสอดคล้องกับผิวเคลือบของแผ่นเปล่าที่รับเข้า (เช่น ENIG, HASL หรือเทียบเท่า) เพื่อให้ได้หน้าสัมผัสที่มีความต้านทานต่ำและทำซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอ
แผ่นทดสอบไม่ควรถูกปิดทับด้วยหน้ากากบัดกรี เคลือบผิวป้องกัน หรือวัสดุพ็อตติ้งแดม ซึ่งมักพบในบอร์ดด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพ เว้นแต่ว่าจุดทดสอบนั้นจะถูกจัดลำดับให้อยู่ก่อนขั้นตอนการเคลือบ
การแก้ไขปัญหาการเข้าถึงจุดทดสอบบนแผงวงจรความหนาแน่นสูง
โหนดที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการทดสอบ (รางจ่ายไฟเอาต์พุตส่วนหน้าเซนเซอร์ การข้ามขอบเขตการแยก) มักจะถูกล้อมรอบด้วยกลุ่มคอมโพเนนต์ที่หนาแน่นที่สุด วิธีการเพิ่มความละเอียด เรียงตามลำดับความเหมาะสม:
จองการทดสอบการเข้าถึงในระหว่างการจัดวาง ไม่ใช่หลังจากนั้น— กำหนดเขตห้ามวางสำหรับเน็ตสำคัญก่อนที่จะล็อกตำแหน่งอุปกรณ์ แทนที่จะปรับแก้เพิ่มในเลย์เอาต์ที่ทำเสร็จแล้ว
ใช้วิอาทดสอบบนเลเยอร์ด้านในหรือด้านล่างเมื่อพื้นที่ด้านบนถูกใช้จนหมดแล้ว หากอุปกรณ์ยึดสามารถเข้าถึงด้านนั้นได้
รวมจุดทดสอบอย่างมีตรรกะ— ทดสอบเน็ตที่จุดซึ่งมีความหมายทางไฟฟ้ามากที่สุดและสามารถเข้าถึงได้ทางกายภาพ แทนที่จะทดสอบที่แต่ละส่วนของลายทองแดง
ใช้การสแกนขอบเขต (JTAG) สำหรับโหนดที่ไม่สามารถเข้าถึงได้อย่างแท้จริงเช่น ภายใต้BGA ขนาดใหญ่<>หรือกระป๋องชีลด์ แทนที่จะยอมรับช่องว่างของพื้นที่ครอบคลุม
บันทึกช่องว่างที่เหลืออยู่ให้ชัดเจนและชดเชยด้วยการทดสอบการทำงาน (FCT) แทนการละเว้นโดยความเผอเรอ
กลยุทธ์การทดสอบที่สามารถปกป้องและอธิบายได้สำหรับแผงวงจรพิมพ์สำหรับวิทยาศาสตร์ชีวภาพแทบจะไม่มีการครอบคลุม ICT ได้ 100% ในทุกบอร์ดเลย — 通常จะใช้การผสมผสานที่มีการบันทึกไว้ระหว่าง ICT/ฟลายอิงโพรบ การสแกนขอบเขต (boundary scan) ในกรณีที่ใช้ได้ และ FCT สำหรับพฤติกรรมที่การทดสอบเชิงโครงสร้างไม่สามารถตรวจสอบได้
Flying Probe เทียบกับ ICT แบบดั้งเดิม: การเลือกวิธีที่เหมาะสม
เหมาะสำหรับการใช้เครื่องโพรบแบบบินเมื่อ:
ปริมาณอยู่ในระดับต่ำถึงปานกลาง เป็นลักษณะทั่วไปของ HMLV — ไม่มีการตัดจำหน่ายค่าอุปกรณ์ยึดชิ้นงานที่พอจะใช้เป็นเหตุผลได้
การออกแบบยังคงอยู่ในระหว่างการปรับแก้อย่างต่อเนื่อง ผลิตภัณฑ์ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพจะต้องผ่าน ECO หลายครั้งในระหว่างขั้นตอนการตรวจสอบและการทวนสอบ และเครื่องทดสอบแบบ Flying Probe ไม่จำเป็นต้องสร้างฟิกซ์เจอร์ใหม่ระหว่างแต่ละเวอร์ชัน
ความหนาแน่นของบอร์ดสูงเกินไปจนฟิกซ์เจอร์แบบเข็มสัมผัสไม่สามารถรองรับได้
เวลาในการทดสอบต่อหนึ่งชิ้นไม่ใช่คอขวด — การทดสอบแบบโพรบบินทำงานตามลำดับ จึงช้ากว่าต่อบอร์ดโดยเนื้อแท้เมื่อเทียบกับการสัมผัสพร้อมกันของ ICT
ICT แบบดั้งเดิมเหมาะสมเมื่อ:
ปริมาณมีความคงที่และการออกแบบมีความสมบูรณ์แล้ว จึงทำให้ต้นทุนของฟิกซ์เจอร์มีความเหมาะสม
เวลาไซเคิลมีความสำคัญ — การทดสอบแบบขนานด้วยเบดออฟเนลส์ของ ICT จะทดสอบโหนดทั้งหมดพร้อมกัน
แผนที่จุดทดสอบได้ถูกกำหนดเสร็จสิ้นแล้วและไม่น่าจะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดช่วงการรัน
โปรแกรมวิทยาศาสตร์ชีวภาพแบบ HMLV จำนวนมากใช้ฟลายอิงโพรบในช่วง NPI (การแนะนำผลิตภัณฑ์ใหม่) และการผลิตระยะแรก จากนั้นจึงเปลี่ยนไปใช้ ICT เมื่อปริมาณการผลิตมากพอที่จะคุ้มค่ากับฟิกซ์เจอร์ โดยมีเงื่อนไขว่าแผนผังจุดทดสอบถูกออกแบบให้รองรับข้อกำหนดการเข้าถึงของทั้งสองวิธีตั้งแต่แรก ขนาดแผดและระยะห่างโดยทั่วไปควรเป็นไปตามข้อจำกัดที่เข้มงวดกว่าก่อน (ระยะเคลียร์ทางกลของ ICT) แม้ว่าฟลายอิงโพรบจะเป็นแผนในระยะสั้นก็ตาม
ผลลัพธ์ที่พบบ่อยจากการออกแบบจุดทดสอบที่ไม่เพียงพอ
ความครอบคลุมของการทดสอบที่ลดลง— โหนดที่ไม่สามารถเข้าถึงได้จะไม่ถูกทดสอบในเชิงโครงสร้าง ทำให้ความเสี่ยงถูกผลักไปยังการทดสอบการทำงานในขั้นถัดไปหรือไปยังการใช้งานจริง
การปฏิเสธที่ไม่ถูกต้อง- แผ่นรองบัดกรีที่มีขนาดเล็กเกินไป ระยะห่างแน่น หรือพื้นผิวที่เกิดออกซิเดชัน จะทำให้เกิดความล้มเหลวที่ไม่เป็นจริง บ่อนทำลายความน่าเชื่อถือของข้อมูลผลผลิตและทำให้ต้องมีการทำงานแก้ไขใหม่
ข้อบกพร่องจริงที่ถูกปิดบังการสัมผัสโพรบที่ไม่สม่ำเสมออาจทำให้บอร์ดที่มีตำหนิบัดกรีจริง “ผ่าน” ได้เป็นครั้งคราว เพราะสิ่งที่ไม่เสถียรคือการวัด ไม่ใช่ข้อต่อ
ความเสี่ยงด้านต้นทุนและกำหนดเวลาจากการออกแบบฟิกซ์เจอร์ใหม่— พบข้อขัดแย้งหลังจากการแช่แข็งเลย์เอาต์ ทำให้ต้องมีการปรับเปลี่ยน ECO หรือยอมประนีประนอมด้วยโปรแกรมทดสอบที่มีความครอบคลุมน้อยลง
ความผันแปรที่กว้างขึ้นในการรายงานผลผลิตทำให้ยากขึ้นในการแยกความแตกต่างระหว่างการลื่นไถลของกระบวนการจริงกับสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการทดสอบ
รายการตรวจสอบการออกแบบจุดทดสอบ
ก่อนการล็อกเลย์เอาต์ ให้ตรวจสอบ:
ทุกเครือข่ายสัญญาณสำคัญ (รางจ่ายไฟ, อินพุต/เอาต์พุตส่วนหน้าของเซนเซอร์, การเชื่อมต่อข้ามขอบเขตการแยก, สัญญาณที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย) มีจุดทดสอบที่สามารถเข้าถึงได้
เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นอย่างน้อย 0.9–1.0 มม. (0.035"–0.040") โดยเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กกว่าจะใช้เฉพาะสำหรับตำแหน่งที่มีรูสำหรับจับยึดเครื่องมือเท่านั้น
ระยะห่างจากจุดกึ่งกลางถึงจุดกึ่งกลางมีค่าเท่ากับหรือมากกว่า 2.54 มม. (0.100") เมื่อเป็นไปได้; ระยะห่างที่แคบกว่านี้เป็นการแลกเปลี่ยนที่จงใจและมีการบันทึกไว้
แผ่นทดสอบใช้ผิวเคลือบที่ควบคุมได้และสามารถบัดกรีได้ และต้องไม่มีเลย์เยอร์หน้ากากประสาน เคลือบผิว หรือวัสดุอัดหุ้ม
จุดทดสอบด้านคอมโพเนนต์ไม่มีชิ้นส่วนที่มีความสูงมากกว่าประมาณ 5 มม. (0.200")
มีการตรวจสอบคลัสเตอร์ความหนาแน่นสูงเพื่อหาความขัดแย้งด้านการเข้าถึงก่อนทำการล็อกตำแหน่ง
โหนดใดก็ตามที่ตั้งใจไม่ทำการทดสอบจะต้องมีการบันทึกไว้พร้อมวิธีชดเชย (การสแกนขอบเขตหรือ FCT)
แผนที่จุดทดสอบได้รับการประเมินตามข้อกำหนดของทั้งฟลายอิงโพรบและ ICT แม้ว่าจะมีการวางแผนใช้เพียงวิธีเดียวในระยะใกล้ก็ตาม
รับการพรีรีวิว DFT ก่อนที่คุณจะแช่แข็งเลย์เอาต์
การแก้ไขจุดทดสอบที่ขัดแย้งกันบนไฟล์เลย์เอาต์มีต้นทุนต่ำกว่าการแก้บนบอร์ดที่ผลิตเสร็จแล้วมาก หากคุณกำลังสรุปแบบดีไซน์ PCBA สำหรับวิทยาศาสตร์ชีวภาพ โปรดส่งไฟล์ Gerber ของคุณเพื่อให้มีการตรวจทานล่วงหน้าแบบ DFT (Design for Testability) — ทีมวิศวกรรมของเราจะทำการระบุปัญหาด้านการเข้าถึง จุดบัดกรี/ระยะพิชช์ที่ผิดปกติ และช่องว่างของความครอบคลุม ก่อนที่คุณจะเริ่มออกแบบฟิกซ์เจอร์หรือเครื่องมือการผลิต
แหล่งความช่วยเหลือ
•การเปรียบเทียบ AOI, ICT และ AXI และเวลาที่ควรใช้งานระหว่างการประกอบ PCB SMT
•รายการตรวจสอบ DFM สำหรับ PCBA อุตสาหกรรม: กฎการออกแบบ 38 ข้อที่ช่วยลดอัตราการทำงานซ้ำ
•การตรวจสอบ DFM ของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ฟรีและรายการตรวจสอบสำหรับการประกอบแผ่นวงจรพิมพ์
