È fondamentale scegliere il tipo di test probe con il giusto numero di punti di contatto, la geometria e la forza corrette. Migliorando il contatto elettrico con i test point si contribuisce ad aumentare la durata della sonda e a migliorare il FPY (first pass yield)
Nelle operazioni di test rendimenti elevati significano meno tempo per la risoluzione di falsi guasti, una maggiore velocità di produzione e, in ultima analisi, un costo complessivo del test più contenuto.
I circuiti stampati sono una parte essenziale dei molti prodotti elettronici su cui facciamo affidamento ogni giorno. I test in-circuit e quelli funzionali a fine produzione sono fasi cruciali per garantire l'affidabilità dei PCBA. Le sonde di test svolgono un ruolo importante in questo processo, fornendo la flessibilità necessaria per effettuare le connessioni elettriche tra il sistema di test e l'ampia varietà di punti di contatto di solito presenti sulle schede elettroniche.
Sebbene siano molti i fattori che influenzano la capacità di una sonda di stabilire un contatto elettrico affidabile, la scelta del tipo di punta è uno dei più importanti. Una scelta errata del puntale può causare falsi guasti in cui non vengono riscontrati difetti riducendo i rendimenti di FPY o, in casi estremi, danneggiare l'unità sotto test detta anche UUT (unit under test).
La scelta del puntale giusto può ridurre il costo complessivo del test, aumentando la resa del sistema di test e prolungare la durata delle sonde di test.
Quando si progettano e si assemblano nuove schede, è necessario verificare i tipi di sonde di test selezionati in base a tutti gli elementi della scheda. I processi iniziali e i tipi di saldatura possono variare dal progetto del prototipo di PCBA alle schede di produzione. In preparazione al lancio delle UUT di produzione, potrebbe essere necessario cambiare il tipo di punte scegliendo una geometria diversa o con una pressione più aggressiva in base al grado di pulizia della scheda.
La scarsa precisione di puntamento o se lo stile del puntale non genera un buon contatto elettrico, va osservato il segno che il puntale della sonda lasciare sul test point. Mentre alcuni tipi di punta possono funzionare bene su vias piatti o concavi, quando è presente una cupola e la precisione non è adeguata, il pin probe (o spring probe) potrebbe scivolar via dal bersaglio e colpire la solder mask.
Se, ad esempio, la solder mask ha uno spessore che la rende più alta del test point, una o più punte di una sonda con testa a corona potrebbero impedire alle altre di stabilire il contatto elettrico; in questo caso è preferibile ricorrere a una sonda a punta singola per colpire il test point.
Nei casi in cui non sia possibile migliorare l'accuratezza del puntamento, la soluzione potrebbe essere la selezione di una punta di diametro maggiore per massimizzare la capacità di colpire il test point in modo affidabile.
Nelle situazioni in cui è stato scelto il tipo di punta adatto, ma il contatto non è ancora affidabile (cambiamento nella chimica della pasta saldante che genera maggior residuo di flussante), può essere necessario valutare pin probe che esercitano una forza maggiore.
Test point e incisività del test probe
È importante considerare le dimensioni, la forma e altre caratteristiche dei test point. Esistono diversi tipi di test point nei PCBA, come piazzole, vias, terminali (pin e reofori) e bump di saldatura, che presentano vari gradi di difficoltà di contatto.
I puntali sono realizzati in rame berillio (BeCu) o in acciaio. Entrambi sono placcati in nichel e oro. L'acciaio, essendo più duro della lega BeCu, riduce l'usura e mantiene l'affilatura delle punte più a lungo.
Esistono molti stili diversi di punta, ognuno con una geometria propria. La geometria e l'affilatura della punta determinano la capacità di penetrare gli strati di ossidazione e di residuo del flussante. Una punta smussata o con profili usurati avrà un'area di contatto più ampia e meno incisività, riducendo così la capacità di penetrare gli strati di contaminazione sui test point. Una punta affilata o con un marcato profilo di taglio concentra tutta la sua pressione restringendo il punto di contatto, causandone il cedimento. Quando la saldatura cede, gli ossidi o i residui di flussante vengono rotti, consentendo un buon contatto elettrico.
Le piazzole di test, i vias, i giunti di saldatura e i terminali dei componenti (pin e reofori) si presentano con un'ampia gamma di dimensioni, superfici e forme. Possono essere o non essere saldati, piatti concavi o convessi (cupola).
I vari tipi di vias in un PCB sono normalmente utilizzati per far passare un segnale da uno strato all'altro. Quando devono essere utilizzati come punti di test, è necessario che non siano mascherati con il solder resist, in modo da poterli testare facilmente.
Un reoforo è il terminale di un componente; sulla stessa scheda possono essere di diverse lunghezze (sporgenza dal giunto di saldatura), diritti o piegati. I reofori più piccoli richiedono stili di punte con geometria a corona con le punte strettamente distanziate per intrappolarne la terminazione. Alcuni modelli hanno una spaziatura tra le punte maggiore di altre, creando una funzione autopulente che consente la fuoriuscita di eventuali contaminanti raccolti durante il test.
La tecnologia del bead probing crea l'accessibilità al punto di test collocando una goccia di lega saldante sulle piste, creando una piccola cupola di lega adatta a ricevere il probe di test. Anche in questo caso esiste una certa varietà di punte progettate per contattare i diversi profili di cupole che si possono creare.
La produzione di spring probe
Tre elementi determinano il buon funzionamento di uno spring probe: qualità, tipo di lavorazione e design.
Tecon è un’azienda veronese specializzata in micromeccanica, partendo dai contatti elettrici (settore nel quale è specialista) l’azienda è in grado di rispondere a produzioni di elementi per le più disparate esigenze e per diversi campi di applicazione. Produce internamente tutti i vari tipi di probe, partendo dalla materia prima fino al prodotto finito. Questo permette di avere un controllo completo di ogni singolo pezzo e l’assoluta certezza della sua perfezione.
Dimensioni, forma della testa, carico della molla, materiali costruttivi e finitura galvanica sono le caratteristiche che permettono di rendere gli spring probes adatti alle svariate tipologie di test point da testare.
L’assemblaggio degli spring probe è effettuato esclusivamente a mano, da personale esperto e altamente specializzato che è in grado di riconoscere con facilità il livello di perfezione o meno dell’articolo e di intervenire all’eventuale personalizzazione dei probe che necessitino di chiusure o corse diverse dallo standard.
Uno dei reparti più importanti e delicati del processo produttivo per la creazione dei test probe è la divisione di galvanica. Per mezzo di procedimenti chimici ed elettrolitici specifici, sulle singole componenti di uno spring probe si applicano nichel elettrolitico, nichel chimico, oro o argento. Qui l’esperienza si unisce alla sperimentazione, creando un legame fondamentale per determinare l’equilibrato deposito degli spessori richiesti dal progetto. A garantire il livello qualitativo si controlla la finitura al microscopio e per mezzo di uno strumento a raggi X, per verificare i corretti spessori di deposito.
La gamma standard di probe da utilizzare per i sistemi di test ICT e FCT può essere impiegata per varie distanze di installazione che vanno da 1,27 mm a 5,08 mm.
La corrente a cui possono lavorare va da 2 a 12 A in base alla tipologia di materiale impiegato e alle specifiche tecniche adottate nel realizzarli. Per soddisfare l’esigenza di lavorare con correnti di test più elevate, è disponibile la famiglia High Current Probes. A seconda delle varie tipologie, la resistenza tipica va da 14 mΩ fino a 50 mΩ.
La molla è realizzata in acciaio armonico ed è anch’essa sottoposta a doratura per migliorarne la conducibilità elettrica. Il suo carico va da 100 a 400 gr sui contatti standard, ma può diminuire o aumentare a seconda delle specifiche esigenze del cliente.
Le tecnologie di cui Tecon è dotata gli permettono di produrre sonde per i sistemi Flying Probe con un pistone di 0,2 mm, per lavorare su passi molto stretti. In base alle dimensioni, la corrente nominale sopportata da queste sonde va da 3 A a 5 A. Ovviamente minore è il diametro della testa, minore è la corrente nominale sopportata; la resistenza tipica è di 30 mΩ.
