Was ist ein Flying-Probe-Test?
Das Flying-Probe-Testverfahren (FPT) ist eine berührungslose elektrische Prüfmethode, bei der Flying Probes zum Einsatz kommen, um Unterschiede im elektrischen Potenzial oder das Vorhandensein von Leitungsanomalien zu erkennen. Diese Flying Probes sind leichte, nicht leitende, spitze Stäbe, die von einem Gerätebediener in den Testbereich geworfen oder geschleudert werden können.
Um mehr über diese Technik zu erfahren, lesen Sie weiter und entdecken Sie, wie Sie einen Flying-Probe-Test durchführen und versteckte Defekte aufdecken können, bevor sie zu kostspieligen Reparaturen oder Ausschussprodukten führen.
Warum einen Flying-Probe-Test verwenden?
Beim PCB-Reverse-Engineering wird FPT in der Regel zum Testen elektrischer Signale aus elektrischen Schaltkreisen verwendet.
Es eignet sich ideal zum Aufspüren kleiner Defekte in leitfähigen Oberflächen wie Isolationsschichten und zugänglichen Bereichen von Leiterplatten (PCBs). Diese Defekte können die Funktionalität einer Leiterplatte beeinträchtigen und sogar einen elektrischen Brand verursachen. Um Sicherheit und Funktionalität zu gewährleisten, ist es wichtig, die Leiterplatte vor ihrer Inbetriebnahme auf elektrische Defekte zu prüfen.
Es eignet sich auch zum Testen zugänglicher Bereiche von Leiterplatten und Komponenten, die für eine Sichtprüfung nicht geeignet sind.
Aufbau einer Flying-Probe-Prüfmaschine
Ein Flying-Probe-Tester ist ein motorbetriebenes Gerät, das einen Satz freier Sonden schnell bewegt, um Kontakt mit den Pads der Testplatine oder den Pins des Geräts herzustellen und die elektrischen Eigenschaften zu messen. Er besteht aus der Sonde, der seitlichen Antriebsstruktur, der elektrischen Messkomponente und der Software.
Sonden
Die Sonde ist die Kernkomponente des Flying-Probe-Testers. Eine gängige Sonde besteht hauptsächlich aus acht kleinen Teilen, nämlich Sockel, Federhalterung 1, Federhalterung 2, fotoelektrischem Sensor, Sensorhalterung, Feder, Sonde 1 und Sonde 2.
1) Fotoelektrischer Sensor
Fotoelektrische Sensoren bieten die Vorteile eines großen Erfassungsbereichs, einer schnellen Reaktionszeit, einer hohen Auflösung, der Fähigkeit, eine Vielzahl von Objekten zu erkennen, einer berührungslosen Erkennung und einer Farbdifferenzierung.
Ein fotoelektrischer Sensor nutzt die Eigenschaften des Lichts, um Veränderungen im Oberflächenzustand oder das Vorhandensein bzw. Fehlen eines Objekts zu erkennen. Der Sensor besteht aus einem lichtemittierenden Element, das Licht aussendet, und einem lichtempfangenden Element, das dieses Licht empfängt.
Wenn das auf das zu prüfende Objekt projizierte Licht reflektiert oder blockiert wird, ändert sich die empfangene Lichtmenge. Der lichtempfangende Teil erkennt die Veränderung und erzeugt ein elektrisches Signal.
Die drei gängigen fotoelektrischen Sensoren sind Durchlicht-, Reflexions- und Diffusreflexionssensoren, die alle auf unterschiedliche Weise erkennen. Die Durchlicht- und Reflexionssensoren haben eine bessere Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit als die Diffusreflexionssensoren. Mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 50 Mal pro Sekunde arbeitet der Sensor eines Flying-Probe-Testers kontinuierlich. Der Sensor muss eine schnelle Reaktionszeit, eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, um die Position der Sonde zu erkennen.
2) Springen
Die Feder ist die Schlüsselkomponente der Sonde und muss in Z-Richtung ausreichend formbar sein, um eine ordnungsgemäße Aktivierung des fotoelektrischen Sensors zu gewährleisten. Um zu verhindern, dass die Sonde die Testplatine beschädigt, muss ihre Steifigkeit ausreichend sein, um ein Zurückfedern oder Vibrieren zu verhindern, was zu einer Fehlauslösung des fotoelektrischen Sensors führen würde.
3) Sonden
Eine elektrische Testschaltung ist über den Testteil der Sonde mit der Testplatine verbunden. Es gibt vier Kategorien von Sonden, darunter gängige Messersonden, gängige Nadelsonden, Kelvin-Blatt-Sonden und Kelvin-Nadelsonden. Der Vier-Draht-Flying-Probe-Tester kann Zwei-Draht-Funktionen ausführen, aber der Zwei-Draht-Flying-Probe-Tester kann keine Vier-Draht-Funktionen ausführen, was ihn technisch fortschrittlicher macht.
Für einen Flying-Probe-Test erforderliche Ausrüstung
Testcontroller – Ein Testcontroller ist ein Gerät, das den FPT verwaltet, Daten aufzeichnet und diese zur Analyse an einen Computer überträgt. Testcontroller sind das Herzstück von Flying-Probe-Tests und sollten verwendet werden, um genaue Ergebnisse zu gewährleisten.
Flying Probes – Flying Probes sind die Testleitungen, die in den Testbereich geworfen werden. Sie bestehen in der Regel aus Wolfram oder Edelstahl und haben eine spitze Spitze, um elektrisches Potenzial oder das Vorhandensein eines Kurzschlusses zu erkennen. Die Länge der Flying Probes kann je nach Testkonfiguration und Abstand zwischen dem Controller und den Flying Probes variieren.
Erdungssonde – Die Erdungssonde wird verwendet, um eine elektrische Verbindung zwischen den Testleitungen der fliegenden Sonden und der Masse der Stromversorgung herzustellen. Die Erdungssonde ist in der Regel ein Draht, der die Leitungen der fliegenden Sonden mit der Masse verbindet.
Erdungsdraht – Der Erdungsdraht wird verwendet, um die Erdungssonde mit der Masse der Stromversorgung zu verbinden. Er besteht in der Regel aus Kupfer oder Edelstahl und ist mit einer Isolierschicht ummantelt.
Teststreifen – Teststreifen sind rechteckige Stücke aus leitfähigem Material, die zur Überprüfung der Ergebnisse eines Flying-Probe-Tests verwendet werden.
Wie führt man einen Flying-Probe-Test durch?
FPT vorbereiten – Überprüfen Sie, ob die Flying-Probe-Messleitungen in gutem Zustand sind und die Steckverbinder fest sitzen. Die Teststreifen sollten sauber und einsatzbereit sein. Vergewissern Sie sich vor der Durchführung des Tests, dass die Stromversorgung auf die richtige Spannung eingestellt ist. Es ist wichtig, die während des Tests verwendete Spannung zu kennen, da diese die Ergebnisse beeinflussen kann.
Wählen Sie das geeignete Flying-Probe-Muster – Flying Probes werden in der Regel nach einem zufälligen Muster geworfen, es gibt jedoch auch voreingestellte Muster, die verwendet werden können. Das gewählte Muster hängt von der Art des durchgeführten Tests und dem Testbereich ab. In der Regel wird der gewünschte Testbereich in Segmente unterteilt und dann ein Flying-Probe-Muster ausgewählt, das jedes Segment abdeckt. Die Flying Probes sollten alle Teile des Testbereichs abdecken, einschließlich unzugänglicher Bereiche, in denen möglicherweise Defekte vorhanden sind.
Fliegende Sonden werfen – Nachdem Sie das Testmuster festgelegt haben, werfen Sie die Sonden in den Testbereich. Es ist wichtig, die fliegenden Sonden mit geringer Geschwindigkeit zu werfen, damit die Spitzen nicht brechen. Überprüfen Sie die Ergebnisse – Nachdem alle fliegenden Sonden geworfen wurden, stecken Sie die Erdungssonde in die Erdung der Stromversorgung. Die Erdungssonde sollte nach Abschluss des Tests eingesteckt bleiben, um zu vermeiden, dass die Ergebnisse aufgrund einer fehlerhaften Verbindung verloren gehen. Verwenden Sie die Teststreifen, um die Ergebnisse der fliegenden Sonden zu überprüfen. Die Ergebnisse sollten auf dem Testcontroller angezeigt werden.
Ergebnisbewertung
Fehler finden – Nachdem die FPT-Ergebnisse angezeigt werden, suchen Sie nach Anomalien in den Ergebnissen. Fehler im Testbereich führen zu Anomalien in den Ergebnissen, die auf dem Testcontroller als Potentialunterschied oder Kurzschluss angezeigt werden.
Überprüfen Sie die Position des Defekts – Nachdem Sie den Defekt gefunden haben, überprüfen Sie dessen Position anhand der Ergebnisse des Flying-Probe-Tests. Der zur Überprüfung der Ergebnisse verwendete Teststreifen sollte an dasselbe Segment wie der Defekt angeschlossen werden. Wenn die Ergebnisse auf dem Teststreifen mit denen auf dem Testcontroller übereinstimmen, befindet sich der Defekt höchstwahrscheinlich im selben Segment wie der Teststreifen.
Einschränkungen eines Flying-Probe-Tests
Flying-Probe-Tests sind eine nützliche zerstörungsfreie elektrische Prüfmethode, können jedoch nicht für alle Arten von Materialien verwendet werden. Hier sind einige Einschränkungen:
– Bestimmte Materialien können nicht geprüft werden – Wenn ein Material zu dick, zu dünn oder nicht elektrisch leitfähig ist, kann es nicht mit Flying-Probe-Methoden geprüft werden. Dazu können nichtleitende Materialien wie Luft oder nichtleitende Flüssigkeiten gehören.
– Einschränkungen der Geräte – Flying-Probe-Tests sind durch die verwendeten Prüfgeräte und deren Konfiguration begrenzt. Beispielsweise können der Abstand und die Größe der Teststreifen die Testergebnisse beeinflussen.
– Testbedingungen – Flying-Probe-Tests können durch Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit und Temperatur beeinflusst werden. Die Testergebnisse müssen in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt werden.
Fazit
Flying-Probe-Tests sind eine schnelle und effektive zerstörungsfreie elektrische Prüfmethode, mit der die Durchgängigkeit leitfähiger Oberflächen getestet werden kann. Sie können zum Aufspüren elektrischer Defekte in Leiterplatten sowie zum Erkennen von Fehlern in Bauteilen und Verdrahtungen eingesetzt werden.
Flying-Probe-Tests können zur Prüfung einer Vielzahl von Materialien eingesetzt werden, darunter auch nichtleitende und nichtmetallische Materialien. Bestimmte Materialien, wie beispielsweise nichtleitende Flüssigkeiten, können jedoch nicht mit Flying-Probe-Verfahren geprüft werden.
Darüber hinaus können Flying-Probe-Tests durch die verwendeten Prüfgeräte und deren Konfiguration eingeschränkt sein.
