מסלול Highway ל- Hi-Tech הישראלי בטכנולוגיית Flying Probe

העולם הטכנולוגי העוסק בבדיקות חשמליות של כרטיסים אלקטרוניים ומערכות בדיקה כגון ICT מיטת סיכות (BED OF NAILS) המסורתית ומכונת ה FLYING PROBE העומדת בחזית הטכנולוגיה החדשנית, תמיד נבחנו למול האתגר המרכזי – יכולת הנגישות של המכונה לכרטיס הנבדק וזאת למול הטכנולוגיות המתפתחות (מיזעור רכיבים וצפיפות הרכיבים במעגלים). חברת USR במהלך השנה האחרונה, בחנה באופן מדעי את הטכנולוגיות השונות הקיימות בתחום ה-FLYING PROBE יחד עם מספר חברות אירופאיות המובילות בתחום, במסע המדעי המרתק שערך כשנה ניתן היה להבחין בהתקדמות טכנולוגית משמעותית ופורצת דרך בתחום מערכות ה-FLYING PROBE. בסופו של תהליך הבחינה הוחלט לרכוש מערכת זו מחברת SEICA מסוג pilot 4d V8.

מכונת ה-ICT המסורתית ומכונות ה-FLYING PROBE הקיימות היום אפשרו בדיקה יחידנית של כרטיס בודד או פנל של כרטיסים שנדפן באופן ידני, האם היכולת לשלב טכנולוגיה מתקדמת ואופן עבודה של מערכת העובדת עם מנגנון טעינה ופריקה אוטומטי (INLINE) מוביל למציאות טכנולוגית חדשה – בחשיבה חדשנית ושילוב של צורך קיים לאחוז כיסוי בדיקה גבוה ויצור סידרתי נוצרו מכונות FLYING PROBE העובדות בתצורת INLINE PASS TROUGH – חלום הופך למציאות.

מעבר לטכנולוגיה המתקדמת של תצורת INLINE PASS TROUGH ניתן היה להבחין במספר אסטרטגיות בדיקה מהותיות ופורצות דרך, יכולת בדיקה של מעגל באופן דו צדדי ואנכי עם מספר רב של פרובים (עד 8 PROBE), יכולת מהירה של פיתוח תוכנית בדיקה (יתרון משמעותי ב NPI), יכולת בדיקה של ראש סידרה בשלב ה SMT, יכולת הגדרת תהליכי בדיקות סופיות (ATP) של הלקוחות במכונה ללא צורך בתכנון ובניית ציוד בדיקה פונקציונאלי ייעודי וביצוע Reverse Engineering למעגל שאין לו BOM וקבצי עריכה.

על מנת להבין היום את השיפור המשמעותי באחוז הכיסוי ויכולת אבחון ואיתור התקלות ע”י שימוש בטכניקות בדיקה חדשניות של ה-FP, יש צורך להבין קודם את ההבדלים המהותיים בין ICT מיטת סיכות (Bed-of-nails) המסורתי לבין מכונת ה Flying Probe הדור החדש.

מבדק ICT מיטת סיכות (Bed-of-nails) למול מבדק Flying Probe

במציאות הרווחת של היום וההתפתחות הטכנולוגית הקיימת ניתן להבחין במעגלים אלקטרוניים הנעשים במשך השנים צפופים וזעירים יותר, בצורה דומה גם הרכיבים האלקטרוניים. כמו כן, הנגישות לבדיקה מוגבלת כתוצאה מאותה התפתחות טכנולוגית, המגע החשמלי זעיר יותר ומסובך יותר. ניתן להבחין כי מגוון התקלות איתם אנו מתמודדים במעגלים האלקטרוניים השתנה. קצב הופעת תקלות הלחמה עולה, קצב הופעת רכיבים פגומים חשמלית או מכאנית קטן, איכות הרכיבים האנלוגיים והדיגיטליים עולה ובעיות ההרכבה ממשיכות להיות תלויות בטיב מכונות ההשמה ומפעיליהם. קיימת מגבלת שימוש במיטת סיכות ICT מסורתית כתוצאה מכך שהמעגלים צפופים יותר וקיים מגוון רחב של סוגי מעגלים שלא ניתן לעמוד בדרישה מעורך המעגל המודפס להכנסת נקודות בדיקה. טכנולוגיות חדשות במארזים מגבילות את הנגישות ובכך אחוזי הכיסוי יורדים באופן משמעותי. כמו כן, בדיקות ווקטוריות של רכיבים דיגייטליים חלקיות ומאוד יקרות עקב עלות וזמן לפיתוח.

שימוש במיטת סיכות ICT מסורתית כוונתה; עלות גבוהה לבניית מתאמים, זמן פיתוח תוכנית בדיקה ומודולים ווקטוריים של שבועות. רעשים בזמן הרצת הבדיקה ויכולת נגישות מוגבלת ובהתאם אחוז כיסוי נמוך.היום במעגלים אלקטרוניים נדרשת בדיקה וגישה דו-צדדית בו-זמנית בתהליכי הבדיקה, רכיבים וצמתים ממוקמים בשני צידי המעגל האלקטרוני דרך פדים של רכיבי ה SMT, קדחי ה-TH ודרך VIAs. המכונות החדישות בעלות יכולת FLYING PROBE חדשנית המבוססת על טכנולוגיה רובוטית, ללא דרישה לנגישות ע”י בנייה של מתאם, באמצעות יכולת זו ניתן להשיג מינימום False Alarm, תפוקה גבוהה יותר ואחוז כיסוי נרחב.

טכניקות בדיקה POWER OFF / POWER ON

טכניקות בדיקה ללא מתח (POWER OFF): קיימת טכניקת Automatic Optical Inspection בעלת מערכת מצלמות בעלות רזולוציה גבוה, אמצעי עיבוד התמונה והטכניקות מאפשרות גילוי/חוסר/קוטביות של רכיבים וזיהוי כיתוב על הרכיבים. בנוסף, קיימת בדיקת Automatic Laser Inspection בעלת יכולת איתור ויזואלית ב-D3 של צורת הרכיבים והמעגל ע”י חיישני לייזר, טכניקה זו מאפשרת זיהוי עקמומיות מעגל, אימות השמה מדויקת ונכונה של רכיבים וקונקטורים, אימות נוכחות או חוסר וגובה של רכיב, תופעת Tombstone וקצרים בין רגליים סמוכות.

טכניקות נוספות שקיימות: בדיקת FNODE בעזרת הזרקה של אות מולטי-טונית, המערכת לומדת ממעגל מאסטר את ערכי האימפדנס של כל צומת במעגל וכאשר בודקים מעגלים מבוצעת השוואה מול מעגל המאסטר. בדיקת OPENFIX סנסור קיבולי מגלה האם הרגל מולחמת ל-PAD, בעזרת גל סינוס שמוזרק לתוך ה-NET. כך ניתן לגלות רגליים שלא מולחמות לרכיבי ,ICs QFN & BGA. בדיקת  (R,L,C, transistors diodes, relays…) ביצוע בדיקות פרמטריות לרכיבים בדומה לבדיקות ICT המסרותיות. בדיקת AUTIC בודקת קיום מוליכים למחצה בין צמתים כולל חיבורים בתוך רכיבי ICs, דבר המאפשר לגלות נתקים\חוסר הלחמות ברגלי הרכיבים ובדיקתLED טכניקת מדידה של פרמטרים של רכיבי LED בעזרת סנסור מיוחד (HUE, SATURATION ו INTENSITY).

טכניקות בדיקה עם מתח (POWER ON): טכניקות הבדיקה הקיימות כוללות הזנת מתח ומכילות מגוון רחב של יכולות כגון, בדיקת QUICK TEST בדיקות פונקציונאליות בסביבת FP. ניתן להדליק מתחים למעגל הנבדק ולהזריק ברכיבים אנלוגיים ודיגיטליים מתח, זרם, איפיון צורת הסיגנל והאמפליטודה ובמקביל למדוד זרם, מתח, תדר, במקומות אחרים במעגל, תוך קלות של מספר דקות תכנות. בדיקת DIGIPLEX אימות טבלת אמת של רכיבי  (gates truth table, op-amps, etc…). בדיקת PWMON איסוף חתימה לוגית דיגיטלית לכל צומת במעגל ע”י הרצה של מעגל מאסטר תקין. ע”י כך מזהים תקלות במעגל נבדק ברכיבים פגומים חשמלית או מנותקים ברגליים מסוימות. בדיקה טרמית טכניקת זו יכולה לסרוק את כל המעגל הנבדק, כאשר המתחים שלו דולקים, ולייצר מפה טרמית שבה צבעים שונים בהתאם לטווחי הטמפרטורות השונים, טכניקה זאת מיועדת לאתר תקלות של קצרי מתחים ורכיבים פגומים שמעמיסים ומונע צורך בהוצאת הרבה רכיבים במעגל או השמדתו. בדיקת FlyScan שילוב בדיקות JTAG – Boundary Scan על מכונת ה-FP. שילוב זה נדרש לצורך השלמת אחוזי כיסוי של רכיבי Boundary Scan שמוגבלים בנגישות שלהם (נקודות בדיקה של צמתי רכיבים אלה, לא אפשריות עקב VIAs מכוסות ב-SOLDEMASK לבדיקות בטכניקות אחרות קיימות. צריבות OBP יישום צריבות ON BOARD של רכיבים על מעגל נבדק. קיימות חומרה ותוכנה משולבות בתוך מכונת FP וגם קיימים מודלי צריבה לאלפי רכיבים.

בסיכום בחינת הטכנולוגיות בדיקה החדשות הבאות לידי ביטוי במכונות ה-FP למול אלו הקיימות היום ולמול טכניקות בדיקה מסורתיות (ICT) ניתן לציין באופן מובהק כי אחוז כיסויי תקלות עם מערכת ה-FP למול ה-ICT הינה משמעותית טובה יותר עקב השימוש בטכניקות החדשות הקיימות היום. FP מאפשר כיסויי נרחב של תקלות שלא מכוסות במבדק ICT, בבדיקות ללא מתח, ובבדיקות משלימות עם מתח (Thermal, PWMON, DIGIPLEX, QUICK). מרכיב נוסף הבא לידי ביטוי הינו צמצום זמן ההתעסקות בבחירת TPs מאפשר יותר שימוש ב-FP ICT בבדיקות של מעגלי פיתוח NPI. בנוסף היכולות לשלב צריבות ובדיקות JTAG בתוך ה-FP ICT מהוות יתרון משמעותי של מערכת כוללת.

במבט קדימה לעתיד נושא הנגישות היה ויישאר הנושא העיקרי והאתגר המרכזי, מארזי הרכיבים ימשיכו להתפתח כמו: מארזים חדשים תלת מימד ובמקביל טכניקות הבדיקה ימשיכו להתפתח ולהוות חלק מרכזי בסיטוט דור העתיד, מהלך שיוביל לביטול טכניקות בדיקה קיימות כגון ה-BON ICT וכניסת טכניקות בדיקה המבוססות רובוטיקה שילכו ויתרבו.

יורם ליבנת הינו מנהל הנדסת בדיקות בחברת USR מערכות אלקטרוניקה.