フライングプローブテスト：現代の電子機器製造におけるPCB品質保証の変革

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Nov 24, 2024

　プリント回路基板（PCB）製造プロセスには、重要なテスト工程が含まれています。各ボードは、メーカーがセンターを離れる前に、電気的または回路上の問題を検出できるように、各ボードをテストする必要があります。PCBがこのテストに合格することで、PCBが確実に機能することがさらに保証されます。最も一般的なタイプのテスト方法には、インサーキットテスト（ICT）とフライングプローブテスト（FPT）があります。

　6本の高精度プローブ(針)のうち4本は上部に、2本は下部にあり、プリント基板やアセンブリのコンポーネントピン(ファインピッチコンポーネントを含む)またはその他の接触点にプログラムで接触することで、これらの電気的テストを行うことができます。電気的テストの他に、フライングプローブテスターを使用した機能テストも可能で、JTAGインターフェースを介してプログラムを記録することができます。FPTは、固定装置やテストベッドを必要とせずにPCBアセンブリを検証する非常に正確で汎用性の高い技術であるPCBテストの一種であり、この記事では、PCBのフライングプローブテストの原理、プロセス、機能、およびアプリケーションの詳細な概要を説明します。

テスト方法

1)スマートICT：短絡、オープンピンおよび部品テスト

2)モデルZインピーダンステスト（NZT）：短絡回路をテストし、すべてのコンポーネントを考慮してネットワークパラメータの特性を提供します。

3)電気走査法：ピン接続を検査し、電界強度によってはんだ接合部の開放を検出します。

4)光学テスト：カメラ画像評価による（拡張可能）。

5)4線式ケルビン試験：トラックインピーダンスを測定します。

フライングプローブテストとは？

　フライングプローブテスト（FPT）は、プリント回路基板（PCB）の電気的機能を検査するために使用される自動化されたテスト方法の一種です。基板上を「飛び回る」可動式プローブを使用して、さまざまなテストポイントに接触し、抵抗、静電容量、導通などのパラメータを測定します。固定された釘固定具を使用する従来のインサーキットテストとは異なり、フライングプローブテストは柔軟性があり、カスタマイズされた固定具を必要としません。そのため、少量生産、プロトタイプ、頻繁に変更される設計に最適です。

　フライングプローブテスターは、1つまたは複数のテストプローブを使用します。これらのプローブは、上部と下部の両方でPCBに接触し、テストポイントに接触することができます。次に、回路基板のある場所から別の場所に移動して、複数の導体またはコンポーネントをテストします。テストしている特定のボードを説明するプログラムの指示に従います。これらの機械は、非常に正確な針を使用して、PCBが正しく機能し、順番に動作していることを確認します。FPTは、少量から大量生産にも最適です。

フライングプローブテストは、可動式テストプローブを使用してPCBの電気的検査を行います。

ショートとオープン

パターン欠陥

電圧と周波数応答

受動部品値

接続性とシグナルインテグリティ

「フライング"プローブは、精密なロボットモーション制御によって制御されるアームまたはヘッドに取り付けられ、PCB表面の任意のテストポイントをターゲットにします。フライングプローブは、シンプルなボードから数千のテストポイントを持つ複雑な多層PCBまで、アセンブリの完全な電気的テスト範囲を提供します。

インサーキットテストとフライングプローブテストの違いは何ですか？

　インサーキットテスト（ICT）は、プリント回路基板（PCB）の個々のコンポーネントの品質と機能を評価するために使用される方法です。このタイプのテストには、しばしば「ネイルベッド」と呼ばれる固定具の使用が含まれます。これには、PCBの指定されたテストポイントに接触する多数のプローブがあります。

　これらのプローブは、テスト信号を注入し、電圧、電流、抵抗、静電容量などの電気的パラメータを測定して、コンポーネントが正しく配置され、正しく機能し、欠陥なくはんだ付けされていることを確認します。ICTは大量生産には特に効果的ですが、カスタマイズされたテストフィクスチャが必要であり、コストと時間がかかるため、プロトタイプや少量生産には適していません。

フライングプローブテストはどのように機能しますか？

1.PCBのロード：PCBは、精密固定装置内のテストシステムにロードされます。

2.光学的に基板を整列させる：光学カメラがPCB座標系をテスターに整列させます。

3.テストプログラムのインポート：テストパラメータはCADデータからインポートされます。

4.プローブテストポイント：複数のヘッドのプローブが定義されたテストノードに接触します。

5.電気テストを実行します：テスターは、プログラムされたテストに従って刺激を与え、測定します。

6.プローブの移動：ヘッドは、定義可能なすべてのノードを含むようにプローブを再配置します。

7.テストの繰り返し：すべてのポイントが検証されるまで、手順4～6を繰り返します。

8.結果の表示：合格/不合格レポートは、修理すべき欠陥を明確に特定します。

これらすべては、以下の3つのステップで全体像を把握することができます。

ステップ1：テストベンチのプログラミングと作成：

始める前に、フライングプローブテストテストプログラムを作成する必要があります。テストプログラムは通常、テストプログラム作成アプリケーションを使用してオフラインPCで開発されます。このようなアプリケーションは通常、テストポイントを作成するためにガーバー、BOM（部品表）、ECAD（電気コンピューター支援設計）ファイルを必要とします。

ステップ2：サンプルローディングプロセス：

　テストプログラムを作成したら、次はテスター内部のコンベアベルトにロードします。ボードはコンベアベルトに沿って、プローブが動作するテストエリアに移動します。回路基板は1枚でも複数枚でもかまいませんし、テストはプログラム制御に依存します。

ステップ3：テストプロセス：

　次に、プローブはテストプログラムに従って回路基板の周りを「飛び回る」ことができます。彼らはテスト信号を使用して、ボードのさまざまなポイントで電気的および機能的なテストを実行します。測定はさらに処理され、特定の回路部分が期待に合っているかどうかを確認します。

ボードが期待される結果を満たさない場合、または設定されたプログラムから逸脱した場合、プローブはデバイスに欠陥があり、したがってテストに失敗したことを知らせます。

フライングプローブテストでのトラックインピーダンス測定：

　4線式ケルビン試験は、4線式抵抗測定または4点プローブ測定とも呼ばれ、低抵抗値を正確に測定するために使用される技術です。導体、抵抗器、半導体デバイスのテストなど、高精度と低測定誤差を必要とするアプリケーションで一般的に使用されます。ここでは、PCB設計のある点から別の点への抵抗は、この方法を使用して測定されます。

フライングプローブテストでのトラックインピーダンス測定：

4線式ケルビンテストの動作原理：

1.電流伝達プローブ：

　電流を流す2つのプローブは、テスト対象のコンポーネントまたは材料の端に接続されます。これらのプローブは、テストサンプルに既知の正確な量の電流を流す役割を果たします。通常、これらは外部プローブと呼ばれます。

2.電圧検出プローブ：

　2つの電圧検出プローブは、通常、電流を流すプローブから一定の距離にあるテストサンプルに配置されます。これらのプローブは、テストサンプルの電圧降下を正確に測定します。このようなプローブは内部プローブとして知られています。

3.測定プロセス：

　測定中、電流伝達プローブを使用して、テストサンプルに一定の電流を流します。次に、電圧検出プローブを使用して、サンプルの電圧降下を測定します。電流伝達プローブと電圧検出プローブは物理的に分離されているため、電圧測定は接続ワイヤの抵抗や接触抵抗の影響を受けません。内部入力インピーダンスが高いため、電圧計の接触ピンで電圧降下が発生しません。このような配置により、サンプルの抵抗をより正確に決定することができます。

4.計算：

　テストサンプルの抵抗は、オームの法則（R = V/I）を使用して計算します。ここで、Rは抵抗、Vはサンプルで測定された電圧、Iはサンプルを流れる電流です。この方法は、低抵抗を測定する場合や、高い測定精度が必要な場合に特に便利です。

フライングプローブテストのメリット：

　FPTを活用することには多くの利点があります。以下は、プリント回路基板アセンブリプロセスにフライングプローブテストを組み込むことの最大の利点の一部であり、次のようなものがあります。

1)低いテストコスト:FPTは、カスタマイズされた固定具を必要としないため、ICTと比較してコストが低くなります。

2)少量から中規模の生産に最適:フライングプローブテストは、開発コストが低く、開発時間が短いため、少量生産に適しています。大量生産には適さないかもしれませんが、サンプルやプロトタイプには使用できます。

3)低いテストコスト:FPTは、カスタマイズされた固定具を必要としないため、ICTと比較してコストが低くなります。

4)短い開発時間:FPTの実行時間は、PCBのサイズによって異なります。ほとんどの場合、ボードあたりのテスト時間は5～15分程度です。

5)柔軟性の向上： FPTの自動化により、テストを変更する際の柔軟性が向上します。より複雑なテストには制限がありますが、変化に対応できるため、このアプローチは有用です。

6)精度と精度：テストプローブの位置決めは高い精度と信頼性を備えており、完成品に問題が発生するのを防ぐのに役立ちます。

フライングプローブテストの欠点：

1)物理的な損傷の可能性：フライングプローブはビアとテストパッドに直接物理的に接触し、ボード表面に小さなくぼみを作る傾向があるため、一部のOEMはこれを製造上の欠陥と見なします。しかし、科学技術の継続的な進歩により、この問題はアップグレードされたフライングプローブテスターの登場により解決されます。

2）はんだ付け不良の可能性：フライングプローブテスターをテストパッドのないコンポーネントで使用すると、プローブがコンポーネントのリードに接触し、リードの緩みやはんだ付け不良を引き起こすことがあります。

3)大量生産や大型の複雑な回路基板には適さない:FPTは少数のテストプローブしか動作せず、回路基板のすべてのテストポイントをカバーする必要があります。小さな基板やサンプルでは通常問題ありませんが、大量生産される大型の複雑な基板には推奨されません。

　上記の欠点にもかかわらず、FPTは依然としてPCB製造とPCBアセンブリの重要なテスト方法であると考えられており、優れた性能と高い信頼性を実現するために、エレクトロニクス分野において常に重要な役割を果たします。

結論：

　要約すると、フライングプローブテストは、カスタマイズされた固定具の必要性を最小限に抑えながら、PCBアセンブリの品質を迅速、正確かつ包括的に検証します。フライングプローブテスターは、高度なロボットモーション制御、プローブ技術、および自動化機能により、製造および組立工場から出荷された組み立て済み基板の大部分を検査することができます。退屈な手動テストをオフロードすることで、フライングプローブスケールは効率的かつ費用対効果の高い方法で品質と信頼性を保証します。フライングプローブテストソリューションは、その範囲を拡大する継続的な進歩により、エレクトロニクス製造においてますます重要な役割を果たすようになります。