המנוע המרכזי של בדיקות מדויקות: יישום מנועי צעד מיקרו במתאמי בדיקת מחטים אלקטרוניים

בתחום ייצור האלקטרוניקה במהירות גבוהה ובדיוק גבוה, מתאמי בדיקת מחטים אלקטרוניים משמשים כשומרי סף המבטיחים את איכות המעגלים המודפסים (PCBs), השבבים והמודולים. ככל שהמרווח בין פיני הרכיבים הולך וקטן ומורכבות הבדיקות גוברת, הדרישות לדיוק ואמינות בבדיקות הגיעו לגבהים חסרי תקדים. במהפכה זו של מדידה מדויקת, מנועי מיקרו-צעד ממלאים תפקיד חיוני כ"שרירים מדויקים". מאמר זה יעמיק באופן שבו ליבת הכוח הזעירה הזו פועלת במדויק במתאמי בדיקת מחטים אלקטרוניים, ומניעה את הבדיקות האלקטרוניות המודרניות לעידן חדש.

一.מבוא: כאשר נדרש דיוק הבדיקה ברמת המיקרון

שיטות בדיקה מסורתיות הפכו ללא מספקות לצורכי הבדיקה של מארזי BGA, QFP ו-CSP בעלי גובה מיקרו של ימינו. המשימה העיקרית של מתאם בדיקת מחטים אלקטרוני היא להניע עשרות או אפילו אלפי גלאי בדיקה כדי ליצור חיבורים פיזיים וחשמליים אמינים עם נקודות הבדיקה ביחידה הנבדקת. כל חוסר יישור קל, לחץ לא אחיד או מגע לא יציב עלולים להוביל לכישלון בבדיקה, שיפוט שגוי או אפילו נזק למוצר. מנועי מיקרו צעד, עם הבקרה הדיגיטלית הייחודית שלהם ומאפייני הדיוק הגבוה שלהם, הפכו לפתרון אידיאלי להתמודדות עם אתגרים אלה.

一.מנגנון עבודה מרכזי של מנוע צעד מיקרו במתאם

פעולת מנוע המיקרו-צעדים במתאם בדיקת המחט האלקטרוני אינה סיבוב פשוט, אלא סדרה של תנועות מתואמות ומדויקות, מבוקרות. ניתן לחלק את תהליך העבודה לשלבים העיקריים הבאים:

1. יישור מדויק ומיקום ראשוני

זרימת עבודה:

קבלת הוראות:מחשב המארח (מארח הבדיקה) שולח את נתוני הקואורדינטות של הרכיב המיועד לבדיקה לכרטיס בקרת התנועה, אשר ממיר אותם לסדרה של אותות פולסים.

תנועת המרת דופק:אותות פולסים אלה נשלחים לדרייבר של מנוע המיקרו-צעדים. כל אות פולס מניע את ציר המנוע לסיבוב בזווית קבועה - "זווית צעד". באמצעות טכנולוגיית הנעת מיקרו-צעדים מתקדמת, ניתן לחלק זווית צעד שלמה ל-256 מיקרו-צעדים או אפילו יותר, ובכך להשיג בקרת תזוזה ברמת מיקרומטר או אפילו ברמת תת-מיקרומטר.

מיקום ביצוע:המנוע, באמצעות מנגנוני תמסורת כגון ברגי בדיקה מדויקים או רצועות תזמון, מניע את הגררה העמוסה בגשושי בדיקה לנוע על מישורי ציר ה-X וה-Y. המערכת מזיזה במדויק את מערך הגשושים למיקום ישירות מעל הנקודה שיש לבדוק על ידי שליחת מספר מסוים של פולסים.

2. ניהול דחיסה ולחץ מבוקרים

זרימת עבודה:

קירוב ציר Z:לאחר השלמת מיקום המישור, מנוע הצעדים המיקרו האחראי על תנועת ציר ה-Z מתחיל לפעול. הוא מקבל הוראות ומניע את ראש הבדיקה כולו או מודול גשש יחיד לנוע אנכית כלפי מטה לאורך ציר ה-Z.

בקרת נסיעה מדויקת:המנוע לוחץ בצורה חלקה כלפי מטה בצעדים זעירים, ושולט במדויק במרחק התנועה של המכבש. זה קריטי, שכן מרחק תנועה קצר מדי עלול להוביל למגע לקוי, בעוד שמרחק תנועה ארוך מדי עלול ללחוץ יתר על המידה על קפיץ הגשש, וכתוצאה מכך לגרום ללחץ מוגזם ולנזק למשטח ההלחמה.

שמירה על מומנט כדי לשמור על לחץ:כאשר הגשוש מגיע לעומק המגע שנקבע מראש עם נקודת הבדיקה, מנוע המיקרו-צעד מפסיק להסתובב. בנקודה זו, המנוע, עם מומנט ההחזקה הגבוה הטבוע בו, יינעל היטב במקומו, וישמור על כוח כלפי מטה קבוע ואמין ללא צורך באספקת חשמל רציפה. זה מבטיח את יציבות החיבור החשמלי לאורך כל מחזור הבדיקה. במיוחד עבור בדיקות אותות בתדר גבוה, מגע מכני יציב הוא הבסיס לשלמות האות.

3. סריקה מרובת נקודות ובדיקת נתיבים מורכבים

זרימת עבודה:

עבור מעגלים מודפסים מורכבים הדורשים בדיקת רכיבים באזורים שונים או בגבהים שונים, מתאמים משלבים מספר מנועי צעד מיקרו כדי ליצור מערכת תנועה רב-צירית.

המערכת מתאמת את תנועת המנועים השונים בהתאם לרצף בדיקה מתוכנת מראש. לדוגמה, תחילה היא בודקת את אזור A, לאחר מכן מנועי ה-XY נעים בתיאום כדי להזיז את מערך הגששים לאזור B, ומנוע ציר ה-Z לוחץ שוב לבדיקה. מצב "בדיקת טיסה" זה משפר מאוד את יעילות הבדיקה.

לאורך כל התהליך, יכולת זיכרון המיקום המדויקת של המנוע מבטיחה את דיוק המיקום החוזר על עצמו עבור כל תנועה, ובכך מבטלת שגיאות מצטברות.

一.למה לבחור במנועי מיקרו-צעד? – יתרונות מנגנון העבודה

מנגנון העבודה המדויק הנ"ל נובע מהמאפיינים הטכניים של מנוע המיקרו-צעד עצמו:

דיגיטציה וסנכרון דופק:מיקום המנוע מסונכרן בקפדנות עם מספר פולסי הקלט, מה שמאפשר אינטגרציה חלקה עם מחשבים ובקרות בקרה דיגיטליות מלאות. זוהי בחירה אידיאלית לבדיקות אוטומטיות.

אין שגיאה מצטברת:בתנאים של עומס יתר, שגיאת הצעד של מנוע הצעד אינה מצטברת בהדרגה. הדיוק של כל תנועה תלוי אך ורק בביצועים הטבועים של המנוע והנהג, מה שמבטיח אמינות לבדיקות ארוכות טווח.

מבנה קומפקטי וצפיפות מומנט גבוהה:העיצוב המיניאטורי מאפשר להטמיע אותו בקלות בתוך מתקני בדיקה קומפקטיים, תוך מתן מומנט מספיק להנעת מערך הגששים, תוך השגת איזון מושלם בין ביצועים לגודל.

一.התמודדות עם אתגרים: טכנולוגיות לייעול יעילות העבודה

למרות יתרונותיהם הבולטים, ביישומים מעשיים, מנועי מיקרו-צעד מתמודדים גם עם אתגרים כגון תהודה, רעידות ואובדן צעד פוטנציאלי. כדי להבטיח את פעולתם המושלמת במתאמי בדיקת מחטים אלקטרוניים, התעשייה אימצה את טכניקות האופטימיזציה הבאות:

יישום מעמיק של טכנולוגיית הנעת מיקרו-צעדים:באמצעות מיקרו-צעדים, לא רק שהרזולוציה משתפרת, אלא שחשוב מכך, תנועת המנוע מוחלקת, מה שמפחית משמעותית את הרטט והרעש במהלך זחילה במהירות נמוכה, מה שהופך את מגע הגשוש לגמיש יותר.

מבוא למערכת בקרה סגורה:ביישומים מסוימים בעלי ביקוש גבוה במיוחד, מקודדים מתווספים למנועי מיקרו-צעד כדי ליצור מערכת בקרה בלולאה סגורה. המערכת מנטרת את מיקום המנוע בפועל בזמן אמת, וברגע שמזוהה חוסר צעד (עקב התנגדות מוגזמת או סיבות אחרות), היא תתקן אותו מיד, תוך שילוב אמינות של בקרת בלולאה פתוחה עם ערבות הבטיחות של מערכת בלולאה סגורה.

一.מַסְקָנָה

לסיכום, פעולתם של מנועי מיקרו-צעד במתאמי בדיקת מחטים אלקטרוניים משמשת כדוגמה מושלמת להמרת הוראות דיגיטליות לתנועות מדויקות בעולם הפיזי. על ידי ביצוע סדרה של פעולות הניתנות לשליטה מדויקת, כולל קבלת פולסים, ביצוע תנועות מיקרו-צעד ושמירה על מיקום, הוא מבצע את המשימות החשובות של יישור מדויק, לחיצה נשלטת וסריקה מורכבת. זהו לא רק רכיב ביצוע מפתח להשגת אוטומציה של בדיקות, אלא גם מנוע ליבה לשיפור דיוק, אמינות ויעילות הבדיקה. ככל שרכיבים אלקטרוניים ממשיכים להתפתח לעבר מזעור וצפיפות גבוהה, טכנולוגיית מנועי המיקרו-צעד, ובמיוחד טכנולוגיית המיקרו-צעד ובקרת הלולאה הסגורה שלה, תמשיך להניע את טכנולוגיית הבדיקות האלקטרוניות לגבהים חדשים.