Начало
В 1908 г. Камилло Оливетти основал компанию Olivetti. Изначально Olivetti производила механические печатные машинки. Со временем компания расширяла номенклатуру выпускаемой продукции от калькуляторов до компьютеров.
Печатная машина производства Olivetti
В 80-х к компании присоединился молодой разработчик электроники Antonio Grassino. Он начал проектировать электронные изделия. В тот момент зародилась идея создания прогрессивной компании, выпускающей оборудование для контроля Радиоэлектронной продукции.
Антонио Грассино – президент компании Seica S.p.A.
В 1986 г. Antonio Grassino регистрирует компанию Seica S.p.A. Seica разрабатывала программное обеспечение для систем Olivetti. Получив в свою команду разработчиков механических и электрических систем, компания приступила к изготовлению тестового оборудования, в том числе и тестеров с летающими пробниками (с англ. Flying probe test system).
Компания Seica прошла длинный и тернистый путь по созданию своих тестеров - путь к совершенству. Результатом стала оптимальная по стоимости, функционалу, надежности и точности система электроконтроля с летающими пробниками.
В 1994 г. компанией Seica выпущена первая в Европе система с летающими пробниками. При ее разработке итальянские специалисты руководствовались идеями и философией известных на тот момент решений японской фирмы Takaya (Япония). Для перемещения пробников по оси XY использовались линейные приводы на базе шарико-винтовой передачи (ШВП). По оси Z - шаговый двигатель с ременной передачей. Для обратной связи применялись энкодеры, установленные на концах валов ШВП. Такая архитектура на тот момент времени была наиболее экономически выгодной, надежной и легко управляемой. Тестируемая плата располагалась горизонтально. Программы создавались с использованием макросов, что предъявляло ряд повышенных требований к квалификации разработчиков тестовых программ и в определенной степени затрудняло популяризацию систем с летающими пробниками.
Фрагмент механической архитектуры первого Тестера c летающими пробниками Pilot S20 (Seica)
В последствии, с целью захода на международный рынок - компания Seica кооперируется с известной американской компанией General Radio (GR Pilot), в дальнейшем Teradyne.
Тестер c летающими пробниками модель GR Pilot
Вертикальная архитектура тестеров
В период с 1995 по 2005 на рынке тестового оборудования господствовали тестовые системы, имеющие общую философию:
- Односторонний доступ пробников к тестируемому изделию
- 4 независимых подвижных пробника, расположенных с одной стороны
- Только внутрисхемное аналоговое и цифровое тестирование
Специалисты Seica не останавливались на этом и искали пути дальнейшего развития.
В 2005 г Антонио Грассино презентует первую в мире вертикальную систему электрического контроля с летающими пробниками для тестирования собранных электронных модулей – Aerial M4.
Тестер c летающими пробниками модель Aerial M4
Стандартные линейные направляющие ШВП по ОСИ XY были заменены на направляющие с воздушными подшипниками. Такое решение, благодаря отсутствию трущихся друг об друга механических частей, позволяло снять ограничения по сроку службы этих механизмов. Вместе с тем решался вопрос теплоотведения и отсутствие необходимости в смазке направляющих. Явным минусом такого решения являлось значительное увеличение расхода воздуха (около 300 л/мин). Кроме того, важно было внимательно следить за надлежащим состоянием воздушных фильтров. Главная особенность Areial M4 - полноценный двухсторонний тестовый доступ (по 2 пробника с каждой стороны) к проверяемому изделию. Это означает, что для контроля электронного модуля с двух сторон теперь не требовалось переворачивать его и создавать две тестовые программы. В то же время, благодаря вертикальному расположению, снизилась вибрация тестируемого изделия по сравнению с горизонтальным расположением. Это повлияло на увеличение точности позиционирования пробников и стабильности измерений.
График зависимости колебаний при горизонтальном (фиолетовый) и вертикальном (розовый) расположении тестируемого изделия
Обеспечение точности позиционирования
К 2008 г. вертикальная архитектура полностью себя оправдала как наиболее оптимальное решение. С ростом сложности изделий стала выше плотность монтажа, отсутствовали тестовые точки, уменьшались размеры компонентной базы, появились новые вызовы:
- Повышение скорости
- Повышение точности
Решение на направляющих с воздушными подшипниками не позволяло добиться высокой точности позиционировании, а ременная передача по Оси Z ограничивала скорость тестирования. Необходимо было что-то поистине новое.
Дополнительно обсуждались вопросы усовершенствования обратной связи: стоит ли использовать энкодеры или перейти на линейные оптические датчики?
Проведя несколько опытных работ с различными имеющимися на рынке электродвигателями, было принято решение для перемещения пробников по осям XY вернуться к использованию стандартных линейных приводов на базе ШВП. При этом использовать валы большего диаметра с меньшим шагом для увеличения точности и разрешения.
Возникает вопрос: почему бы не использовать линейные двигатели? Они же быстрее?
Может показаться, что линейные двигатели достигают скорость больше, чем ШВП. Однако это актуально, когда пробники проходят значительные расстояния, а также при перемещении их из исходного положения вначале тестирования. В других случаях для плат среднего размера (примерно 400х400 мм) оси тестовой системы постоянно находятся в процессе ускорения или торможения. При выполнении тестирования изделия - большая часть времени затрачивается на перемещения по оси Z, а также на сами измерения. В итоге преимущество линейных двигателей становится не актуальным. Значения не имеет, какой тип приводов используется по осям XY. Как говорится, на скорость это не влияет! Такова специфика работы тестеров с подвижными пробниками.
Другое дело Ось Z, где скорость критична. Здесь используется именно линейный двигатель с оптическим датчиком для обеспечения обратной связи.
Второй важный момент - это обеспечение точности позиционирования. Необходима обратная связь. Применяемые сервоприводы японского производства имеют встроенные оптические энкодеры с высоким разрешением. Для сравнения дополнительно интегрированы датчики, характерные для систем с линейными приводами. В итоге оказалось, что разница между измерениями линейных датчиков и оптических энкодеров не превышает 3 мкм. Разница не существенна! Тестеры большинства производителей имеют повторяемость позиционирования не мене 10 мкм. Линейные датчики также имели существенный недостаток: они подвержены внешним воздействиям и требовали регулярной очистки от пыли и смазки движущихся механических частей. В процессе интенсивной эксплуатации они требовали замены.
Тестер c летающими пробниками модель Pilot V8
*На тот момент времени минимальная тестовая площадка даже для подлежащих тестированию самых сложных электронных модулей была не менее – 500 мкм.
В результате проведенных компанией Seica НИОКР, выпускается первая в мире вертикальная система электроконтроля с восемью независимыми подвижными пробниками - Pilot V8. «8» – Цифра, которую долгое время не могли достичь производители аналогичных тестовых систем с горизонтальным расположением тестируемого изделия. Лишь в 2016 г. конкурентами было выпущено несколько прототипов. Они оказались неудачными и не получили широкого распространения.
Рабочая область тестера c летающими пробниками Pilot V8
Поставленная самим себе задача по созданию тестера, отвечающего всем вызовам современного производства в области тестирования, осуществилась спустя 22 года.
Компания Seica не стоит на месте - унифицированная платформа Pilot VIP улучшается с каждым годом. Она позволяет производителю заниматься “шлифовкой” деталей, доводя их до совершенства, и не затрагивать при этом ядро тестера - его архитектуру.
Со временем электрические пробники были заменены более надежными. Производитель пробников - Ingun. Измерительная часть усовершенствована - расширены параметры, добавлены новые измерительные инструменты, появилась возможность загрузки/выгрузки изделий в полностью автоматическом режиме, в том числе и в составе горизонтальной производственной линии.
Тестовая система Pilot V8 – это своего рода “швейцарский нож”, где реализуются различные интегрированные тестовые решения и технологии:
- Высокочастотные измерения (до 7 ГГц)
- Повышенная точностью позиционирования (мин. точка 35 мкм)
- Расширенная рабочая область (800х600 мм)
- Обратное проектирование (Reverse Engineering)
- Jtag тестирование
- Внутрисхемное программирование
- Функциональное тестирование
- Температурное сканирование
Тестер c летающими пробниками Pilot V8 (слева-направо) с опцией тестирования ВЧ сигналов, с автоматической загрузкой/разгрузкой ПП
Достижения компании SEICA не ограничиваются выпуском систем электроконтроля с подвижными пробниками. Дополнительно, компания занимается производством различных функциональных и адаптерных тестеров, систем оптической инспекции и лазерной селективной пайки. При этом активно развивается сегмент автоматизации процессов производства и тестирования, а также интеллектуальное ПО для прослеживаемости.
(Слева–Направо) Система лазерной селективной пайки FireFly, Оптическая инспекция для THT монтажа и конформного покрытия DragonFly, внутрисхемный и функциональный тестер типа «ложе гвоздей» Compact RT
Знаете ли вы?
В рамках Центра тестирования РЭА и ПП для контроля практически всей электронной продукции производства Совтест АТЕ в г. Курске применяется тестер Pilot V8. Как показывает практика, это позволяет нам оперативно исправлять производственные дефекты и уйти от дополнительных финансовых и временных издержек. Кроме того, функция обратного проектирования тестера Pilot V8 помогает выполнять ремонт сложного технологического оборудования.