المحرك الأساسي للاختبار الدقيق: تطبيق محركات الخطوة الدقيقة في محولات اختبار الإبر الإلكترونية

في مجال تصنيع الإلكترونيات عالية السرعة والدقة، تُعدّ محولات اختبار الإبرة الإلكترونية بمثابة بوابات لضمان جودة لوحات الدوائر المطبوعة والرقائق والوحدات. ومع تزايد صغر المسافة بين دبابيس المكونات وتعقيد الاختبارات، وصلت متطلبات الدقة والموثوقية في الاختبار إلى مستويات غير مسبوقة. وفي هذه الثورة في القياس الدقيق، تلعب المحركات الخطوية الدقيقة دورًا لا غنى عنه باعتبارها "العضلات الدقيقة". ستتناول هذه المقالة بالتفصيل كيفية عمل هذه النواة الصغيرة للطاقة بدقة في محولات اختبار الإبرة الإلكترونية، مما يدفع اختبار الإلكترونيات الحديث إلى عصر جديد.

一.مقدمة: عندما تكون دقة الاختبار مطلوبة على مستوى الميكرون

لم تعد أساليب الاختبار التقليدية كافية لتلبية احتياجات اختبار حزم BGA وQFP وCSP ذات المسافات الدقيقة للغاية. تتمثل المهمة الأساسية لمحول اختبار الإبرة الإلكترونية في تشغيل عشرات أو حتى آلاف من مجسات الاختبار لإنشاء اتصالات فيزيائية وكهربائية موثوقة مع نقاط الاختبار على الوحدة قيد الاختبار. أي انحراف طفيف، أو ضغط غير متساوٍ، أو اتصال غير مستقر قد يؤدي إلى فشل الاختبار، أو سوء التقدير، أو حتى تلف المنتج. أصبحت محركات الخطوة الدقيقة، بفضل تحكمها الرقمي الفريد وخصائصها عالية الدقة، حلاً مثالياً لمواجهة هذه التحديات.

一.آلية العمل الأساسية لمحرك الخطوة الصغير في المحول

لا يقتصر تشغيل محرك الخطوة الصغير في محول اختبار الإبرة الإلكتروني على الدوران البسيط، بل هو سلسلة من الحركات الدقيقة والمنسقة. ويمكن تقسيم سير عمله إلى الخطوات الأساسية التالية:

1. المحاذاة الدقيقة والوضع الأولي

سير العمل:

تلقي التعليمات:يقوم جهاز الكمبيوتر المضيف (جهاز الاختبار المضيف) بإرسال بيانات إحداثيات المكون المراد اختباره إلى بطاقة التحكم في الحركة، والتي تقوم بتحويلها إلى سلسلة من إشارات النبض.

حركة تحويل النبض:تُرسل هذه الإشارات النبضية إلى مُشغّل محرك الخطوة الدقيقة. تُحرّك كل إشارة نبضية عمود المحرك للدوران بزاوية ثابتة تُسمى "زاوية الخطوة". وبفضل تقنية القيادة المتقدمة للخطوات الدقيقة، يُمكن تقسيم زاوية الخطوة الكاملة إلى 256 خطوة دقيقة أو أكثر، مما يُتيح التحكم في الإزاحة بدقة تصل إلى مستوى الميكرومتر أو حتى أقل من الميكرومتر.

تحديد موقع التنفيذ:يقوم المحرك، عبر آليات نقل الحركة مثل براغي الرصاص الدقيقة أو أحزمة التوقيت، بتحريك العربة المحملة بمجسات الاختبار على المحورين السيني والصادي. ويقوم النظام بتحريك مجموعة المجسات بدقة إلى الموضع فوق النقطة المراد اختبارها مباشرةً عن طريق إرسال عدد محدد من النبضات.

2. التحكم في الضغط وإدارة الضغط

سير العمل:

تقريب المحور Z:بعد إتمام عملية تحديد موضع المستوى، يبدأ محرك الخطوة الصغير المسؤول عن حركة المحور Z بالعمل. يتلقى هذا المحرك التعليمات ويقوم بتحريك رأس الاختبار بالكامل أو وحدة مسبار واحدة للتحرك عموديًا لأسفل على طول المحور Z.

التحكم الدقيق في السفر:يضغط المحرك بسلاسة على مراحل دقيقة، متحكمًا بدقة في مسافة حركة المكبس. وهذا أمر بالغ الأهمية، إذ أن مسافة الحركة القصيرة جدًا قد تؤدي إلى ضعف التوصيل، بينما قد تؤدي مسافة الحركة الطويلة جدًا إلى ضغط زنبرك المجس بشكل مفرط، مما ينتج عنه ضغط زائد وتلف في نقطة اللحام.

الحفاظ على عزم الدوران للحفاظ على الضغط:عندما يصل المسبار إلى عمق التلامس المحدد مسبقًا مع نقطة الاختبار، يتوقف محرك الخطوة الصغير عن الدوران. عند هذه النقطة، يُثبَّت المحرك، بفضل عزمه العالي، بإحكام في مكانه، محافظًا على قوة ضغط ثابتة وموثوقة دون الحاجة إلى مصدر طاقة مستمر. هذا يضمن استقرار التوصيل الكهربائي طوال دورة الاختبار بأكملها. خاصةً في اختبار الإشارات عالية التردد، يُعد التلامس الميكانيكي المستقر أساس سلامة الإشارة.

3. المسح متعدد النقاط واختبار المسار المعقد

سير العمل:

بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة المعقدة التي تتطلب اختبار المكونات في مناطق متعددة مختلفة أو على ارتفاعات مختلفة، تقوم المحولات بدمج محركات الخطوة الدقيقة المتعددة لتشكيل نظام حركة متعدد المحاور.

يقوم النظام بتنسيق حركة المحركات المختلفة وفقًا لتسلسل اختبار مُبرمج مسبقًا. على سبيل المثال، يختبر أولًا المنطقة أ، ثم تتحرك محركات المحورين س و ص بالتنسيق لنقل مصفوفة المجسات إلى المنطقة ب، ثم يضغط محرك المحور ع لأسفل مرة أخرى لإجراء الاختبار. يُحسّن وضع "الاختبار أثناء الطيران" هذا كفاءة الاختبار بشكل كبير.

تضمن قدرة ذاكرة الموضع الدقيقة للمحرك، طوال العملية بأكملها، إمكانية تكرار دقة تحديد الموضع لكل حركة، مما يزيل الأخطاء التراكمية.

一.لماذا نختار المحركات الخطوية الصغيرة؟ – مزايا آلية العمل

تنبع آلية العمل الدقيقة المذكورة أعلاه من الخصائص التقنية لمحرك الخطوة الصغير نفسه:

الرقمنة ومزامنة النبضات:تتم مزامنة موضع المحرك بدقة مع عدد نبضات الإدخال، مما يتيح التكامل السلس مع أجهزة الكمبيوتر ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) للتحكم الرقمي الكامل. إنه خيار مثالي للاختبار الآلي

لا يوجد خطأ تراكمي:في ظل ظروف عدم التحميل الزائد، لا يتراكم خطأ الخطوة لمحرك الخطوة تدريجيًا. وتعتمد دقة كل حركة كليًا على الأداء الذاتي للمحرك ووحدة التحكم، مما يضمن موثوقية عالية للاختبارات طويلة الأمد.

هيكل مضغوط وكثافة عزم دوران عالية:يسمح التصميم المصغر بتضمينه بسهولة داخل تجهيزات الاختبار المدمجة، مع توفير عزم دوران كافٍ لتشغيل مجموعة المجسات، مما يحقق توازنًا مثاليًا بين الأداء والحجم.

一.مواجهة التحديات: تقنيات لتحسين كفاءة العمل

على الرغم من مزاياها البارزة، تواجه محركات الخطوة الدقيقة في التطبيقات العملية تحديات مثل الرنين والاهتزاز وفقدان الخطوات المحتمل. ولضمان تشغيلها بسلاسة في محولات اختبار الإبر الإلكترونية، اعتمدت الصناعة تقنيات التحسين التالية:

تطبيق متعمق لتقنية محركات الخطوات الدقيقة:بفضل تقنية الخطوات الدقيقة، لا تتحسن الدقة فحسب، بل والأهم من ذلك، تصبح حركة المحرك أكثر سلاسة، مما يقلل بشكل كبير من الاهتزاز والضوضاء أثناء الزحف بسرعات منخفضة، ويجعل اتصال المجس أكثر مرونة.

مقدمة عن نظام التحكم ذي الحلقة المغلقة:في بعض التطبيقات ذات المتطلبات العالية للغاية، تُضاف أجهزة التشفير إلى محركات الخطوة الدقيقة لتشكيل نظام تحكم ذي حلقة مغلقة. يراقب هذا النظام الموضع الفعلي للمحرك في الوقت الحقيقي، وبمجرد اكتشاف أي انحراف عن التزامن (بسبب مقاومة زائدة أو لأسباب أخرى)، يقوم بتصحيحه فورًا، جامعًا بذلك بين موثوقية التحكم ذي الحلقة المفتوحة وضمان السلامة الذي يوفره نظام الحلقة المغلقة.

一.خاتمة

باختصار، يُعدّ تشغيل محركات الخطوة الدقيقة في محولات اختبار الإبر الإلكترونية مثالًا مثاليًا على تحويل التعليمات الرقمية إلى حركات دقيقة في العالم المادي. فمن خلال تنفيذ سلسلة من الإجراءات القابلة للتحكم بدقة، بما في ذلك استقبال النبضات، وإجراء حركات الخطوة الدقيقة، والحفاظ على الموضع، تضطلع هذه المحركات بمهام بالغة الأهمية كالمحاذاة الدقيقة، والضغط القابل للتحكم، والمسح الضوئي المعقد. فهي ليست مجرد عنصر تنفيذي رئيسي لتحقيق أتمتة الاختبار، بل هي أيضًا محرك أساسي لتعزيز دقة الاختبار وموثوقيته وكفاءته. ومع استمرار تطور المكونات الإلكترونية نحو التصغير وزيادة الكثافة، ستواصل تقنية محركات الخطوة الدقيقة، ولا سيما تقنية الخطوة الدقيقة والتحكم ذي الحلقة المغلقة، دفع تكنولوجيا الاختبار الإلكتروني إلى آفاق جديدة.