Перевірка друкованих плат є важливим елементом будь-якого виробництва електроніки. Незалежно від того, чи йдеться про великосерійне/великосерійне або дрібносерійне виробництво, процес перевірки друкованих плат має важливе значення, особливо при високому рівні складності або багатьох сучасних платах.
Ось огляд різних порад та методів перевірки складання друкованої плати.
Що таке перевірка друкованих плат
Перевірка друкованих плат — це процес візуального огляду друкованої плати, щоб переконатися, що вона відповідає необхідним проектним специфікаціям, стандартам якості та вимогам до функціональності. Це робиться за допомогою низки процедур, які значною мірою стали автоматизованими.
Перевірка друкованої плати є важливим етапом виробничого процесу, оскільки навіть невелика помилка або дефект друкованої плати може призвести до серйозних проблем у функціонуванні електронного пристрою. Після того як друкована плата виготовлена, перед відправкою її перевіряють на наявність коротких замикань або дефектів. Другий огляд відбувається після того, як компоненти збирання друкованої плати були прикріплені до плати.
Залежно від класу виробленої друкованої плати необхідно дотримуватись суворіших правил тестування, особливо в медичних, аерокосмічних та військових додатках, які вимагають високого ступеня точності від друкованих плат і, отже, мають найвищу частоту перевірок.
Методи перевірки друкованих плат
У перші дні Виробництво друкованих плат, чи виготовлення будь-якого електронного устаткування, всі перевірки проводилися вручну.Форма огляду називалася МВІ, чи ручний візуальний огляд. Це був найкращий варіант, але його цінність була визнана обмеженою.
Оскільки складність друкованих плат із роками зростала у геометричній прогресії, ручний візуальний огляд вийшов із практики. Цей метод вважався легко схильним до збоїв через людську помилку і приводив до неякісної якості плати зі зростанням складності друкованих плат. Якщо дефекти не виявляються на ранній стадії, вони призводять до дефектних плат, які стає все важче виправити в міру просування плати по складальній лінії, що призводить до більших витрат і більшої кількості шлюбу через несправні плати.
Щоб зменшити людський чинник, процес візуального огляду став значною мірою автоматизованим. У парі з технологією поверхневого монтажу, інспекції можуть проходити з набагато більшою швидкістю і більшим ступенем точності. Існують різні способи перевірки друкованих плат.
Автоматизований оптичний контроль (AOI)
Автоматизований оптичний контроль є найкращим методом контролю друкованих плат. Він використовує оптичну систему, яка робить зображення справного складання та порівнює два зображення, щоб виявити будь-які несправності або інші проблеми.
Це особливо корисно для виявлення проблем на ранніх етапах виробництва друкованих плат, таких як подряпини, вузлики, плями, витончення припою, обрив ланцюга та коротке замикання. Системи AOI можуть також виявляти неправильні або відсутні компоненти.
Доступно як двовимірне, так і тривимірне обладнання AOI. Машини 2D AOI використовують кольорове освітлення під різними кутами та бічні камери для перевірки компонентів, для яких важлива висота.Обладнання 3D AOI новіше і може швидко і точно виміряти висоту компонента.
AOI працює швидше, ніж MVI, і унеможливлює людську помилку. Як і MVI, його не можна використовувати для перевірки компонентів, що знаходяться поза увагою, наприклад з'єднань, прихованих під ним. масиви кулькових грат (BGA) та інші види упаковки. Це також може бути неефективним для друкованих плат з високою концентрацією компонентів, оскільки деякі з них можуть бути приховані або затінені.
Рентгенологічне обстеження (AXI)
З появою технології поверхневого монтажу, або SMT, дрібніші компоненти призвели до більш щільного розміщення плат з більш ніж 20,000 XNUMX паяних з'єднань. Паяні з'єднання цих платах досить малі, щоб їх не можна було перевірити за допомогою обладнання AOI. Крім того, багатошарові плати можуть містити компоненти, невидимі з поверхні. Рентгенівський контроль дає більш повне уявлення про внутрішню структуру друкованої плати, забезпечуючи більш детальну оцінку, ніж та, яку можна отримати лише під час огляду поверхні.
Рентгенівський контроль ідеально підходить для складніших плат і пропонує деякі можливості, яких немає в інших методів контролю, наприклад, можливість бачити крізь корпуси мікросхем. Він також добре підходить для перевірки щільно упакованих друкованих плат та дозволяє більш детально перевіряти паяні з'єднання. Оскільки це більш нова технологія у світі виробництва друкованих плат, її купівля та використання обходяться дорого, що робить її непотрібною для друкованих плат нижчого класу, яким не вистачає складності, характерної для нових корпусів мікросхем.Для використання цих машин потрібні досвідчені оператори, і цей процес може тривати багато часу, що призводить до додаткових витрат для клієнтів.
Щоб зрозуміти, що таке рентгенівський контроль друкованих плат, вам потрібно спочатку дізнатися, як він працює. Усі пристрої рентгенівського контролю складаються із трьох основних елементів:
- Рентгенівська трубка: Ця трубка здатна генерувати рентгенівські фотони.
- Платформа: Операційна платформа переміщує зразок у різних напрямках, дозволяючи оглядати його під різними кутами та величинами.
- Детектор: Детектор з іншого боку зразка вловлює і збирає рентгенівські фотони, перетворюючи в зображення.
Якщо дизайн вашої друкованої плати вимагає унікальної форми контролю, VictoryPCB може запропонувати спеціалізовані послуги контролю, що відповідають вашим потребам. Наша власна команда експертів усвідомлює важливість контролю якості і ми будемо працювати з вами, щоб переконатися, що ваша збірка друкованої плати відповідає всім очікуванням щодо продуктивності.
Який метод ви обираєте
Для високого обсягу виробництва, у ці дні більшість виробників використовують системи AOI для своїх функцій інспекції друкованих плат. У зв'язку із збільшенням числа BGAs і пов'язаних з ними BGA використовуваних пакетів, AXI також все ширше використовується.
Контроль друкованих плат у виробничому процесі
Існує два основних застосування системи контролю друкованих плат: виявлення незначних виробничих дефектів та забезпечення зворотного зв'язку з процесом.
Легкі виробничі дефекти
Очевидна функція системи контролю друкованої плати виділити будь-які дефекти, так що вони можуть бути виправлені, перш ніж вони будуть передані на наступному етапі в процесі виробництва. Виявлення несправностей якомога раніше у виробничому процесі має важливе значення, оскільки помилка пошуку та виправлення витрати зростають приблизно в десять разів, як кожен етап у процесі виробництва проходить.
Забезпечте зворотний зв'язок процесу
Не менш важливою функцією системи контролю друкованої плати, щоб забезпечити зворотний зв'язок у процесі виробництва. За допомогою системи інспекції друкованих плат на виході процесу паяння можна включити будь-які помилки зображувати і процес коригується майже відразу, щоб зменшити або усунути виникнення цієї проблеми.
Робота з VictoryPCB
У EMSG ми розуміємо, наскільки важливою є продуктивність ваших друкованих плат, а також наскільки важливою є правильна перевірка для забезпечення належної продуктивності. Ми є експертами з контролю якості друкованих плат. Наша команда буде працювати з вами, щоб визначити ідеальні критерії та метод перевірки друкованих плат для використання у вашому проекті, зберігаючи при цьому прийнятний час циклу.
Ми проводимо візуальний огляд під збільшенням кожної одиниці, що виробляється нами, а також можемо надати інші інспекційні послуги в залежності від вимог кожного проекту. Ми можемо використовувати AOI для оптичного огляду ваших друкованих плат.
Ми сертифіковані за ISO 9001:2015, ISO 14001:2015, IATF 16949:2016, ISO13485, SA8000 IECQ QC 080000:2017 та сертифікації UL. гарантуючи, що дотримання суворих керівних принципів є єдиним способом забезпечити успіх.Це означає використання передових методів контролю та випробувань для забезпечення найкращих результатів.
Зв'яжіться з нами сьогодні, щоб дізнатися більше про наші послуги.
Про автора
Я працюю керівником відділу проектування та продажу у Victorypcb з 2015 року. В останні роки я відповідав за всі закордонні виставки, такі як США (IPC Apex Expo), Європа (Munich Electronica) та Японія (Nepcon) і т. д. Наша фабрика заснована в 2005 році, в даний час має 1521 клієнтів по всьому світу і має серед них дуже гарну репутацію.
У сучасному житті вплив електроніки на комфорт та стабільність важко переоцінити. З моменту, коли ми прокидаємося вранці і вимикаємо будильник, до моменту, коли ми засинаємо під плавним світлом нічного світильника, електронні пристрої оточують нас на кожному кроці.
З огляду на це, процес тестування електроніки стає важливою ланкою у забезпеченні надійності. У цій статті ми поговоримо про різні методи тестування електронних пристроїв та друкованих плат. Наша компанія активно застосовує багато даних методів тестування, т.к. спеціалізуємось на індивідуальному проектуванні електронних систем.
Чому важливо тестувати електроніку?
Навіть у разі ретельної розробки та якісного виробництва, електроніка завжди схильна до потенційних збоїв.
Особлива увага приділяється тестуванню друкованих плат (PCB), які є основою більшості електронних пристроїв. Надійне тестування PCB має важливе значення для забезпечення їхньої якості та надійності. Це також сприяє зниженню витрат та мінімізації проблем на етапі остаточного складання пристрою.Тому на одному з перших етапів тестування здійснюється статичне тестування ТЗ, специфікацій, документації, що сприяє запобіганню дефектів дизайну або кодування шляхом виявлення невідповідностей, неоднозначностей, протиріч, упущень, неточностей та надмірності вимог.
На етапі розробки та виробництва ПП, професійні дизайнери та інженери витрачають значну кількість часу на контроль якості та тестування. Необхідно переконатися, що ключові параметри, такі як електрична потужність, продуктивність та опір, знаходяться в межах норми. Крім того, слід усунути короткі замикання, обриви та проблеми з паянням на PCB.
Існує безліч методів та технік, які гарантують високу якість друкованих плат та їхню придатність для масового виробництва. Тому ми надаємо особливої уваги тестуванню друкованих плат, перш ніж інтегрувати їх у систему та проводити системне тестування. Тестування проводиться на всіх етапах життєвого циклу продукту: спочатку проводиться модульне тестування, далі – модульно-інтеграційне, після – системне та системно-інтеграційне.
У процесі розробки та складання фахівці проводять ряд тестів PCB. Ці тести спрямовані на оцінку продуктивності, якості та цілісності, а також забезпечення того, щоб конструкція не була пошкоджена в процесі складання. Вони включають перевірку на наявність електричних коротких замикань, якість паяних з'єднань і загальну функціональність PCB. Ці перевірки зазвичай виконуються на прототипах та невеликих партіях ПП перед масовим виробництвом, щоб гарантувати, що кожна деталь працює як задумано.
Опис методів проведення перевірки друкованих плат
Існує ряд різних методів аналізу, які можна застосувати для тестування як окремих, і зібраних друкованих плат. Нижче дев'ять найпоширеніших методів тестування, орієнтованих оцінку якості виробничого процесу і самої друкованої плати.
Випробування методами MVI та AOI
Ручний візуальний огляд (MVI) є одним з перших способів тестування електронних плат, який використовувався для перевірки електронних схем. Цей метод включає візуальну оцінку плати виявлення різноманітних дефектів, таких як:
- Неякісні паяння;
- Відсутність компонентів;
- Неправильне становище компонентів;
- Пошкоджені контакти;
- Обриви дротів.
Однак цей метод не підходить для масового виробництва через збільшення складності друкованих плат і високої ймовірності людських помилок. Незважаючи на це, MVI залишається дуже ефективним при проектуванні та створенні прототипів друкованих плат. Він надає розробникам можливість виявити та усунути навіть дрібні недоліки на ранніх етапах.
Автоматизований оптичний контроль (AOI) є наступний рівень після MVI і є основним виробничим тестом для масштабного виробництва. При цьому методі порівнюються зображення вашої тестової плати, зняті однією 2D або двома 3D-камерами, з еталонними зображеннями.
Це електронне тестове обладнання може бути інтегровано наприкінці виробничого процесу та підходить для різних методів збирання. Машина AOI може використовуватись:
- як перший крок тестування збирання;
- для оперативного виявлення недоліків.
AOI також може бути комбінований з іншими методами перевірки друкованих плат, такими як:
- Літаючі зонди;
- Внутрішньосхемне тестування (ICT);
- Функціональне випробування.
AOI ефективно застосовується у масштабному виробництві, але не рекомендується для розробки прототипів.
Автоматизований рентгенівський контроль (AXI)
AXI-тест є інноваційною методикою перевірки друкованих плат. З використанням рентгенівських променів, AXI створює двовимірні або тривимірні зображення прихованих паяних з'єднань, наприклад, таких як BGA (корпуси з кульковою решіткою) або QFN (Quad Flat No-leads). Цей метод для тестування друкованих плат має низку застосувань:
- Застосовується у масовому виробництві друкованих плат.
- Підходить до перевірки складних плат.
- Використовується у виробничих випробуваннях промислових друкованих плат.
Як здійснити тестування плати PCBa за допомогою ICT
Внутрішньосхемне тестування (In-Circuit-Test – ICT) є досконалим методом перевірки компонентів друкованих плат. Ця технологія тестування плат відома своєю високою надійністю, проте може бути затратною. Тому ICT застосовується в масовому виробництві як заключна процедура для тестування великих партій продукції.
Цей метод перевірки на компонентному рівні дозволяє виявити короткі замикання, урвища, правильну орієнтацію компонентів, а також виміряти опір та ємність друкованої плати. ICT використовує автоматизоване обладнання та здатний виявити близько 90% несправностей.
Тестер має фіксовані контрольні точки, розташовані згідно з дизайном плати. Точки датчиків перевіряють цілісність паяних з'єднань.Датчики підключаються до друкованої плати через відповідні контрольні точки, забезпечуючи надійність з'єднання.
Для перевірки великих або наступних партій плат використовуються спеціалізовані стенди або пристрої для економічного та швидкого тестування виробничих партій. Такі тестери можуть бути механічними (доступнішими, що потребують втручання оператора) або пневматичними.
Пристрій для тестування друкованих плат ідеально підходить для:
- Дволінійних (DIP) пакетів.
- Масивів контактних сіток (PGA).
- PTHs (підмолоткові контакти).
Як провести перевірку друкованої плати за допомогою FPT, порівняння з методом ICT
Тестування електронних пристроїв за допомогою зонда, що літає (FPT) являє собою більш доступну альтернативу методу внутрішньосхемного тестування (ICT), оскільки не вимагає використання спеціального випробувального пристосування для кожної друкованої плати. Однак, слід зазначити, що FPT не забезпечує таку високу швидкість тестування, як ICT.
При використанні даного методу для перевірки друкованих плат використовуються рухомі та нерухомі зонди, які контактують з:
- контрольними точками друкованої плати;
- майданчиками елементів;
- переходами, що не використовуються.
Схема руху датчиків на голках налаштовується індивідуально кожної плати через програмування, що виключає необхідність у спеціальних випробувальних пристосуваннях. Цей метод перевірки друкованих плат найбільш підходить для:
- прототипів;
- дрібносерійного виробництва;
- компактних багатокомпонентних друкованих плат.
Метод тестування електроніки зондом, що літає, представлений наприкінці 1980-х років, є гнучким інструментом для тестування друкованих плат, став широко поширений серед виробників електронних компонентів.
Тестування друкованих плат із використанням інших електричних методів
Для перевірки друкованих плат можна застосовувати різноманітні методи, включаючи такі електричні випробування:
Рефлектометрія у часовій області (TDR) є електричним обладнанням, яке застосовується для перевірки мереж шляхом вимірювання відображень, що виникають при проходженні сигналу через середовище передачі. TDR широко використовується як інструмент для тестування друкованих плат, особливо у випадках, пов'язаних із високочастотними платами.
Тестування питомого опору розчинника (ROSE) — це простий та надійний метод перевірки друкованих плат, що застосовується у виробничих процесах. ROSE здатний ефективно виявляти дефекти та залишки на поверхні плати після виробництва.
Якщо друкована плата призначена для роботи в умовах, де можливі екстремальні електричні навантаження, проектувальники можуть здійснити відповідні електричні випробування:
- Тести на електричну перенапругу (EOS) дозволяють виміряти стійкість плати до перенапруги, перевантаження по струму та надмірної потужності. Ці тести проводять як на рівні окремої плати, так і на рівні пристрою в цілому.
- Випробування на електростатичний розряд (ESD) призначені для перевірки здатності плати витримувати електростатичні розряди. Цей вид тестування поділяється на декілька моделей:
- Модель людського тіла (HBM) імітує розряд людини до пристрою.
- Модель зарядженого пристрою (CDM) є розрядом між пристроями з різними потенціалами.
- Модель машини (MM) є найбільш серйозним видом розряду, що імітує розряд від зарядженої машини.
- Випробування на вплив довкілля (ESS) включають різноманітні методи, такі як термоциклювання, випробування на падіння, випробування на вібрацію, випробування на термічний або механічний удар. Вони також враховують вплив навколишнього середовища, який може вплинути на пристрій під час експлуатації.
Використання стрес-тестів
Ці тести дозволяють оцінити межі, у яких плата збереже свою функціональність та структурну цілісність. Слід зазначити, що проведення стрес-тестів не завжди є обов'язковим для ПП, і вони рідко застосовуються до прототипів.
Для прототипів і плат, що призначені для великосерійного виробництва, існує метод Burn-in Testing. Цей вид тестування проводиться за екстремальних умов, таких як висока температура (257°F або 125°C), частота або напруга з метою отримання детальної інформації про надійність продукту.
Стрес-тести входять до групи методів HALT/HASS (Highly Accelerated Life Testing/Highly Accelerated Stress Screening) і проводяться відповідно до керівних принципів цих тестів. Вони спрямовані на виявлення та усунення виявлених недоліків, а також забезпечення якості продукції на етапі розробки (HALT) або виробництва (HASS). Ці методи часто використовуються для:
- нових продуктів, що випускаються ринку.
- змін у виробничих процесах.
- застосувань, що вимагають високої надійності, таких як аерокосмічна промисловість, оборона та медична сфера.
FCT тестування друкованої плати
Іншим важливим методом оцінки є функціональне тестування друкованих плат (FCT), спрямоване на перевірку правильної роботи плати. Ці тести проводяться наприкінці виробничого процесу та дозволяють переконатися у відповідності плати специфікаціям та її функціональності.
Залежно від складності конструкції та індивідуальних потреб у тестуванні, функціональне тестування включає перевірку працездатності основного функціоналу, а потім – глибоке тестування. Це тестування є обов'язковим при дрібносерійному виробництві або прототипуванні, де потрібно гарантувати функціональність кожної плати. Останнім часом підготовка до функціонального тестування стала складнішим завданням через ускладнення пристроїв, але передсерійне тестування комплектуючих елементів складання істотно полегшує це завдання.
Використання інших методів функціонального тестування для перевірки компонентів друкованих плат
Для перевірки компонентів друкованих плат можна використовувати різні методи функціонального тестування. Один із таких методів — тести на відшаровування друкованих плат, які вимірюють необхідну силу для поділу шарів компонентів у стосі друкованих плат після їх формування та повного затвердіння.
Також важливі випробування припою та поплавка, які дозволяють визначити рівень термічної напруги, якому може встояти друкована плата з наскрізними отворами (PTH) та перехідними отворами, а також перевірити якість паяння.
Моделювання друкованих плат
Для розрахунку електричних характеристик друкованих плат можна використовувати інструменти моделювання замість фізичних випробувань реальних плат. Застосування моделювання виправдане у таких випадках:
- коли вимір деяких характеристик потребує дорогого обладнання.
- коли потрібне створення спеціалізованих та дорогих стендів для тестування друкованих плат.
Витрати виробництва друкованих плат можуть бути значними, а потенційна вартість відмови друкованої плати також висока. Моделювання дозволяє заощадити ресурси та залишатися в рамках бюджету.
За допомогою цього способу можна аналізувати будь-яку частину друкованої плати, включаючи аналогові, так і цифрові компоненти. Програмне забезпечення для моделювання друкованих плат використовує математичні моделі прогнозування роботи плати.
Важливі аспекти та інструменти моделювання включають:
- Тестування компонентів з використанням SPICE-моделювання, яке фокусується на інтегральних схемах та надає різні аналізи, включаючи аналіз робочої точки постійного струму, аналіз розгортки постійного струму, аналіз перехідних процесів та аналіз змінного струму.
- Тестування електроніки з використанням моделювання IBIS (Input/Output Buffer Information Specification), яке надає інформацію про буфери введення/виведення інтегральних схем та дозволяє проводити моделювання без повних прототипів плати. IBIS-моделі надають точні дані про буфери введення/виведення, і їх використання дозволяє скоротити ризики та спростити тестування електронних продуктів.
Проектування друкованих плат вимагає ретельного тестування, особливо в умовах складності продукції, що постійно зростає. Ефективне тестування електронних компонентів не тільки сприяє забезпеченню безпеки та надійності друкованих плат, але й у довгостроковій перспективі здатне скоротити витрати часу та фінансів, а також підвищити довіру клієнтів завдяки виявленню та запобіганню потенційним дефектам ще до початку масового виробництва.
Контрактна розробка електроніки та програмного забезпечення