Welche Tests sind für die PCB-Herstellung erforderlich?
Bei der Herstellung von Elektronikprodukten ist die Qualität der Leiterplatten (Gedruckte Schaltung) bestimmt direkt die Leistung und Zuverlässigkeit des Endprodukts. Auf einer Leiterplatte können sich Hunderte von Bauteilen und Tausende von Lötstellen befinden, und jeder kleine Fehler kann zum Ausfall des gesamten Systems führen. Die Gewährleistung der Produktqualität, die Senkung der Produktionskosten und die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt sind sehr wichtig.
Die Vorteile der PCB-Prüfung
Das Testen von Leiterplatten ist ein entscheidender Teil der Sicherstellung der Qualität und Zuverlässigkeit von Leiterplatten.
- Frühzeitige Erkennung von Konstruktionsfehlern: Umfassende Tests identifizieren funktionale und fertigungstechnische Probleme in Leiterplatten und ermöglichen den Designern, rechtzeitig Anpassungen und Optimierungen vorzunehmen.
- Erhebliche Kostenreduzierung: Die Entdeckung von Problemen während der Prototyping-Phase spart über 90 % der Kosten im Vergleich zur Identifizierung von Problemen nach der Massenproduktion und vermeidet katastrophale Chargenausfälle.
- Kürzere Time-to-Market: Die rasche Ermittlung der Grundursachen beschleunigt die Entwurfsiterationen und ermöglicht eine schnellere Einführung ausgereifter Produkte als die Konkurrenz.
- Verbesserte Markenreputation: Die Senkung der Rückgabequote auf unter 1 % verbessert die Kundenzufriedenheit und erhöht die Glaubwürdigkeit auf dem Markt.
- Garantierte Sicherheit: Verhindert Unfälle wie Brände oder elektrische Schläge, die durch Leiterplattenfehler verursacht werden, und schützt so Leben und Eigentum der Benutzer.
Worauf Leiterplatten hauptsächlich geprüft werden？
Der Zweck der Leiterplattenprüfung und -inspektion besteht darin, die Leistung von Leiterplatten im Vergleich zu Standard-Leiterplatten zu überprüfen.Dadurch wird sichergestellt, dass alle PCB-Herstellungsprozesse ordnungsgemäß und ohne Mängel gemäß den Projektspezifikationen funktionieren. Eine Leiterplatte besteht aus verschiedenen Elementen und Komponenten, von denen jedes einzelne die Gesamtleistung der elektronischen Schaltung beeinflusst. Diese Elemente werden im Detail analysiert, um die Qualität der Leiterplatte zu gewährleisten und die Zuverlässigkeit des Produkts zu verbessern.
1. Qualität der Porenwände
Lochwände werden in der Regel in Umgebungen mit zyklischen und schnellen Temperaturänderungen analysiert, um ihre Reaktion auf thermische Effekte zu verstehen.Dadurch wird sichergestellt, dass die Durchkontaktierungen bei der Inbetriebnahme der Leiterplatte nicht reißen oder sich ablösen, was zu einem Ausfall der Leiterplatte führen könnte.
2.Verkupfern
Kupferfolien auf Leiterplatten werden auf der Platte angebracht, um die elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten.Die Qualität des Kupfers wird geprüft, und die Zugfestigkeit und Dehnung werden detailliert analysiert, um sicherzustellen, dass die Schaltung einwandfrei funktioniert.
3.Sauberkeit
Die Sauberkeit einer Leiterplatte ist ein Maß für ihre Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Witterungseinflüsse, Korrosion und Feuchtigkeit, was zu einer längeren Lebensdauer der Leiterplatte führen kann.
4.Lötbarkeit
Lötbarkeitstests werden an Materialien durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Bauteile sicher auf der Leiterplatte befestigt werden können und um Lötfehler im Endprodukt zu vermeiden.
5.Elektrische Prüfung
Die Leitfähigkeit ist für jede Leiterplatte entscheidend, ebenso wie die Fähigkeit, den minimalen Leckstrom der Leiterplatte zu messen.
6.Umweltprüfungen
Dies ist ein Test der Leistung und der Qualitätsveränderungen der Leiterplatte, wenn sie in einer feuchten Umgebung betrieben wird. In der Regel werden Gewichtsvergleiche durchgeführt, bevor und nachdem die Leiterplatte in einer feuchten Umgebung platziert wurde, und wenn sich das Gewicht signifikant ändert, wird sie als Ausschuss betrachtet.
8 Wichtige Prüfverfahren in der PCB-Herstellung
1. Visuelle Inspektion
Bei der visuellen Inspektion, der grundlegendsten Erkennungsmethode, müssen erfahrene Techniker offensichtliche Oberflächenfehler mit Hilfe von Lupen oder Mikroskopen (typischerweise 5-10fache Vergrößerung) untersuchen.
Wichtige Inspektionspunkte:
- Pad-Oxidation und Verschmutzung
- Vollständiges Ätzen von Stromkreisen, Überprüfung auf offene oder kurze Stromkreise
- Gleichmäßige Abdeckung der Lötstoppmaske, Überprüfung auf Blasen oder Ablösung
- Richtige Platzierung und Polarität der Komponenten
- Glanz und Form der Lötstelle entsprechen den Normen
Vorteile: Extrem niedrige Kosten, keine spezielle Ausrüstung erforderlich, geeignet für Unternehmen jeder Größe.
BeschränkungenDie manuelle Inspektion ist langsam (~2-5 Minuten/Platine), erkennt nur ~70 % der Oberflächenfehler, ist bei verdeckten Lötstellen wie BGAs unwirksam und hängt in hohem Maße von der Erfahrung und dem Zustand des Bedieners ab.
2.Automatisierte optische Inspektion (AOI)
AOI-Systeme verwenden hochauflösende Kameras (mit einer Genauigkeit von bis zu 50 μm), um Leiterplattenbilder aus mehreren Winkeln zu erfassen.Bildverarbeitungsalgorithmen vergleichen diese mit Standardvorlagen, um die meisten Fehler in der Oberflächenmontage zu erkennen.
Typische Detektionsfähigkeiten:
- Fehlende, falsche oder vertauschte Komponenten
- Überschüssiges oder unzureichendes Lot
- Angehobene Leitungen, Grabsteine
- Abnormaler Durchmesser oder Abstand der Lötkugel
- Falsche Markierungen oder Siebdrucke
Technische Parameter:
- Inspektionsgeschwindigkeit: 0,5-2 Sekunden/Platte
- Minimale nachweisbare Größe: 0201 Komponenten (0,6×0,3mm)
- Falschalarmrate: <3%
Umsetzung Empfehlung: AOI sollte an zwei kritischen Stationen - Post-Reflow und Post-Wave-Löten - eingesetzt und mit SPC-Systemen zur Prozessanpassung in Echtzeit integriert werden.
3.In-Circuit-Test (ICT)
ICT verwendet kundenspezifische Nagelbettvorrichtungen, um vordefinierte Testpunkte auf Leiterplatten zu kontaktieren und die elektrischen Parameter jedes Bauteils mit einer Fehlerabdeckung von 95 % zu überprüfen.
Die Testaufgaben umfassen:
- Kurzschluss-/Unterbrechungstests
- Widerstands-, Kapazitäts- und Induktivitätsmessungen
- Überprüfung der Polarität von Dioden/Transistoren
- IC-Leistungsstromprüfungen
- Durchgangsprüfung von Steckern
Ausrüstung Konfiguration:
- Testkanäle: 512-2048
- Messgenauigkeit: 0,1%-0,5%
- Prüfspannung: 5V-250V
- Prüfgeschwindigkeit: 3-10 Sekunden/Platine
Wirtschaftliche Analyse: Vorrichtungskosten ~$5.000-$20.000, geeignet für stabile Designs mit einer monatlichen Produktion von <5.000 Einheiten, typischerweise ROI in <6 Monaten erreicht.
4.Flying Probe Test
Flying-Probe-Prüfgeräte verwenden 4-8 programmierbare, bewegliche Prüfköpfe anstelle herkömmlicher Spannvorrichtungen und eignen sich ideal für die Produktion von Kleinserien mit hohem Mischungsverhältnis.
Technische Merkmale:
- Testabdeckung: Bis zu 98%
- Minimaler Prüfabstand: 0,2 mm
- Testgeschwindigkeit: 30-120 Sekunden/Platine (abhängig von der Komplexität)
- Kapazitätsbereich: 0,1pF-100μF
- Genauigkeit des Widerstands: ±0,5%
Typische Anwendungen:
- Überprüfung neuer Produktprototypen
- Hochzuverlässige Platinen (Militär/Luft- und Raumfahrt)
- Premiumprodukte mit geringen Stückzahlen (Medizinprodukte)
- Entwicklungsphasen mit häufigen Designänderungen
Neueste Entwicklungen: Moderne Flying-Probe-Prüfgeräte verfügen über eine 3D-Laser-Höhenmessung zur Prüfung der Koplanarität, der Lotpastendicke und anderer mechanischer Merkmale.
5.Automatisierte Röntgeninspektion (AXI)
AXI nutzt die differentielle Röntgenabsorption von Materialien, um versteckte Lötstellen wie BGAs und QFNs zu prüfen.
Erkennungsfähigkeitsmatrix:
| Defekt Typ | Erkennungsrate | Falschalarmrate |
|---|
| Lötüberbrückung | >99% | <1% |
| Entleerung | 95% | 5% |
| Unzureichendes Lot | 98% | 2% |
| Komponentenverschiebung | 99% | 1% |
Leitfaden zur Geräteauswahl:
- 2D AXI: Für einfache BGA-Inspektion, ~$150.000
- 3D AXI:Schicht-für-Schicht-Bildgebung, ab $300.000
- CT-Scannen: 3D-Volumendaten für die Fehleranalyse, >$500.000
6.Einbrenntest
Beim Einbrennen werden frühe Ausfälle durch beschleunigte Belastungsbedingungen erkannt. Zu den gängigen Methoden gehören:
Temperaturzyklen-40°C~+125°C, 50-100 Zyklen
Einbrennen bei hoher Temperatur: Betrieb bei 125°C für 96 Stunden
Spannung Stress: 1,5× Nennspannung für 48 Stunden
Luftfeuchtigkeitstest: 85°C/85%RH für 1000 Stunden
Datenanalyse: Weibull-Verteilungsmodelle sagen die Produktlebensdauer voraus, die in der Regel eine MTBF>100.000 Stunden erfordert.
7.Funktionsprüfung (FCT)
FCT simuliert reale Betriebsumgebungen, um die vollständige Funktionalität der Karte zu überprüfen.Die Testsysteme umfassen in der Regel:
- Programmierbare Stromversorgungen (0-30V/0-20A)
- Digitalmultimeter (6,5-stellige Genauigkeit)
- Funktionsgeneratoren (100MHz Bandbreite)
- Digitale E/A-Module (64-256 Kanäle)
- Lastbänke (Simulation der tatsächlichen Lasten)
Grundlagen der Testentwicklung:
- Erstellung von Testplänen auf der Grundlage von Produktspezifikationen
- Entwurf von Prüfvorrichtungen und Schnittstellenadaptern
- Entwicklung automatisierter Prüfskripte (LabVIEW/Python)
- Festlegung von Kriterien für das Bestehen/Nichtbestehen
- Integration von Systemen zur Rückverfolgbarkeit von Daten
8.Boundary Scan Test
Basierend auf dem IEEE 1149.1-Standard, nutzt die Chips’ integrierte Testschaltungen zur Überprüfung von Verbindungen, besonders geeignet für High-Density-Boards.
Vorteile:
- Keine physischen Prüfpunkte erforderlich
- Kann die unteren BGA-Pins testen
- Unterstützt Flash-Programmierung und CPU-Debugging
- Erzielt ~85% Testabdeckung
Typische Toolchain:
- BSDL-Datei-Validierung
- Erzeugung von Testvektoren
- Software zur Ergebnisanalyse
- Testintegration auf Systemebene
Fünf häufige PCB-Prüfherausforderungen & Lösungen
Q1: Wie lassen sich Testkosten und Qualitätsanforderungen in Einklang bringen?
A: Implementieren Sie abgestufte Prüfungen - Basis-AOI+FCT für alle Leiterplatten, AXI-Stichproben (10-20 %) für kritische Produkte und 100 %-Prüfung für militärische/medizinische Anwendungen. Statistiken zeigen, dass diese Kombination die Fehlerentweichungsraten bei unter 5 % der gesamten Produktkosten hält.
F2: Sollte die Kleinserienproduktion mit ICT oder Flying Probe getestet werden?
A: Flying Probe ist wirtschaftlicher für Chargen <500/Monat.Tatsächliche Fälle zeigen, dass bei Aufträgen mit 300 Einheiten/Monat die Gesamtkosten der fliegenden Sonde (Abschreibung + Arbeit) etwa 1/3 der IKT-Kosten betragen, wobei die Zeit für den Produktwechsel von 8 Stunden auf 30 Minuten reduziert wird.
F3: Wie kann man die Qualität von BGA-Lötstellen effektiv prüfen?
A: Empfohlener dreistufiger Ansatz:3D AXI für die Lötform/Brückenbildung, Boundary Scan für die elektrische Konnektivität, dann Funktionstest für die tatsächliche Leistung. Ein Hersteller von Telekommunikationsgeräten konnte mit dieser Methode die BGA-Fehlerrate von 1,2 % auf 0,05 % senken.
Q4: Wie lassen sich Fehlversuche vermeiden?
A: Kontrollieren Sie die Fehlalarmrate auf unter 2%:
- Optimierung der Parameter des AOI-Algorithmus
- Dynamische Referenzvorlagen erstellen
- Implementierung von Klassifikatoren des maschinellen Lernens
- Hinzufügen von Prüfstationen für verdächtige Ergebnisse
- Regelmäßige Kalibrierung der Ausrüstung
F5: Wie lassen sich Testdaten zur Prozessverbesserung nutzen?
A: Einrichtung von Systemen zur Rückverfolgbarkeit von Testdaten mit den wichtigsten Schritten:
- Weisen Sie jeder Leiterplatte eindeutige IDs zu
- Aufzeichnung aller Testrohdaten
- CPK-Analyse mit Minitab durchführen
- SPC-Regelkarten für Schlüsselparameter erstellen
- Regelmäßige Treffen zur Qualitätsverbesserung
Schlussfolgerung
Leiterplattentests sollen die Zuverlässigkeit elektronischer Produkte sicherstellen und müssen auf der Grundlage der Produkteigenschaften, des Produktionsumfangs und des Kostenbudgets ein angemessenes Testprogramm erstellen. Durch die wissenschaftliche und systematische Teststrategie können Unternehmen die PCB-Fehlerrate von 50 Teilen pro Million oder weniger kontrollieren, was die Wettbewerbsfähigkeit des Produktmarktes und den Ruf der Marke verbessern kann!