Hvilke tests er nødvendige for PCB-fremstilling?
I fremstillingsprocessen af elektroniske produkter er kvaliteten af PCB (Trykt kredsløb) afgør direkte det endelige produkts ydeevne og pålidelighed. Der kan være hundredvis af komponenter og tusindvis af lodninger på et printkort, og enhver mindre fejl kan få hele systemet til at svigte. Det er meget vigtigt at sikre produktkvaliteten, reducere produktionsomkostningerne og forbedre konkurrenceevnen på markedet.
Fordelene ved PCB-test
PCB-test er en vigtig del af at sikre printkortets kvalitet og pålidelighed
- Tidlig opdagelse af designfejl: Omfattende test identificerer funktions- og fremstillingsproblemer i printkort, så designerne kan foretage justeringer og optimeringer i tide.
- Betydelig omkostningsreduktion: Hvis man opdager problemer i prototypefasen, sparer man over 90 % af omkostningerne sammenlignet med at identificere problemer efter masseproduktion, og man undgår katastrofale batchfejl.
- Kortere tid til markedet: Hurtig lokalisering af grundårsager fremskynder design-iterationer og muliggør hurtigere lancering af modne produkter end konkurrenterne.
- Forbedret brand-omdømme: At reducere returprocenten til under 1 % forbedrer kundetilfredsheden og opbygger troværdighed på markedet.
- Garanteret sikkerhed: Forhindrer ulykker som brand eller elektrisk stød forårsaget af PCB-fejl, hvilket beskytter brugernes liv og ejendom.
Hvad testes PCB'er hovedsageligt for?
Formålet med PCB-test og -inspektion er at kontrollere PCB'ernes ydeevne i forhold til standardprintkort.Det sikrer, at alle PCB-fremstillingsprocesser fungerer korrekt og uden fejl i henhold til projektspecifikationerne. Et printkort består af forskellige elementer, komponenter, som hver især påvirker det elektroniske kredsløbs samlede ydeevne. Disse elementer analyseres i detaljer for at sikre printkortets kvalitet og forbedre produktets pålidelighed.
1. Porevæggenes kvalitet
Hulvægge analyseres typisk i miljøer med cykliske og hurtige temperaturændringer for at forstå deres reaktion på termiske effekter.Dette sikrer, at hullerne ikke revner eller delaminerer, når printkortet tages i brug, hvilket kan få printkortet til at svigte.
2.Kobberbelægning
Kobberfolier på printkort er fastgjort til kortet for at give elektrisk ledningsevne.Kobberets kvalitet testes, og trækstyrken og forlængelsen analyseres i detaljer for at sikre, at kredsløbet er glat.
3.Renlighed
Renheden af et printkort er et mål for kortets evne til at modstå miljømæssige faktorer som vejrlig, korrosion og fugtighed, hvilket kan gøre det muligt for printkortet at holde længere.
4.Loddeevne
Der udføres loddetest på materialer for at sikre, at komponenterne kan sættes sikkert fast på printet, og for at forhindre loddefejl i det endelige produkt.
5.Elektrisk afprøvning
Ledningsevne er afgørende for ethvert printkort, og det samme er muligheden for at måle printkortets mindste lækstrøm.
6.Miljøtestning
Dette er en test af printkortets ydeevne og kvalitetsændringer, når det arbejder i et fugtigt miljø. Vægten sammenlignes normalt før og efter placering af printkortet i et fugtigt miljø, og hvis vægten ændrer sig markant, betragtes det som skrot.
8 vigtige testmetoder i PCB-produktion
1. Visuel inspektion
Som den mest grundlæggende detektionsmetode kræver visuel inspektion, at erfarne teknikere undersøger åbenlyse overfladefejl ved hjælp af forstørrelsesglas eller mikroskoper (typisk 5-10x forstørrelse).
Vigtige inspektionspunkter:
- Oxidation og forurening af puder
- Komplet ætsning af kredsløb, tjek for åbne eller korte kredsløb
- Jævn dækning af loddemasken, tjek for bobler eller afskalning
- Korrekt placering af komponenter og polaritet
- Loddefugenes glans og form er i overensstemmelse med standarderne
Fordele: Ekstremt lave omkostninger, intet behov for specialudstyr, velegnet til virksomheder i alle størrelser.
BegrænsningerManuel inspektion er langsom (~2-5 minutter/board), opdager kun ~70% af overfladefejlene, er ineffektiv ved skjulte lodninger som BGA'er og er meget afhængig af operatørens erfaring og tilstand.
2.Automatiseret optisk inspektion (AOI)
AOI-systemer bruger kameraer med høj opløsning (op til 50 μm præcision) til at optage PCB-billeder fra flere vinkler.Billedbehandlingsalgoritmer sammenligner disse med standardskabeloner for at opdage de fleste overflademonteringsfejl.
Typiske detektionsmuligheder:
- Manglende, forkerte eller omvendte komponenter
- For meget eller for lidt loddemetal
- Løftede ledninger, gravsten
- Unormal loddekuglediameter eller -afstand
- Forkert mærkning eller silketryk
Tekniske parametre:
- Inspektionshastighed: 0,5-2 sekunder/board
- Mindste detekterbare størrelse: 0201 komponenter (0,6×0,3 mm)
- Falsk alarm rate: <3%.
Anbefaling om implementering: AOI bør anvendes på to kritiske stationer - post-reflow og post-bølgelodning - og integreres med SPC-systemer til procesjustering i realtid.
3.Test i kredsløb (ICT)
ICT bruger skræddersyede neglefiksturer til at kontakte foruddefinerede testpunkter på PCB'er og verificere elektriske parametre for hver komponent med 95 % fejldækning.
Testelementer omfatter:
- Test af kort/åbent kredsløb
- Måling af modstand, kapacitans og induktans
- Verifikation af diode/transistor-polaritet
- Kontrol af IC-strømstyrke
- Kontinuitetstest af stik
Konfiguration af udstyr:
- Testkanaler: 512-2048
- Målingsnøjagtighed: 0,1%-0,5%.
- Testspænding: 5V-250V
- Testhastighed: 3-10 sekunder/kort
Økonomisk analyse: Armaturet koster ~$5.000-$20.000, velegnet til stabile designs med månedlig produktion >5.000 enheder, der typisk opnår ROI på <6 måneder.
4.Test med flyvende sonde
Flying probe-testere bruger 4-8 programmerbare bevægelige prober i stedet for traditionelle armaturer, hvilket er ideelt til produktion med lav volumen og højt mix.
Tekniske funktioner:
- Testdækning: Op til 98%.
- Minimum testafstand: 0,2 mm
- Testhastighed: 30-120 sekunder/kort (afhængig af kompleksitet)
- Kapacitansområde: 0,1pF-100μF
- Modstandsnøjagtighed: ±0,5%.
Typiske anvendelser:
- Verifikation af nye produktprototyper
- Tavler med høj pålidelighed (militær/rumfart)
- Premium-produkter med lav volumen (medicinsk udstyr)
- Udviklingsfaser med hyppige designændringer
De seneste fremskridt: Moderne flying probe-testere integrerer 3D-lasermåling af højden til inspektion af koplanaritet, loddemassetykkelse og andre mekaniske egenskaber.
5.Automatiseret røntgeninspektion (AXI)
AXI udnytter materialernes differentierede røntgenabsorption til at inspicere skjulte loddesamlinger som BGA'er og QFN'er.
Matrix for detektionskapacitet:
| Fejltype | Detektionshastighed | Falsk alarm-rate |
|---|
| Loddebroer | >99 | <1% |
| Annullering | 95% | 5% |
| Utilstrækkelig lodning | 98% | 2% |
| Skift af komponent | 99% | 1% |
Guide til valg af udstyr:
- 2D AXI: Til simpel BGA-inspektion, ~$150.000
- 3D AXI:Lag-for-lag-billeddannelse, fra $300.000
- CT-scanning: 3D-volumendata til fejlanalyse, >$500,000
6.Indbrændingstest
Burn-in screener tidlige fejl gennem accelererede stressforhold. Almindelige metoder omfatter:
Temperaturcykling: -40°C~+125°C, 50-100 cyklusser
Indbrænding ved høj temperatur: 125°C strømforsyning i 96 timer
Spændingsstress: 1,5× nominel spænding i 48 timer
Test af luftfugtighed: 85°C/85%RH i 1000 timer
Analyse af data: Weibull-distributionsmodeller forudsiger produktets levetid, hvilket typisk kræver MTBF>100.000 timer.
7.Funktionel test (FCT)
FCT simulerer virkelige driftsmiljøer for at validere hele kortets funktionalitet.Testsystemer omfatter typisk:
- Programmerbare strømforsyninger (0-30V/0-20A)
- Digitale multimetre (6,5-cifret præcision)
- Funktionsgeneratorer (100 MHz båndbredde)
- Digitale I/O-moduler (64-256 kanaler)
- Belastningsbanker (simulering af faktiske belastninger)
Grundlæggende om testudvikling:
- Opret testplaner baseret på produktspecifikationer
- Design af testfiksturer og interface-adaptere
- Udvikle automatiserede testscripts (LabVIEW/Python)
- Fastsæt kriterier for bestået/ikke bestået
- Integrer datasporbarhedssystemer
8.Test af grænsescanning
Baseret på IEEE 1149.1-standarden, bruger chips’ indbyggede testkredsløb til at kontrollere sammenkoblinger, især velegnet til tavler med høj densitet.
Fordele:
- Ingen fysiske testpunkter nødvendige
- Kan teste de nederste BGA-stifter
- Understøtter Flash-programmering og CPU-fejlfinding
- Opnår ~85% testdækning
Typisk værktøjskæde:
- Validering af BSDL-fil
- Generering af testvektor
- Software til analyse af resultater
- Integration af test på systemniveau
Fem almindelige PCB-testudfordringer og -løsninger
Spørgsmål 1: Hvordan afbalancerer man testomkostninger med kvalitetskrav?
A: Implementer differentieret test - grundlæggende AOI+FCT for alle kort, tilføj AXI-sampling (10-20 %) for kritiske produkter og 100 % inspektion for militære/medicinske applikationer. Statistikker viser, at denne kombination opretholder en fejlrate på 200 ppm, mens testomkostningerne holdes under 5 % af de samlede produktomkostninger.
Spørgsmål 2: Bør lavvolumenproduktion bruge ICT eller flying probe-test?
Svar: Flyvende sonde er mere økonomisk for partier på 500/måned.Faktiske tilfælde viser, at for ordrer på 300 enheder/måned er de samlede omkostninger til flyvende sonde (afskrivning + arbejdskraft) ca. 1/3 af ICT, med produktskiftetid reduceret fra 8 timer til 30 minutter.
Q3: Hvordan inspicerer man effektivt BGA-loddets kvalitet?
A: Anbefalet tilgang i tre trin:3D AXI for loddeform/brodannelse, boundary scan for elektrisk forbindelse og derefter funktionstest for faktisk ydeevne. En producent af telekommunikationsudstyr reducerede BGA-fejlraten fra 1,2 % til 0,05 % ved hjælp af denne metode.
Q4: Hvordan reducerer man antallet af falske testfejl?
A: Kontroller antallet af falske alarmer til under 2 % ved:
- Optimering af AOI-algoritmens parametre
- Oprettelse af dynamiske referenceskabeloner
- Implementering af maskinlæringsklassifikatorer
- Tilføjelse af verifikationsstationer for mistænkelige resultater
- Regelmæssig kalibrering af udstyr
Q5: Hvordan bruger man testdata til procesforbedring?
A: Etabler sporbarhedssystemer for testdata med vigtige trin:
- Tildel unikke ID'er til hvert PCB
- Registrer alle rå testdata
- Udfør CPK-analyse ved hjælp af Minitab
- Opret SPC-kontroldiagrammer for nøgleparametre
- Hold regelmæssige møder om kvalitetsforbedring
Konklusion
PCB-test er at sikre pålideligheden af elektroniske produkter er et vigtigt link, og skal være baseret på produktegenskaber, produktionsskala og omkostningsbudget for at designe et rimeligt testprogram. Gennem den videnskabelige og systematiske teststrategi kan virksomheder kontrollere PCB-fejlfrekvensen på 50 dele pr. million eller mindre, hvilket kan forbedre produktmarkedets konkurrenceevne og brandets omdømme!