Mitä testejä tehdään PCB:n kanssa？

Mitä testejä vaaditaan PCB-valmistukseen?essSuunnitteluohjeet:

Elektronisten tuotteiden valmistusprosessissa PCB:n laatu (Painettu piirilevy) vaikuttaa suoraan lopputuotteen suorituskykyyn ja luotettavuuteen. Piirilevyllä voi olla satoja komponentteja ja tuhansia juotosliitoksia, ja pienetkin viat voivat aiheuttaa koko järjestelmän pettämisen. On erittäin tärkeää, miten varmistetaan tuotteen laatu, vähennetään tuotantokustannuksia ja parannetaan markkinoiden kilpailukykyä.

PCB-testien hyödytSuunnitteluohjeet:

PCB-testaus on kriittinen osa piirilevyn laadun ja luotettavuuden varmistamista.

1. Suunnitteluvirheiden varhainen havaitseminen: Kattava testaus tunnistaa piirilevyjen toiminnalliset ja valmistettavuuteen liittyvät ongelmat, jolloin suunnittelijat voivat tehdä ajoissa muutoksia ja optimointeja.
2. Merkittävä kustannusten vähentäminen: Ongelmien havaitseminen prototyyppivaiheessa säästää yli 90 % kustannuksista verrattuna ongelmien havaitsemiseen massatuotannon jälkeen, jolloin vältetään katastrofaaliset eräviat.
3. Lyhyempi markkinoille tuloaika: Perimmäisten syiden nopea paikantaminen nopeuttaa suunnittelun iteraatioita, mikä mahdollistaa kypsempien tuotteiden nopeamman markkinoille saattamisen kuin kilpailijat.
4. Parannettu tuotemerkin maine: Palautusprosentin alentaminen alle 1 prosenttiin parantaa asiakastyytyväisyyttä ja lisää uskottavuutta markkinoilla.
5. Varmistettu turvallisuus: Ehkäisee onnettomuuksia, kuten tulipaloja tai sähköiskuja, jotka johtuvat piirilevyjen vioista, ja suojaa käyttäjien henkeä ja omaisuutta.

Mitä PCB:tä pääasiassa testataan？essSuunnitteluohjeet:

Piirilevyjen testauksen ja tarkastuksen tarkoituksena on tarkistaa piirilevyjen suorituskyky verrattuna standardipiirilevyihin.Sillä varmistetaan, että kaikki piirilevyjen valmistusprosessit toimivat asianmukaisesti ja ilman vikoja projektin eritelmien mukaisesti. Piirilevy koostuu erilaisista elementeistä, komponenteista, joista jokainen vaikuttaa elektronisen piirin kokonaissuorituskykyyn. Nämä elementit analysoidaan yksityiskohtaisesti piirilevyn laadun varmistamiseksi ja tuotteen luotettavuuden parantamiseksi.

1. Huokosseinämän laatuSuunnitteluohjeet:

Reikien seinämiä analysoidaan tyypillisesti ympäristöissä, joissa lämpötila vaihtelee syklisesti ja nopeasti, jotta ymmärrettäisiin niiden reagointia lämpövaikutuksiin.Näin varmistetaan, että läpiviennit eivät halkeile tai delaminoidu, kun piirilevy otetaan käyttöön, mikä voisi aiheuttaa piirilevyn vikaantumisen.

2.KuparipinnoitusessSuunnitteluohjeet:

Painettujen piirilevyjen kuparikalvot kiinnitetään levyyn sähkönjohtavuuden varmistamiseksi.Kuparin laatu testataan, ja vetolujuus ja venymä analysoidaan yksityiskohtaisesti, jotta varmistetaan, että piiri on sujuva.

3. Puhtaus

Painetun piirilevyn puhtaus on mittari levyn kyvylle kestää ympäristötekijöitä, kuten sääolosuhteita, korroosiota ja kosteutta, minkä ansiosta piirilevy voi kestää pidempään.

4.Juotettavuus

Materiaaleille tehdään juotettavuustestit, joilla varmistetaan, että komponentit voidaan kiinnittää turvallisesti levyyn, ja estetään juotosvirheet lopputuotteessa.

5.Sähköinen testaus

Johtavuus on kriittinen kaikille piirilevyille, samoin kuin kyky mitata piirilevyn pienin vuotovirta.

6.Ympäristötestaus

Tämä on testi piirilevyn suorituskyvystä ja laatumuutoksista, kun se toimii kosteassa ympäristössä. Painovertailut tehdään yleensä ennen ja jälkeen piirilevyn sijoittamisen kosteaan ympäristöön, ja jos paino muuttuu merkittävästi, piirilevy katsotaan romuksi.

8 keskeistä testausmenetelmää PCB-valmistuksessa

1. Silmämääräinen tarkastus

Yksinkertaisin havaitsemismenetelmä on silmämääräinen tarkastus, jossa kokeneet teknikot tutkivat ilmeiset pintaviat suurennuslasin tai mikroskoopin avulla (yleensä 5-10-kertaisella suurennoksella).

Tärkeimmät tarkastuskohdat:

• Tyynyn hapettuminen ja likaantuminen
• Täydellinen virtapiirin syövytys, avoimien tai oikosulkujen tarkistaminen.
• Tasainen juotospeitteen peittävyys, kuplien tai kuoriutumisen tarkistaminen.
• Komponenttien oikea sijoittelu ja napaisuus
• Juotosliitoksen kiilto ja muoto standardien mukainen

Edut: Erittäin edulliset kustannukset, ei tarvita erikoislaitteita, sopii kaikenkokoisille yrityksille.

RajoituksetManuaalinen tarkastus on hidas (~ 2-5 minuuttia/levy), havaitsee vain ~70 % pintaviat, on tehoton piilossa oleville juotosliitoksille, kuten BGA-levyille, ja on erittäin riippuvainen käyttäjän kokemuksesta ja kunnosta.

2.Automaattinen optinen tarkastus (AOI)

AOI-järjestelmissä käytetään korkearesoluutioisia kameroita (jopa 50μm tarkkuudella) piirilevykuvien ottamiseen useista eri kulmista.Kuvankäsittelyalgoritmit vertaavat näitä kuvia vakiomalleihin havaitakseen useimmat pintakokoonpanovirheet.

Tyypilliset havaintokyvyt:

• Puuttuvat, väärät tai käänteiset komponentit
• Liiallinen tai riittämätön juote
• Nostetut johdot, hautakivetykset
• Epänormaali juotospallojen halkaisija tai jako
• Virheelliset merkinnät tai silkkipaino

Tekniset parametrit:

• Tarkastusnopeus: 0,5-2 sekuntia/lauta
• Pienin havaittava koko: 0201 komponenttia (0,6 × 0,3 mm).
• Väärien hälytysten määrä: < 3%

Täytäntöönpano Suositus: AOI olisi otettava käyttöön kahdessa kriittisessä asemassa - post-reflow- ja post-wave-juottamisessa - ja integroitava SPC-järjestelmiin prosessin reaaliaikaista säätöä varten.

3.Piirin sisäinen testi (ICT)

ICT käyttää räätälöityjä kynsien kiinnityslaitteita, jotka koskettavat piirilevyjen ennalta määriteltyjä testipisteitä ja tarkistavat kunkin komponentin sähköiset parametrit 95 prosentin vikapeitolla.

Testikappaleet sisältävät:

• Oikosulku-/avopiiritestit
• Vastuksen, kapasitanssin ja induktanssin mittaukset
• Diodin/transistorin napaisuuden tarkastus
• IC-tehovirran tarkastukset
• Liittimen jatkuvuustestit

Laitteiden konfigurointi:

• Testikanavat: 512-2048
• Mittaustarkkuus: 0,1%-0,5%.
• Testijännite: 5V-250V
• Testinopeus: 3-10 sekuntia/levy

Taloudellinen analyysi: Laitteen kustannukset ovat ~5 000-20 000 dollaria, soveltuu vakaisiin malleihin, joiden kuukausituotanto on 5 000 kappaletta, ja tyypillisesti ROI saavutetaan 6 kuukaudessa.

4.Lentävän koettimen testi

Lentävät koettimet käyttävät 4-8 ohjelmoitavaa liikkuvaa koetinta perinteisten kiinnikkeiden sijasta, mikä on ihanteellista pienen volyymin ja suuren sekoituksen tuotantoon.

Tekniset ominaisuudet:

• Testien kattavuus: 98 %:iin asti
• Pienin testiväli: 0,2 mm
• Testinopeus: 30-120 sekuntia/levy (monimutkaisuudesta riippuen).
• Kapasitanssialue: 0.1pF-100μF
• Vastuksen tarkkuus: ±0,5 %

Tyypilliset sovellukset:

• Uuden tuotteen prototyypin todentaminen
• Korkean luotettavuuden piirilevyt (sotilas- ja avaruusteollisuus)
• Vähävolyymiset premium-tuotteet (lääkinnälliset laitteet)
• Kehitysvaiheet, joissa suunnittelua muutetaan usein

Viimeisimmät edistysaskeleet: Nykyaikaiset lentävät koettimet integroivat 3D-laserin korkeusmittauksen koplanaarisuuden, juotospastan paksuuden ja muiden mekaanisten ominaisuuksien tarkastamiseen.

5.Automaattinen röntgentarkastus (AXI)

AXI hyödyntää röntgensäteilyn differentiaalista absorptiota materiaaleissa piilossa olevien juotosliitosten, kuten BGA- ja QFN-korttien, tarkastamiseen.

Havaintokykymatriisi:

Laitteiden valintaopas:

• 2D AXI: Yksinkertainen BGA-tarkastus, ~150 000 dollaria.
• 3D AXI:Kerros kerrokselta kuvantaminen, alkaen 300 000 dollaria
• CT-skannaus: 3D-tilavuustiedot vika-analyysia varten, 500 000 dollaria.

6.Burn-in-testi

Burn-in seuloo varhaisia vikoja kiihdytettyjen rasitusolosuhteiden avulla. Yleisiä menetelmiä ovat mm:

Lämpötilakierto: -40°C~+125°C, 50-100 sykliä.
Korkean lämpötilan sisäänpoltto: 125 °C:n käyttö 96 tunnin ajan
Jännite Stressi: 1,5 × nimellisjännite 48 tunnin ajan
Kosteustesti: 85°C/85%RH 1000 tunnin ajan

Tietojen analysointi: Weibull-jakaumamallit ennustavat tuotteen käyttöiän, joka tyypillisesti vaatii MTBF>100 000 tuntia.

7.Toiminnallinen testi (FCT)

FCT simuloi todellisia käyttöympäristöjä, jotta voidaan validoida koko piirilevyn toimivuus.Testausjärjestelmiin kuuluvat tyypillisesti:

• Ohjelmoitavat virtalähteet (0-30V/0-20A)
• Digitaaliset yleismittarit (6,5 numeron tarkkuus)
• Toimintageneraattorit (100 MHz:n kaistanleveys)
• Digitaaliset I/O-moduulit (64-256 kanavaa)
• Kuormituspankit (simuloivat todellisia kuormia)

Testauksen kehittämisen perusteet:

1. Luo testaussuunnitelmat tuotespesifikaatioiden perusteella
2. Testilaitteiden ja liitäntäsovittimien suunnittelu
3. Automaattisten testausskriptien kehittäminen (LabVIEW/Python).
4. Hyväksymis-/hylättämiskriteerien vahvistaminen
5. Tietojen jäljitettävyysjärjestelmien integrointi

8.Rajaustesti (Boundary Scan Test)

Perustuu IEEE 1149.1 -standardiin, käyttää siruja’ sisäänrakennettuja testipiirejä keskinäisten yhteyksien tarkistamiseen, jotka soveltuvat erityisesti korkean tiheyden levyihin.

Edut:

• Fyysisiä testipisteitä ei tarvita
• Voidaan testata BGA:n pohjatapit
• Tukee Flash-ohjelmointia ja suorittimen virheenkorjausta
• Saavutetaan ~85% testien kattavuus

Tyypillinen työkaluketju:

• BSDL-tiedoston validointi
• Testivektorin luominen
• Tulosten analysointiohjelmisto
• Järjestelmätason testien integrointi

Viisi yleistä PCB-testaushaastetta ja ratkaisuja

Kysymys 1: Miten tasapainottaa testauskustannukset ja laatuvaatimukset?

V: Toteutetaan porrastettu testaus - perus AOI+FCT kaikille piirilevyille, lisätään AXI-näytteenotto (10-20 %) kriittisille tuotteille ja 100-prosenttinen tarkastus sotilaallisille/lääketieteellisille sovelluksille. Tilastot osoittavat, että tällä yhdistelmällä saadaan pidettyä vikapoistumisasteet <200 ppm ja testauksen kustannukset alle 5 % tuotteen kokonaiskustannuksista.

Kysymys 2: Pitäisikö piensarjatuotannossa käyttää ICT- tai lentävää koettimen testausta?

V: Lentävä anturi on taloudellisempi erille < 500 / kuukausi.Todelliset tapaukset osoittavat, että 300 yksikön/kk tilauksissa lentävän koettimen kokonaiskustannukset (poistot + työvoima) ovat noin 1/3 ICT:n kustannuksista, ja tuotteen vaihtoaika lyhenee 8 tunnista 30 minuuttiin.

Kysymys 3: Kuinka tehokkaasti tarkastaa BGA-juotoksen laatu?

A: Suositeltu kolmivaiheinen lähestymistapa:3D AXI juotosmuodon/siltojen selvittämiseksi, rajojen skannaus sähköisen liitettävyyden selvittämiseksi ja sitten toiminnallinen testi todellisen suorituskyvyn selvittämiseksi. Eräs televiestintälaitevalmistaja alensi BGA-piirien vikamääriä 1,2 prosentista 0,05 prosenttiin käyttämällä tätä menetelmää.

Q4: Miten vähentää vääriä testivirheitä?

V: Väärien hälytysten määrä on alle 2 %:

1. AOI-algoritmin parametrien optimointi
2. Dynaamisten viitemallien luominen
3. Koneoppimisen luokittelijoiden toteuttaminen
4. Tarkastusasemien lisääminen epäilyttäviä tuloksia varten
5. Laitteiden säännöllinen kalibrointi

Q5: Miten testitietoja voidaan käyttää prosessin parantamiseen?

A: Ota käyttöön testausdatan jäljitettävyysjärjestelmät, joissa on keskeiset vaiheet:

1. Määritä jokaiselle PCB:lle yksilölliset tunnukset
2. Tallenna kaikki raakatestitiedot
3. Suorita CPK-analyysi Minitabin avulla
4. Luo SPC-ohjauskarttoja keskeisille parametreille
5. Pidetään säännöllisiä laadunparannuskokouksia

Päätelmä

PCB-testi on varmistaa elektronisten tuotteiden luotettavuus on keskeinen linkki, ja sen on perustuttava tuotteen ominaisuuksiin, tuotannon laajuuteen ja kustannusbudjettiin kohtuullisen testausohjelman suunnittelemiseksi. Tieteellisen ja järjestelmällisen testausstrategian avulla yritykset voivat valvoa piirilevyn vikaantumisastetta 50 osaa miljoonaa kohti tai vähemmän, mikä voi parantaa tuotemarkkinoiden kilpailukykyä ja tuotemerkin mainetta!