Quels tests faire avec le PCB？ ?

Quels sont les tests requis pour la fabrication des PCB ?

Dans le processus de fabrication des produits électroniques, la qualité des circuits imprimés (Circuit imprimé) détermine directement les performances et la fiabilité du produit final. Il peut y avoir des centaines de composants et des milliers de joints de soudure sur une carte de circuit imprimé, et tout défaut mineur peut entraîner la défaillance de l'ensemble du système. Il est donc très important de garantir la qualité des produits, de réduire les coûts de production et d'améliorer la compétitivité du marché.

Les avantages du test des PCB

Le test des circuits imprimés est un élément essentiel pour garantir la qualité et la fiabilité des cartes.

1. Détection précoce des défauts de conception: Des tests complets identifient les problèmes fonctionnels et de fabrication des circuits imprimés, ce qui permet aux concepteurs de procéder à des ajustements et à des optimisations en temps utile.
2. Réduction significative des coûts: La découverte des problèmes pendant la phase de prototypage permet d'économiser plus de 90 % des coûts par rapport à l'identification des problèmes après la production de masse, ce qui permet d'éviter les défaillances catastrophiques des lots.
3. Des délais de mise sur le marché plus courts: L'identification rapide des causes profondes accélère les itérations de conception, ce qui permet de lancer des produits matures plus rapidement que les concurrents.
4. Amélioration de la réputation de la marque: La réduction des taux de retour à moins de 1 % améliore la satisfaction des clients et renforce la crédibilité du marché.
5. Sécurité assurée: Prévient les accidents tels que les incendies ou les chocs électriques causés par les défaillances des circuits imprimés, protégeant ainsi la vie et les biens des utilisateurs.

Quels sont les PCB principalement testés？ ?

L'objectif des essais et de l'inspection des circuits imprimés est de vérifier les performances des circuits imprimés par rapport aux circuits imprimés standard.Ils permettent de s'assurer que tous les processus de fabrication des circuits imprimés fonctionnent correctement et sans aucun défaut, conformément aux spécifications du projet. Un circuit imprimé est constitué de différents éléments, composants, dont chacun influe sur les performances globales du circuit électronique. Ces éléments sont analysés en détail pour garantir la qualité du circuit imprimé et améliorer la fiabilité du produit.

1. Qualité de la paroi du pore

Les parois des trous sont généralement analysées dans des environnements soumis à des cycles et à des changements de température rapides afin de comprendre leur réaction aux effets thermiques.Cela permet de s'assurer que les vias ne se fissureront pas ou ne se délamineront pas lorsque le circuit imprimé sera mis en service, ce qui pourrait entraîner sa défaillance.

2.Placage de cuivre

Les feuilles de cuivre sur les cartes de circuits imprimés sont fixées à la carte pour assurer la conductivité électrique.La qualité du cuivre est testée, et la résistance à la traction et l'élongation sont analysées en détail pour garantir la fluidité du circuit.

3.La propreté

La propreté d'un circuit imprimé est une mesure de la capacité du circuit à résister aux facteurs environnementaux tels que les intempéries, la corrosion et l'humidité, ce qui peut permettre au circuit imprimé de durer plus longtemps.

4.Soudabilité

Les tests de soudabilité sont effectués sur les matériaux afin de s'assurer que les composants peuvent être solidement fixés sur la carte et de prévenir les défauts de soudure dans le produit final.

5.Essais électriques

La conductivité est essentielle pour tout circuit imprimé, tout comme la capacité à mesurer le courant de fuite minimum du circuit imprimé.

6.Essais environnementaux

Il s'agit d'un test des performances du circuit imprimé et des changements de qualité lorsqu'il fonctionne dans un environnement humide. Des comparaisons de poids sont généralement effectuées avant et après avoir placé le circuit imprimé dans un environnement humide, et si le poids change de manière significative, il est considéré comme un rebut.

8 Méthodes d'essai clés dans la fabrication des PCB

1. Inspection visuelle

Méthode de détection la plus élémentaire, l'inspection visuelle exige que des techniciens expérimentés examinent les défauts de surface évidents à l'aide de loupes ou de microscopes (grossissement de 5 à 10 fois en général).

Principaux points d'inspection:

• Oxydation et contamination du tampon
• Gravure complète du circuit, vérification des circuits ouverts ou courts
• Couverture uniforme du masque de soudure, vérification de l'absence de bulles ou de décollement
• Placement correct des composants et polarité
• Brillance et forme du joint de soudure conformes aux normes

Avantages: Coût extrêmement faible, aucun équipement spécialisé n'est nécessaire, convient aux entreprises de toutes tailles.

LimitesL'inspection manuelle est lente (~2-5 minutes/carte), ne détecte que ~70% des défauts de surface, est inefficace pour les joints de soudure cachés comme les BGA, et dépend fortement de l'expérience et de l'état de l'opérateur.

2.Inspection optique automatisée (AOI)

Les systèmes AOI utilisent des caméras à haute résolution (jusqu'à 50μm de précision) pour capturer des images de circuits imprimés sous plusieurs angles.Des algorithmes de traitement d'image les comparent à des modèles standard pour détecter la plupart des défauts d'assemblage de surface.

Capacités de détection typiques:

• Composants manquants, erronés ou inversés
• Excès ou insuffisance de soudure
• Plombs soulevés, mise au tombeau
• Diamètre ou pas anormal des billes de soudure
• Marques ou sérigraphies incorrectes

Paramètres techniques:

• Vitesse d'inspection : 0,5 à 2 secondes par planche
• Taille minimale détectable : 0201 composants (0,6×0,3 mm)
• Taux de fausses alarmes : <3%.

Recommandation de mise en œuvre: Le système AOI doit être déployé dans deux stations critiques - post-reflux et post-brasage à la vague - et intégré aux systèmes SPC pour l'ajustement du processus en temps réel.

3.Essai en circuit (ICT)

L'ICT utilise des montages personnalisés pour entrer en contact avec des points de test prédéfinis sur les circuits imprimés, vérifiant les paramètres électriques de chaque composant avec une couverture de 95 % des défauts.

Les éléments du test comprennent:

• Essais en circuit court/ouvert
• Mesures de résistance, de capacité et d'inductance
• Vérification de la polarité des diodes/transistors
• Contrôles du courant d'alimentation des circuits intégrés
• Tests de continuité des connecteurs

Configuration de l'équipement:

• Canaux de test : 512-2048
• Précision de la mesure : 0,1%-0,5%
• Tension d'essai : 5V-250V
• Vitesse de test : 3-10 secondes par carte

Analyse économique: Le coût de l'appareil est compris entre 5 000 et 20 000 dollars. Il est adapté aux conceptions stables avec une production mensuelle de 5 000 unités et permet d'obtenir un retour sur investissement en 6 mois.

4. Test de la sonde volante

Les testeurs à sondes volantes utilisent 4 à 8 sondes mobiles programmables au lieu des fixations traditionnelles, ce qui est idéal pour la production de faibles volumes et de mélanges importants.

Caractéristiques techniques:

• Couverture des tests : Jusqu'à 98%
• Pas de test minimum : 0,2 mm
• Vitesse de test : 30-120 secondes par carte (en fonction de la complexité)
• Plage de capacité : 0,1pF-100μF
• Précision de la résistance : ±0,5

Applications typiques:

• Vérification des prototypes de nouveaux produits
• Cartes à haute fiabilité (militaire/aérospatiale)
• Produits haut de gamme à faible volume (dispositifs médicaux)
• Phases de développement avec modifications fréquentes de la conception

Dernières avancées: Les testeurs à sonde volante modernes intègrent une mesure laser 3D de la hauteur pour inspecter la coplanarité, l'épaisseur de la pâte à braser et d'autres caractéristiques mécaniques.

5.Inspection automatisée par rayons X (AXI)

AXI exploite l'absorption différentielle des rayons X par les matériaux pour inspecter les joints de soudure cachés tels que les BGA et les QFN.

Matrice des capacités de détection:

Guide de sélection des équipements:

• 2D AXI : Pour une simple inspection de BGA, ~150 000
• 3D AXI :Imagerie couche par couche, à partir de 300 000
• Tomodensitométrie : données volumétriques en 3D pour l'analyse des défaillances, >500 000

6.Essai de déverminage

Le déverminage permet de détecter les défaillances précoces dans des conditions de stress accéléré. Les méthodes les plus courantes sont les suivantes :

Cycle de température: -40°C~+125°C, 50-100 cycles
Brûlage à haute température: 125°C fonctionnement sous tension pendant 96 heures
Tension Contrainte: 1,5× la tension nominale pendant 48 heures
Test d'humiditéDurée d'utilisation : 85°C/85%RH pendant 1000 heures

Analyse des données: Les modèles de distribution de Weibull prédisent la durée de vie des produits, en exigeant généralement un MTBF>100 000 heures.

7.Test fonctionnel (FCT)

Le FCT simule des environnements d'exploitation réels afin de valider la fonctionnalité complète de la carte.Les systèmes de test comprennent généralement

• Alimentations programmables (0-30V/0-20A)
• Multimètres numériques (précision de 6,5 chiffres)
• Générateurs de fonctions (bande passante de 100 MHz)
• Modules E/S numériques (64-256 canaux)
• Banques de charge (simulant les charges réelles)

L'essentiel du développement des tests:

1. Créer des plans d'essai sur la base des spécifications du produit
2. Concevoir des montages d'essai et des adaptateurs d'interface
3. Développer des scripts de tests automatisés (LabVIEW/Python)
4. Établir des critères de réussite ou d'échec
5. Intégrer les systèmes de traçabilité des données

8.Test de balayage des frontières

Basé sur la norme IEEE 1149.1, il utilise les circuits de test intégrés des puces pour vérifier les interconnexions, ce qui convient particulièrement aux cartes à haute densité.

Avantages:

• Aucun point de test physique n'est nécessaire
• Peut tester les broches inférieures des BGA
• Prise en charge de la programmation Flash et du débogage de l'unité centrale
• Atteint une couverture de test de ~85%.

Chaîne d'outils typique:

• Validation du fichier BSDL
• Génération de vecteurs de test
• Logiciel d'analyse des résultats
• Intégration des essais au niveau du système

Cinq défis et solutions courants en matière de tests de PCB

Q1 : Comment équilibrer les coûts des tests avec les exigences de qualité ?

R : Mettre en œuvre des tests échelonnés : AOI+FCT de base pour toutes les cartes, échantillonnage AXI (10-20 %) pour les produits critiques et inspection à 100 % pour les applications militaires/médicales. Les statistiques montrent que cette combinaison permet de maintenir des taux d'élimination des défauts de 200 ppm tout en maintenant les coûts de test à moins de 5 % du coût total du produit.

Q2 : La production de faibles volumes doit-elle utiliser les TIC ou les essais à la sonde volante ?

R : La sonde volante est plus économique pour les lots de 500 unités par mois.Des cas concrets montrent que pour des commandes de 300 unités/mois, les coûts totaux de la sonde volante (amortissement + main-d'œuvre) représentent environ un tiers de ceux de l'ICT, avec un temps de changement de produit réduit de 8 heures à 30 minutes.

Q3 : Comment contrôler efficacement la qualité de la soudure des BGA ?

R : Approche recommandée en trois étapes :3D AXI pour la forme de la soudure/le pontage, boundary scan pour la connectivité électrique, puis test fonctionnel pour les performances réelles. Un fabricant d'équipements de télécommunications a réduit les taux de défaillance des BGA de 1,2 % à 0,05 % grâce à cette méthode.

Q4 : Comment réduire les faux échecs des tests ?

R : Contrôler les taux de fausses alarmes en dessous de 2% en :

1. Optimisation des paramètres de l'algorithme AOI
2. Création de modèles de référence dynamiques
3. Mise en œuvre de classificateurs d'apprentissage automatique
4. Ajout de stations de vérification pour les résultats suspects
5. Étalonnage régulier des équipements

Q5 : Comment utiliser les données de test pour améliorer les processus ?

R : Établir des systèmes de traçabilité des données d'essai avec des étapes clés :

1. Attribuer des identifiants uniques à chaque PCB
2. Enregistrer toutes les données brutes des essais
3. Effectuer une analyse CPK à l'aide de Minitab
4. Créer des cartes de contrôle SPC pour les paramètres clés
5. Organiser régulièrement des réunions d'amélioration de la qualité

Conclusion

Le test des circuits imprimés vise à garantir la fiabilité des produits électroniques et constitue un lien essentiel. Il convient de se baser sur les caractéristiques du produit, l'échelle de production et le budget pour concevoir un programme de test raisonnable. Grâce à une stratégie de test scientifique et systématique, les entreprises peuvent contrôler le taux de défaillance des circuits imprimés de 50 pièces par million ou moins, ce qui peut améliorer la compétitivité du marché des produits et la réputation de la marque !