Какие тесты делать с PCB？

Какие испытания требуются для производства печатных плат?

В процессе производства электронных изделий качество печатной платы (PCB) зависит от ее качества.Печатная плата) напрямую определяет производительность и надежность конечного продукта. На печатной плате могут быть сотни компонентов и тысячи паяных соединений, и любой незначительный дефект может привести к отказу всей системы. Как обеспечить качество продукции, снизить производственные затраты и повысить конкурентоспособность на рынке - очень важно.

Преимущества тестирования печатных плат

Тестирование печатных плат - важнейшая часть обеспечения их качества и надежности

1. Раннее обнаружение дефектов конструкции: Комплексное тестирование выявляет функциональные проблемы и проблемы технологичности печатных плат, позволяя разработчикам своевременно вносить коррективы и оптимизировать работу.
2. Значительное сокращение расходов: Обнаружение проблем на этапе создания прототипа позволяет сэкономить более 90% затрат по сравнению с выявлением проблем после серийного производства, избегая катастрофических отказов партии.
3. Сокращение времени выхода на рынок: Быстрое выявление первопричин ускоряет итерации проектирования, позволяя быстрее, чем конкуренты, запускать зрелые продукты.
4. Повышение репутации бренда: Снижение коэффициента возврата до уровня ниже 1% повышает удовлетворенность клиентов и укрепляет доверие к рынку.
5. Обеспечение безопасности: Предотвращает несчастные случаи, такие как пожары или поражения электрическим током, вызванные неисправностями печатных плат, защищая жизнь и имущество пользователей.

На что в основном проверяются печатные платы?

Целью тестирования и проверки печатных плат является проверка их характеристик по сравнению со стандартными печатными платами. Это гарантирует, что все процессы производства печатных плат функционируют должным образом и без каких-либо дефектов в соответствии со спецификациями проекта. Печатная плата состоит из различных элементов, компонентов, каждый из которых влияет на общую производительность электронной схемы. Эти элементы детально анализируются для обеспечения качества печатной платы и повышения надежности продукции.

1. Качество стенок пор

Стенки отверстий обычно анализируются в средах с циклическими и быстрыми изменениями температуры, чтобы понять их реакцию на тепловое воздействие. Это гарантирует, что при вводе печатной платы в эксплуатацию отверстия не потрескаются и не отслоятся, что может привести к выходу печатной платы из строя.

2. Медное покрытие

Медная фольга на печатных платах крепится к плате для обеспечения электропроводности. Качество меди проверяется, а прочность на разрыв и удлинение детально анализируются, чтобы гарантировать, что схема будет гладкой.

3. Чистота

Чистота печатной платы - это показатель ее способности противостоять таким факторам окружающей среды, как атмосферные воздействия, коррозия и влажность, что может позволить печатной плате прослужить дольше.

4. Паяемость

Испытания материалов на паяемость проводятся для того, чтобы обеспечить надежное крепление компонентов к плате и предотвратить появление дефектов пайки в конечном продукте.

5. Электрические испытания

Проводимость очень важна для любой печатной платы, как и возможность измерения минимального тока утечки печатной платы.

6. Тестирование окружающей среды

Это проверка производительности и изменения качества печатной платы при работе во влажной среде. Сравнение веса обычно проводится до и после помещения печатной платы во влажную среду, и если вес значительно изменяется, она считается браком.

8 основных методов тестирования при производстве печатных плат

1. Визуальный осмотр

Визуальный осмотр, являющийся самым основным методом обнаружения, требует от опытных техников изучения очевидных дефектов поверхности с помощью лупы или микроскопа (обычно с 5-10-кратным увеличением).

Ключевые точки осмотра:

• Окисление и загрязнение колодок
• Полное протравливание цепи, проверка на обрыв или короткое замыкание
• Равномерное покрытие паяльной маски, проверка на наличие пузырей или отслоений
• Правильное расположение компонентов и полярность
• Соответствие блеска и формы паяного соединения стандартам

Преимущества: Чрезвычайно низкая стоимость, отсутствие необходимости в специализированном оборудовании, подходит для предприятий любого размера.

Ограничения: Ручная проверка выполняется медленно (~2-5 минут на плату), выявляет только ~70% поверхностных дефектов, неэффективна для скрытых паяных соединений, таких как BGA, и сильно зависит от опыта и состояния оператора.

2. Автоматизированная оптическая инспекция (AOI)

Системы АОИ используют камеры высокого разрешения (точность до 50 мкм) для получения изображений печатных плат с разных углов. Алгоритмы обработки изображений сравнивают их со стандартными шаблонами для выявления большинства дефектов поверхностной сборки.

Типичные возможности обнаружения:

• Отсутствующие, неправильные или перевернутые компоненты
• Избыток или недостаток припоя
• Поднятые поводья, надгробная плита
• Ненормальный диаметр или шаг шариков припоя
• Неправильная маркировка или шелкография

Технические параметры:

• Скорость осмотра: 0,5-2 секунды на доску
• Минимальный обнаруживаемый размер: 0201 компонент (0,6×0,3 мм)
• Уровень ложной тревоги: <3%

Рекомендация по внедрению: AOI должен быть развернут на двух критических станциях - после пайки и после волновой пайки - и интегрирован с системами SPC для корректировки процесса в реальном времени.

3. Внутрисхемное тестирование (ICT)

ICT использует специальные приспособления для контакта с заранее определенными контрольными точками на печатных платах, проверяя электрические параметры каждого компонента с покрытием дефектов >95%.

Предметы для испытаний включают:

• Испытания на короткое замыкание/размыкание цепи
• Измерение сопротивления, емкости и индуктивности
• Проверка полярности диодов/транзисторов
• Проверки тока питания ИС
• Тесты на целостность разъемов

Конфигурация оборудования:

• Тестовые каналы: 512-2048
• Точность измерения: 0,1%-0,5%
• Испытательное напряжение: 5В-250В
• Скорость тестирования: 3-10 секунд на плату

Экономический анализ: Стоимость приспособления ~$5,000-$20,000, подходит для стабильных конструкций с ежемесячным производством >5,000 единиц, как правило, окупаемость инвестиций достигается за <6 месяцев.

4. Тест летающего зонда

Тестеры с летающими датчиками используют 4-8 программируемых подвижных датчиков вместо традиционных приспособлений, что идеально подходит для малосерийного и крупносерийного производства.

Технические характеристики:

• Охват тестами: До 98%
• Минимальный шаг теста: 0,2 мм
• Скорость тестирования: 30-120 секунд на плату (в зависимости от сложности)
• Диапазон емкостей: 0.1pF-100μF
• Точность сопротивления: ±0,5%

Типичные области применения:

• Проверка прототипа нового продукта
• Высоконадежные платы (военные/аэрокосмические)
• Малосерийная продукция премиум-класса (медицинские изделия)
• Этапы разработки с частыми изменениями дизайна

Последние достижения: Современные тестеры с летающим щупом интегрируют 3D лазерное измерение высоты для контроля компланарности, толщины паяльной пасты и других механических характеристик.

5. Автоматизированный рентгеновский контроль (AXI)

AXI использует дифференциальное поглощение рентгеновского излучения материалами для проверки скрытых паяных соединений, таких как BGA и QFN.

Матрица возможностей обнаружения:

Руководство по выбору оборудования:

• 2D AXI: Для простой проверки BGA, ~$150,000
• 3D AXI: Послойная визуализация, от $300 000
• КТ-сканирование: объемные 3D-данные для анализа отказов, >$500 000

6. Испытание на выгорание

Прижигание позволяет выявить ранние неисправности в условиях ускоренной нагрузки. К распространенным методам относятся:

Температурная цикличность: -40°C~+125°C, 50-100 циклов
Высокотемпературное выжигание: 125°C при питании в течение 96 часов
Напряжение: 1,5× номинальное напряжение в течение 48 часов
Испытание на влажность: 85°C/85%RH в течение 1000 часов

Анализ данных: Модели распределения Вейбулла прогнозируют срок службы изделий, обычно требуя MTBF>100 000 часов.

7. Функциональный тест (FCT)

FCT моделирует реальные условия эксплуатации для проверки полной функциональности платы. Тестовые системы обычно включают:

• Программируемые источники питания (0-30В/0-20А)
• Цифровые мультиметры (точность 6,5 разрядов)
• Функциональные генераторы (полоса пропускания 100 МГц)
• Модули цифрового ввода/вывода (64-256 каналов)
• Банки нагрузок (имитирующие реальные нагрузки)

Основы разработки тестов:

1. Создание планов тестирования на основе спецификаций продукта
2. Разработка испытательных приспособлений и интерфейсных адаптеров
3. Разработка сценариев автоматизированного тестирования (LabVIEW/Python).
4. Установить критерии сдачи/не сдачи
5. Интеграция систем отслеживания данных

8. Тест граничного сканирования

Основываясь на стандарте IEEE 1149.1, использует встроенные в микросхемы тестовые схемы для проверки межсоединений, особенно подходит для плат высокой плотности.

Преимущества:

• Нет необходимости в физических контрольных точках
• Можно проверить нижние контакты BGA
• Поддержка программирования флэш-памяти и отладки процессора
• Достигнуто ~85% тестового покрытия

Типовая цепочка инструментов:

• Проверка файлов BSDL
• Генерация тестового вектора
• Программное обеспечение для анализа результатов
• Интеграция тестирования на уровне системы

Пять общих проблем тестирования печатных плат и их решения

Вопрос 1: Как сбалансировать стоимость тестирования и требования к качеству?

О: Внедрите многоуровневое тестирование - базовое AOI+FCT для всех плат, добавьте выборку AXI (10-20%) для критически важных продуктов и проверку 100% для военных/медицинских приложений. Статистика показывает, что такое сочетание позволяет поддерживать уровень выхода дефектов <200ppm, при этом затраты на тестирование не превышают 5% от общей стоимости продукта.

Вопрос 2: Следует ли при малосерийном производстве использовать ИКТ или испытания с помощью летающего зонда?

О: Летающий датчик более экономичен при партиях <500/месяц. Фактические примеры показывают, что для заказов в 300 единиц в месяц общие затраты на летающий датчик (амортизация + рабочая сила) составляют около 1/3 от ICT, а время переналадки продукции сокращается с 8 часов до 30 минут.

Q3: Как эффективно проверять качество пайки BGA?

О: Рекомендуется трехэтапный подход: 3D AXI для определения формы припоя/мостов, граничное сканирование для определения электрических соединений, а затем функциональное тестирование для определения фактической производительности. Производитель телекоммуникационного оборудования сократил количество отказов BGA с 1,2% до 0,05%, используя этот метод.

Вопрос 4: Как уменьшить количество ложных отказов при тестировании?

A: Контролируйте уровень ложных срабатываний ниже 2% с помощью:

1. Оптимизация параметров алгоритма АОИ
2. Создание динамических шаблонов ссылок
3. Реализация классификаторов машинного обучения
4. Добавление станций проверки подозрительных результатов
5. Регулярная калибровка оборудования

Q5: Как использовать тестовые данные для улучшения процессов?

О: Создайте систему отслеживания тестовых данных, включающую основные этапы:

1. Присвойте уникальные идентификаторы каждой печатной плате
2. Записывайте все необработанные данные испытаний
3. Выполните анализ CPK с помощью Minitab
4. Создание контрольных диаграмм SPC для ключевых параметров
5. Проведение регулярных совещаний по улучшению качества

Iii. Выводы и рекомендации

Испытание печатной платы для обеспечения надежности электронных изделий является ключевым звеном, и должно быть основано на характеристиках продукта, масштабах производства и бюджете затрат для разработки разумной программы испытаний. Благодаря научной и систематической стратегии тестирования, предприятия могут контролировать частоту отказов печатных плат на уровне 50 частей на миллион или меньше, что может повысить конкурентоспособность продукции на рынке и репутацию бренда!