Sähköinen piirilevyjen testaus Flying Probe vs. ICT vs. FCT

Sähköisiä piirilevytestausratkaisuja etsivät insinöörit haluavat harvoin samaa asiaa. Jotkut valitsevat lentävän mittauspään ja ICT-kiinnityslaitteen välillä. Jotkut jäljittävät oikosulkuja, katkoksia tai impedanssivikoja. Jotkut tarvitsevat valmistajan, joka sitoutuu 100 %:n sähkötestaukseen eräkohtaisen dokumentaation kera. Jotkut kirjoittavat testispesifikaation ja heidän on tiedettävä tarkalleen, mitkä kynnysarvot ja menetelmät määritetään. Ja joidenkin on ymmärrettävä CAM-insinöörin rooli – koska ennen ensimmäistä piirilevyn ajoa tehdyt päätökset määräävät, havaitseeko testiohjelma todellisia vikoja vai tuottaako se läpäiseviä raportteja, jotka ohittavat kriittiset viat.

Hanki piirilevy, jossa on 100 % sähköinen testaus

Paljaan piirilevyn ja kootun piirilevyn sähköinen testaus

Piirilevyjen sähkötestaus tapahtuu kahdessa eri vaiheessa, ja ne havaitsevat eri vikaluokkia – kumpikaan ei korvaa toista.

Paljaan piirilevyn sähköinen testaus suoritetaan ennen komponenttien asettamista. Jokainen verkko testataan jatkuvuuden (≤10Ω) ja eristyksen (≥10MΩ 250 VDC:n jännitteellä) varalta. Se havaitsee valmistusvirheet: syövytysaukot ja oikosulut, porausvirheet, läpivientien aukot ja sisäkerroksen delaminaatio-oikosulut. Piirilevyn pinta on täysin saavutettavissa, joten verkon peittoaste on 95–99 %.

Kokoonpanon jälkeinen sähköinen testaus suoritetaan juottamisen jälkeen. Peittoalue laskee, koska komponenttien rungot estävät mittauspisteiden pääsyn alla oleviin kontaktialustoihin. BGA-painotteisilla piirilevyillä saavutettava peittoalue laskee tyypillisesti 60–80 prosenttiin.

Mitä "100 % sähköinen testaus" todellisuudessa takaa

Kun valmistaja sitoutuu 100-prosenttiseen sähköiseen testaukseen, se tarkoittaa, että jokainen paljas piirilevy testataan ennen toimitusta – ilman näytteenottoa. Se kattaa jatkuvuuden ja eristyksen kaikissa verkoissa. Se ei automaattisesti takaa impedanssin varmennusta tai poikkileikkaustarkastusta – ne vaativat nimenomaisen erittelyn.

Highleapilla jokainen tilaus sisältää vakiona 100 %:n paljaan piirilevyn sähkötestauksen IPC-9252-standardin mukaisesti. Eräkohtaiset testiraportit toimitetaan piirilevyjen mukana. Pyydä raporttimuoto ennen tilauksen tekemistä, jos hankintaspesifikaatiosi vaatii kirjallista testitodistusta.

Lentävä luotain vs. ICT-laitteisto: kustannukset, kattavuus ja milloin kutakin käytetään

Milloin käyttää jokaista

• <100 levyä / prototyyppiä: Luotain lentää aina. Laitteistoon investoiminen ei ole perusteltua; muutoksia odotetaan.
• 100–500 levyä: Lentävä luotain paljaalle piirilevylle. ICT vain, jos asettelu tukee sitä ja suunnittelu on vakaa.
• 500–5 000 lautaa/vuosi: Arvioi läpimenotarpeen perusteella. 1 000 dollarin kiinnitin 500 yksiköllä = 2 dollaria/kortti – yleensä hintansa arvoinen, kun sykliajalla on merkitystä.
• >5 000 lautaa/vuosi: Läpäisykykyä mittaava ICT-kiinnike; lentävä luotain vain geometrisesti vaikeasti saavutettaville verkoille.
• HDI mikroläpivienneillä: Lentävä luotain käsittelee mikroputkialustoja paremmin. Hybridi toimii: ICT pääverkoille, lentävä luotain pelkille mikroputkiverkoille.
• Paljon sekoitettuja / usein muokattuja: Lentävä mittauslaite estää kiinnikkeiden vanhenemisen – piirilevyä ei tarvitse remontoida uudelleen.

Miksi BGA:n kattavuus laskee alle 70 prosentin

BGA-, QFN- ja LGA-kotelot sijaitsevat juotosliitostensa päällä – mittauspäät eivät pääse niihin ulkopuolelta. Kolmen suuren BGA-piirin sisältävällä levyllä 30–40 %:lla verkoista ei välttämättä ole saavutettavissa olevaa mittauspistettä kummallakaan puolella levyä. Ratkaisut: lisää testireiät kriittisille BGA-verkoille asettelun aikana; käytä boundary scan (JTAG) -testausta yhteensopivissa integroiduissa piireissä; tai peitä saavuttamattomat alijärjestelmät toiminnallisilla testeillä.

Piirilevyjen testipisteiden suunnittelusäännöt täyden kattavuuden saavuttamiseksi

Testien kattavuus määritetään piirilevyn asettelun aikana – ei testausinsinöörin toimesta piirilevyjen rakentamisen jälkeen. Näitä sääntöjä on sovellettava ennen reitityksen valmistumista.

ICT-laitteiston vaatimukset

• Testialustan halkaisija: Suositeltava paksuus 1.0 mm, ehdoton minimi 0.80 mm
• Välys komponentin runkoon: 2.5mm tai enemmän
• Testialustojen väli: Suositeltava paksuus on 2.54 mm; vähintään 1.27 mm. Alle 1.27 mm:n paksuus vaatii paljon kalliimman mittatilaustyönä tehdyn kiinnikkeen.
• Yksipuolinen sijoitus: Vähentää kiinnityskustannuksia 40–60 % poistamalla toisen kiinnityslevyn
• Kattavuuskohde: Vähintään yksi testipiste verkkoa kohden; yksi verkkosolmua kohden vianeristysominaisuutta varten

Lentävän luotaimen vaatimukset

• Pienin alusta: 0.30 mm — ei ruudukkorajoitusta, molemmat puolet saavutettavissa, mikrovia-alustojen saavutettavissa
• Kumpikaan luotaintyyppi ei pääse verkkoihin, joissa ei ole pinnalle saavutettavaa alustaa. Kokonaan BGA-koteloiden alla olevat verkot vaativat lisämenetelmiä luotaimen valinnasta riippumatta.

Testipisteiden poisjättäminen piirilevyalueen säästämiseksi johtaa aina samaan lopputulokseen: hitaasti lentävä anturi, jonka peittoalue on epätäydellinen, ICT-valaisin, jonka peittoalue on 50–60 %, antaa väärän luotettavuuden tai piirilevyjen sähköisten automaattisten testien puuttuminen kokonaan. Testipisteiden kupari ei maksa mitään valmistuksessa.

Piirilevytestien kattavuus: Kuinka laskea ennen kuin asettelu on lopullinen

Nettokattavuus vs. solmujen kattavuus

”100 % sähköinen testi” tarkoittaa, että 100 %:lla verkoista on vähintään yksi saavutettavissa oleva testipiste – ei niin, että jokaista solmua testattaisiin erikseen. Viiden solmun verkko, jota testataan vain sen päätepisteistä, jättää kolme välisolmua varmennettuina päättelyn avulla. Keskimmäisen solmun marginaalinen kylmäliitos, jonka resistanssi on 7 Ω ja kynnysarvo 10 Ω, läpäisee testauksen havaitsematta.

Kolme tärkeää mittaria:

• Nettokate: % kaikista verkoista, joissa on vähintään yksi saavutettava kohta. Tavoite 100 % paljaalla alustalla.
• Solmujen kattavuus: Kaikista suoraan tutkituista verkkosolmuista (liitäntäpisteistä, liitoksista, läpivienneistä) %. >80 % on kiinteää; <60 % vaatii dokumentaatiota ja lieventämistä.
• Vikailmoitusten kattavuus: Kaikista mahdollisista vikatyypeistä, jotka testiohjelma pystyy havaitsemaan – merkityksellisin luku ja vaikein mitata ilman testisimulointityökaluja.

Peittävyyslaskelma ennen piirustuksen viimeistelyä

1. Vie täydellinen verkkoluettelo solmujen lukumäärällä piirilevyjen CAD-työkalustasi
2. Merkitse jokainen verkko: onko siinä ainakin yksi saavutettava alusta (≥1.0 mm kiinnikkeelle, ≥0.30 mm lentävälle luotaimelle)?
3. Peitetyt verkot ÷ verkkojen kokonaismäärä × 100 = arvioitu nettopettavuus
4. Jos alle 85 %: lisää testiviat tai -padit nyt, ennen kuin asettelu on viimeistelty.

Vikojen poistumisaste testistrategian mukaan

Impedanssitestaus, Hipot- ja RF-testaus suurnopeuspiirilevyille

TDR-impedanssin varmennus

Tavallinen jatkuvuustesti vahvistaa johtimen olemassaolon – se ei varmista sen impedanssia. Jokin 3 µm suunniteltua kapeampi johdin mittaa oikean resistanssin tasavirralla, mutta se voi olla 53 Ω 50 Ω:n sijaan – signaalin eheysongelma, jota tavallinen piirilevyjen sähköinen testaus ei huomaa.

TDR (aika-alueen heijastusmittaus) syöttää nopean jännitereunan ja mittaa heijastuneen aaltomuodon. Vakiohyväksyntä: ±10 % nimellisarvosta; tiukoissa malleissa vaaditaan ±5 %. Jotta tämä olisi tuotantokelpoista, paneeliin on määriteltävä TDR-kuponki: paneelin reunaa pitkin kulkeva identtisen geometrian omaava jälki, jonka kerros, referenssitasot, juovan leveys, kohdeimpedanssi ja toleranssi on kirjattu valmistusohjeisiin. Yksi kuponki paneelia ja impedanssispesifikaatiota kohden. Ilman tätä sinulla ei ole eräkohtaista impedanssinäyttöä.

Impedanssikontrolloiduille piirilevyille – DDR5, PCIe, USB 3.x, RF – TDR ei ole valinnainen.

Hipot-testaus

Hipot syöttää korotettua jännitettä eristettyjen verkkojen välille varmistaakseen, ettei käyttöjännitteellä esiinny läpilyöntireittiä. Pari, joka näyttää 10 MΩ 250 V:n jännitteellä, voi silti läpilyödä 500 V:n jännitteellä, jos maskissa on neulanreikä tai kontaminaatioreitti. Vaaditaan lääkinnällisille laitteille (IEC 60601: 1 500–4 000 V), yli 48 V:n (500–1 000 V) autojen tehoelektroniikalle, teollisuusverkkojen eristykselle (IEC 61010: 1 000–1 500 V) ja virtalähteen määräystenmukaisuudelle (IEC 62368: 1 500–3 000 V). Hinta: 0.20–0.80 dollaria/kortti. Sovelletaan 100 %:sti luokassa 3 ja lääketieteellisissä ohjelmissa.

RF-verkon analyysi yli 1 GHz:n taajuuksilla

Yli 1 GHz:n taajuuksilla tehtävissä RF-piirilevyjen testauksissa vektoriverkkoanalyysi (VNA) mittaa S-parametreja – väliinkytkentähäviötä, heijastushäviötä ja porttieristystä – taajuuden yli. Käytetään ensimmäisen artikkelin varmentamiseen ja tilastolliseen näytteenottoon. Vaaditaan yli 1 GHz:n taajuuksilla toimiville RF-moduuleille, antennipiireille ja suodinverkoille.

AOI, röntgen ja toiminnallinen testi kokoonpanon jälkeen

AOI:t

Automaattinen optinen tarkastus suoritetaan jokaisen SMT-uudelleensulatusvaiheen jälkeen 30–120 sekunnin välein piirilevyä kohden, 100 %:ssa paneeleista. Se havaitsee puuttuvat komponentit, väärän napaisuuden, vioittuneet passiivikomponentit, näkyvät juotossillat ja BGA-komponenttien sijoitteluvirheet. Se ei näe koteloiden alle, oikeilla ominaisuuksilla varustettuihin kylmiin liitoksiin, vääriin arvoihin perustuviin osiin tai juotosaukkoihin liitosten sisällä.

X-Ray

Röntgenkuvat BGA-, QFN- ja LGA-koteloiden juotosliitoksista — havaitsee kuularivin sisällä olevat sillat, aukot ja tyhjät kohdat yli 25 %:n kuulapinta-alasta. Suorita 100 % erittäin luotettavilla tuotteilla ja kaikilla BGA-uudelleentöillä; ensimmäinen artikkeli ja tilastollinen näytteenotto vakiotuotannossa.

Toiminnallisen piirin testi

Toiminnallinen piiritestaus antaa virtaa piirilevylle ja testaa sen varsinaista toimintaa. Se havaitsee sen, mihin mikään sähköinen testi ei pysty: oikeilla komponenteilla ja puhtaalla kokoonpanolla varustetut piirilevyt, jotka silti eivät täytä vaatimuksiaan – väärä laiteohjelmisto, marginaalinen ajoitus, suunnitteluun liittyvät viat. Mukautetun valaisimen hinta: 5 000–50 000 dollaria+. Perusteltu noin 1 000 yksikön vuosikustannukset ylittävät valaisimen kustannukset, kun kentän palautuskustannukset ylittävät valaisimen kehityskustannukset.

Kuinka CAM-insinööri rakentaa sähköisen testausohjelman

Useimmat insinöörit käsittelevät piirilevyjen sähkötestausta valmiille piirilevylle tehtävänä toimenpiteenä. Käytännössä testin laatua koskevat päätökset tehdään aiemmin – CAM-insinöörin toimesta ennen tuotannon aloittamista.

Neljä asiaa, jotka CAM-insinööri tekee ennen ensimmäisen piirilevyn käyttöönottoa

Verkkoluettelon poiminta ja varmennus. CAM-insinööri poimii kupariverkkoluettelon Gerber- tai ODB++-tiedostoistasi ja vertaa sitä IPC-356-suunnitteluverkkoluetteloosi. Eroavaisuudet – väärällä tasolla olevat liittimet, puuttuvat liitännät, ylimääräiset liitännät – havaitaan ennen levyn rakentamista. Ilman IPC-356-tiedostoa testiohjelma rakennetaan pelkästään Gerber-geometrian perusteella, mikä tarkoittaa, että Gerberin ja suunnittelun väliset eroavaisuudet jäävät huomaamatta, kunnes levy vikaantuu.

Testipisteiden saavutettavuuskartoitus. Jokainen verkko kartoitetaan käytettävissä olevien luotainyhteyspisteiden avulla. Verkot, joilla ei ole saavutettavaa pistettä, merkitään muodollisesti testaamattomiksi. CAM-insinööri, joka ohittaa hiljaa saavuttamattomat verkot, tuottaa raportin, joka osoittaa, että 100 % testatuista verkoista läpäisi testauksen – kun taas merkittävää osaa ei koskaan testattu. Tämä ero on kattavuusraportin ja kattavuusväitteen välillä.

Kynnysarvojen määritys verkkoluokan mukaan. Virtakiskoilla, signaaliverkoilla, suurjänniteeristysverkoilla ja RF-verkoilla on kullakin erilaiset jatkuvuus- ja eristysvaatimukset. CAM-insinööri määrittää kynnysarvojen verkon mukaan spesifikaatioidesi mukaisesti. Jos määrität vain "IPC-9252", he käyttävät vakio-oletusarvoja, jotka eivät välttämättä vastaa suunnittelusi todellisia tarpeita.

Lentävän mittausradan optimointi. CAM-insinööri ohjelmoi mittausjärjestyksen ryhmittelemällä lähellä olevat testipisteet varren liikeradan minimoimiseksi. Huono mittausradan optimointi lisää 20–40 % testausaikaan piirilevyä kohden monimutkaisissa malleissa.

Miltä heikko CAM-testaustekniikka näyttää

• Testiraportit osoittavat 100 %:n läpäisyn ilman testaamattomien nettomäärien paljastamista
• Pelkästään Gerberistä rakennettuja testiohjelmia ilman suunnitteluverkkoluetteloiden vertailua
• Yksi 10 Ω:n jatkuvuuskynnys, jota sovelletaan kaikkiin verkkoihin toiminnosta riippumatta
• Ei impedanssin tarkistusta nopeat piirilevymallit koska kukaan ei kysynyt

Kun arvioit sähkötestauspiirilevyjen toimittajaa, kysy: "Miten käsittelette verkkoja, joissa ei ole saavutettavissa olevaa testipistettä, ja miten se näkyy testiraportissa?" Vastaus paljastaa, tuottaako heidän CAM-prosessinsa todellista kattavuusdataa vai kattavuutta, joka vain näyttää täydelliseltä.

Sisällytä aina IPC-356-verkkoluettelotiedosto

IPC-356 on standardiverkkoluettelomuoto, jonka voi viedä useimmista piirilevyjen EDA-työkaluista. Se listaa jokaisen verkon nimeltä jokaisen siihen kuuluvan liitoskohdan ja läpivientialueen mukaan. Sen avulla CAM-suunnittelija voi tarkistaa Gerber-verkkoluettelon suunnitteluaikeen mukaisesti, määrittää verkkokohtaiset kynnysarvot nimen perusteella geometrian päättelyn sijaan ja luoda nimetyn verkon peittoraportin, jonka suunnittelijat voivat itse asiassa lukea. Ilman sitä jokainen verkko on anonyymi kupari ja testiohjelma rakennetaan pelkästään geometrian perusteella. Vienti kestää 30 sekuntia ja estää testivirheitä aiheuttavan monitulkintaisuuden.

Piirilevyjen sähkötestausspesifikaatio: Mitä valmistajalta vaaditaan

”100 % sähköinen testaus IPC-9252-standardin mukaisesti” on menetelmäviite – ei spesifikaatio. Standardi tarjoaa kehyksen; sinun on määriteltävä hyväksymisarvot. Täydellinen spesifikaatio sisältää:

• Jatkuvuuskynnys: Oletusarvo ≤10Ω. Teho- tai suurvirtaverkot: ≤5Ω tai tiukempi. Määritä verkkoluokan mukaan, älä yhtä arvoa koko kortille.
• Eristyskynnys: ≥10 MΩ jännitteellä 250 VDC, oletusarvo. Korkean impedanssin analoginen: ≥500 MΩ tietyillä verkkopareilla.
• Testijännite: 250 VDC standardi. Määritä 500 V+, jos käyttöjännite on korkeampi tai jos eristysvaatimukset ovat säädösten mukaiset.
• Impedanssin varmistus: TDR-kuponkigeometria, tavoite, toleranssi ja eräkohtainen raportointi. Jos tämä jätetään pois, eräkohtaista impedanssinäyttöä ei ole.
• Testimenetelmä ja kattavuus: Lentävä luotain tai kiinnityslaite; poissuljetut verkot ja perustelut; hyväksyttävä vähimmäispeittoprosentti.
• Kokoonpanon jälkeinen tarkastus: AOI-laajuus (100 % tai näytteistetty); röntgenlaajuus; ICT-ohjelman tarkistus; ensimmäisen artikkelin tarkastus vaatimukset.
• Epäonnistumisen määritys: Hylkytys, uudelleenkäsittely tai ehdollinen hyväksyntä – kunkin lopputuloksen dokumentointivaatimuksineen.
• Asiakirjojen säilytys: Paneelikohtaisen testiraportin muoto, säilytysaika ja käyttötapa kenttävika-analyysiä varten.

Kolme spesifikaatiovirhettä, jotka aiheuttavat piilevän laaturiskin

• Ei hyväksyttäviä arvoja: Pelkästään ”IPC-9252” tarkoittaa, että valmistaja käyttää omia oletusasetuksiaan, jotka eivät välttämättä vastaa suunnitelmaasi.
• Ei TDR:ää kontrolloiduilla impedanssikorteilla: Ilman kuponkispesifikaatiota sinulla ei ole tuotannollisia todisteita siitä, että impedanssi on spesifikaation mukainen – ainoastaan ​​valmistajan prosessitilastot.
• Väite 100 %:n kattavuudesta ilman analyysia: Kuittaamattomat BGA-peittoaukkojen luontitavat luovat virheiden poistumisreittejä, jotka näyttävät paperilla hyväksyttäviltä, ​​mutta epäonnistuvat käytännössä.

Highleapin piirilevyjen sähkötestausominaisuudet

Highleap Electronics sisällyttää 100 %:n sähköiset testaukset vakiona jokaiseen paljaspiirilevytilaukseen:

• Lentävä luotain: 4 järjestelmää, ±15 µm tarkkuus — 100 %:n nettopeitto jokaisella paneelilla, prototyypistä tuotantoon
• Yleiskäyttöiset verkkotesterit: Suurtilausmäärille, yli 500 levyä erää kohden
• TDR-impedanssi: ±5 %:n toleranssi; eräkohtainen aaltomuotoraportti sisältyy kaikkiin impedanssiohjattu piirilevy tilaukset ilman lisämaksua
• Hipotti: Jopa 3 000 VDC lääketieteellisiin ja korkeajännitteisiin eristyssovelluksiin
• Kokoonpanon jälkeinen AOI: 100 % jokaisen uudelleenjuoksutuskerran jälkeen
• X-ray: 2D- ja 2.5D-BGA- ja QFN-liitosten varmennus — 100 % tai näytteistetty eritelmien mukaisesti
• Toiminnallinen testi: Mukautettujen kiinnittimien ja ohjelmien kehitys yksikkökohtaisen sarjanumeron jäljitettävyydellä
• Testidokumentaatio: Eräkohtaiset sähkötestausraportit, TDR-arkistot, ensimmäisen artikkelin paketit – vakiotoimitukset, eivät lisäosat

Hanki piirilevy, joka sisältää 100 % sähkötestauksen