Методы тестирования печатных плат: AOI, ICT, летающий зонд и функциональное тестирование.

Тестирование печатных плат (PCBA) — это способ, с помощью которого контрактный производитель доказывает правильность сборки и работоспособность платы, и не существует единого теста, который бы выявил все дефекты. В реальном производстве используются несколько методов: оптический контроль размещения компонентов, электрический контроль компонентов и соединений, а также функциональный тест поведения. Выбор правильной комбинации методов для вашей платы и объема производства — это баланс между стоимостью и выявлением дефектов. В этом руководстве объясняются основные методы тестирования печатных плат, что выявляет каждый из них, как они взаимодействуют и как компания Highleap Electronics применяет их.

1. Какие основные методы тестирования печатных плат существуют?

Основные методы тестирования печатных плат включают автоматизированный оптический контроль (АОИ), рентгеновский контроль, внутрисхемное тестирование (ВСТ), тестирование с помощью летающего зонда и функциональное тестирование, а для высоконадежных изделий добавлено тестирование на выгорание. Они делятся на три группы в зависимости от того, что проверяются: методы контроля проверяют наличие и правильность установки компонентов, электрические методы проверяют соединения и номиналы компонентов, а функциональные методы проверяют, действительно ли плата выполняет свои функции.

Ни один метод сам по себе не является достаточным — AOI обнаруживает соединение, но не может подтвердить значение резистора, ICT измеряет значение, но не может подтвердить работоспособность платы, а функциональный тест подтверждает работоспособность, но может не локализовать конкретное неисправное соединение. Именно поэтому в производстве их комбинируют, используя подход, основанный на четком плане проектирования с учетом тестируемости , и именно общая картина представляет собой результат качественного тестирования печатных плат.

2. AOI и рентгенография: проверка правильности установки и скрытых соединений.

Система автоматического оптического контроля (AOI) использует камеры для проверки наличия компонентов, их правильного размещения и надлежащей пайки на видимых соединениях, в то время как рентгеновский контроль позволяет исследовать соединения, невидимые камерам, — под BGA-корпусами и другими корпусами с нижним выводом. Вместе они выявляют дефекты размещения и пайки, которые составляют значительную часть ошибок сборки, еще до проведения каких-либо электрических испытаний.

Автоматизированная оптическая инспекция сравнивает каждую плату с заведомо исправным эталоном, выявляя отсутствующие детали, смещенные или неправильно расположенные компоненты, неправильную полярность и видимые проблемы с пайкой с высокой скоростью и точностью — гораздо надежнее, чем ручная инспекция. Для скрытых соединений рентгеновский контроль позволяет проверить шаровые соединения и обнаружить пустоты под BGA-компонентами, что является единственным способом подтвердить эти соединения, помимо разрушающих испытаний. Поскольку AOI и рентгеновский контроль являются бесконтактными, они не требуют приспособлений и применяются от прототипа до серийного производства, что делает их первой линией защиты в автоматизированном контроле качества на основе оптической инспекции.

3. ИКТ против летающего зонда: электрическая проверка на наличие помех.

Внутрисхемное тестирование (ICT) использует специальное приспособление типа «ложе из гвоздей» для очень быстрой электрической проверки обрывов, коротких замыканий и номиналов компонентов, в то время как тестирование с помощью летающего щупа выполняет те же проверки с помощью движущихся щупов без приспособления — скорость в обмен на нулевые затраты на оснастку. Оба метода подтверждают правильность электрической сборки платы; выбор подходящего метода зависит от объема производства:

• Внутрисхемный тест Прижимные штыри прижимаются к каждой проверяемой цепи с помощью специального приспособления, позволяя измерять каждый компонент и соединение за считанные секунды — идеально подходит для производства после амортизации стоимости приспособления, как описано в этом обзоре. внутрисхемное тестирование.
• Летающий зонд Перемещает несколько щупов по плате для выполнения тех же измерений без использования приспособления, что медленнее на каждую плату, но идеально подходит для прототипов и мелкосерийного производства, где конструкция может меняться; см. как это работает. испытание летающего зонда работ.

Это решение отражает экономику тестовых стендов: использование летающего щупа на ранних этапах, когда объемы производства невелики и разработка еще продолжается, а тестирование на испытательном стенде — позже, когда объем производства оправдывает использование стенда и требуется высокая пропускная способность. Оба подхода зависят от наличия на плате достаточного доступа для тестирования, поэтому планирование электрического тестирования должно осуществляться на этапе проектирования, а не после сборки.

4. Функциональное тестирование и тестирование на работоспособность: подтверждение работоспособности платы.

Функциональное тестирование включает собранную плату и проверяет её работу так же, как и в конечном продукте — проверяет, загружается ли она, запускает ли свою прошивку и выдаёт ли правильные входные и выходные сигналы, — в то время как тестирование на износ запускает плату под нагрузкой в ​​течение длительного периода времени, чтобы выявить неисправности на ранних стадиях эксплуатации. Эти методы подтверждают, что плата выполняет свою фактическую функцию, а не просто правильно собрана.

Функциональное тестирование — это наиболее точная имитация реального использования: оно позволяет проверить интерфейсы связи, показания датчиков, напряжение питания под нагрузкой и запрограммированное поведение, часто с использованием специальной тестовой установки, имитирующей среду платы. Это естественное дополнение к проверке и внутрисхемному тестированию — они подтверждают правильность сборки платы, а функциональное тестирование подтверждает ее работоспособность. Для продуктов, где отказы в полевых условиях обходятся дорого, тестирование на износ добавляет период воздействия нагрузки, который отсеивает компоненты, склонные к преждевременным отказам, так что отгружаемые устройства пережили самые опасные часы на производственной линии, а не в полевых условиях.

5. Какой объем тестового покрытия действительно необходим вашей плате?

Оптимальный уровень тестового покрытия — это минимальный объем, который надежно выявляет дефекты, с которыми ваш продукт не может поставляться, — он определяется требованиями к надежности, объемом производства, сложностью платы и стоимостью поломки в полевых условиях, а не стремлением протестировать как можно больше. Избыточное тестирование простой платы с низкими рисками приводит к пустой трате денег; недостаточное тестирование критически важной платы чревато дорогостоящим возвратом в эксплуатацию. Разумный подход к определению объема тестирования заключается в применении методов, соответствующих трем вопросам:

• Какие дефекты ни в коем случае нельзя допускать? Сопоставьте ваши реальные риски отказов — неисправные соединения, неправильные значения, ошибки прошивки, низкая производительность — с методами, которые позволяют выявлять каждый из них, чтобы охват рисков был целенаправленным, а не привычным.
• Во сколько обходится поломка в полевых условиях? Для потребительских гаджетов и медицинских или автомобильных приборов затраты на тестирование существенно различаются, поскольку окупаемость или отзыв продукции в последнем случае значительно превышают затраты на более тщательное тестирование.
• Какой объём? При создании прототипов и мелкосерийном производстве используются бесконтактные летающие зонды и системы контроля качества; для увеличения объёма производства целесообразно применять оснастку для ИКТ и автоматизированное функциональное тестирование для повышения производительности.

Типичная многоуровневая стратегия выглядит следующим образом: автоматическое оптическое оптическое сканирование (АОИ) и рентгеновский контроль на каждой сборке для выявления дефектов расположения и скрытых соединений, электрическое тестирование (летающий зонд на ранних этапах, ИКТ при массовом производстве) для выявления обрывов, коротких замыканий и неправильных значений, и функциональное тестирование для подтверждения работоспособности платы — при этом тестирование на прочность добавляется только для высоконадежных продуктов. Это позволяет соотнести тестирование с риском и экономическими показателями, используя тот же дисциплинированный компромисс, что и при выборе между мелкосерийным и крупносерийным производством. Важно отметить, что каждый метод зависит от того, насколько плата обеспечивает доступ к необходимым компонентам, поэтому охват тестирования определяется на этапе проектирования с помощью продуманного плана проектирования с учетом тестируемости , а не добавляется после сборки, когда самые дешевые варианты уже недоступны.

6. Как Highleap формирует вашу стратегию тестирования печатных плат

Highleap разрабатывает многоуровневую стратегию тестирования, адаптированную к вашей плате и объему производства: автоматическое оптическое оптическое оптическое сканирование и рентгеновский контроль на каждой сборке, электрическое тестирование с помощью ИКТ или летающего зонда для каждого объема производства, а также функциональное тестирование или тестирование на прочность там, где это необходимо. Цель — обеспечить оптимальное покрытие дефектов при оптимальных затратах, а не перетестировать простую плату или недотестировать критически важную.

Это обеспечивается в рамках сборки «под ключ» , где проверка и тестирование являются частью процесса сборки, а не второстепенным этапом, и начинается с анализа тестируемости, чтобы плата обеспечивала доступ для каждого метода. Поскольку доступ для тестирования нельзя добавить после компоновки, выявление пробелов на ранней стадии с помощью анализа технологичности производства гарантирует охват тестирования. При запросе коммерческого предложения сообщите нам, какие дефекты должны быть выявлены в ходе тестирования, ваш целевой объем и требуется ли функциональное тестирование или тестирование на выносливость, чтобы план тестирования был правильно составлен.

7. Часто задаваемые вопросы по тестированию печатных плат.

Что означает аббревиатура PCBA?

PCBA расшифровывается как сборка печатной платы — это плата без компонентов, на которую уже припаяны все детали. Таким образом, тестирование PCBA проверяет правильность установки компонентов на собранную плату, в отличие от электрического тестирования платы без компонентов перед сборкой.

Что такое «золотая плата» в тестировании печатных плат?

Эталонная плата (или плата с гарантированным исправным состоянием) — это проверенная, идеально собранная конструкция, используемая в качестве эталона для сравнения при автоматизированном оптическом контроле и функциональных тестах. Создание надежного эталонного образца — ключевой шаг в программировании тестирования нового продукта.

Проверяется ли каждая плата или только выборочная?

Это зависит от согласованного плана: AOI обычно проводится на каждой плате, в то время как более трудоемкие тесты могут проводиться на 100% или выборочно в зависимости от требований к надежности и объема. Критически важные продукты обычно тестируются на 100%, включая функциональное тестирование.

В чём разница между встроенным и офлайн-тестированием?

Встроенное тестирование происходит автоматически по мере перемещения плат по производственной линии, что максимизирует производительность; автономное тестирование проводится на отдельной станции, что обеспечивает большую гибкость при сложных функциональных тестах и ​​небольших объемах производства. Многие линии сочетают в себе оба подхода.

Кто разрабатывает функциональный тест для моей платы?

Разработка функциональных тестов обычно осуществляется в сотрудничестве: заказчик определяет критерии прохождения/непрохождения и ожидаемое поведение, а производитель создает тестовую установку и приспособления. Четкие спецификации тестов, заданные заранее, делают этот процесс быстрее и дешевле.

Может ли тестирование печатных плат выявить неисправный компонент, который, тем не менее, соответствует техническим характеристикам?

Внутрисхемное тестирование выявляет неверные или выходящие за пределы допустимых значений значения, но даже нестабильная деталь, прошедшая электрическую проверку, может остаться незамеченной — именно поэтому для выявления особенностей поведения и отказов на ранних стадиях эксплуатации, которые невозможно обнаружить с помощью одних только измерений, добавляется функциональное тестирование (и тестирование на прочность для критически важных изделий).