วิธีการทดสอบ PCBA: AOI, ICT, Flying Probe และการทดสอบการทำงาน

การทดสอบ PCBA คือวิธีการที่ผู้รับจ้างผลิตใช้พิสูจน์ว่าแผงวงจรที่ประกอบเสร็จแล้วนั้นสร้างขึ้นอย่างถูกต้องและใช้งานได้ — และไม่มีการทดสอบใดเพียงอย่างเดียวที่ตรวจจับได้ทุกอย่าง การผลิตจริงจะใช้หลายวิธีร่วมกัน ได้แก่ การตรวจสอบด้วยแสงเพื่อตรวจสอบตำแหน่ง การทดสอบทางไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบส่วนประกอบและการเชื่อมต่อ และการทดสอบการทำงานเพื่อตรวจสอบพฤติกรรม การเลือกวิธีการทดสอบที่เหมาะสมสำหรับแผงวงจรและปริมาณการผลิตของคุณคือการสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนและการครอบคลุมข้อบกพร่อง คู่มือนี้จะอธิบายวิธีการทดสอบ PCBA หลักๆ สิ่งที่แต่ละวิธีตรวจจับได้ วิธีการทำงานร่วมกัน และวิธีที่ Highleap Electronics นำไปใช้

1. วิธีการทดสอบ PCBA หลักๆ มีอะไรบ้าง?

วิธีการทดสอบ PCBA หลักๆ ได้แก่ การตรวจสอบด้วยระบบแสงอัตโนมัติ (AOI), การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์, การทดสอบในวงจร (ICT), การทดสอบด้วยหัววัดแบบเคลื่อนที่ และการทดสอบการทำงาน โดยอาจเพิ่มการทดสอบการเผาไหม้ (burn-in) สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง วิธีการทดสอบเหล่านี้แบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามสิ่งที่ตรวจสอบ: วิธีการตรวจสอบด้วยสายตาจะตรวจสอบว่าชิ้นส่วนมีอยู่และติดตั้งอย่างถูกต้อง วิธีการทางไฟฟ้าจะตรวจสอบการเชื่อมต่อและค่าของส่วนประกอบ และวิธีการทำงานจะตรวจสอบว่าแผงวงจรทำงานได้จริง

ไม่มีวิธีการใดวิธีเดียวที่เพียงพอ — AOI ตรวจพบจุดเชื่อมต่อแต่ไม่สามารถยืนยันค่าความต้านทานได้ ICT วัดค่าได้แต่ไม่สามารถยืนยันได้ว่าแผงวงจรทำงานหรือไม่ และการทดสอบการทำงานยืนยันว่าแผงวงจรทำงานได้ แต่ก็อาจไม่สามารถระบุจุดเชื่อมต่อที่เสียได้อย่างเฉพาะเจาะจง นั่นคือเหตุผลที่การผลิตจึงผสมผสานวิธีการเหล่านี้เข้าด้วยกัน ซึ่งเป็นแนวทางที่อยู่บนพื้นฐานของ แผนการ ออกแบบเพื่อการทดสอบ ที่ชัดเจน และภาพรวมทั้งหมดคือสิ่งที่การทดสอบแผงวงจร ที่ดี นำมา ซึ่งประโยชน์

2. AOI และ X-ray: ตรวจสอบตำแหน่งและการเชื่อมต่อที่ซ่อนอยู่

AOI ใช้กล้องในการตรวจสอบว่าชิ้นส่วนต่างๆ มีอยู่ครบหรือไม่ วางอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง และบัดกรีอย่างเหมาะสมในจุดที่มองเห็นได้ ในขณะที่เครื่องเอ็กซ์เรย์จะตรวจสอบจุดเชื่อมต่อที่กล้องมองไม่เห็น เช่น ใต้ BGA และแพ็คเกจอื่นๆ ที่มีขั้วต่ออยู่ด้านล่าง เมื่อใช้ร่วมกัน ระบบทั้งสองจะตรวจจับข้อบกพร่องในการวางตำแหน่งและการบัดกรี ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความผิดพลาดในการประกอบ ก่อนที่จะทำการทดสอบทางไฟฟ้าใดๆ

การตรวจสอบด้วยระบบแสงอัตโนมัติ (Automated Optical Inspection: AOI) จะเปรียบเทียบแผงวงจรแต่ละแผ่นกับแผงวงจรต้นแบบที่ทราบว่าใช้งานได้ดี โดยจะระบุชิ้นส่วนที่ขาดหายไป ชิ้นส่วนที่วางผิดตำแหน่ง หรือชิ้นส่วนที่ผิดขั้ว และปัญหาการบัดกรีที่มองเห็นได้ ด้วยความเร็วและความสม่ำเสมอสูง ซึ่งเชื่อถือได้มากกว่าการตรวจสอบด้วยมือ สำหรับข้อต่อที่ซ่อนอยู่การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์จะมองทะลุบรรจุภัณฑ์เพื่อตรวจสอบข้อต่อแบบลูกบอลและตรวจจับช่องว่างใต้ BGA ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่จะยืนยันการเชื่อมต่อเหล่านั้นได้ นอกเหนือจากการทดสอบแบบทำลายล้าง เนื่องจาก AOI และรังสีเอ็กซ์เป็นการตรวจสอบแบบไม่สัมผัส จึงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวยึด และสามารถใช้งานได้ตั้งแต่ต้นแบบไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก ทำให้เป็นด่านแรกในการควบคุมคุณภาพโดยใช้การตรวจสอบด้วยระบบแสงอัตโนมัติ

3. ICT เทียบกับโพรบบิน: การทดสอบทางไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อ

การทดสอบในวงจร (ICT) ใช้ฟิกซ์เจอร์แบบพิเศษที่มีลักษณะคล้ายเตียงตะปูเพื่อตรวจสอบการขาด การลัดวงจร และค่าของส่วนประกอบทางไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่การทดสอบแบบหัววัดเคลื่อนที่ (flying-probe test) ทำการตรวจสอบแบบเดียวกันโดยใช้หัววัดที่เคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องใช้ฟิกซ์เจอร์ ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนความเร็วกับต้นทุนเครื่องมือที่เป็นศูนย์ ทั้งสองวิธีพิสูจน์ได้ว่าแผงวงจรได้รับการประกอบทางไฟฟ้าอย่างถูกต้อง วิธีที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิต

• การทดสอบในวงจร เครื่องมือนี้จะกดหมุดลงบนทุกวงจรที่ต้องการวัดผ่านอุปกรณ์ยึดเฉพาะ ทำให้สามารถวัดส่วนประกอบและจุดเชื่อมต่อแต่ละจุดได้ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานในสายการผลิตเมื่อต้นทุนของอุปกรณ์ยึดได้รับการชดเชยแล้ว ดังที่ได้กล่าวไว้ในภาพรวมนี้ การทดสอบในวงจร.
• ยานสำรวจบิน เคลื่อนย้ายหัววัดสองสามตัวไปทั่วแผ่นวงจรเพื่อทำการวัดแบบเดียวกันโดยไม่ต้องใช้ตัวยึด ซึ่งจะทำให้การวัดต่อแผ่นวงจรช้าลง แต่เหมาะสำหรับต้นแบบและการผลิตในปริมาณน้อยที่การออกแบบอาจมีการเปลี่ยนแปลง ดูวิธีการใช้งาน การทดสอบโพรบบิน โรงงาน

การตัดสินใจนี้สะท้อนถึงหลักเศรษฐศาสตร์ของการติดตั้งอุปกรณ์ทดสอบ: ใช้การทดสอบแบบ Flying Probe ในช่วงแรกเมื่อปริมาณยังน้อยและการออกแบบยังคงเปลี่ยนแปลงอยู่ และใช้การทดสอบแบบ ICT ในภายหลังเมื่อปริมาณการผลิตเหมาะสมกับการติดตั้งอุปกรณ์ทดสอบและต้องการประสิทธิภาพในการทำงาน ทั้งสองวิธีขึ้นอยู่กับว่าแผงวงจรมีจุดเข้าถึงการทดสอบที่เพียงพอหรือไม่ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการวางแผนการทดสอบทางไฟฟ้าจึงควรอยู่ในขั้นตอนการออกแบบ ไม่ใช่หลังจากประกอบชิ้นส่วนเสร็จแล้ว

4. การทดสอบการทำงานและการทดสอบความทนทาน: พิสูจน์ว่าบอร์ดทำงานได้

การทดสอบการทำงาน (Functional test) คือการเปิดใช้งานแผงวงจรที่ประกอบเสร็จแล้วและใช้งานในลักษณะเดียวกับที่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะใช้งานจริง เช่น ตรวจสอบว่าแผงวงจรบูตได้ รันเฟิร์มแวร์ได้ และสร้างอินพุตและเอาต์พุตที่ถูกต้อง ในขณะที่การทดสอบความทนทาน (Burn-in) คือการใช้งานแผงวงจรภายใต้กระแสไฟและสภาวะความเครียดเป็นเวลานานเพื่อตรวจจับความล้มเหลวในช่วงเริ่มต้นใช้งาน วิธีการเหล่านี้เป็นการยืนยันว่าแผงวงจรทำงานได้จริง ไม่ใช่แค่การประกอบที่ถูกต้องเท่านั้น

การทดสอบการทำงาน (Functional testing) เป็นตัวแทนที่ใกล้เคียงที่สุดกับการใช้งานจริง: สามารถตรวจสอบอินเทอร์เฟซการสื่อสาร การอ่านค่าเซ็นเซอร์ รางจ่ายไฟภายใต้ภาระ และพฤติกรรมที่ตั้งโปรแกรมไว้ โดยมักใช้ชุดทดสอบแบบกำหนดเองที่จำลองสภาพแวดล้อมของบอร์ด เป็นการทดสอบที่เสริมกับการตรวจสอบและการทดสอบวงจร (In-circuit test) อย่างเป็นธรรมชาติ — การทดสอบเหล่านั้นยืนยันว่าบอร์ดถูกสร้างขึ้นอย่างถูกต้อง ในขณะที่การทดสอบการทำงานยืนยันว่ามันทำงานได้อย่างถูกต้อง สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ความล้มเหลวในภาคสนามมีค่าใช้จ่ายสูงการทดสอบการใช้งานต่อเนื่อง (Burn-in testing)จะเพิ่มช่วงเวลาการรับภาระและความเครียดที่ช่วยคัดกรองส่วนประกอบที่เสี่ยงต่อความล้มเหลวก่อนกำหนด เพื่อให้หน่วยที่จัดส่งผ่านช่วงเวลาที่มีความเสี่ยงสูงสุดในสายการผลิต แทนที่จะเป็นในภาคสนาม

5. บอร์ดของคุณต้องการการทดสอบครอบคลุมมากแค่ไหนกันแน่?

ปริมาณการทดสอบที่เหมาะสมคือปริมาณขั้นต่ำที่สามารถตรวจจับข้อบกพร่องที่ผลิตภัณฑ์ของคุณไม่สามารถวางจำหน่ายได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยพิจารณาจากข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือ ปริมาณการผลิต ความซับซ้อนของแผงวงจร และต้นทุนของความล้มเหลวในภาคสนาม ไม่ใช่การทดสอบให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การทดสอบมากเกินไปสำหรับแผงวงจรที่เรียบง่ายและมีความเสี่ยงต่ำเป็นการสิ้นเปลืองเงิน ในขณะที่การทดสอบน้อยเกินไปสำหรับแผงวงจรที่สำคัญมีความเสี่ยงที่จะต้องส่งคืนสินค้าเพื่อซ่อมแซมซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง วิธีที่เหมาะสมในการกำหนดขอบเขตการทดสอบคือการแบ่งวิธีการทดสอบตามคำถามสามข้อต่อไปนี้:

• ข้อบกพร่องใดบ้างที่ห้ามมองข้ามเด็ดขาด? เชื่อมโยงความเสี่ยงต่อความล้มเหลวที่แท้จริงของคุณ — ข้อต่อที่ไม่ดี ค่าที่ไม่ถูกต้อง ข้อผิดพลาดของเฟิร์มแวร์ ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าเกณฑ์ — กับวิธีการที่สามารถตรวจจับแต่ละอย่างได้ เพื่อให้การครอบคลุมเป็นไปอย่างตั้งใจ แทนที่จะเป็นไปโดยอัตโนมัติ
• ความล้มเหลวในภาคสนามก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายเท่าไร? อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและอุปกรณ์ทางการแพทย์หรือยานยนต์นั้น จำเป็นต้องมีการลงทุนในการทดสอบที่แตกต่างกันอย่างมาก เนื่องจากผลตอบแทนหรือการเรียกคืนสินค้าสำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์หรือยานยนต์นั้นมีมูลค่าสูงกว่าต้นทุนของการทดสอบที่ละเอียดกว่ามาก
• ปริมาตรเท่าไหร่? การผลิตต้นแบบและการผลิตจำนวนน้อยมักใช้หัววัดแบบไร้ตัวยึดและการตรวจสอบ ในขณะที่การผลิตในปริมาณมากจำเป็นต้องใช้ตัวยึด ICT และการทดสอบการทำงานอัตโนมัติเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต

กลยุทธ์การทดสอบแบบหลายชั้นโดยทั่วไปจะมีลักษณะดังนี้: การตรวจสอบด้วย AOI และ X-ray ในทุกการประกอบเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องจากการวางตำแหน่งและการเชื่อมต่อที่ซ่อนอยู่ การทดสอบทางไฟฟ้า (การใช้โพรบแบบเคลื่อนที่เร็วในช่วงแรก การทดสอบ ICT ในขั้นตอนการผลิตจำนวนมาก) เพื่อตรวจจับวงจรเปิด วงจรลัด และค่าที่ไม่ถูกต้อง และการทดสอบการทำงานเพื่อยืนยันว่าแผงวงจรทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้ โดยจะเพิ่มการทดสอบ Burn-in เฉพาะในผลิตภัณฑ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงเท่านั้น กลยุทธ์นี้จะปรับการทดสอบให้เหมาะสมกับความเสี่ยงและต้นทุน ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนอย่างมีวินัยเช่นเดียวกับการเลือกระหว่าง การผลิต ปริมาณน้อยและการผลิตปริมาณมาก ที่สำคัญคือ ทุกวิธีการขึ้นอยู่กับว่าแผงวงจรนั้นสามารถเข้าถึงส่วนที่ต้องการได้หรือไม่ ดังนั้นการครอบคลุมการทดสอบจึงถูกกำหนดไว้ในขั้นตอนการออกแบบผ่าน แผนการ ออกแบบเพื่อการทดสอบ ที่ดี ไม่ใช่การเพิ่มเติมหลังจากประกอบเสร็จแล้ว ซึ่งตัวเลือกที่ถูกที่สุดได้หมดไปแล้ว

6. Highleap สร้างกลยุทธ์การทดสอบ PCBA ของคุณอย่างไร

Highleap สร้างกลยุทธ์การทดสอบแบบหลายชั้นให้เหมาะสมกับแผงวงจรและปริมาณการผลิตของคุณ — การตรวจสอบด้วย AOI และ X-ray ในทุกการผลิต การทดสอบทางไฟฟ้าด้วย ICT หรือ Flying Probe ต่อปริมาณการผลิต และการทดสอบการทำงานหรือการทดสอบ Burn-in ในส่วนที่ผลิตภัณฑ์ต้องการ เป้าหมายคือการครอบคลุมข้อบกพร่องที่ถูกต้องในราคาที่เหมาะสม แทนที่จะทดสอบมากเกินไปสำหรับแผงวงจรที่เรียบง่าย หรือทดสอบน้อยเกินไปสำหรับแผงวงจรที่สำคัญ

นี่คือบริการประกอบแบบครบวงจรที่การตรวจสอบและการทดสอบเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการผลิต ไม่ใช่สิ่งที่ทำภายหลัง และเริ่มต้นด้วยการตรวจสอบความสามารถในการทดสอบ เพื่อให้แผงวงจรแสดงการเข้าถึงที่แต่ละเมธอดต้องการ เนื่องจากไม่สามารถเพิ่มการเข้าถึงการทดสอบได้หลังจากออกแบบแผงวงจรแล้ว การตรวจจับช่องโหว่ตั้งแต่เนิ่นๆ ผ่านการตรวจสอบความสามารถในการผลิตจะช่วยปกป้องความครอบคลุมของการทดสอบของคุณ เมื่อคุณขอใบเสนอราคา โปรดแจ้งให้เราทราบถึงข้อบกพร่องที่การทดสอบต้องตรวจจับ ปริมาณการผลิตเป้าหมายของคุณ และว่าต้องการการทดสอบการทำงานหรือการทดสอบการใช้งานต่อเนื่อง เพื่อให้แผนการทดสอบมีขอบเขตที่ถูกต้อง

7. คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการทดสอบ PCBA

PCBA ย่อมาจากอะไร?

PCBA ย่อมาจาก Printed Circuit Board Assembly ซึ่งหมายถึงแผงวงจรพิมพ์เปล่าที่ได้บัดกรีชิ้นส่วนต่างๆ ลงไปแล้ว ดังนั้น การทดสอบ PCBA จึงเป็นการตรวจสอบแผงวงจรที่ประกอบเสร็จแล้ว ซึ่งแตกต่างจากการทดสอบทางไฟฟ้าของแผงวงจรเปล่าก่อนการประกอบ

ในการทดสอบ PCBA นั้น "บอร์ดทองคำ" คืออะไร?

แผงวงจรต้นแบบ (หรือแผงวงจรที่ผ่านการทดสอบแล้วว่าดี) คือแผงวงจรที่ได้รับการตรวจสอบแล้วว่าสมบูรณ์แบบ ซึ่งใช้เป็นตัวอ้างอิงสำหรับการทดสอบ AOI และการทดสอบการทำงาน การสร้างแผงวงจรต้นแบบที่เชื่อถือได้เป็นขั้นตอนสำคัญในการเขียนโปรแกรมทดสอบสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่

มีการทดสอบบอร์ดทุกชิ้น หรือทดสอบเฉพาะตัวอย่างเท่านั้น?

ขึ้นอยู่กับแผนที่ตกลงกันไว้: โดยทั่วไปแล้ว AOI จะดำเนินการกับทุกแผงวงจร ในขณะที่การทดสอบที่ใช้เวลานานกว่าอาจดำเนินการ 100% หรือสุ่มตัวอย่างตามข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือและปริมาณ ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญมักจะได้รับการทดสอบ 100% รวมถึงการทดสอบการทำงานด้วย

การทดสอบแบบอินไลน์และการทดสอบแบบออฟไลน์แตกต่างกันอย่างไร?

การทดสอบแบบอินไลน์จะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติขณะที่แผงวงจรเคลื่อนที่ไปตามสายการผลิต ทำให้ได้ผลผลิตสูงสุด ส่วนการทดสอบแบบออฟไลน์จะทำที่สถานีแยกต่างหาก ซึ่งมีความยืดหยุ่นมากกว่าสำหรับการทดสอบการทำงานที่ซับซ้อนและปริมาณงานที่ต่ำกว่า สายการผลิตหลายแห่งจึงผสมผสานทั้งสองแบบเข้าด้วยกัน

ใครเป็นผู้พัฒนาการทดสอบการทำงานสำหรับบอร์ดของฉัน?

การพัฒนาการทดสอบการทำงานมักเป็นการทำงานร่วมกัน: ลูกค้ากำหนดเกณฑ์การผ่าน/ไม่ผ่านและพฤติกรรมที่คาดหวัง และผู้ผลิตสร้างชุดทดสอบและอุปกรณ์ประกอบ การกำหนดข้อกำหนดการทดสอบที่ชัดเจนตั้งแต่เริ่มต้นจะทำให้กระบวนการนี้รวดเร็วและประหยัดค่าใช้จ่ายมากขึ้น

การทดสอบ PCBA สามารถตรวจจับชิ้นส่วนที่ชำรุดซึ่งยังคงมีค่าการวัดอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานได้หรือไม่?

การทดสอบในวงจรจะตรวจจับค่าที่ผิดพลาดหรือค่าที่อยู่นอกช่วงความคลาดเคลื่อนได้ แต่ชิ้นส่วนที่ผ่านเกณฑ์ทางไฟฟ้าอาจหลุดรอดไปได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงต้องเพิ่มการทดสอบการทำงาน (และการทดสอบการใช้งานต่อเนื่องสำหรับผลิตภัณฑ์ที่สำคัญ) เพื่อตรวจจับพฤติกรรมและความล้มเหลวในช่วงเริ่มต้นการใช้งานที่การวัดเพียงอย่างเดียวไม่สามารถตรวจจับได้