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PCB印制电路板的常见测试方法

2022-10-12 10:00:02 Water

随着自动化测试设备成为整个电子组装过程的一部分,DFT不仅要包括传统硬件使用问题,还要包括测试设备诊断能力的知识。

测试设计(DFT,design for test)不是一个人的工作,而是设计工程部、测试工程部、制造部和采购部的一组代表。设计工程必须规定功能产品及其误差要求。测试工程必须提供以最低的成本和最少的返工实现最高的首次通过率(FPY)的策略。制造和质量部门必须提供生产成本的投入,过去在类似产品中做过什么,没有做过什么,以及DFV(批量设计)的帮助来增加生产。采购部门必须提供组件的可用性信息,特别是可靠性信息。测试和采购部门必须共同购买车载测试硬件上的组件,以确保它们可用且易于实施。测试系统通常被用作传感器来收集历史数据以实现过程改进,这应该是质量团队的目标。因此,这些功能应该在放置/移除任何节点选择之前完成。

在为测试环境制定策略之前,准备和理解是关键。影响测试策略的参数包括:

无障碍。全接触和大型测试垫始终是制造印刷电路板的目标。通常无法提供完全访问的原因有四个:

一、电路板的大小。设计更小;问题是测试板的“额外”占用空间。不幸的是,大多数设计工程师认为在印刷电路板(pcb)上测试焊接的可及性不那么重要。当产品由于无法使用电路内测试仪(ICT)的简单诊断而不得不由设计工程师进行调试时,情况就完全不同了。如果完全访问不可用,则测试选项将受到限制。

二、功能。高速设计中的性能损失会影响电路板的性能,但会逐渐降低对产品可测试性的影响。

三、板大小/节点数。这是在任何现有设备上无法测试物理板尺寸的时候。幸运的是,这个问题可以通过增加新测试设备的预算或使用外部测试设备来解决。当节点数量大于现有的ICT时,问题就更难解决。DFT团队必须了解测试方法,使制造部门能够用最少的时间和金钱生产出好的产品。嵌入式自测试、边界扫描(BS)和功能块测试可以做到这一点。诊断必须支持被测单元(UUT);这只能通过对所使用的测试方法、现有的测试设备和能力以及制造环境的故障谱的深入理解来实现。

四、未使用、遵守或理解DFT规则。从历史上看,DFT规则是由了解制造环境、过程和功能测试需求以及组件技术的工程师或工程师组实施的。在现实世界中,这一过程是漫长的,需要在设计、计算机辅助设计(CAD)和测试之间进行通信。这种无处不在的重复性工作很容易出现人为错误,而且往往会在市场压力下仓促行事。如今,工业界已经开始使用自动“生产率分析器”来使用DFT规则评估CAD文件。当使用契约制造商(CM,contract manufacturer)时,可以对多组规则进行分类。该方法的优点是规则连续性和无误差产品评价。

DFT团队应该意识到现有的测试策略。随着原始设备制造商开始依赖越来越多的CMs,使用的设备因工厂而异。如果不清楚制造商的流程,可能会使用过多或过少的测试。现有的测试方法包括:手动或自动视觉测试,使用视觉和比较来确认元件在PCB上的位置。这种技术有几种实现方法:

一、人工视觉是应用最广泛的在线测试方法,但由于生产能力的提高和电路板和元件的缩小,这种方法变得不可行。它的主要优点是前期成本低,没有测试夹具,主要缺点是长期成本高,缺陷检测不连续,数据采集困难,没有电气测试和视觉限制。

二、自动光学检测(AOI)是一种较新的确定制造缺陷的方法,通常在回流焊前后使用。这是一种非电动、无固定装置的在线技术,它使用“学习和比较”编程来最小化加速时间。自动视觉对于极性、成分存在和不存在更好,只要后者的成分类似于最初的“习得”成分。它的主要优点是易于跟踪诊断,快速和容易的程序开发,没有固定装置。主要缺点是短路识别能力差,故障率高,不进行电气试验。

三、自动X射线检测(AXI)是目前唯一一种用于检测球栅阵列(BGA)和闭塞焊点球质量的方法。它是一种非电气、非接触的技术,可以发现早期工艺中的缺陷,减少在制品(WIP)。该领域的进展包括通过/失败数据和组件级诊断。现在主要有两种AXI方法:二维(2d),看完整板,三维(3d),以不同角度拍摄多幅图像。其主要优点是独特的BGA焊接质量和埋件检测工具,无夹具成本。主要缺点是速度慢、故障率高、返工焊点检测困难、单板成本高、程序开发时间长。

四、制造缺陷分析器(manufacturing defect analyzer,MDA)是一个很好的工具,适用于大容量/低混合环境,其中测试仅用于诊断制造缺陷。当不使用残余还原技术时,测试人员之间的重复性是一个问题此外,MDA没有数字驱动程序,因此无法对编程板上的组件或固件进行功能测试。测试时间比目测时间短,MDA可以赶上生产线的节拍速度。这种方法使用针床,因此可以诊断输出。

它的主要优点是较低的前期成本、较低的在制品成本、较低的编程和程序维护成本、较高的输出、易于后续诊断以及快速的全短路和开路测试。主要缺点是无法确认物料清单(BOM)是否符合被测单元(UUT),没有数字确认,没有功能测试能力,不能调用固件,通常没有测试覆盖范围指示。,板和板的线对线重复性,夹具成本和使用问题。

ICT将识别制造缺陷,并测试模拟、数字和混合信号组件,以确保它们符合规范。许多设备都能够对板载存储器进行编程,包括序列号、通过/失败和谱系数据。一些设备使程序更容易。通过将该工具嵌入一个易于使用的图形用户界面(GUI)并将代码存储到一个特殊的文件中,很容易实现多版本测试和固件转换。的。一些设备具有复杂的仪器,可以确认UUT的功能,并与商用仪器接口。今天的测试设备有一个嵌入式计算机辅助设计(CAD)接口和一个非多重环境以减少开发时间。最后,一些测试人员提供了深入的UUT覆盖率分析,以澄清正在测试或未测试的组件。

ICT的主要优点是单板测试成本低、数字和功能测试能力强、输出高、诊断能力强、短路和开路测试快速彻底、固件编程、缺陷覆盖率高、编程容易。主要缺点是夹具、编程和调试时间、夹具成本、预期费用和使用问题。

五、近几年来,由于机械精度、速度和可靠性的提高,飞行探针测试仪得到了广泛的应用。此外,市场对快速切换、原型制造和小批量制造所需的无夹具测试系统的要求,使得飞行探针测试成为理想的测试选择。最佳探针解决方案提供了学习能力和BOM测试,这将自动增加测试过程中的监控。探针软件应提供加载CAD数据的简便方法,因为在编程过程中必须使用X-Y和BOM数据。由于单板一侧的节点可访问性可能不完整,测试生成软件应自动生成不重复的拆分程序。

探头使用无矢量技术来测试数字、模拟和混合信号组件的连接;这应该通过电容板来完成,用户可以在UUT的两侧使用电容板。

飞行探针测试仪的主要优点是,它是最快的上市时间工具,自动测试生成,无夹具成本,良好的诊断和易于编程。主要缺点是产量低、数字覆盖范围有限、固定资产费用和使用问题。

六、功能测试,可以说是最早的自动测试原理,它的重要性已经重新焕发。它是一个特定的板或特定的单元,可以用多种设备来完成。举几个例子:

最终产品测试是最常见的功能测试方法。组装后对最终单元进行测试成本高昂,减少了操作误差。然而,诊断是不存在的或困难的,这增加了成本。只有对最终产品进行测试,如果自动化测试没有提供软件或硬件保护,才有机会损坏产品。最终的产品测试也很慢,通常会占用很多空间。当必须满足标准时,通常不使用此方法,因为它通常不支持参数测量。

最终产品测试的主要优点是最低的初始成本、一次装配、产品和质量保证。其主要缺点是诊断分辨率低、速度慢、长期成本高、FPY、电路板或机器未检测到短路而损坏、维修成本高、无参数检测能力。

最新的热模型通常放置在不同的组装阶段,而不仅仅是在最终测试中。在诊断方面,它优于最终产品测试,但由于需要设置专门的测试单元,因此成本较高。如果程序调试只测试一个特定的板,那么实体模型可能比最终产品测试更快。不幸的是,由于缺乏保护,如果在之前的过程中没有诊断出短路,试验台可能会损坏。

它的主要优点是初始成本低。主要缺点是空间效率低,测试设备维护成本高,受测试单元短路损坏,无参数测试能力。

软件控制的商用仪器通常被称为“机架和堆栈”测试,因为仪器是单独购买然后连接的。同步设备的软件通常是完全可定制的。商用仪器比较集成解决方案并不昂贵,如果做得正确,允许独立的UUT有效。但这种“自制”系统通常速度较慢,工程变更和生产现场支持也很困难,因为这些应用程序的文档记录不足。

它的主要优点是保护UUT损坏、更快的输出、较小的占地面积要求和独立/工业可接受的校准。其主要缺点是耗时、难以支持以及在远程设施中更新和使用。

商业的、定制的集成系统在测试平台上耦合软件和硬件,如IEEE、VXI、Compact-PCI或PXI。文件归档、软件支持和标准制造概念使这些系统易于使用和支持。前期成本高于内部构建计划,但由于更高的性能、输出和可重复性,此成本是可调整的。在现场和新产品开发过程中也很容易支持。

其主要优点是输出速度快,所需的占地面积小,最容易支持和重置,最佳的重复性,以及提供独立工业验收的能力。主要缺点是初始成本高。

激光等非接触测试方法是PCB测试技术的最新发展。这项技术已经在裸板领域得到了验证,并且正在考虑在填充板上进行测试。这项技术只使用视线,非屏蔽访问来检测缺陷。每次测试至少10毫秒,对于大规模生产线来说足够快。

它的主要优点是产量快,不需要固定设备,视线/非覆盖通道;主要缺点是试验效率低、初始成本高、维护和使用问题多。