Назад 24 ноября 2023
Время чтения 11 минут

Методы тестирования печатных плат: обеспечение качества в электронике

В современной жизни влияние электроники на комфорт и стабильность трудно переоценить. С момента, когда мы просыпаемся утром и выключаем будильник, до момента, когда мы засыпаем под плавным светом ночного светильника, электронные устройства окружают нас на каждом шагу.

С учетом этого, процесс тестирования электроники становится важным звеном в обеспечении надежности. В данной статье мы поговорим о различных методах тестирования электронных устройств и печатных плат. Наша компания активно применяет многие из данных методов тестирования, т.к. специализируемся на индивидуальном проектировании электронных систем.

Почему так важно тестировать электронику?

Даже в случае тщательной разработки и качественного производства, электроника всегда подвержена потенциальным сбоям.

Особое внимание уделяется тестированию печатных плат (PCB), которые являются основой для большинства электронных устройств. Надежное тестирование PCB имеет важное значение для обеспечения их качества и надежности. Это также способствует снижению затрат и минимизации проблем на этапе окончательной сборки устройства. Поэтому на одном из первых этапов тестирования осуществляется статическое тестирование ТЗ, спецификаций, документации, что способствует предотвращению дефектов дизайна или кодирования путем выявления несоответствий, неоднозначностей, противоречий, упущений, неточностей и избыточности требований.

На этапе разработки и производства ПП, профессиональные дизайнеры и инженеры тратят значительное количество времени на контроль качества и тестирование. Необходимо убедиться, что ключевые параметры, такие как электрическая мощность, производительность и сопротивление, находятся в пределах нормы. Кроме того, следует устранить короткие замыкания, обрывы и проблемы с пайкой на PCB.

Существует множество методов и техник, которые гарантируют высокое качество печатных плат и их пригодность для массового производства. Поэтому мы придаем особое внимание тестированию печатных плат, прежде чем интегрировать их в систему и проводить системное тестирование. Тестирование проводится на всех этапах жизненного цикла продукта: сначала проводится модульное тестирование, далее — модульно-интеграционное, после — системное и системно-интеграционное.

В процессе разработки и сборки, специалисты проводят ряд тестов PCB. Эти тесты направлены на оценку производительности, качества и целостности, а также на обеспечение того, чтобы конструкция не была повреждена в процессе сборки. Они включают в себя проверку на наличие электрических коротких замыканий, качество паяных соединений и общую функциональность PCB. Эти проверки обычно выполняются на прототипах и небольших партиях ПП перед массовым производством, чтобы гарантировать, что каждая деталь работает как задумано.

Описание методов для проведения проверки печатных плат

Существует ряд различных методов анализа, которые можно применить для тестирования как отдельных, так и собранных печатных плат. Ниже девять наиболее распространенных методов тестирования, ориентированных на оценку качества производственного процесса и самой печатной платы.

Испытания методами MVI и AOI

Ручной визуальный осмотр (MVI) представляет собой один из первых способов тестирования электронных плат, который использовался для проверки электронных схем. Этот метод включает визуальную оценку платы для выявления разнообразных дефектов, таких как:

  • Некачественные пайки;
  • Отсутствие компонентов;
  • Неправильное положение компонентов;
  • Поврежденные контакты;
  • Обрывы проводов.

Однако этот метод не подходит для массового производства из-за увеличивающейся сложности печатных плат и высокой вероятности человеческих ошибок. Несмотря на это, MVI остается весьма эффективным при проектировании и создании прототипов печатных плат. Он предоставляет разработчикам возможность выявить и устранить даже мелкие недочеты на ранних этапах.

Автоматизированный оптический контроль (AOI) представляет собой следующий уровень после MVI и является основным производственным тестом для масштабного производства. При данном методе сравниваются изображения вашей тестовой платы, снятые одной 2D- или двумя 3D-камерами, с эталонными изображениями.

Это электронное тестовое оборудование может быть интегрировано в конце производственного процесса и подходит для различных методов сборки. Машина AOI может использоваться:

  • как первый шаг тестирования сборки;
  • для оперативного выявления недостатков.

AOI также может быть комбинирован с другими методами проверки печатных плат, такими как:

  • Летающие зонды;
  • Внутрисхемное тестирование (ICT);
  • Функциональное тестирование.

AOI эффективно применяется в масштабном производстве, но не рекомендуется для разработки прототипов.

Автоматизированный рентгеновский контроль (AXI)

AXI-тест представляет собой инновационную методику проверки печатных плат. С использованием рентгеновских лучей, AXI создает двухмерные или трехмерные изображения скрытых паяных соединений, например, таких как BGA (корпусы с шариковой решеткой) или QFN (Quad Flat No-leads). Этот метод для тестирования печатных плат имеет ряд применений:

  • Применяется в массовом производстве печатных плат.
  • Подходит для проверки сложных плат.
  • Используется в производственных испытаниях промышленных печатных плат.

Как осуществить тестирование платы PCBa с помощью ICT

Внутрисхемное тестирование (In-Circuit-Test – ICT) представляет собой совершенный метод проверки компонентов печатных плат. Эта технология тестирования плат известна своей высокой надежностью, однако она может быть затратной. Поэтому ICT применяется в массовом производстве в качестве заключительной процедуры для тестирования крупных партий продукции.

Этот метод проверки на компонентном уровне позволяет обнаружить короткие замыкания, обрывы, правильную ориентацию компонентов, а также измерить сопротивление и емкость печатной платы. ICT использует автоматизированное оборудование и способен выявить около 90% неисправностей.

Тестер имеет фиксированные контрольные точки, расположенные согласно дизайну платы. Точки датчиков проверяют целостность паяных соединений. Датчики подключаются к печатной плате через соответствующие контрольные точки, обеспечивая надежность соединения.

Для проверки больших или последующих партий плат используются специализированные стенды или приспособления для экономичного и быстрого тестирования производственных партий. Такие тестеры могут быть механическими (более доступными, требующими вмешательства оператора) или пневматическими.

Приспособление для тестирования печатных плат идеально подходит для:

  • Двухлинейных (DIP) пакетов.
  • Массивов контактных сеток (PGA).
  • PTHs (подобмолоточные контакты).

Как провести проверку печатной платы с использованием FPT, сравнение с методом ICT

Тестирование электронных устройств с помощью летающего зонда (FPT) представляет собой более доступную альтернативу методу внутрисхемного тестирования (ICT), поскольку не требует использования специального испытательного приспособления для каждой печатной платы. Однако следует отметить, что FPT не обеспечивает такую высокую скорость тестирования, как ICT.

При использовании данного метода для проверки печатных плат, используются подвижные и неподвижные зонды, которые контактируют с:

  • контрольными точками печатной платы;
  • площадками элементов;
  • неиспользуемыми переходами.

Схема движения датчиков на иглах настраивается индивидуально для каждой платы через программирование, что исключает необходимость в специальных испытательных приспособлениях. Этот метод проверки печатных плат наиболее подходит для:

  • прототипов;
  • мелкосерийного производства;
  • компактных многокомпонентных печатных плат.

Метод тестирования электроники летающим зондом, представленный в конце 1980-х годов, является гибким инструментом для тестирования печатных плат, стал широко распространен среди производителей электронных компонентов.

Тестирование печатных плат с использованием других электрических методов

Для проверки печатных плат можно применять разнообразные методы, включая следующие электрические тесты:

Рефлектометрия во временной области (TDR) представляет собой электрическое оборудование, которое применяется для проверки сетей путем измерения отражений, возникающих при прохождении сигнала через среду передачи. TDR широко используется как инструмент для тестирования печатных плат, особенно в случаях, связанных с высокочастотными платами.

Тестирование удельного сопротивления растворителя (ROSE) это простой и надежный метод проверки печатных плат, применяемый в производственных процессах. ROSE способен эффективно выявлять дефекты и остатки на поверхности платы после производства.

Если печатная плата предназначена для работы в условиях, где возможны экстремальные электрические нагрузки, проектировщики могут провести соответствующие электрические испытания:

  • Тесты на электрическое перенапряжение (EOS) позволяют измерить устойчивость платы к перенапряжению, перегрузке по току и чрезмерной мощности. Эти тесты проводятся как на уровне отдельной платы, так и на уровне устройства в целом.
  • Испытания на электростатический разряд (ESD) предназначены для проверки способности платы выдерживать электростатические разряды. Этот вид тестирования подразделяется на несколько моделей:
  • Модель человеческого тела (HBM) имитирует разряд от человека к устройству.
  • Модель заряженного устройства (CDM) представляет собой разряд между устройствами с различными потенциалами.
  • Модель машины (MM) представляет собой наиболее серьезный вид разряда, имитирующий разряд от заряженной машины.
  • Испытания на воздействие окружающей среды (ESS) включают в себя разнообразные методы, такие как термоциклирование, испытания на падение, испытания на вибрацию, испытания на термический или механический удар. Они также учитывают воздействия окружающей среды, которые могут повлиять на устройство во время эксплуатации.

Использование стресс-тестов

Эти тесты позволяют оценить пределы, в которых плата сохранит свою функциональность и структурную целостность. Следует отметить, что проведение стресс-тестов не всегда обязательно для ПП, и они редко применяются к прототипам.

Для прототипов и плат, предназначенных для крупносерийного производства, существует метод Burn-in Testing. Этот вид тестирования проводится при экстремальных условиях, таких как высокая температура (257°F или 125°C), частота или напряжение, с целью получения подробной информации о надежности продукта.

Стресс-тесты входят в группу методов HALT/HASS (Highly Accelerated Life Testing/Highly Accelerated Stress Screening) и проводятся в соответствии с руководящими принципами этих тестов. Они направлены на выявление и устранение выявленных недостатков, а также на обеспечение качества продукции на этапе разработки (HALT) или производства (HASS). Эти методы часто используются для:

  • новых продуктов, выпускаемых на рынок.
  • изменений в производственных процессах.
  • применений, требующих высокой надежности, таких как аэрокосмическая промышленность, оборона и медицинская сфера.

FCT тестирование печатной платы

Другим важным методом оценки является функциональное тестирование печатных плат (FCT), которое направлено на проверку правильной работы платы. Эти тесты проводятся в конце производственного процесса и позволяют убедиться в соответствии платы спецификациям и ее функциональности.

В зависимости от сложности конструкции и индивидуальных потребностей в тестировании, функциональное тестирование включает в себя проверку работоспособности основного функционала, а затем – глубокое тестирование. Данное тестирование является обязательным при мелкосерийном производстве или прототипировании, где требуется гарантировать функциональность каждой платы. В последнее время подготовка к функциональному тестированию стала более сложной задачей из-за усложнения устройств, но предсерийное тестирование комплектующих элементов сборок существенно облегчает эту задачу.

Использование других методов функционального тестирования для проверки компонентов печатных плат

Для проверки компонентов печатных плат можно применять различные методы функционального тестирования. Один из таких методов — тесты на отслаивание печатных плат, которые измеряют необходимую силу для разделения слоев компонентов в стопке печатных плат после их формирования и полного затвердения.

Также важны испытания припоя и поплавка, которые позволяют определить уровень термического напряжения, которому может устоять печатная плата со сквозными отверстиями (PTH) и переходными отверстиями, а также проверить качество пайки.

Моделирование печатных плат

Для расчета электрических характеристик печатных плат можно использовать инструменты моделирования вместо проведения физических испытаний реальных плат. Применение моделирования оправдано в следующих случаях:

  • когда измерение некоторых характеристик требует дорогостоящего оборудования.
  • когда требуется создание специализированных и дорогостоящих стендов для тестирования печатных плат.

Затраты на производство печатных плат могут быть значительными, а потенциальная стоимость отказа печатной платы также высока. Моделирование позволяет сэкономить ресурсы и оставаться в рамках бюджета.

С помощью данного способа можно анализировать любую часть печатной платы, включая как аналоговые, так и цифровые компоненты. Программное обеспечение для моделирования печатных плат использует математические модели для прогнозирования работы платы.

Важные аспекты и инструменты моделирования включают:

  • Тестирование компонентов с использованием SPICE-моделирования, которое фокусируется на интегральных схемах и предоставляет различные анализы, включая анализ рабочей точки постоянного тока, анализ развертки постоянного тока, анализ переходных процессов и анализ переменного тока.
  • Тестирование электроники с использованием моделирования IBIS (Input/Output Buffer Information Specification), которое предоставляет информацию о буферах ввода/вывода интегральных схем и позволяет проводить моделирование без полных прототипов платы. IBIS-модели предоставляют точные данные о буферах ввода/вывода, и их использование позволяет сократить риски и упростить тестирование электронных продуктов.

Проектирование печатных плат требует тщательного тестирования, особенно в условиях постоянно растущей сложности продукции. Эффективное тестирование электронных компонентов не только способствует обеспечению безопасности и надежности печатных плат, но и в долгосрочной перспективе способно сократить затраты времени и финансов, а также повысить доверие клиентов, благодаря выявлению и предотвращению потенциальных дефектов ещё до начала массового производства.

Назад Следущая

Мы используем файлы cookies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, Вы соглашаетесь с условиями использования файлов cookies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.

Принять