Efektywne testowanie PCBA (Printed Circuit Board Assembly) stanowi kluczowy krok w poprawie jakości produktów elektronicznych. Podstawą efektywnego testowania jest dobór najodpowiedniejszych narzędzi i sprzętu testowego. Na rynku dostępna jest szeroka gama urządzeń testowych: od podstawowych urządzeń do inspekcji po złożone systemy do testów funkcjonalnych, różniące się między sobą funkcjonalnością i ceną. Wybór najlepszego sprzętu wymaga kompleksowego rozważenia wielu czynników, które często są związane z charakterystyką testowanego układu PCBA i modelem produkcyjnym stosowanym przy wytwarzaniu układu PCBA. W tym artykule przeanalizujemy główne czynniki wpływające na wybór sprzętu do testowania płytek PCBA, przedstawimy stosowne narzędzia i scenariusze testowe oraz przedstawimy strategiczne zalecenia dotyczące wyboru i wdrożenia, które pomogą w stworzeniu efektywnego i niezawodnego systemu narzędzi testowych.

Wybór najbardziej odpowiedniego sprzętu do PCBA wymaga dogłębnej oceny następujących kluczowych czynników:

Funkcja PCBA:

Złożoność: Liczba warstw, gęstość komponentów, stosowanie komponentów z ukrytymi spoinami lutowniczymi (takich jak BGA lub QFN), obwody analogowe, cyfrowe lub obwody sygnałów mieszanych oraz obecność obwodów wysokiej częstotliwości lub dużej prędkości — wszystkie te czynniki determinują wymagane metody testowania oraz precyzję i funkcjonalność sprzętu.

Typ: Płyty sztywne, płyty elastyczne lub płyty sztywno-giętkie — płyty elastyczne wymagają specjalnego wsparcia i metod testowania.

Skala i wielkość produkcji: To jeden z głównych czynników wpływających na wybór sprzętu. Szybka produkcja masowa, wysoce zautomatyzowany sprzęt z krótkimi cyklami testowymi (np. zautomatyzowane ICT lub szybkie FCT). W przypadku walidacji małych partii lub prototypów priorytetem jest elastyczność i niższe początkowe nakłady inwestycyjne (np. testowanie sond latających).

Wymagania dotyczące testów pokrycia: Jakie rodzaje defektów muszą zostać wykryte? Czy należy skupić się wyłącznie na wadach produkcyjnych (np. zwarciach, przerwach, nieprawidłowych lub brakujących elementach), czy też nie ma potrzeby weryfikowania wydajności funkcjonalnej, określania dokładności lub możliwych zależności w określonych warunkach? Większy zakres testów zazwyczaj wymaga bardziej skomplikowanego i droższego sprzętu.

Budżet: Koszty zakupu, koszty utrzymania oraz koszty opracowania oprogramowania/programu różnego sprzętu testowego mogą się znacznie różnić. Ważne jest, aby wybrać taką kombinację sprzętu, która pozwoli spełnić podstawowe wymagania i mieścić się w założonym budżecie.

Wydajność i szybkość testowania: Szybkość procesu testowania ma bezpośredni wpływ na końcowy cykl produkcyjny. Czy wybrany sprzęt jest w stanie wykonać oczekiwane testy?

Możliwości techniczne i konserwacja: Do obsługi i konserwacji skomplikowanego sprzętu testowego wymagany jest wykwalifikowany personel. Należy również wziąć pod uwagę stabilność sprzętu i przyszłych menedżerów ds. serwisu sprzętu.

Zintegrowanie procesów produkcji płytek PCBA: Czy testowanie sprzętu można w pełni zintegrować z istniejącą linią produkcyjną i montażową płytek PCBA? Czy wymagane jest dodatkowe ładowanie i ładowanie dodatkowych systemów?

Zrozumienie narzędzi testowych PCBA i ich możliwych scenariuszy pomocy przy wyborze celu:

Kontrola pasty lutowniczej (SPI): stosowana po nadrukowaniu pasty lutowniczej i przed umieszczeniem komponentów. Kontroluje objętość, wysokość, powierzchnię i położenie pasty lutowniczej. Stanowi kluczowy pierwszy krok w procesie wczesnej likwidacji wad i jest istotnym elementem wszystkich linii produkcyjnych PCBA wykorzystujących technologię SMT.

Automatyczna kontrola optyczna (AOI): stosowana po umieszczeniu komponentów lub lutowaniu rozpływowym. Sprawdza obecność komponentów, polaryzację, położenie, wzór i występowanie równowagi (np. wartości równowagi, mostkowania lub zimnych połączeń) przy użyciu systemów wizyjnych opartych na kamerach. Technologia AOI jest szybka i dostępna w produkcji masowej, pozwala na wykrycie najbardziej widocznych wad produkcyjnych płytek PCBA.

Automatyczna kontrola rentgenowska (AXI): stosowana po lutowaniu rozpływowym. Wykrywa ukryte przeguby, których AOI nie jest w stanie sprawdzić, na przykład te pod BGA, QFN lub osłonami ekranującymi. W przypadku układów PCB o dużej gęstości i złożonych, wykorzystujących te obudowy, AXI jest niezastąpionym narzędziem kontrolnym i kluczowym elementem nowoczesnej kontroli jakości produkcji płytek PCB.

Test w obwodzie (ICT): stosowany po lutowaniu rozpływowym. Mierzy parametry elektryczne (np. zwarcia, przerwy, rezystancję, pojemność, diody i tranzystory) oraz wykonuje proste testy oprogramowania poprzez testowanie na PCBA. ICT to szybka i prosta gwarancja na wady produkcyjne (np. zwarcia, przerwy, nieprawidłowe lub uszkodzone podzespoły). Jest to najbardziej przydatne rozwiązanie w przypadku PCBA z wystarczającą liczbą punktów testowych i produkcją wielkoseryjną.

Tester Latającej Probe: stosowany po lutowaniu rozpływowym. Podobnie jak ICT, opiera się na testach elektrycznych, ale zamiast niestandardowych urządzeń wykorzystuje modele mobilne. Oferuje dużą elastyczność i może być stosowany do walidacji prototypów, produkcji na małą skalę lub PCBA z testem granicznym punktowym. Jest jednak lżejszy od ICT.

Test funkcjonalny (FCT): stosowany po teście ICT lub innych testach. Symuluje środowisko PCBA w produkcie końcowym w celu sprawdzenia funkcjonalności i parametrów wydajnościowych. W zależności od złożoności PCBA, FCT można skalować od prostego przebiegu testowego do zautomatyzowanych systemów integrujących wiele przyrządów (np. zapotrzebowanie na moc, obciążenia, sygnał źródłowy i pomiary sterujące).

Sprzęt do badań środowiskowych: obejmuje komory temperaturowe, komory wilgotnościowe, stoły wibracyjne i testery wstrząsów. Testy te wykorzystuje się do testowania warunków skrajnych (np. ESS, HASS) w celu wykrycia ukrytych defektów i sprawdzenia warunków ważności. Stosuje się je zazwyczaj do próbek walidacyjnych lub do produkcji płytek PCBA o wysokiej niezawodności.

Wybór najlepszego sprzętu do testowania płytek PCBA to proces produkcyjny wymagający uwzględnienia kilku czynników. Poniżej przedstawiono strategiczne zalecenia:

Określ wymagania i cele testowania: Jasno określ typy produktów, kluczowe funkcje, oczekiwane pokrycie testami i przepustowość. Stanowi podstawę doboru sprzętu.

Kompleksowa ocena charakterystyki PCBA i wielkości produkcji: analiza cech projektu (np. złożoność, typy komponentów, ukryte połączenia lutowane) oraz oczekiwanych wielkości partii produkcyjnych. Przykładowo, płytki PCB SMT o dużej gęstości z wieloma układami BGA nadal wymagają AXI, korzystając jednocześnie z wydajnej technologii ICT i szybkiej AOI. Zależy to od projektu produktu i wymagań produkcyjnych PCBA.

Ekonomiczny zakres testów równowagi: Często konieczne jest zastosowanie kombinacji metod testowych w celu opracowania uzupełniającej się strategii. Na przykład „AOI + FCT” jest konfiguracją stosowaną w wielu urządzeniach elektronicznych, podczas gdy „SPI + ICT + FCT” jest standardową konfiguracją stosowaną przez tradycyjnych producentów urządzeń elektronicznych. Produkty o wysokiej niezawodności mogą wymagać testów AXI i testów środowiskowych. Oceń opłacalność różnych kombinacji.

Weź pod uwagę programowalność i wszechstronność: Jeśli linia produktów jest zróżnicowana lub projekty szybko się zmieniają, wybierz sprzęt, który jest łatwy do zaprogramowania i skonfigurowania oraz kompatybilny z wieloma projektami PCBA (np. tester sond lub modułowe systemy modułowe). To obniżenie długoterminowych kosztów inwestycyjnych.

Skontaktuj się z dostawcami PCBA: Jeśli zlecasz produkcję na zewnątrz, dowiedz się, jakie są obecne możliwości testowania u dostawcy. Konfiguracje sprzętu i zalecenia DFM/DFT będą miały wpływ na Twój wybór. Dostosowanie się do możliwości dostawcy lub wykorzystanie jego usług testowych może usprawnić ten proces.

Priorytetowe funkcje oprogramowania i analiza danych: Nowoczesny sprzęt testowy to nie tylko sprzęt; Ważne są również jego możliwości programowe (np. efektywność testowania programów, diagnostyka błędów, analiza statystyczna i integracja MES). Dokładna analiza danych, identyfikacja wąskich gardeł w produkcji płytek PCBA oraz ciągłe doskonalenie są czynnikami napędowymi.

Oceń wsparcie i szkolenie dostawców: Prawidłowe działanie sprzętu testowego zależy od wsparcia, konserwacji i szkolenia personelu.

Wybór poniższych narzędzi i sprzętu do testowania PCBA stanowi kluczowy krok w tworzeniu efektywnego systemu kontroli jakości. Proces tworzenia musi uwzględniać kilka czynników, w tym charakterystykę płytek PCBA (wynikającą z wymagań produkcyjnych płytek PCBA), produkcję seryjną, testowanie pokrycia, koszty i wydajność. Zazwyczaj w celu osiągnięcia najlepszej skali konieczne jest zastosowanie kombinacji metod testowych (np. optymalnej inspekcji, testu elektronicznego, testu funkcjonalnego). Najważniejszą strategią jest wyjaśnienie wymagań, ogólne zrozumienie mocnych i słabych stron różnych urządzeń oraz ścisła współpraca z dostawcami płytek PCBA. Dzięki naukowemu i racjonalnemu doborowi oraz inwestycjom przedsiębiorstwa mogą wdrożyć wysoce wydajny system testowy dostosowany do swoich możliwości produkcyjnych PCBA, co pozwala im zwiększyć jakość produkcji i poprawić konkurencyjność rynkową.