Prueba de ensamblaje
¿Qué es la prueba PCBA?
El proceso de ensamblaje SMT de PCBA es muy complejo e incluye múltiples procesos importantes, como la fabricación de la placa PCB, la adquisición e inspección de componentes, el ensamblaje SMT, el DIP y las pruebas de PCBA . Entre ellos, las pruebas de PCBA constituyen el paso de control de calidad más crítico en todo el proceso. Estas pruebas determinan el rendimiento final del producto. Entonces, ¿cuáles son los formatos de prueba de PCBA?
- La prueba ICT incluye principalmente continuidad del circuito, voltaje, valores de corriente, curvas de fluctuación, amplitud y ruido.
- Las pruebas FCT requieren la grabación de programas IC, pruebas de simulación de toda la función de la placa PCBA, descubrimiento de problemas de hardware y software, y estar equipado con los accesorios de producción de procesamiento SMT y bastidores de prueba necesarios.
- La prueba de envejecimiento sirve principalmente para energizar la placa PCBA y los productos electrónicos durante un período prolongado. La prueba mantiene continuamente el producto en funcionamiento y observa cualquier falla. Después de la prueba de envejecimiento, los productos electrónicos se pueden vender en lotes.
- La prueba de fatiga toma principalmente muestras de la placa PCBA y realiza operaciones de alta frecuencia y a largo plazo para observar si hay fallas y determinar la probabilidad de fallas en la prueba. Esto es para proporcionar información sobre el rendimiento operativo de la placa PCBA en el producto electrónico.
- La prueba en entornos hostiles expone principalmente la placa PCBA a temperaturas extremas, humedad, caídas, salpicaduras y vibraciones. Obtiene los resultados de las pruebas de muestras aleatorias para inferir la confiabilidad de todo el producto del lote de placas PCBA.
El proceso de PCBA es complicado. Pueden ocurrir varios problemas durante la producción y el procesamiento debido a un equipo u operación inadecuados, y no hay garantía de que los productos producidos estén calificados. Por lo tanto, se requieren pruebas de PCB para garantizar que cada producto no tenga problemas de calidad.
¿Cómo probar PCBA después de SMT?
Varios métodos comunes principales de prueba de PCBA:
1.Prueba manual
Las pruebas manuales dependen directamente de la inspección visual para confirmar la ubicación de los componentes en la PCBA. Este método es ampliamente utilizado. Sin embargo, hay muchos componentes en la PCBA y la mayoría de ellos son muy pequeños, lo que hace que este método sea menos aplicable. Algunas fallas funcionales no son fáciles de detectar y los datos no se pueden recopilar fácilmente. Debido a esto, se necesitan métodos de prueba más profesionales.
2. Inspección óptica automática (AOI)
Tiene un efecto relativamente bueno en la inspección de polaridad de componentes y es un método común. Pero este método es más difícil para identificar una PCBA en cortocircuito.
3.Prueba de sonda voladora
Las pruebas con sondas voladoras han sido generalmente bien recibidas en los últimos años debido a los avances en precisión mecánica, velocidad y confiabilidad. Los requisitos actuales del sistema de prueba incluyen una conversión rápida, fabricación de bajo volumen y no se requieren capacidades de accesorios para la fabricación de prototipos, lo que hace que las pruebas con sonda voladora sean la mejor opción.
4.Prueba de función
Este es un método de prueba para una PCB o unidad específica, que se realiza mediante un equipo especial. Las pruebas funcionales incluyen principalmente la prueba del producto final y el último modelo de entidad (Hot Mock-up).
5.Analizador de defectos de fabricación (MDA)
Las principales ventajas de este método de prueba son el bajo costo inicial, el alto rendimiento, el diagnóstico de seguimiento sencillo y las pruebas rápidas y completas de cortocircuito y circuito abierto. La desventaja es que la prueba no puede detectar problemas funcionales. Generalmente no hay indicación de cobertura de prueba, se deben utilizar accesorios y el costo de la prueba es alto.
Diseño de PCB y pruebas TIC.
Los diseños de PCB serán más complicados y difíciles a medida que los productos electrónicos se vuelvan más livianos y delgados. Además de la necesidad de equilibrar la funcionalidad y la seguridad, también debe ser producible y comprobable. Al diseñar la PCB, es necesario considerar la instalación de puntos de prueba de TIC. Las siguientes son las precauciones para las pruebas de TIC en el diseño de PCB:
- Aunque hay un dispositivo TIC de doble cara, lo mejor es colocar los puntos medidos en el mismo lado.
- Pasos prioritarios de los puntos probados: A. Almohadilla de prueba, Cable de componente, C. Orificio pasante (Via).
- El punto medido debe estar al menos a 0.100 ″ de distancia de las partes cercanas (del mismo lado). Para piezas superiores a 3 m/m, la distancia debe ser de al menos 0.120 ″.
- Los puntos medidos deben distribuirse uniformemente en la superficie de la PCB para evitar una alta densidad local.
- La forma es preferiblemente cuadrada y el área medible aumenta en un 21% en comparación con el círculo. Los puntos medidos a menos de 0.030 ″ necesitan procesamiento adicional para corregir el objetivo.
- La almohadilla y la vía de los puntos probados no deben tener máscara de soldadura.
- El punto medido debe estar al menos a 0.100 ″ del borde del tablero o del borde doblado.
- El espesor de la PCB debe ser de al menos 0.062 ″ (1.35 mm). Los PCB con un espesor inferior a este valor se pueden doblar fácilmente y requieren un tratamiento especial.
- El diámetro del orificio de la herramienta es preferiblemente de 0.125 pulgadas (3.175 mm). La tolerancia debe ser “+0.002″/-0.001″ y la posición debe estar en la esquina de la PCB.
- La tolerancia de posición entre el punto medido y el orificio de posicionamiento debe ser de +/-0.002”.
- Evite colocar el punto medido en la pieza SMT. No sólo el área medible es demasiado pequeña y poco confiable, sino que la pieza se dañará fácilmente.
- El punto medido no debe ser superior a 0.170 ″ (4.3 mm) y la apertura debe ser inferior a 1.5 mm, de lo contrario requerirá un tratamiento especial.
Información necesaria para la producción de accesorios TIC:
- Archivo CAD de diseño: Por ejemplo: PCADR–>* .pdf PADSR–> *.asc
- Una placa PCB en blanco
- Lista de materiales (lista BOM)
- PCB diagrama
Precauciones para la instalación de TIC y el diseño de PCB:
- Independientemente de su forma, cada lámina de cobre necesita al menos un punto comprobable.
- El orden de consideración de las ubicaciones de los puntos de prueba:
- Los pies de ACI DIPparts tienen prioridad como puntos de prueba.
- La parte expuesta de la lámina de cobre (almohadilla de prueba).
- Piezas verticales pies DIP.
- Orificio pasante, pero no debe tener máscara.
- El diámetro del punto de prueba:
- Por encima de 1 m/m, el efecto de prueba se puede lograr con un control general de la aguja.
- Por debajo de 1 m/m se debe utilizar una sonda más precisa, pero aumentará el coste de fabricación.
- El PAD debe tener un buen contacto.
- La forma del punto de prueba puede ser redonda o cuadrada.
- La distancia entre puntos debe ser mayor a 2m/m (punto centro a punto centro).
- Requisitos para PCB de 2 capas: céntrese en la capacidad de realizar pruebas en una sola cara:
- La traza de superficie SMD debe tener al menos un orificio pasante para penetrar hasta la superficie de inmersión a fin de que sirva como punto de prueba para realizar pruebas desde la superficie de inmersión.
- Si el orificio pasante requiere una máscara, considere colocar la almohadilla de prueba al lado del orificio pasante.
- Si no se puede convertir en una sola cara, se realiza mediante un dispositivo de doble cara.
- Si el pie vacío está dentro del rango permitido, se debe considerar la posibilidad de realizar pruebas. Si no hay ningún punto de prueba, se debe establecer uno.
- Es mejor tener un puente para una batería de respaldo, que pueda aislar eficazmente la PCB durante la prueba de TIC.
- Requisitos del orificio de posicionamiento:
- Cada pieza de PCB debe tener dos orificios de posicionamiento y no se permite estaño en los orificios.
- Elija la diagonal y los dos agujeros más alejados como agujeros de posicionamiento.
Equipo de prueba de PCBA
El equipo de prueba de PCBA incluye: un probador en circuito, un probador funcional y un probador de envejecimiento.
Estos equipos de prueba son comunes en el proceso de PCBA. La prueba de PCBA en el enlace de procesamiento puede garantizar que la placa PCBA cumpla con los requisitos de diseño del cliente y reduzca drásticamente la tasa de reparación.
1. Probador en circuito
El ICT es un comprobador automático en línea con una amplia gama de aplicaciones y un funcionamiento sencillo. El detector automático en línea ICT está diseñado principalmente para el control de procesos de producción y puede medir resistencia, capacitancia, inductancia y circuitos integrados. Es especialmente eficaz para detectar circuitos abiertos, cortocircuitos y daños en componentes, entre otros, con una localización precisa de fallos y un mantenimiento sencillo.
El instrumento más básico utilizado en pruebas eléctricas es el probador en línea (TIC). El probador en línea tradicional utiliza una aguja especial para hacer contacto con los componentes de la placa de circuito soldado y utiliza cientos de milivoltios y 10 mA. Realiza una prueba de aislamiento discreta con la corriente interna para medir con precisión las desviaciones de valores faltantes, incorrectos y de parámetros de componentes generales y especiales.
Mide componentes como resistencia, inductancia, capacitancia, diodo, triodo, tiristor, tubo de efecto de campo, bloque integrado, uniones soldadas, placas de circuito abierto, fallas de cortocircuito. Le indica con precisión al usuario qué componente está defectuoso o dónde se encuentra el circuito abierto y el cortocircuito.
La ventaja del probador en línea de agujas es que la velocidad de la prueba es rápida. Es adecuado para probar una única variedad de placas de circuitos de electrodomésticos civiles en producción en masa, y el precio de alojamiento es relativamente bajo. Sin embargo, a medida que aumenta la densidad de ensamblaje de las placas de circuito, surgen algunos problemas insuperables con el probador en línea de lecho de agujas.
Esto se debe al ensamblaje SMT de paso fino, el desarrollo de nuevos productos, los ciclos de producción son cada vez más cortos y cada vez hay más tipos de placas de circuito. Además, la producción de accesorios de lecho de agujas y el largo ciclo de depuración son costosos; para algunas placas de circuito SMT de alta densidad, no se pueden probar problemas de precisión de la prueba, etc.
Las TIC han mejorado en los últimos años y han superado las limitaciones de las tecnologías modernas. Por ejemplo, cuando los circuitos integrados se volvieron demasiado grandes para proporcionar objetivos de detección para una cobertura de circuito comparable, los ingenieros de ASIC desarrollaron tecnología de escaneo de límites.
El escaneo de límites proporciona un método estándar de la industria para confirmar las conexiones de los componentes donde no se permiten sondas. El circuito adicional está diseñado para el interior del IC, lo que permite que los componentes se comuniquen con los componentes circundantes y muestre los resultados de las pruebas en un formato fácil de verificar.
Otra técnica sin vectores aplica señales de corriente alterna (CA) a través de un lecho de agujas al componente de prueba. Se presiona una placa de sensor contra la superficie del componente bajo prueba y forma un capacitor con el marco de cables del componente para acoplar la señal a la placa de sensor. La falta de señal de acoplamiento significa que la unión soldada está abierta.
La generación manual de programas de prueba para placas grandes y complejas lleva mucho tiempo, pero la aparición del software de generación automatizada de programas de prueba (ATPG) resuelve este problema. El software se basa en PCBA, datos CAD y bibliotecas de especificaciones de componentes ensambladas en la placa.
Diseña automáticamente los accesorios necesarios y los procedimientos de prueba. Aunque estas técnicas ayudan a acortar el tiempo de generación de programas simples, la demostración de programas de prueba de nodos altos todavía requiere mucho tiempo y es un desafío técnico.
El probador de sonda voladora es una mejora del probador en línea de lecho de agujas. Reemplaza el lecho de agujas con sondas. El mecanismo XY está equipado con 4 cabezales que pueden moverse a alta velocidad con 8 sondas de prueba y el espacio mínimo de prueba es de 0.2 mm.
La sonda de prueba se mueve al punto de prueba de acuerdo con el programa de posición de coordenadas preestablecido. De acuerdo con el programa de prueba, cada sonda de prueba realiza pruebas de circuito abierto/cortocircuito o de componentes en los componentes ensamblados.
En comparación con el probador en línea de lecho de agujas, la precisión de la prueba y el espacio mínimo de prueba mejoraron enormemente y no se necesita ningún accesorio especial para el lecho de agujas. El programa de prueba se puede obtener directamente mediante el software CAD de la placa de circuito. Sin embargo, una desventaja es la lenta velocidad de prueba.
2. Probador funcional
La prueba de función FCT proporciona un entorno operativo de simulación, como excitación y carga, a la placa PCBA, lo que permite obtener varios parámetros de estado de la placa para detectar si los parámetros funcionales de la placa cumplen con los requisitos de diseño.
Los elementos de prueba funcional del FCT incluyen principalmente voltaje, corriente, potencia, factor de potencia, frecuencia, ciclo de trabajo, brillo y color, reconocimiento de caracteres, reconocimiento de voz, medición de temperatura, medición de presión, control de movimiento, FLASH y grabación de EEPROM, etc.
Las TIC pueden encontrar eficazmente varios defectos y fallas durante el proceso de ensamblaje de la PCB, pero no pueden evaluar el rendimiento del sistema compuesto por toda la placa de circuito a la velocidad del reloj. La prueba funcional puede comprobar si todo el sistema puede alcanzar los objetivos de diseño. Toma la unidad probada en la placa de circuito como un cuerpo funcional, le proporciona señales de entrada y detecta las señales de salida de acuerdo con los requisitos de diseño del cuerpo funcional. Esta prueba tiene como objetivo garantizar que la placa de circuito pueda funcionar normalmente de acuerdo con los requisitos de diseño.
Por lo tanto, el método más simple para las pruebas funcionales es conectar una placa de circuito dedicada en un dispositivo electrónico ensamblado al circuito apropiado del dispositivo y luego aplicar voltaje. Si el dispositivo pasa la prueba, la placa de circuito está calificada. Este método es sencillo y requiere menos inversión, pero no puede diagnosticar fallos automáticamente.
3.AOI (Inspección óptica automática)
A medida que aumenta la densidad de ensamblaje de placas de circuito, también aumentan las dificultades de las pruebas de contactos eléctricos. La introducción de la tecnología AOI en el campo de pruebas de las líneas de producción SMT también es una tendencia general. AOl no solo inspecciona la calidad de la soldadura, sino que también inspecciona la calidad de los tableros de luz, la impresión de pasta de soldadura y la calidad de los parches. La aparición de AOI en cada proceso reemplaza casi por completo la operación manual y tiene mucho que ver con la mejora de la calidad del producto y la eficiencia de la producción.
Cuando se utiliza la detección automática (A01), AOI escanea automáticamente la PCB a través de la cámara, recopila imágenes y compara las uniones de soldadura probadas con los parámetros calificados en la base de datos. Después del procesamiento de imágenes, verifica los defectos de la PCB y utiliza la visualización o el marcado automático para identificar los defectos. En definitiva, lo marca para su reparación por parte del personal de mantenimiento.
El sistema AOI actual utiliza un sistema de visión avanzado, que incluye un nuevo método de iluminación, mayor aumento y un algoritmo complejo para obtener una alta tasa de captura de defectos a una alta velocidad de prueba. El sistema AOI puede detectar los siguientes errores; componentes faltantes, polaridad incorrecta de los condensadores de tantalio, posición incorrecta o torcida de las clavijas de soldadura, clavijas dobladas o dobladas, soldadura excesiva o insuficiente, puentes de uniones de soldadura o soldadura falsa, etc.
Además de detectar defectos que no pueden detectarse mediante inspección visual, AOI también puede recopilar y proporcionar información sobre la calidad del trabajo de cada proceso y los tipos de defectos en el proceso de producción para su análisis y gestión por parte del personal de control de procesos. Sin embargo, el sistema AOI también tiene desventajas, como la detección de errores en el circuito y uniones de soldadura invisibles.
4.AXI (Inspección automática por rayos X)
AXI es un nuevo tipo de tecnología de prueba que ha surgido en los últimos años. Cuando la placa de circuito ensamblada (PCBA) ingresa al interior de la máquina a lo largo del riel guía, hay un tubo de emisión de rayos X encima de la placa de circuito. Los rayos X emitidos pasan a través de la placa de circuito y son recibidos por el detector (normalmente una cámara) que se encuentra debajo. Debido a que las uniones soldadas contienen una gran cantidad de plomo que puede absorber rayos X,
En comparación con otros materiales como fibra de vidrio, cobre, silicio, etc., los rayos X irradiados sobre las uniones de soldadura se absorben y aparecen como puntos negros. Por tanto, el análisis de las uniones de soldadura es bastante intuitivo, ya que los algoritmos de análisis de imágenes pueden inspeccionar de forma automática y fiable los defectos de las uniones de soldadura. La tecnología AXI ha evolucionado desde el método de inspección 2D hasta el actual método de inspección 3D. El primero es un método de inspección por transmisión de rayos X, que puede producir una imagen clara de las uniones de soldadura de los componentes en un solo panel. Aún así, para las placas de circuito de montaje de doble cara que se utilizan actualmente, el efecto será muy pobre, lo que dará como resultado una imagen visual de las uniones de soldadura de ambos lados. Se superponen y son extremadamente difíciles de distinguir.
El método de inspección 3D utiliza tecnología en capas. El haz se enfoca en cualquier capa y la imagen correspondiente se proyecta con una rotación de alta velocidad para que la imagen en el punto focal sea muy clara. Por el contrario, se eliminan las imágenes de otras capas. Como resultado, se elimina el método de inspección 3D de la imagen. El método de inspección 3D puede obtener imágenes de forma independiente de las uniones de soldadura en ambos lados de la placa de circuito.
Además de inspeccionar placas de circuitos de montaje de doble cara, la tecnología de rayos X 3D también puede realizar una inspección de "corte" de imágenes multicapa en uniones de soldadura invisibles como BGA (Ball Grid Array, pantalla de bola de soldadura). Se inspeccionan minuciosamente la parte superior, media e inferior de la junta de soldadura BGA. Al mismo tiempo, este método también se puede utilizar para medir uniones de soldadura de orificio pasante (PTH) para comprobar si la soldadura en el orificio pasante es suficiente, mejorando así significativamente la calidad de la conexión de la unión de soldadura.
Perspectivas futuras de la tecnología de prueba SMT
Predecir qué tecnología de prueba tendrá éxito o se eliminará gradualmente en las próximas dos décadas no es una tarea sencilla. Requiere un resumen del pasado y una comprensión clara de las aplicaciones futuras. A juzgar por la tendencia de desarrollo de los últimos años, el uso de múltiples tecnologías de prueba, especialmente la combinación de pruebas AXI y TIC, pronto se convertirá en la opción principal en este campo.
A medida que las placas de circuito actuales se vuelven más complejas, la prueba de contacto del circuito tradicional está muy restringida. Es difícil diagnosticar defectos mediante pruebas TIC y pruebas funcionales. Con la creciente densidad de las placas de circuito más complejas, los métodos de prueba tradicionales solo pueden aumentar la cantidad de contactos de prueba del probador en línea. Sin embargo, a medida que aumenta el número de contactos, el coste de la programación de las pruebas y de los accesorios del lecho de agujas también aumenta exponencialmente.
Por lo general, se necesitan varias semanas para desarrollar programas y accesorios de prueba, y puede llevar incluso más de un mes para placas de circuitos más complejas. Además, aumentar el número de contactos de TIC aumentará el número de errores y reevaluaciones de las pruebas de TIC. La tecnología AXI no se ve afectada por los factores anteriores y su cobertura de defectos de proceso es muy alta, normalmente hasta el 97%. Los defectos del proceso generalmente representan del 80% al 90% del total de defectos y también se pueden inspeccionar las uniones de soldadura invisibles. Aún así, la tecnología AXI no puede probar los defectos y fallas en el rendimiento eléctrico del circuito.
La combinación de la tecnología de prueba AXI con los métodos tradicionales de prueba en línea de TIC pueden complementarse entre sí. La tecnología de prueba combinada SMT PCBA es casi perfecta porque cada tecnología compensa las deficiencias de otra.
Los rayos X se centran principalmente en la calidad de las uniones soldadas. También puede confirmar si el componente existe, pero no puede confirmar si los componentes, las direcciones y los valores son correctos. Por otro lado, las TIC pueden determinar la dirección y el valor de los componentes, pero no pueden determinar si las uniones de soldadura son aceptables, especialmente los componentes con uniones de soldadura en la parte inferior del paquete, como BGA, CSP, etc. La Figura 2 es un diagrama complementario. del alcance de inspección de los métodos de prueba AXI y ICT.
Cabe señalar que con el desarrollo de la tecnología AXI, el sistema AXI actual y el sistema TIC pueden comunicarse entre plataformas. Esta tecnología, llamada "Aware Test", puede eliminar las pruebas repetidas entre los dos. Al reducir la cobertura de pruebas redundantes de ICT/AXI, se puede reducir considerablemente el número de contactos de TIC. Esta prueba de TIC simplificada solo necesita el 30% de la cantidad original de contactos de prueba para mantener la alta cobertura de prueba actual, mientras que reducir la cantidad de contactos de prueba de TIC puede acortar el tiempo de prueba de TIC, acelerar la programación de TIC y reducir los costos de instalación y programación de TIC.
