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PCBA代工代料-原型和PCB组装测试的终极指南

  • 发表时间:2021-07-12 11:28:14
  • 来源:PCBA代工代料
  • 人气:66

    在PCB测试方面,PCB应用变得越来越流行和多样化。目前,工程师制造的PCB被用来为军用设备上的电路供电,就像那些在医院里支持人类生活的电路一样。此外,由于人的生命显然处于危险之中,因此不仅不鼓励而且禁止在PCB生产中出现错误。因此,PCB测试对于确保电路板完美运行并符合其设计的预期至关重要。

    有时,即使作为一名成熟的工程师,您也可能会犯一些错误并开发一些冷焊点或其他与PCB生产相关的缺陷。目前,很少有合同制造商广泛测试他们的电路板。作为润泽五洲PCB,我们以成为PCB测试领域中的佼佼者而自豪。

    那么,您将如何知道自己在何处搞砸了呢?此外,您如何才能降低PCB测试的高成本,同时仍能提供优质的电子产品?要更多地了解这些由来已久的担忧,请考虑阅读我们关于单元生产和PCB组装的PCB测试综合指南。

    简而言之,PCB缺陷

    1.1本可以避免的十亿美元的错误

    2014年,通用汽车花费了近41亿美元来修理和补偿他们的工程师(显然)忽略了他们车型的一个点火开关电路中的缺陷。现在,再想想。与正常运行的汽车相比,点火钥匙有多大?

    这是一个在所有标准中都经过测试的全功能车辆系统(即使是昂贵的车辆碰撞测试),但因点火板中的电路错误而失望。可能,甚至不是整个电路;也许只是一个有缺陷的晶体管可能是原因。此外,(吞咽)PCB造成了41亿美元的错误!

    通用汽车的案例是一个孤立的案例吗?不是。大约一年前,三星斥资近53亿美元收回和补偿三星Note7智能手机充电系统的缺陷。因此,不仅仅是三星。大约在同一时间召回了3300万只麦当劳的健身手环(成本从未披露)。

    一般来说,花费数十亿美元修理的PCB缺陷故事正在成为现代电子设计故事的基础。初创公司和老牌公司一样。残酷的事实是,市场无法原谅这些错误。那么,您如何知道PCB何时出现缺陷?

    1.2PCB测试阶段及测试不良PCB的指标

    有时,检测PCB中的故障并不费力。例如,通过目视检查PCB,您可以注意到常见的缺陷,例如棕色过热接头的缺陷。焊点过多,或润湿不足且组件不稳定且接头受到干扰(您可以阅读有关冷焊点中这些缺陷的更多信息)。这种检测缺陷的方法称为手动视觉检查(MVI)。

    为了提高MVI的准确性,您可能需要使用手持镜头检查接头并确保接头上没有开口。您可以通过借助镜头检查接头处的光线穿透来进行此检查。

    然而,有时眼睛也可能无法检测到一些会影响PCB效率的PCB缺陷。大多数此类缺陷只有通过测试设备组件的有效性才能显着。这种扩展评估需要改进和专门的设备。它也是在严格的变量评估下完成的,如货币、电压、电容和电阻。这些变量也可以决定使用其他专用设备,我们将在后面的章节中讨论。

    通过将各种组件的预期输入和输出与实际测量值进行比较。

    您可以知道电路板的某些部分是否有缺陷。此过程称为在线测试(ICT)。当电路中使用更多组件时,ICT本身就会变得复杂。由于这些复杂性,已经开发了计算机化设备来简化测试单个PCB组件的过程。大多数这些设备也将在后面讨论。

    PCB测试不佳的最后一个指标是客户投诉的增加。现在,主要是所有设备都吸引了用户的一些糟糕评论。这是很正常的。一些客户可能会批评物理设计;有些人可能会批评一个功能,以及任何其他类似的东西。但是,当对特定电子设备的效率或性能持续存在抱怨时,这可能表明PCB存在缺陷。

    这种类型的PCB缺陷对组织来说是最不受欢迎、最难检测和最昂贵的。它们很少发生。当它们发生时,它们对受影响的公司的影响最为显着。

    现在,让我们看看电路板中常见的两种缺陷类型。

    1.3:PCB故障类型

    PCB缺陷有两种主要类型:结构缺陷和电气缺陷。一般来说,PCB中几乎所有的缺陷都可以归为这两种类型中的任何一种。

    1.3.1:PCB结构故障

    PCB结构缺陷是由于制造PCB时PCB结构不当而导致的错误。这些故障是PCB中最常见的故障类型。它们包括以下缺陷:

    开路:顾名思义,这些是不完整的电路,在制造过程中有时会被忽视。大多数开路都与焊接有关,它们发生在焊接过程中;通常是由于没有适当地熔化焊料。这些错误在PCB中发生率最高,在PCB中的发生率为25%。

    焊料不足:这些缺陷也与焊料有关。然而,它们通常是由于接头润湿不足而发生的。焊锡缺陷的发生偏好率为18%

    短路:尽管短路可分为结构缺陷和电气缺陷,但由于结构错误导致短路的发生率高于电气元件缺陷。该缺陷在整个PCB缺陷中的发生率约为13%。

    缺少电气元件:这些错误的发生率接近于短路(约12%)。

    未对齐的组件:有时可以在设计之后但就在组装之前注意到未对齐的组件。这些缺陷的发生率约占生产过程中缺陷总数的8%。

    过量焊料:即使过量焊料可能会出现问题,但过量焊料几乎不会导致生产缺陷。这个论点是正确的,因为多余的焊料很容易被注意到和纠正。但是,有时会出现这些缺陷。这些错误的发生率约为3%。

    缺少非电气部件:这些错误几乎不会发生。它们的偏好发生率非常低,约为2%。

    1.3.2:电气缺陷

    电气缺陷是由于错误使用电路板中的电气元件而导致的缺陷类型。在现代,这些类型的错误很少发生,即使发生了,也没有设计错误那么致命。

    缺陷电气部件:当有缺陷的部件焊接到电路发生这些缺陷。它们也很容易检测和纠正。这些错误的偏好发生率约为8%。

    使用错误的组件:有时,当错误的组件,例如,被用来与不同等级的电阻推荐的评级可能会出现缺陷。它们的发生率约为5%。

    组件的错误方向:当组件与错误定向焊接发生这些缺陷。它们的发生率约为百分之二。

    1.4章节概述

    PCB的综合测试通常涉及制造商生产的电子产品的质量。经过良好测试的PCB,其中测试注重细节会导致高质量的电子产品,就像测试不佳的PCB会导致有缺陷的电子产品一样。

    正如您从几幅插图中所观察到的那样,PCB缺陷总是很昂贵。对于初创公司而言,PCB失误可能会损害公司的声誉。对于发达的公司来说,缺陷可能会让他们付出代价,并影响他们的部分声誉。这两种损失都是不可取的

    在过去,许多重点都放在PCB设计阶段可能出现的错误上。然而,随着技术的进步,如今PCB的设计有了改进。对PCB测试的更多重视已经放在制造PCB本身的过程上。这就是为什么任何有兴趣在更长时间内留在市场上的电子制造公司都必须在PCB测试方面投入更多资金。

    展望未来,我们现在将更深入地了解可用于测试PCB的流行测试方法和工业设备。

    印刷电路板测试.jpg

    PCB测试方法

    当发展当地的PCB作为一个业余爱好者,你可能不需要有任何一致的策略,制定多氯联苯。因此,您也不需要测试策略。一旦你对你期望的电路有了一个粗略的草图,一切都可以归于原位。

    然而,商业PCB生产和PCB测试在其实施程序中并不赌博。它遵循有助于评估效率和容错能力的既定策略。目前,大约有七种方法来测试PCB。在这七种策略中,只有三种策略在行业中占主导地位。这三个主要测试类别包括手动视觉检查(MVI)、在线测试(ICT)和功能测试(FT)。

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    2.1人工目视检查(MVI)

    这是测试PCB的主要方法。它涉及用肉眼寻找PCB中的故障。MVI是检查PCB的最简单、最古老且仍然最受欢迎的方法。适用于简单、小批量的PCB生产。

    然而,它对于大容量或复杂的PCB效率不高,因为人眼(无辅助)可能不会注意到一些可能隐藏的连接。此外,在检查大批量生产时,人们可能会感到无聊或疲倦。由于MVI的这两个主要缺点,即使与MVI密切相关,也可以采用其他方法来最小化错误。此列表中最重要的是镜头的使用。

    2.3使用显微镜和镜头

    您的PCB可能无法满足其设计要求,即使独立的MVI可能会向您显示一切正常。这是您需要近距离观察镜头或显微镜的时候。

    有时,我们的眼睛可能无法有效检测PCB焊点中的一些小缺陷。但是,借助镜头,您可以放大电路板并仔细检查电路板上的连接。

    2.4使用X射线

    PCB上的X射线扫描提供了许多即使在镜头下也无法轻易看到的电路板细节。在检查具有隐藏连接的电路板时,特别需要X射线。您需要在不同角度对同一块电路板进行几次扫描,然后将图像与原始设计规范中的预期连接进行比较。

    使用X射线的唯一问题是价格昂贵,而且可能不适用于业余爱好者和小规模生产者。

    2.5使用锯

    当然,切开一块板确实是个坏主意。但是,有时PCB可能会显示隐藏部分中存在问题的连接(通常在分析X射线图像之后)。解决问题的最简单方法之一是用锯切开电路板并检查故障的底层连接。

    这样做,您将能够观察内部错误并纠正它们,以便更好地生产其他板。

    2.6:自动光学检测(AOI)

    在生产大量PCB时,MVI变得单调乏味。AOI是MVI的自动改进。系统对电路板的各个部分进行快照,并使用这些图像在组件上构建实际电路板的表示,然后与原始设计进行比较。

    AOI比MVI更快、更准确。然而,简单项目的获取和维护成本很高。

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    2.7在线测试(ICT)

    在线测试是测试PCB缺陷的最全面的方法。它旨在测试电路板的组件以确定它们在整个原型板中的效率。通常,要测试的PCB会受到一堆钉子的影响,这些钉子有选择地连接到不同的组件,以评估它们作为单元的性能。

    虽然它是最值得推荐的测试方式,但ICT通常是昂贵、乏味和耗时的。因此,通常保留用于测试大规模生产的PCB。一种更便宜、更经济的ICT测试版本被称为“飞行探针”方法,在第3章讨论工具时详细讨论了该方法。

    2.8功能测试

    它始终是PCB测试的最后阶段。PCB制作完成后,功能测试是由上传到测试设备的设置程序组成的测试,以查看它是否按预期执行其功能。

    结论

    首先,这些方法并不是完美的;他们只是不太容易出错。这个假设是正确的,因为这些策略已经过不断的检查和审查,以提高其有效性。

    这些方法(在很大程度上)还决定了为测试PCB开发的工具类型。在下一章中,我们现在将重点关注可用于工业中测试PCB的不同工具。

    工业PCB测试设备

    在上一章中,我们重点介绍了一些可以通过手动检查来发现PCB故障的方法。在其他情况下,您可能会出于相同目的使用镜头和其他设备,例如万用表。

    再说一次,当作为专业制造商工作时,这些方法可能会变得枯燥乏味。每天,您都会遇到具有不同规格的极其复杂的电路。在这种情况下,独立的MVI会出现缺陷。在本章中,我们将介绍我们在工业中测试PCB时使用的一些关键工具。下面是一些工具。

    3.1自动光学检测(AOI)

    现在,PCB测试的基本要求是确保生产的PCB满足其设计中包含的所有条件。然而,正如我在介绍中指出的,有时在生产过程中会忽略错误。AOI机器是帮助您扫描PCB并检查设计不规则性的机器。

    AOI机器用于在PCB制造过程中辅助手动视觉检测(MVI)。它们由一个协调相机系统和一个用于固定要检查的PCB的平台组成。当相机从这些角度进行图像扫描时,电路板会从不同的特定角度被照亮。使用图像,AOI机器可以构建PCB的抽象表示,并将其与原始PCB设计的设计规范进行比较。

    这些机器以更快、更准确的方式执行一些可以手动完成的MVI。首先,自动光学检测工具的重点是最大限度地减少结构错误。

    目前,存在2D和3DAOI机器。在这两种类型中,新的3DAOI机器比其2D前辈机器执行得更快、更好。3DAOI机器也足够灵敏,可以检测与功率相关的大错误。

    AOI机器的优势

  1.     它们比其他机器更受欢迎

  2.     更快地检测结构错误

  3.     可以在制造过程中使用,以最大限度地减少最终测试所花费的总时间。

    AOI机的缺点

  1.     他们无法检查隐藏的连接或BGA下方

  2.     在检查带有隐藏组件的加载板时,它们是无效的。

    3.2飞针测试机

    飞行探针测试机(有时称为飞行原型机)是为评估原型性能提供平台的设备。这些机器与AOI的不同之处在于它们执行一些PCB在线测试。它们比旧的测试方法更受欢迎,因为它们具有成本效益且易于操作。

    FlyingProbers由一块引脚组成,这些引脚与板上的不同组件互连。然后通过为组件供电或发送信号并根据设计中预期的输入和输出评估它们的输入和输出来对组件进行测试。这些机器在测试组件时执行一种快速在线测试方法,以确定原型的有效性。

    探针测试机的优点

  1.     它们比普通的ICT测试机更便宜,速度更快。

  2.     提高质量,因为它们允许工程师在最终发布之前制作原型并对其进行更改。

  3.     它们比传统的ICT机器更易于操作。

    探针测试设备的缺点

  1.     它们不像传统的ICT机器那样注重细节。

    3.3阻抗控制试验机

    板上电路的物理设计和通过电路板的电流量会影响靠近同一电路的任何交流电路。这些效应和通过电路的电阻的组合形成了电路的阻抗。

    阻抗测试通常执行起来很乏味。您需要适当地确定导体长度、电路之间的间距、导体的宽度和高度以及测量阻抗的时间。时域反射器(TDR)用于测量电路板的阻抗。然而,普通的TDR在阻抗的自动测试中不是很有用。因此,在大规模制造PCB时采用改进的阻抗控制测试机。

    3.4铜厚测试仪和孔检测机

    铜厚测试仪和孔检查仪是合理相关的机器。这些工具通常是桌面设备,用于测量钻孔的宽度或铜层互连组件的厚度。

    样品铜厚测试仪

    铜厚度测试仪测量铜的厚度。典型的测厚仪外观如上图所示。

    孔检测机

    孔检测机是通过插入不同直径的销子来估计孔的直径。典型的孔检测机可能看起来像上面显示的那样。

    3.5PCB电气测试系统

    一旦所有组件都焊接到PCB上,就必须执行一些在线测试并确定集成组件的效率。通常,此阶段应在彻底的ICT之后进行。如果没有全面的ICT测试,这种类型的测试只能表明存在问题的可能性,而不一定给出定位或解决错误的方法。

    通常,为分析电路板的效率和可靠性而开发的任何其他系统都属于这一类别。

    3.6章节概述

    到目前为止,我们已经强调了对PCB进行测试的必要性,并展示了行业中用于测试PCB的一些机器。在剩下的章节中,我们现在将专注于PCB的组装测试。

    PCB组装测试

    4.1简介

    PCB的组装测试是在PCB的材料清单(BOM)中指定的电气元件安装到板上后进行的一种测试。PCB组装测试与ICT密切相关(我们之前已经讨论过)。

    通常,测试是在固定在平面上的钉床上完成的,可以接触到连接在PCB上的多个组件。根据计划进行的测试类型,电路板可能通电,也可能不通电。

    PCB的物料清单(BOM)安装到板上。PCB组装测试通过两种方法完成:

  1.     测试板上的单个组件/模块并调查其与电气组件/模块网络中的每个其他组件的相关性。此测试通常针对单个组件执行,并升级到网络中与测试元素共享利益的每个其他组件。

  2.     通过对电路上的几个特定关键组件进行采样并根据预期结果调查组件性能的结果来进行测试。

    4.2组装测试的好处

  1.     测试整个电路板是否存在短路或不完整电路等电源故障。该测试还确定原型上是否存在有缺陷的组件。

  2.     这种类型的测试还涉及通电测试,有助于显着减少客户的调试需求

  3.     它几乎可以检测出PCB中所有可能的故障

  4.     拥有独立于操作系统平台的PCB测试平台

  5.     测试遵循公认的通用IPC标准

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    4.3组装测试的缺点

    组装测试的主要问题是单个原型PCB的测试需要大量的时间和财力。有时,测试一个复杂的电路板可能需要五到六周的时间,而且测试这种电路板的成本可能非常高。然而,在测试PCB时,组装测试非常有用并且比任何其他测试方法都更准确。因此,它非常适合需要高标准质量和大量生产的发达品牌。

    结论

    PCB测试是所有PCB设计人员和工程师的关键步骤。从本指南中的插图中可以看出,正确的PCB测试技术和方法可以对工程师生产的电子产品的质量产生直接影响。因此,糟糕的测试技术对企业来说代价高昂。

    因此,由于PCB测试对任何公司生产的电子产品的质量都有直接影响,因此每一分钱都值得,因为它与整体盈利能力或任何公司直接相关。唯一的问题是大多数合同制造商对PCB的测试收费过高。

    作为润泽五洲PCB,我们为自己配备了最先进的PCB测试设备方法,我们花时间和专业知识为客户测试PCB。润泽五洲PCB的最后一道工序。我们将为您提供一站式服务和高品质的产品。您可以向我们发送您需要制作的文件并立即获得报价!我们还在等什么?我们十年的PCBA代工代料就是对规格、要求和电路问题再次检查和测试。所以对于PCB测试和质量,你会很满意。或者,您可以继续向我们提供要组装和测试的PCB的报价。