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开发电路板是一个复杂的过程,通常涉及采用原始或新颖的概念或想法,并将其转换为包含电子电路的 PCBA,这些电路执行实现运营愿景所需的功能。在开发或原型制作过程中,通过设计(Design)⇒构建(Build)⇒测试(Test),即 (DBT) 的迭代过程进行优化,从而使设计可以用于大规模制造或批量(低或高)生产。
构建阶段或电路板制造包括制造和组装。组装作为最后一个阶段,用于验证电路板设计和制造质量。了解这一过程和最佳 PCB 组装测试方法对于确保验证和开发优化的适当技术至关重要。
了解 PCB 组装过程
在组装 PCB 之前,PCB设计的实体-光板在制造过程中产生。这种 Layout 必须根据制造商提供的特定 DFM 规则和指南进行设计。此外,为了确保成功组装 PCB,还应遵循合约制造商的DFA。电路板组装有如下几个阶段,每个阶段都很重要。
1.电路板准备
虽然通孔器件仍在使用——主要是需要进行额外固定的较重元件,但 SMD 更为普遍,因为它们适用于更小、更紧凑的电路板,可以应用于更紧凑的空间。为了在焊接之前将这些元件固定到位,需要使用焊膏。
2.器件焊接
元器件是用焊接的方式装到PCB上的,常见的焊接技术有回流焊接、波峰焊和选择性焊接。
3.检测与测试
为了确保电路板满足 IPC 分类(三种分类:1、2 和 3,制造过程中的错误和/或缺陷容差随着分类编号的增加而降低)以及定义的其他规格,电路板在组装过程中会接受检测和测试。如果发现焊接问题,如立碑,则电路板将手动返工。
4.清洁和封装
最后一步是对电路板进行清洁和封装。这一阶段还可能包括测试,如污染物的溶剂萃取 (ROSE) 电阻率测试。
如上,PCB 组装测试是电路板制造的一个重要方面,以确保 PCBA 在发货前符合既定的制造标准以及定义的附加标准。
当下的 PCB 组装测试方法
当今大多数电路板所要求的质量水平意味着 PCB 组装测试有多种方法。但是,必须确保达到预期的质量。因此,几乎所有的合约制造商都会采用下面列出的一些常见 PCB 组装测试方法。
1.手动检测
所有的合约制造商都会手动检测电路板以发现明显的缺陷。该测试通常使用放大镜,这对于发现重大的表面错误是有效的。
2.自动光学检测 (Automated Optical Inspection, AOI)
几乎所有的合约制造商都采用 AOI。这种技术将根据设计文件创建的电路板的存储图像与物理电路板进行比较,是手动检测的高级版本,通常可以捕捉任何表面错误,例如,封装焊盘器件未对准、立碑等。
3.X 射线检测
利用 X 射线技术可以检测电路板表面下方。这对于评估 QFN、BGA 和其他具有底部连接的器件的焊点至关重要。此外,该方法还可以用于检查内层上的过孔,这尤其适用于制造过程。并不是所有的合约制造商都经常使用这种测试方法,因为这种方法很昂贵,而且会减慢生产过程。然而,它在识别内部电路板错误(无法通过返工来纠正)和无法使用的电路板方面非常有价值,同时会增加成本。
4.飞针测试
飞针是一种自动在线测试仪 (in-circuit test ,即ICT),通常称为功能测试,因为可以获得实际器件值,并将其与设计电路分析的模拟结果进行比较。
5.针床测试
另一种 ICT 功能测试是针床测试。该测试对于进行特定的测量以及识别开路和短路非常有效。然而,该方法需要在 Layout 中添加测试点的可测试性设计 (DFT),以及装配专用夹具来对准这些测试点。因此,这种方法增加了组装过程的时间和成本。但是,它可以对整个电路板进行虚拟测试 (≤98%)。
6.ROSE 测试
该测试是确定离子污染的常用测试,对于某些电路板,如关键医疗设备等,离子污染必须降到最低。然而,并非所有合约制造商都可以使用这种方法,并且通常需要借助第三方测试工具。
7.其他测试
PCBA 可能会接受额外的测试,例如老化测试、高加速寿命测试 (HALT) 或高加速应力筛选 (HASS),以评估正常工作条件之外的性能或可靠性。通常,这些方法仅用于在不允许出现故障的极端环境中运行的电路板。
上述前三种测试是非典型的;其他测试方法则可能只有在需要时才会采用。
利用AR技术优化 PCBA 质量
最常采用的 PCB 组装测试方法都存在缺陷——手动、AOI、X 射线和 ICT 测试。ICT 测试既昂贵又耗时,而其他测试仅限于表面检查,不能用于功能测试。为了解决上述问题,一种利用AR(增强现实)叠层的新技术横空出世,不仅结合了以上技术的优点,更同时克服了它们的缺点。下图为示例:
inspectAR 软件中直接将 AR 叠层对应在 PCBA物理板上
上图显示了inspectAR™ 软件中 AR 叠层制造的 PCBA物理板的交互。利用AR技术,工程师或制造技术人员可以在制造过程中的任何时候将单个器件、走线、子电路或整个电路板与设计规格进行比较。
与常见的 PCB 组装测试方法一样,AR叠层可以轻松识别错误。此外,还可以进行在线故障排除和调试,从而在通过返工或组装过程对电路板进行物理调整之前发现最佳解决方案,避免缺陷重复出现。这种软件与硬件的结合使用为 PCB 组装测试和 ECAD 团队管理的未来指明了方向。
(文章来源公众号:AR辅助PCB调试与纠错)