آزمون برد الکترونیکی مونتاژ شده (PCBA)

تست PCBA چیست؟

آزمون برد الکترونیکی مونتاژ شده (PCBA) به آزمایش عملکردی، عملکرد و قابلیت اطمینان بوردهای PCBA اطلاق می‌شود که با استفاده از تجهیزات و فرآیندهای تخصصی پس از تولید برد خام PCB و مونتاژ قطعات انجام می‌شود. این مرحله گامی حیاتی در شناسایی نقص‌های مدار و تأیید انطباق محصول است و به‌طور مستقیم کیفیت نمونه اولیه PCBA و امکان تولید انبوه را تعیین می‌کند. برای جلوگیری از کیفیت پایین محصول، آزمایش عملکردی PCB بدون شک گامی ضروری است. اغراق نیست اگر بگوییم اعتبار برند یک شرکت ارتباط نزدیکی با PCBAهای آن دارد. بنابراین، جای تعجب نیست که آزمایش واقعی PCBA مهم‌ترین بخش فرآیند تولید در نظر گرفته می‌شود.

هدف اصلی آزمایش

• بررسی نقص‌های تولید: مانند اتصالات لحیم‌کاری سرد، اتصال کوتاه، مدارهای اتصال کوتاه، مدارهای باز، مؤلفه‌های نادرست یا گمشده و غیره؛

• تأیید انطباق عملکردی: تأیید اینکه انتقال سیگنال مدار، پایداری منبع تغذیه، سازگاری رابط و غیره، الزامات طراحی را برآورده می‌کند؛

• اطمینان از قابلیت اطمینان: اطمینان از عملکرد پایدار محصول در سناریوهای واقعی از طریق آزمون‌های محیطی و آزمون‌های پیری;

• کاهش ریسک تولید انبوه: شناسایی به‌موقع مشکلات طراحی یا فرآیند برای جلوگیری از بازکاری گسترده در زمان تولید انبوه.

انواع رایج آزمون PCBA

• آزمون‌های پایه: آزمون پروب پرنده، بازرسی نوری AOI;

• آزمون عملکردی: آزمون سطح برد، آزمون سطح سیستم؛

• آزمون حرفه‌ای: آزمون مدار در حال کار (In-circuit testing)، آزمون اتصال مدار؛

• آزمون تخصصی: آزمون انطباق با فرآیند بدون سرب، آزمون پایداری محیطی.

مزایای خدمات آزمون کینگفیلد

با بهره‌گیری از قابلیت‌های «بازرسی کیفیت چندبعدی» ذکر شده در بالا، آزمون PCBA ما نه تنها تمامی نیازهای آزمون را پوشش می‌دهد، بلکه چرخه بسته «آزمون-بازخورد-بهینه‌سازی» را نیز پیاده‌سازی می‌کند: از طریق داده‌های دقیق آزمون، پیشنهادات بهینه‌سازی طراحی را به مشتریان خود ارائه می‌دهیم و همزمان قابلیت اطمینان و امکان تولید پروتوتایپ را افزایش داده و تولید انبوه سریع را تسهیل می‌کنیم.

انواع آزمون PCBA

فناوری مونتاژ برد مدار چاپی بسیار پیشرفته است و شامل مراحل متعدد مهمی از جمله روش‌های تولید برد مدار چاپی، تهیه و بررسی قطعات، مونتاژ SMT، بسته‌بندی DIP و مونتاژ و تست برد مدار چاپی است. به طور خاص‌تر، مونتاژ و تست برد مدار چاپی حساس‌ترین مرحله کنترل داخلی است که مستقیماً عملکرد نهایی محصول را تعیین می‌کند. تست PCBA نیازمند انتخاب راه‌حل مناسبی است که بر اساس مرحله نمونه اولیه، پیچیدگی فرآیند و سناریوی کاربردی انجام می‌شود. در ادامه جزئیات اصلی انواع تست‌های رایج صنعت آورده شده است که همگی ماژول‌های خدماتی بالغی از سوی کینگ‌فیلد هستند:

I. بازرسی اولیه: پوشش دهنده نقص‌های اصلی در فرآیند تولید

1. تست فلایینگ نیدل

• عملکرد اصلی: تشخیص دقیق مشکلات اتصال و اتصال کوتاه روی برد مدار چاپی خام یا مونتاژشده بدون نیاز به ابزارهای تست تخصصی.

• ویژگی‌های فنی: دقت تست ±0.03 میلی‌متر، پشتیبانی از برد تک‌لایه تا 56 لایه، سرعت تست 200 نقطه/ثانیه، مناسب برای نمونه‌سازی کم‌تولید.

• سناریوهای قابل استفاده: ساخت نمونه اولیه، تولید با اندازه کوچک تا متوسط، به ویژه مناسب برای پروژه‌هایی با تغییرات مکرر در طراحی که در آن‌ها ساخت مکرر جیگ و فیکسچر ضروری نیست.

2. بازرسی نوری AOI

• عملکرد اصلی: معایب ظاهری اتصالات لحیمی را از طریق دید ماشین شناسایی می‌کند و جایگزین بازرسی دستی بصری می‌شود.

• ویژگی‌های فنی: تصویربرداری بصری سه‌بعدی، قادر به تشخیص نقص‌هایی مانند اتصالات سرد، اتصال کوتاه، کم‌بودن لحیم، و قطعات جابجا شده/گم‌شده/معکوس است.

• سناریوهای قابل استفاده: بازرسی تمام فرآیند پس از قرارگیری SMT، به ویژه مناسب برای برد نمونه با بسته‌های فوق‌العاده کوچک 03015 و قرارگیری با چگالی بالا.

3. تست ICT: سیگنال‌های ICT عمدتاً شامل سوئیچینگ مدار، مقادیر ولتاژ و جریان، منحنی‌های نوسان، دامنه، نویز و غیره است.

II. تست عملکردی: تأیید الزامات اصلی طراحی

1. تست سطح برد

• عملکرد اصلی: برای تست ماژول‌های عملکردی اصلی یک برد PCBA، مانند ماژول‌های توان، ماژول‌های سیگنال و ماژول‌های رابط.

• ویژگی‌های فنی: اسکریپت‌های تست سفارشی، ورودی‌های ولتاژ/سیگنال عملیاتی واقعی و گزارش‌های انطباق عملکرد ماژول خروجی را شبیه‌سازی می‌کنند.

• سناریوهای قابل استفاده: برای تأیید منطقی بودن طراحی ماژول‌های تک‌وظیفه، مانند ماژول‌های انتقال سیگنال در بوردهای کنترل صنعتی و ماژول‌های توان در تجهیزات پزشکی.

2. آزمون سطح سیستم

• عملکرد اصلی: ادغام بوردهای PCBA در یک سیستم کامل برای آزمون هماهنگی عملکردی کلی و پایداری عملکرد.

• ویژگی‌های فنی: شبیه‌سازی سناریوهای کاربردی واقعی برای آزمون عملکرد مداوم.

• سناریوهای قابل استفاده: تأیید نهایی پروتوتایپ محصول به منظور اطمینان از تطابق با الزامات کاربر نهایی، مانند عملکرد سخت‌افزار هوشمند و عملکرد همگام‌سازی تجهیزات صنعتی.

آزمون PCBA یک هزینه اضافی نیست، بلکه یک «خط دفاعی ضروری» از پروتوتایپ طراحی محصول تا تولید انبوه محسوب می‌شود. اهمیت اصلی آن در چهار بعد کلیدی نهفته است که دقیقاً با انواع مختلف آزمون‌های ذکر شده در بالا هم‌صدا است:

1. بررسی نقص‌های تولید به منظور جلوگیری از خطر بازکاری انبوه.

در تولید PCBA، حتی خطاهای جزئی نیز می‌توانند منجر به خرابی کلی عملکرد شوند. بازرسی‌های پایه مانند تست فlying probe و بازرسی نوری AOI می‌توانند به‌صورت ۱۰۰ درصدی عیوب اصلی مانند هدایت الکتریکی، ظاهر اتصالات لحیمی و مونتاژ قطعات را پوشش دهند و مانع از ورود این مشکلات به مراحل بعدی شوند—به‌ویژه در مرحله نمونه‌سازی. تشخیص زودهنگام می‌تواند از بازکاری گسترده ناشی از نقص‌های طراحی یا فرآیند در تولید انبوه جلوگیری کند و ضررهای احتمالی را ده‌ها برابر کاهش دهد.

۲. امکان‌سنجی طراحی را بررسی کنید و اطمینان حاصل کنید که عملکردها نیازمندی‌ها را برآورده می‌کنند.

توجیه نظری پشت نقشه‌های طراحی باید از طریق آزمون عملی تأیید شود. آزمون‌های سطح برد و سطح سیستم می‌توانند سناریوهای کاربردی واقعی را شبیه‌سازی کنند تا بررسی شود آیا عملکردهای اصلی مانند پایداری تغذیه، انتقال سیگنال و همکاری ماژول‌ها، نیازمندی‌های طراحی را برآورده می‌کنند یا خیر. این کار به‌درستی مشکلاتی را شناسایی می‌کند که در آن «نقشه‌ها از نظر تئوری قابل اجرا هستند اما از نظر عملی قابل استفاده نیستند» و از این طریق پشتیبانی از داده برای بهینه‌سازی طراحی فراهم می‌شود و از حذف شدن محصول پس از عرضه به بازار به دلیل نقص در عملکرد جلوگیری می‌کند.

3. اطمینان از قابلیت اطمینان و دوام، و ارتقای اعتبار محصول.

عملکرد بلندمدت پایدار برد مدار چاپی (PCBA) یک مزیت رقابتی کلیدی در محصولات نهایی محسوب می‌شود. آزمون پایداری محیطی و آزمون اتصال مدار می‌توانند قابلیت اطمینان محصولات را در شرایط حدی دما، رطوبت و لرزش تأیید کنند و عملکرد مداوم در سناریوهای پیچیده‌ای مانند کنترل صنعتی، الکترونیک خودرو و تجهیزات فضای باز را تضمین نمایند. همزمان، آزمون آنلاین ICT پارامترهای واقعی قطعات را بررسی می‌کند، از کوتاه شدن عمر محصول به دلیل خرابی‌های بالقوه قطعات جلوگیری می‌کند و اعتبار برند را حفظ می‌نماید.

4. برآوردن الزامات انطباق صنعتی و شکستن موانع تجاری.

برای محصولات صادراتی یا صنایع خاص مانند پزشکی و خودرو، استانداردهای مشخصی برای انطباق با مدارهای چاپی (PCBA) وجود دارد. آزمون‌های انطباق فرآیند بدون سرب می‌توانند گزارش‌های معتبری صادر کنند تا اطمینان حاصل شود محصولات با استانداردهای بین‌المللی زیست‌محیطی سازگار هستند؛ در همین حال، آزمون‌های اتصال مدار و آزمون‌های عملکردی مطابق با استاندارد IPC-610 می‌توانند نیازمندی‌های دسترسی به صنعت را برآورده کنند و به محصولات کمک کنند تا به‌راحتی وارد بازار جهانی شوند و از رد شدن به دلیل مسائل انطباق جلوگیری کنند. به‌طور خلاصه، آزمون PCBA یک سرمایه‌گذاری «قابل‌کنترل از نظر هزینه» است. چه در مرحله نمونه‌سازی اولیه و چه در تولید انبوه، سرمایه‌گذاری در آزمون‌ها بازدهی چندبرابری دارد — این آزمون‌ها نه تنها می‌توانند مشکلات را پیش از وقوع شناسایی کرده و هزینه‌های بازکاری را کاهش دهند، بلکه کیفیت محصول را تضمین کرده، زمان عرضه به بازار را تسریع می‌کنند و دسترسی به بازارهای گسترده‌تر را فراهم می‌آورند. خدمات آزمون جامع کینگفیلد، قابلیت اطمینان و انطباق سطح تولید انبوه را برای هر PCBA از طریق چرخه بسته «آزمون دقیق + بازخورد داده‌ها + پیشنهادات بهینه‌سازی» تضمین می‌کند.

دقت و کارایی آزمون‌های PCBA به‌طور گسترده به پشتیبانی تجهیزات آزمایش حرفه‌ای بستگی دارد. در ادامه انواع تجهیزات اصلی متناسب با ارزش آزمون ذکر شده آورده شده است؛ تمامی این تجهیزات، تجهیزات اصلی هستند که در حال حاضر توسط کینگفیلد در آزمون نمونه‌های اولیه استفاده می‌شوند و تعادل مناسبی بین دقت، کارایی و سازگاری با سناریوها فراهم می‌کنند:

تجهیزات تشخیص نقص اولیه

1. دستگاه آزمون فلایینگ پروب عملکردهای اصلی: تشخیص اتصال، اتصال کوتاه و مدار باز در برد PCB بدون نیاز به فیکسچرهای تخصصی.

پارامترهای کلیدی: دقت آزمون ±0.03 میلی‌متر، سرعت آزمون 200 نقطه/ثانیه، قابلیت پشتیبانی از برد 1 تا 56 لایه، حداقل قطر سوراخ 0.2 میلی‌متر.

مزایای تجهیزات: سازگار با نمونه‌های اولیه با تولید کم؛ نیاز به ساخت مکرر فیکسچر در طول تکرارهای طراحی را حذف می‌کند و هزینه‌های آزمون را کاهش می‌دهد.

2. سیستم AOI عملکردهای اصلی: شناسایی ماشین بینایی نقص‌های اتصال لحیم (اتصال سرد، جسر بین پایه‌ها، کم‌بودن لحیم) و نصب اشتباه/عدم وجود/نصب معکوس قطعات.

پارامترهای کلیدی: تصویربرداری بینایی سه‌بعدی، با وضوح 10 میکرومتر و سرعت بازرسی 1000 میلی‌متر مربع بر ثانیه، قابلیت پشتیبانی از بسته‌های فوق‌العاده کوچک 03015.

مزایای تجهیزات: جایگزینی بازرسی دستی بصری، دقت ≥99.7%، ادغام بدون درز با خطوط تولید SMT و بدون زمان تحویل اضافی.

تجهیزات تأیید عملکرد

1. سیستم آزمون عملکردی سطح برد

کارکردهای اصلی: شرایط عملیاتی واقعی را شبیه‌سازی می‌کند تا عملکرد ماژول‌های جداگانه مانند ماژول‌های تغذیه، ماژول‌های سیگنال و ماژول‌های رابط را آزمایش کند.

پارامترهای کلیدی: محدوده آزمون ولتاژ 0-60 ولت، دقت جریان ±0.1 میلی‌آمپر، پشتیبانی از فرکانس سیگنال 0-1 گیگاهرتز. مزایای تجهیزات: اسکریپت‌های آزمون قابل تنظیم، امکان مکان‌یابی سریع نقاط خرابی عملکردی و ارائه داده‌های دقیق برای بهینه‌سازی طراحی.

2. فیکسچرهای آزمون سطح سیستم

عملکرد اصلی: سناریوهای کاربردی شبیه‌سازی‌شده را ایجاد می‌کند تا هماهنگی عملکردی کلی و پایداری PCBA یکپارچه را آزمایش کند.

پارامترهای کلیدی: پشتیبانی از شبیه‌سازی دما (-40 درجه سانتی‌گراد تا 125 درجه سانتی‌گراد) و رطوبت (10% تا 95% رطوبت نسبی)، با قابلیت آزمون مداوم تا 72 ساعت.

مزایای تجهیزات: محیط کاربر نهایی را بازسازی می‌کند، به‌صورت پیش‌گیرانه مشکلات سازگاری در سطح سیستم را شناسایی کرده و از انجام مجدد کار پس از عرضه محصول جلوگیری می‌کند.

تجهیزات آزمون قابلیت اطمینان و پارامتر

1. عملکرد اصلی تستر آنلاین ICT: تشخیص پارامترهای واقعی قطعات، شناسایی اتصالات سرد، قطعات نادرست و خرابی قطعات.
پارامترهای کلیدی:
تعداد کانال‌های آزمون ≥ 1024، دقت اندازه‌گیری ±0.01%، سرعت آزمون ≤ 2 ثانیه/نقطه.
مزایای تجهیزات: نیاز به فیکسچرهای سفارشی دارد، مناسب برای آزمون‌های نسبتاً حجیم، داده‌های پارامتری قابل ردیابی و تضمین دقت قطعات.

2. عملکرد اصلی دوربین آزمون محیطی: شبیه‌سازی محیط‌های شدید، آزمون قابلیت اطمینان برد (PCBA) در دماهای بالا و پایین، رطوبت و ارتعاش.
پارامترهای کلیدی:
محدوده دما -40℃ تا 150℃، محدوده رطوبت 5% تا 98% رطوبت نسبی، فرکانس ارتعاش 5 تا 500 هرتز.
مزایای تجهیزات: تأیید عملکرد پایدار بلندمدت محصولات، سازگار با سناریوهای پیچیده مانند الکترونیک صنعتی و خودرویی.

تجهیزات آزمون انطباق

1. تابع اصلی طیف‌سنج فلورسانس XRF: تشخیص محتوای سرب در اتصالات لحیم، جهت تأیید انطباق با RoHS.
پارامترهای کلیدی:
برد تشخیص: Na-U;
حد تشخیص: ≤1ppm;
زمان آزمون: ≤3 دقیقه/برد.
مزایای تجهیزات: آزمون غیرمخرب، تولید سریع گزارش‌های معتبر انطباق، رفع موانع تجاری بین‌المللی.

2. تابع اصلی دستگاه آزمون استحکام اتصال مدار: آزمون استحکام چسبندگی و پایداری انتقال سیگنال در برد‌های PCB با فرکانس بالا/با دقت بالا.
پارامترهای کلیدی:
محدوده آزمون نیروی کششی: 0-50 گرم;
دقت: ±0.1 گرم؛
فرکانس تست سیگنال: تا 60 گیگاهرتز.
مزایای تجهیزات: مطابق با استاندارد IPC-610، که اطمینان حاکمیت از قابلیت اطمینان محصول در کاربردهای با فرکانس بالا و دقت بالا را فراهم می‌کند.

سوال 1: اگر مستندات ناقص یا اهداف آزمون نامشخص منجر به آزمون نادرست شود چه باید کرد؟

پاسخ: مستندات کامل را همان‌گونه که خواسته شده ارسال کنید. آزمون‌های سفارشی‌سازی‌شده به پارامترهای عملیاتی تکمیلی نیاز دارند. کینگفیلد خدمات بازبینی رایگان پیش از آزمون ارائه می‌دهد؛ تیم فنی ما می‌تواند تجهیزات مناسب را بر اساس اهداف اصلی پیشنهاد دهد تا از هدررفت منابع یا حذف موارد ضروری جلوگیری شود.

سوال 2: چگونه دقت ناکافی آزمون یا اعوجاج داده‌ها ناشی از انتخاب نادرست تجهیزات یا تنظیمات نامناسب پارامترها را برطرف کنیم؟
الف: تجهیزات را بر اساس پیچیدگی برد مدار چاپی انتخاب کنید (AOI سه‌بعدی برای برد‌های با چگالی بالا، تست پروب پروازی برای نمونه‌های اولیه با دسته‌های کوچک). در صورت عدم اطمینان، با مهندسین کینگفیلد مشورت کنید. آستانه‌های پارامتر تجهیزات را به طور دقیق رعایت کنید و تنظیمات را در تمام مراحل توسط اپراتوری معتبرسازی‌شده توسط تولیدکننده اصلی کنترل کنید تا از آسیب به برد مدار چاپی یا از دست‌دادن داده‌ها در اثر تست خارج از محدوده جلوگیری شود.

سوال 3: در صورتی که گزارش تست عبارت «نقص مشکوک» را نشان دهد، یا تست قبول شود اما عملکرد در استفاده واقعی با مشکل مواجه شود، چه باید کرد؟
الف: کینگفیلد خدمات طبقه‌بندی و تفسیر نقص‌ها را ارائه می‌دهد و تأثیرات نقص‌ها را بر اساس سناریوهای کاربردی علامت‌گذاری کرده و پیشنهادات اصلاحی ارائه می‌دهد. در صورتی که نقصی «از نظر آزمایشگاهی مجاز اما در عمل ناموفق» تشخیص داده شود، می‌توان تست سطح سیستم را مکمل نمود. ما یک محیط سفارشی‌سازی‌شده ایجاد خواهیم کرد تا شرایط کاری واقعی را شبیه‌سازی کرده و تأیید نهایی از انتها تا انتها را انجام دهیم.

سوال 4. تست مدارهای چاپی با فرکانس بالا/با دقت بالا تحت تأثیر تداخل سیگنال قرار می‌گیرد و برد الکترونیکی بدون سرب باید الزامات RoHS را رعایت کند. چگونه می‌توان این موضوع را تضمین نمود؟
پاسخ: برد‌های با فرکانس بالا/با دقت بالا در آزمایشگاه محافظت‌شده با استفاده از تجهیزات اختصاصی با فرکانس 60 گیگاهرتز تست می‌شوند. مهندسان نقاط تست را به‌منظور کاهش تضعیف سیگنال بهینه می‌کنند. برد‌های بدون سرب با استفاده از طیف‌سنج فلورسانس XRF (محتوای سرب ≤0.1%) تست شده و گزارش انطباق با استاندارد RoHS توسط مراجع بین‌المللی صادر می‌شود و از گواهی‌دهی مرجع مستقل نیز پشتیبانی می‌کند.

سوال 5. تست نمونه‌های اولیه با حجم کم هزینه‌بر است و ضبط‌های تست به راحتی از بین می‌روند و دنبال‌کردن آنها غیرممکن است. راه‌حل‌ها چیستند؟
الف: یک راه‌حل آزمایشی بدون نیاز به فیکسچر انتخاب کنید. کینگفیلد برای آزمایش دسته‌های کوچک، هیچ هزینه اضافی به دلیل سفارش حداقلی وضع نمی‌کند و ترکیب درخواستی موارد آزمون را جهت کنترل هزینه‌ها پشتیبانی می‌کند. پس از انجام آزمون، خدمات ذخیره‌سازی گزارش در فضای ابری ارائه می‌شود که به‌طور کامل داده‌های آزمون، عکس‌های خطاها و راه‌حل‌های بهینه‌سازی را بایگانی می‌کند و پیگیری تکرارها و ردیابی را آسان می‌سازد.