У сучасному світі, де швидкість технологічного прогресу надзвичайно висока і виробництво електронних пристроїв знаходиться на піку свого розвитку, виникає досить важливе питання ефективності та надійності друкованих плат. З урахуванням зростаючої складності та функціональності електроніки, важливість правильного тестування друкованих плат набуває ще більшого значення. Недоліки чи дефекти, які можуть залишитися невиявленими під час тестування, можуть призвести до серйозних проблем в подальшій експлуатації пристроїв. Тому виробники та інженери в області електроніки постійно працюють над розробкою та вдосконаленням методів тестування, щоб забезпечити високу якість продукції та задоволення потреб споживачів.
Метою даного дослідження є вивчення та аналіз сучасних підходів до тестування друкованих плат з метою визначення їх ефективності, надійності та придатності для практичного застосування. Основні завдання включають ретельний огляд і порівняння різноманітних методів тестування, визначення їх переваг та обмежень. Крім того, мета роботи полягає в обґрунтуванні вибору найбільш підходящих методів для конкретних умов виробництва. Це дозволить сприяти підвищенню якості та надійності електронних пристроїв, а також забезпечити оптимальне використання ресурсів під час їх виробництва.
Метод тестування друкованих плат візуальним оглядом полягає у перевірці плат за допомогою зору, без використання спеціалізованого обладнання. Цей метод заснований на уважному обстеженні плати, щоб виявити видимі дефекти або відхилення від норми. Принцип його роботи включає огляд поверхні та компонентів плати з різних кутів, при різному освітленні, іноді за допомогою збільшувальних пристроїв, щоб поліпшити видимість дрібних деталей. Візуальний огляд може виявити різні дефекти, такі як тріщини, подряпини, корозію, деформації, порушення цілісності доріжок, непропаяні або зруйновані з'єднання, неправильне розташування компонентів, а також зміну кольору або текстури поверхні. Це простий та ефективний метод для попереднього оцінювання стану друкованої плати перед застосуванням більш детальних і складних методів тестування. Недоліки: наявність людського фактору, вірогідність суб’єктивних помилок, складність перевірки друкованих плат з SMD (Surface Mounted Device) компонентами, низька швидкодія перевірки тощо.
Автоматизоване оптичне тестування AOI (Automatic Optic Inspection) друкованих плат [1] полягає у використанні спеціалізованих камер і програмного забезпечення для автоматичного візуального огляду плат. Цей метод заснований на застосуванні оптичних систем, які знімають високоякісні зображення плати та аналізують їх за допомогою алгоритмів розпізнавання образів. Принцип його роботи включає сканування плати під різними кутами та освітленням, з подальшою комп'ютерною обробкою зображень для виявлення відхилень від нормативів. Автоматизоване оптичне тестування може виявити різні дефекти, такі як неправильне розташування або орієнтація компонентів, дефекти пайки (наприклад, непропаяні або холодні з'єднання), обриви доріжок, короткі замикання, а також відсутні або неправильно встановлені компоненти. Це високоточний метод, що дозволяє швидко і ефективно проводити перевірку великої кількості плат, забезпечуючи високу якість продукції та мінімізуючи ризик людських помилок. Недоліки: висока вартість обладнання, неможливість перевірки візуально недоступних внутрішньосхемних з’єднань та елементів, неможливість функціональної перевірки плат тощо.
Метод тестування ICT (In-Circuit Testing) використовує спеціалізоване обладнання для перевірки електричних характеристик плати безпосередньо в її зібраному вигляді [2]. Принцип його роботи включає підключення тестових зондів або голок до контактних майданчиків на платі, подачу тестових сигналів та аналіз отриманих даних для виявлення несправностей. ICT може виявити різні дефекти, такі як обриви або короткі замикання в доріжках, несправні компоненти, неправильні номінали резисторів або конденсаторів, дефекти пайки, а також проблеми з інтегральними схемами. Це високоточний метод, має високу швидкодію, дозволяє автоматизувати процес тестування та забезпечити високу якість і надійність друкованих плат. Недоліки: висока складність та вартість обладнання, труднощі перевірки багатошарових друкованих плат, особливо з встановленими інтегральними мікросхемами в BGA (Ball Grid Array), QFN (Quad Flat No-Lead) корпусах. Метод ICT має сенс використовувати в крупносерійному та середньо серійному виробництві.
Рентгенівське тестування друкованих плат використовує рентгенівське випромінювання для аналізу внутрішньої структури та якості з'єднань компонентів [3]. Цей метод заснований на здатності рентгенівських променів проникати через матеріали і створювати зображення внутрішніх частин плати. Принцип його роботи полягає в опроміненні плати рентгенівськими променями та захоплення зображень детектором, що дозволяє візуалізувати приховані шари і з'єднання. Рентгенівське тестування може виявити різні дефекти, такі як порожнечі та тріщини в паяних з'єднаннях, обриви та короткі замикання у внутрішніх доріжках, недостатню кількість припою, а також інші внутрішні структурні дефекти, які неможливо виявити зовнішнім оглядом. Це високоточний метод, що забезпечує детальне зображення внутрішньої будови плати, дозволяючи інженерам проводити ретельний аналіз і діагностику складних електронних компонентів та багатошарових плат. Недоліки: складність обладнання, його висока вартість, неможливість перевірки функціонування плати.
Метод тестування друкованих плат методом граничного сканування (Boundary Scan) полягає у використанні спеціальних інструментів для перевірки функціональності внутрішніх з'єднань компонентів плати без фізичного доступу до всіх контактів [4, 5]. Цей метод заснований на стандарті IEEE 1149.1, також відомому як JTAG (Joint Test Action Group), який визначає спосіб інтеграції додаткових тестових елементів у склад мікросхем. Принцип його роботи включає подачу тестових сигналів через JTAG-інтерфейс в мікросхеми на платі та виведення даних з них для аналізу результатів . Метод граничного сканування може виявити різні дефекти, такі як обриви і короткі замикання в ланцюгах, несправні або неправильно підключені компоненти, а також дефекти в пайці і з'єднаннях. Це ефективний метод для тестування багатошарових плат і складних компонентів, що дозволяє швидко і точно виявляти дефекти на етапах виробництва і тестування, забезпечуючи високу надійність і якість кінцевої продукції. Недоліки: не всі виробники мікросхем підтримують стандарт IEEE 1149.1, значна кількість мікросхем середнього ступеня інтеграції не мають інтерфейсу JTAG, певні складнощі перевірки плат з аналоговими мікросхемами, метод потребує спеціалізоване програмне забезпечення, яке може бути дорогим.
Тепловізійне тестування друкованих плат використовує інфрачервону термографію для виявлення аномальних температурних зон, що можуть свідчити про проблеми з електронікою [6, 7]. Цей метод базується на властивості об'єктів випромінювати теплову енергію і може виявити перегрів, перевантаження або несправності в компонентах плати. Принцип його роботи полягає в тому, що камера інфрачервоного зображення зчитує теплове випромінювання від поверхні плати, а потім ці дані аналізуються для виявлення аномалій. Тепловізійне тестування може виявити різні проблеми, такі як перегрів джерел живлення, несправні та нестабільні компоненти, короткі замикання, а також неефективне розподілення тепла. Цей метод є швидким і безконтактним, дозволяючи виявити проблеми без необхідності розборки та відключення електронних пристроїв. Також він може бути використаний для моніторингу температурного режиму протягом робочого часу, що дозволяє попереджати можливі проблеми до того, як вони стануть критичними. Недоліки: висока вартість, неможливість функціональної перевірки.
У популяції методів тестування друкованих плат існує різноманіття, кожен з яких має свої переваги та обмеження. Візуальний огляд надає можливість швидкого виявлення видимих дефектів, тоді як електричні тести дозволяють проводити більш детальні перевірки електричної цілісності та функціональності. Автоматизоване оптичне та рентгенівське тестування забезпечують високоточність. Рентгенівський тест дозволяє виявляти навіть приховані дефекти, а метод граничного сканування дозволяє тестувати внутрішні з'єднання без фізичного доступу до компонентів. Зважаючи на це, важливо враховувати конкретні потреби та вимоги виробника під час вибору методу тестування. Кожен метод має свої унікальні характеристики, які можуть бути важливими в конкретних умовах виробництва. Наприклад, для швидкої перевірки невеликої кількості плат візуальний огляд може бути ефективним рішенням, тоді як для виявлення складних внутрішніх дефектів може бути необхідним застосувати більш технологічно складні методи, такі як рентгенівське тестування чи метод граничного сканування.
Список літератури:
1. D. B. Anitha , M. Rao. A survey on defect detection in bare PCB and assembled PCB using image processing techniques. In Proc. Int. Conf. Wireless Commun., Signal Process. Netw. (WiSPNET). Mar. 2017. P. 39–43.
2. Alan J. Albee. The Evolution of ICT: PCB Technologies, Test Philosophies, and Manufacturing Business Models Are Driving In-Circuit Test Evolution and Innovations. Teradyne Inc. North Reading, Massachusetts. IPC/APEX Conference, April 2013.
URL: https://www.ipc.org/system/files/technical_resource/E2%26S07_01.pdf (Дата звернення 20.05.2024).
3. Magdalena Michalska. Overview of the use of x-ray equipment in electronics quality tests. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska. 2021. Vol.2. P.26-29.
URL:https://ph.pollub.pl/index.php/iapgos/article/view/2655/2432 (Дата звернення 20.05.2024).
4. Цирульник С., Роптанов В., Цирульник В. Стратегія JTAG-тестування мікропроцесорних систем. Комп’ютерна інженерія. 2014. С.121-123. URL: http://ir.lib.vntu.edu.ua/bitstream/handle/123456789/3881/121-123.pdf?sequence=1 (Дата звернення 20.05.2024).
5. V. N., P. Law, and A. Sparks. Use of JTAG boundary-scan for testing electronic circuit boards and systems. IEEE AUTOTESTCON. 2008. P. 17–22. URL: http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4662576&isnumber=4662554.* (Дата звернення 20.05.2024).
6. Shih-Yuan Huang, Chi-Wu Mao, Kuo-Sheng Cheng. A VQ-Based Approach to Thermal Image Analysis for Printed Circuit Boards Diagnosis. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. December 2005.VOL. 54. NO. 6. P. 2381-2388. URL:https://www.researchgate.net/profile/Kuo-Sheng-Cheng/publication/3091301_A_VQ-Based_Approach_to_Thermal_Image_Analysis_for_Printed_Circuit_Boards_Diagnosis/links/ 00b7d52240b5bd570a000000/A-VQ-Based-Approach-to-Thermal-Image-Analysis-for-Printed-Circuit-Boards-Diagnosis.pdf (Дата звернення 20.05.2024).
7. N.P. Avdelidis, P.I. Nicholson and P. Wallace. Pulsed thermography in the investigation of PCBs for defect detection & analysis. URL: http://www.qirt.org/archives/qirt2006/papers/048.pdf (Дата звернення 20.05.2024).
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter