Leitfaden für PCB-Testmethoden

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• Warum PCB-Tests notwendig sind?
• Was wird getestet?
• Arten von PCB-Testmethoden
• So schützen Sie Ihre Leiterplatte mit besseren Designs
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Leitfaden zu Testmethoden für Leiterplatten

Das Letzte, was ein Designer will, ist, in letzter Minute festzustellen, dass sein Produkt fehlerhaft ist. Elektronik aller Art, selbst wenn sie richtig entworfen und sorgfältig gebaut wurde, ist anfällig für Probleme. Viele Elektronikgeräte kommen aus der Prototypenphase mit vielen Fehlern und Problemen, die ihre Designer beheben müssen. Wenn jedoch etwas unbemerkt bleibt, bis das Produkt im Einsatz ist, kann dies große Probleme für das Unternehmen bedeuten.

Das Testen von Elektronik ist so wichtig, insbesondere für Leiterplatten (PCBs), weil es das Auftreten mehrerer Probleme verhindert. Um eine klarere Vorstellung davon zu bekommen, wie PCB-Tests Ihre PCB-Produkte verbessern können, erfahren Sie mehr darüber, was PCB-Tests sind und welche primären Methoden zur Bewertung von PCBs verwendet werden.

Warum PCB-Tests notwendig sind

Das Testen ist ein entscheidender Teil des Herstellungsprozesses von Leiterplatten. Wenn PCB-Tests während des gesamten Produktionszyklus durchgeführt werden, kann dies helfen, Geld zu sparen und Probleme beim letzten Produktionslauf zu vermeiden.

Einige Designanalysetechniken können in den frühen Phasen verwendet werden, um größere Probleme während des Herstellungsprozesses zu minimieren, aber es gibt auch eine breite Palette von PCB-Testmethoden, die auf physischen Platinen angewendet werden können. Diese Tests, die an Prototypen oder kleinen Baugruppen durchgeführt werden, untersuchen potenzielle Kurzschlüsse, Lötstellenprobleme und Funktionalität am genauesten, um sicherzustellen, dass jede getestete Leiterplatte wie beabsichtigt funktioniert.

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Vorteile des PCB-Tests

Viele Unternehmen sehen das Testen von Leiterplatten aufgrund der vielen Vorteile, die es ihnen bietet, als absolutes Muss an. Sehen Sie sich einige der folgenden Hauptvorteile von PCB-Tests an:

• Fehleridentifizierung: Der Hauptvorteil des PCB-Testens besteht darin, dass es hilft, Probleme in PCBs zu identifizieren. Unabhängig davon, ob das Problem in der Funktionalität, Herstellbarkeit oder anderswo liegt, identifizieren PCB-Tests Probleme in einem PCB-Design und -Layout, sodass Designer entsprechende Anpassungen vornehmen können.
• Zeitersparnis: Das Testen von Leiterplatten in den frühen Phasen kann langfristig helfen, Zeit zu sparen, sodass Designer größere Probleme während der Prototyping-Phase erkennen können. Gründliche Tests ermöglichen es Designern, die Grundursache jedes aufgetretenen Problems schnell und einfach zu ermitteln und Anpassungen vorzunehmen, damit sie schneller mit der Produktion fortfahren und die Produktvorlaufzeit verkürzen können.
• Kostensenkung: Das Testen von Leiterplatten verhindert eine verschwenderische Produktion fehlerhafter Produkte, indem Prototypen und kleine Baugruppen zum Testen der Produkte verwendet werden. Durch gründliche Tests zu Beginn des Designprozesses können Designer verschwenderische Komplettmontagen fehlerhafter Leiterplatten vermeiden und sicherstellen, dass das Design so fehlerfrei wie möglich ist, bevor es in die Produktion geht. Dieser Schritt trägt dazu bei, die Produktionskosten deutlich zu senken.
• Weniger zurückgegebene Produkte: Wenn Unternehmen PCB-Tests durchführen, verringern sie die Wahrscheinlichkeit, dass fehlerhafte Produkte verkauft werden oder solche, die die Leistungsstandards nicht erfüllen. Infolgedessen sehen sie nicht so viele zurückgegebene Produkte, was zu geringeren Kosten im Zusammenhang mit der Rückerstattung von Kunden und der Handhabung fehlerhafter Waren führt. Darüber hinaus kann eine geringere Anzahl zurückgegebener Produkte zu einer höheren Kundenzufriedenheit und einem verbesserten Ruf des Unternehmens führen.
• Erhöhte Sicherheit: Da Leiterplatten häufig in wichtigen elektronischen Technologien verwendet werden, kann ihr Ausfall große Probleme für die Produktivität eines Unternehmens oder die Fähigkeit einer Organisation zur Erbringung wesentlicher Dienstleistungen verursachen. Eine defekte Leiterplatte könnte einen Brand verursachen und möglicherweise Personen in der Nähe gefährden. Durch Tests vor der Fertigung kann auch sichergestellt werden, dass Maschinen und Arbeiter nicht aufgrund eines unsachgemäßen Designs während der Produktion beschädigt oder verletzt werden.

Während nicht für alle Arten von Leiterplatten gründliche Tests erforderlich sind, insbesondere für ausgereifte Produkte bis weit in ihren Produktlebenszyklus hinein, erfordert die Mehrheit der neuen Leiterplattendesigns robuste und häufige Tests des Designprozesses. Indem Sie ein geeignetes PCB-Testverfahren für die Anforderungen Ihres Unternehmens einrichten, können Sie die Vorteile des PCB-Tests erleben.

Was ist PCB-Test und was wird getestet?

PCB-Tests und -Inspektion decken eine Vielzahl von Testmethoden für Leiterplatten ab, mit denen überprüft wird, ob eine Leiterplatte den Standards entspricht. Einige dieser PCB-Standards drehen sich darum, sicherzustellen, dass die PCB gemäß den Spezifikationen eines Projekts ordnungsgemäß funktioniert und keine Mängel aufweist. Zur Durchführung dieser Inspektionen und PCB-Tests werden Elektroplatinen-Tester und andere Leiterplatten-Testmethoden verwendet.

Prüfverfahren für Leiterplatten bewerten mehrere Komponenten von Leiterplatten. Diese Komponenten werden im Detail analysiert, um ihre Qualität sicherzustellen. Die getesteten Hauptkomponenten finden Sie unten:

• Laminierung: Die Qualität der Laminierung ist für die Lebensdauer einer Leiterplatte von entscheidender Bedeutung – sich ablösendes Laminat kann Probleme bei der endgültigen Funktionalität einer Platine verursachen. Im Allgemeinen wird bei Laminierungstests die Beständigkeit des Laminats gegen Abschälen durch Krafteinwirkung oder Anwendung von Wärme untersucht.
• Kupferbeschichtung :Die Kupferfolie auf einer Leiterplatte wird auf die Platine laminiert, um für Leitfähigkeit zu sorgen, aber die Qualität des Kupfers wird oft getestet, wobei Zugfestigkeit und Dehnung im Detail analysiert werden.
• Lötbarkeit: Das Testen der Lötbarkeit eines Materials ist für eine funktionierende Leiterplatte unerlässlich, da es sicherstellt, dass Komponenten fest auf der Platine befestigt werden können, und Lötfehler im Endprodukt verhindert. Der am häufigsten analysierte Faktor ist die Benetzung, die sich darauf bezieht, wie gut eine Oberfläche flüssiges Lötmittel annimmt.
• Lochwandqualität: Die Lochwandqualität ist ein weiterer wesentlicher Bestandteil einer Leiterplatte, um sicherzustellen, dass die Lochwände nicht reißen oder sich ablösen, wenn die Leiterplatte in den Einsatz kommt. Lochwände werden im Allgemeinen in Umgebungen mit zyklischen und schnell wechselnden Temperaturen analysiert, um zu sehen, wie gut sie auf thermische Belastungen reagieren.
• Elektrisch: Die elektrische Leitfähigkeit ist für jede Leiterplatte von entscheidender Bedeutung, daher ist die Fähigkeit einer Leiterplatte, elektrische Ströme mit minimalen Leckagen zu leiten, ein gängiger Test.
• Umwelt: Viele PCBs arbeiten in feuchten Umgebungen, daher ist ein üblicher Test für PCBs die Wasseraufnahme. Bei dieser Art von Tests wird die Leiterplatte gewogen, bevor und nachdem sie in eine feuchte Umgebung gebracht wurde, und jede signifikante Gewichtsänderung führt zu einer ungenügenden Note.
• Sauberkeit: Sauberkeit für Leiterplatten ist die Fähigkeit, Umweltfaktoren wie Korrosion und Feuchtigkeit zu widerstehen. Im Allgemeinen umfassen diese Tests die Analyse von PCBs, bevor und nachdem sie unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden.

Die meisten dieser Faktoren werden in frühen Materialprüfungen und Umwelttests analysiert. Faktoren wie elektrische Leitfähigkeit und allgemeine Funktionalität werden jedoch mit verschiedenen Methoden und Geräten analysiert.

Arten von PCB-Testmethoden

Es stehen mehrere PCB-Testmethoden zur Verfügung, und keine kann jedes Problem lösen oder die Anforderungen aller Designer erfüllen. Jede Testmethode sollte genau geprüft werden, um festzustellen, ob sie den spezifischen Anforderungen Ihrer Fertigungsumgebung entspricht. Einige zu berücksichtigende Faktoren sind die Art des Produkts, das Sie testen, die Probleme, auf die Sie testen, und die Zuverlässigkeit der Testmethode. Um Ihnen einen Überblick über die verfügbaren Testmethoden zu geben, haben wir die Hauptqualitäten von vier gängigen Arten von PCB-Testmethoden unten zusammengefasst:

1. In-Circuit-Test (ICT)

In-Circuit-Testing ist eine beliebte PCB-Testmethode, die viele PCB-Hersteller bevorzugen, und kann 98 % der Fehler finden. Diese Testmethode verwendet spezielle PCB-Testschritte und -geräte, einschließlich:

• In-Circuit-Tester: Das Testsystem enthält eine Matrix aus Hunderten oder Tausenden von Treibern und Sensoren, die die Messungen für den Test durchführen.
• Spiel: Eine Vorrichtung wird mit dem In-Circuit-Tester verbunden und ist das Teil, das direkt mit der zu testenden Platine interagiert. Diese Vorrichtung sieht aus wie ein Nagelbett und ist speziell für das betreffende Brett konzipiert. Jeder „Nagel“ oder Sensorpunkt ist mit relevanten Punkten auf der Testplatine verbunden und gibt Informationen an den Tester zurück. Halterungen sind im Allgemeinen der teuerste Teil dieses Systems.
• Software: Die Software für den Tester weist das System an, welche Tests für jeden zu testenden Leiterplattentyp durchzuführen sind, und gibt die Parameter für ein Bestehen oder Nichtbestehen vor.

Mit der ICT-Methode kann ein Hersteller einzelne Komponenten testen und ihre Leistung unabhängig von den anderen daran angebrachten Komponenten messen. Im Allgemeinen eignet sich diese Art des Testens am besten für 3analoge Schaltungen, da sie am besten zum Messen von Widerstand, Kapazität und anderen analogen Messungen geeignet ist. Aufgrund der Kosten für die Ausrüstung eignet sich diese Testmethode außerdem am besten für die Endprüfung von stabilen Produkten mit hohen Stückzahlen, nicht für Produktionen mit geringen Stückzahlen oder frühen Testphasen, in denen sich das Design möglicherweise mehrmals ändert.

2. Fixtureless In-Circuit Test (FICT)/Flying Probe Test

Der befestigungslose In-Circuit-Test (FICT), auch als Flying-Probe-Test bekannt, ist eine Art von ICT, die ohne die benutzerdefinierten Vorrichtungen arbeitet und die Gesamtkosten des Tests reduziert. FICT wurde erstmals 1986 eingeführt und verwendet eine einfache Halterung, um die Platine zu halten, während sich Teststifte bewegen und relevante Punkte darauf mit einem softwaregesteuerten Programm testen. Seit seiner Einführung hat sich FICT aufgrund seiner Vielseitigkeit in der gesamten Elektronikfertigungsindustrie durchgesetzt.

FICT-Tests werden für die gleichen Dinge wie herkömmliche IKT verwendet, bieten jedoch aufgrund der Art und Weise, wie sie getestet werden, andere Vor- und Nachteile. Obwohl FICT in der Lage ist, sich mit einer einfachen Programmieränderung schnell, einfach und kostengünstig an neue Boards anzupassen, ist es tendenziell langsamer als das traditionelle ICT. Diese Qualität macht es zu einer idealen Testmethode für Tests in kleinen Serien und Prototypen, aber weniger effektiv für die Massenproduktion.

3. Funktionskreistest

Ein funktionaler Schaltungstest ist genau das, wonach es sich anhört – er testet die Funktion der Schaltung. Diese Art von Tests steht immer am Ende des Fertigungsplans, wobei ein Funktionstester verwendet wird, um zu prüfen, ob eine fertige Leiterplatte den Spezifikationen entspricht.

Einige Antworten auf häufig gestellte Fragen zu funktionalen Schaltungstests und ihrer Funktionsweise finden Sie unten:

• Wie funktionieren Funktionstester? Funktionstester gibt es in verschiedenen Ausführungen, aber im Allgemeinen haben sie dieselbe Funktion – sie simulieren die endgültige Umgebung, in der die Leiterplatte funktionieren soll. Funktionstester tun dies normalerweise, indem sie über ihre Testsondenpunkte oder Kantenverbinder eine Schnittstelle mit der Leiterplatte herstellen und testen, um zu bestätigen, dass die Leiterplatte gemäß den Designspezifikationen funktioniert.
• Sind Funktionsschaltkreise dasselbe wie IKT? In gewisser Weise ähneln funktionale Schaltungstests IKTs, da sie Steckverbinder verwenden, um sie an der Platine zu befestigen. Im Fall von funktionalen Schaltungstestern verwenden sie Pogo-Pin-Geräte, um eine Verbindung mit der Leiterplatte herzustellen, und benötigen im Allgemeinen weniger Pins als eine ICT-Vorrichtung. Das Testgerät führt dann Programme zum Testen der Leiterplatte aus, um sicherzustellen, dass das Gerät genau wie beabsichtigt funktioniert.
• Wann finden Funktionskreistests statt? Wie bereits erwähnt, sind funktionale Schaltungstests die letzte Art von Tests, die in einem PCB-Fertigungsplan durchgeführt werden müssen, um sicherzustellen, dass das ausgehende Produkt gemäß den Spezifikationen funktioniert.
• Was wertet ein Funktionskreistest aus? Im Allgemeinen betrachten funktionale Schaltungstests nur die Funktionalität des Produkts als Ganzes und bewerten es auf der Grundlage von „bestanden“ oder „nicht bestanden“. Daher ist es keine ideale Testmethode für frühe Prototypen, da es keine Details darüber identifiziert, was mit dem Produkt nicht stimmt.

4. Boundary-Scan-Tests

Der Boundary-Scan-Test betrachtet die Drahtleitungen auf Leiterplatten und wird häufig zum Testen integrierter Schaltkreise verwendet, wenn es nicht möglich ist, alle Knoten des Schaltkreises zu erreichen. Bei dieser Art von Test werden Zellen in den Leitungen vom Silizium zu den externen Pins platziert, um die Funktionalität der Platine zu testen.

Die große Unterscheidungskraft dieser Art von Tests ist ihre Fähigkeit, ein Board zu bewerten, ohne alle seine Knoten zu erreichen. Diese Qualität ist wichtig für die Bewertung integrierter Schaltkreise mit mehreren Schichten und hoher Dichte, da diese Arten von PCBs in den letzten Jahren immer häufiger wurden.

Tatsächlich ist diese Testmethode sehr vielseitig und kann für verschiedene Anwendungen verwendet werden, darunter unter anderem Tests auf Systemebene, Speichertests, Flash-Programmierung und Emulation der Zentraleinheit (CPU). Es wird häufig im Außendienst verwendet, um Probleme in funktionierenden Systemen zu erkennen.

So schützen Sie Ihre Leiterplatte mit besseren Designs

Um Ihre Leiterplatte besser zu schützen und eine Inspektion und einen Test bestehen zu lassen, sollten Sie einige der besten heute verfügbaren Designtechniken in Betracht ziehen. Design for Manufacturing (DFM), Design for Assembly (DFA), Design for Test (DFT) und Design for Supply Chain (DFSC) sind einige der besten Designtechniken, die verwendet werden, um sicherzustellen, dass eine Leiterplatte korrekt hergestellt wird.

Im Wesentlichen verwenden Designer diese Techniken in der Schaltplan- und Simulationsphase, um sicherzustellen, dass eine Leiterplatte verschiedene Parameter und Standards erfüllt, bevor sie an die Fertigungsphase gesendet wird. Erfahren Sie unten mehr über DFM, DFA, DFSC und DFT.

Konstruktion für die Fertigung

DFM ist der Prozess der Anordnung einer PCB-Topologie unter Berücksichtigung des Herstellungsprozesses. Mit dieser Designmentalität soll die PCB-Layouttopologie Probleme mindern, die typischerweise während der Herstellungs- und Montageprozesse auftreten, einschließlich:

• Splitter und Inseln: Frei schwebende Kupferstücke auf einer PCB-Schicht können Probleme in einem PCB-Design verursachen, was häufig passiert, wenn ein Design mehrere Bereiche mit kleinen Kupferinseln zwischen den Leiterbahnen umfasst. Diese Teile können abbrechen und Interferenzen an anderen Teilen der Platine und Inseln, Leiterbahnimpedanz, Leiterbahnungenauigkeiten, Impedanz und andere Probleme verursachen.
• Lötbrücken: Wenn Leiterbahnen und Pins zu nah beieinander platziert werden und in einem Design keine Lötstoppmaske verwendet wird, kann Lot Brücken zwischen Pins bilden, was neben anderen Problemen zu Kurzschlüssen und Korrosion führen kann.
• Kupfer bis zum Rand: Manchmal befindet sich das Kupfer auf einer Leiterplatte zu nahe am Rand der Leiterplatte, was zu Kurzschlüssen während des Ätzvorgangs führt, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird.

DFM-Tests sollten früh in einem Projektzeitplan implementiert werden, um die Gesamtkosten und die Entwicklungszeit zu reduzieren. Es gibt viele Softwareprogramme, die Probleme wie die oben aufgeführten identifizieren.

Konstruktion für die Montage

Bei jeder Leiterplattenbestückung ist es wichtig, die Komponenten sicher auf der Leiterplatte zu befestigen. Leider kann dies schwierig sein, wenn das Design schwer zu montieren ist, weshalb DFA unerlässlich ist. Mit DFA besteht das Ziel darin, festzulegen, wie die Leiterplatte zu entwerfen ist, damit der Bestücker seine Arbeit schnell und effektiv erledigen kann.

Der DFA-Prozess umfasst die folgenden Schritte:

• Materialeinsatz minimieren.
• Wählen Sie leicht verfügbare Komponenten.
• Geben Sie den Komponenten ausreichend Platz zueinander.
• Allgemeine Standards des PCB-Designs anwenden.
• Machen Sie Markierungen für Komponenten genau und deutlich.

Wie DFM sollten DFA-Tests früh in einem Projektdesignprozess implementiert werden, um Produktionskosten und Produktentwicklungszeit zu minimieren. PCB-Testsoftwareprogramme sind verfügbar, um sicherzustellen, dass PCB-Designs den DFA-Standards entsprechen.

Design zum Testen

DFT ist eine Art von Design, das dazu beiträgt, das Testen gründlicher und weniger kostspielig zu machen. Im Wesentlichen sind PCBs, die unter Berücksichtigung von DFT entwickelt wurden, so konzipiert, dass Fehler leicht erkannt und lokalisiert werden können. Auf diese Weise ist es einfacher, Tests schnell und genau durchzuführen und die für das Testen benötigte Zeit zu reduzieren. Damit dies funktioniert, müssen Designer genau wissen, welche Art von Testmethoden sie in jeder Phase der Produktion verwenden werden, und die Leiterplatte so entwerfen, dass sie optimal mit ihnen funktioniert.

DFT kann viel zusätzlichen Design- und Konstruktionsaufwand im PCB-Designprozess erfordern und die Zeitersparnis während des Testens leicht ausgleichen. Der Zeitaufwand wird jedoch leicht durch eine Gesamtsenkung der Herstellungskosten wettgemacht. Da Fehler leichter zu finden sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass Leiterplatten mit versteckten Fehlern verschickt werden, wodurch die Kosten für Kundenunzufriedenheit und potenzielle Rückrufe reduziert werden.

Design für die Lieferkette

Eine Sache, die viele Designer nicht berücksichtigen, ist der Lebenszyklus eines Produkts oder einer Komponente. Oft veralten bestimmte Komponenten während des Produktlebenszyklus einer Leiterplatte, und es wird schwieriger, diese Komponente kostengünstig zu beschaffen. Bei der Entwicklung neuer Produkte mit DFSC-Techniken ist es wichtig, die Lebenszyklen der Komponenten zu berücksichtigen.

Um die Lebenszyklen im Auge zu behalten, gehört es, mit einem erfahrenen Vertragshersteller für Elektronik zu sprechen, um die Lagerverfügbarkeit und alternative Bezugsquellen für die Komponenten einer Leiterplatte in einem frühen Stadium des Designprozesses zu ermitteln. Langfristig wird diese DFSC-Strategie helfen, Geld zu sparen, indem sie eine lange Lebensdauer für ein PCB-Design sicherstellt.

Wählen Sie Millennium Circuits für PCB-Tests

Unabhängig von der Methode, die Sie verwenden, ist das Testen von Leiterplatten ein wesentlicher Schritt im Designprozess und hilft Ihrem Unternehmen, viel Zeit und Geld zu sparen, indem Fehler verhindert werden, bevor sie Ihre Produktion beeinträchtigen. Um jedoch erfolgreich Tests auf Ihren Leiterplatten durchführen zu können, benötigen Sie einen Lieferanten, dem Sie vertrauen können, um sicherzustellen, dass Ihre Prototypen jedes Mal auf Bestellung gefertigt werden. Millennium Circuits Limited kann helfen.

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