Inspecţia şi testarea plăcilor electronice: concepte şi strategii

31 IANUARIE 2007

Sistemul de asigurare al calităţii ce trebuie implementat în procesul de manufacturare al produselor, reprezintă punctul forte al companiilor care sunt leaderi de piaţă. şi în producţia plăcilor electronice populate există aceleaşi întrebări referitoare la sistemul de calitate:
care sunt elementele tipice ale unui sistem de calitate standard?
care este costul şi eficienţa sistemului de calitate existent?
ce costuri se pot salva, cum se poate îmbunătăţi calitatea produselor utilizând diverse tipuri de echipamente de inspecţie şi testare?
Astăzi, elementele tipice ale unui sistem de calitate în producţia de plăci electronice sunt următoarele: inspecţia vizuală manuală sau automată, testul electric in-circuit, testul electric funcţional, testul final de calitate şi serviciul de reparaţii post-vânzare – datorat de obicei reclamaţiilor clienţilor.

A Ca şi prim element al sistemului de calitate inspecţia vizuală manuală constă în utilizarea operatorilor calificaţi şi a microscoapelor pentru detectarea optică a erorilor de pe placa electronică: scurtcircuite, întreruperi, componente greşit plasate sau lipsă, lipituri insuficiente sau în exces.
Această metodă are următoarele avantaje:
– are un cost redus în Europa de Est, Asia-Pacific, America Latină, dar cu trend de creştere progresivă a costurilor.
– este o metodă flexibilă. Postul de lucru poate fi imediat creat sau desfiinţat în funcţie de necesităţi.

Ca dezavantaje majore, menţionăm:
– faptul că decizia este luată de operator pe baza informaţiei furnizate de ochiul uman face ca numai 50%-80% dintre erori să fie detectate;
– este dificilă detectarea componentelor mici şi a lipiturilor cu volum mic de pastă sau ascunse;
– erorile nedetectate trec într-o fază superioară a procesului de producţie şi astfel se creează munca de reparaţii suplimentară

Figura 2 Erori tipice care apar în procesul de producţie al plăcilor electronice

Figura 2
Figura 3

O eroare de microcontact datorată lipiturii defectuase ca cea din figura 3, cu greu poate fi observată de către ochiul uman. Alternativa la inspecţia optică manuală o reprezintă maşinile de inspecţie optică automată.
Acestea utilizează camere CCD de achiziţie de imagini şi surse de lumină multiple, imaginile achiziţionate ale componenetelor şi lipiturilor fiind prelucrate de algoritmi software.

Folosind aparatura de inspecţie optică automată (AOI) aveţi următoarele beneficii:
– identificaţi rapid şi cu acurateţe defectele de calitate ale plăcilor electronice într-o fază incipientă: lipsa şi plasamentul defectuos al componentelor, problemele de calitate al volumului şi formei lipiturilor, scurtcircuitele, întreruperile;
– puteţi utiliza OCR (optical character recognition) pentru recunoaşterea codurilor de componente sau a codurilor de bare
– identificaţi erorile de proces şi analizaţi modul de lucru al maşinilor de printare a aliajului de lipit şi a maşinilor ce plasează componentele. Astfel aveţi trasabilitate pentru toate componentele şi lipiturile inspectate optic şi puteţi îmbunătăţi procesul tehnologic.

Figura 4

În figura 4 avem exemplificată achiziţia de imagini multiple pentru un sistem de inspecţie optică automată 3D Orbotech. Inspectând componenta electronică din diverse unghiuri, folosind iluminarea potrivită se pot detecta problemele de microcontact sau lipiturile insuficiente ale pinilor de contact, deşi în plan orizontal componenta pare perfect plasată şi lipită.
Creşterea densităţilor plăcilor electronice şi micşorarea continuă a componentelor, complexitatea proceselor (SMD&THT), presiunea asupra calităţii fac ca echipamentele AOI să fie indispensabile în cazul volumelor de producţie medii şi mari sau când calitatea şi trasabilitatea procesului de producţie este un criteriu eliminatoriu în obţinerea comenzii de la client (industria electronică auto, industria medicală, aero-spaţială, telecomunicaţii).

ALFA TEST este distribuitorul unic în România al aparaturii de inspecţie optică automată 3D Orbotech.

B Inspecţia şi testarea parametrilor electrici ai plăcilor electronice populate este următoarea componentă extrem de importantă a sistemului de calitate. Procesul de testare se divide în testul in-circuit şi testul funcţional.
Testul in circuit ne permite testarea parametrilor electrici ai plăcii populate la nivel de componentă. Fiecare nod electric al plăcii electronice este accesat prin intermediul unor pini de testare prin care se transmit stimuli electrici sau se fac măsurători analogice şi digitale.
Diagnoza este foarte precisă, mesajul de eroare este la nivel de componentă şi permite repararea rapidă a defectelor. În timpul testării se poate face şi programarea/verificarea informaţiei înscrise în chipurile de memorii sau microcontrolere.

Figura 5

Figura 6

Testul in circuit permite detectarea următoarelor erori: scurtcircuite, întreruperi de trasee electrice, componente lipsă, avariate sau defectuos plasate, componente cu parametri în afara limitelelor de toleranţă, componente incorect programate, măsurători de timp/frecvenţă în afara limitelor de toleranţă, teste analogice şi digitale eronate realizate cu placa electronică alimentată.
Exemplificări ale conectivităţii între placa de testat, adaptor tip pat de cuie şi interfaţa standard a maşinii de testare
Pentru testul in-circuit se folosesc 2 tipuri de maşini de testare:
maşini de testare cu interfaţă standard, contactul între placa electronică şi maşină realizându-se prin intermediul unui adaptor de testare cu pat de cuie (fixture) specific fiecărei plăci.

Figura 7

Avantaje: testarea foarte rapidă, accesul simultan pe toate punctele de testare.
Dezavantaje: necesită dezvoltarea unui adaptor de test pentru fiecare produs în parte, necesită un design al plăcii electronice cu pad-uri de testare, nu se poate face accesul pe pad-urile SMD.
Recomandabilă la volume mari de plăci electronice.
ALFA TEST asigură suportul regional în România, Ungaria şi Bulgaria pentru maşinile de testare in-circuit Teradyne.
maşinile de testare de tip flying probe folosesc 4-8 probe mobile acţionate electric ce contactează alternativ şi cu precizie pad-urile plăcii electronice.

Figura 8

Avantaje: flexibilitate mare, nu necesită adaptor mecanic de testare, accesul se poate face direct pe pinii SMD, modificare rapidă a programelor de test în cazul schimbării design-ului plăcii electronice, cost de întreţinere /dezvoltare proiecte noi scăzut.
Dezavantaje: limitări la testele digitale, timp de testare mai mare decât în cazul maşinilor in-circuit cu interfaţă standard.

ALFA TEST este distribuitorul unic în România al firmei Itochu-Systech ce comercializează aparatura de tip flying probe TAKAYA.

C Testul funcţional permite analiza parametrilor la nivel de funcţionalitate a plăcii electronice prin testarea semnalelor de input/output sau prin înglobarea plăcii electronice într-un simulator al ansamblului final.
În figura 9 se prezintă un exemplu de tester funcţional
Pentru testul funcţional se folosesc platforme de testare specifice fiecărui produs.

Figura 9

Figura 10

Avantaje:
– testarea parametrică a plăcii electronice ne asigură de funcţionalitatea ei în condiţii date de lucru.
Dezavantaje:
– consumatoare de timp, nu are 100% acoperire;
– platforma de testare este customizată pentru produsul respectiv şi rareori poate fi reutilizată;
– mesajul de eroare find la nivel de funcţionalitate şi nu la nivel de componentă reparaţia în această etapă se face greoi, necesită un nivel mare de expertiză şi este costisitoare.

ALFA TEST are o colaborare strânsă cu firma ELMA furnizând rack-uri platforme
sistem şi asistenţă în designul de test funcţional
.
Desenul de mai jos exprimă totalitatea metodelor de inspecţie şi testare.

Concluzii
Chiar dacă metodele de inspecţie şi testare se întrepătrund, cu cât o eroare este descoperită într-o fază mai incipientă a procesului de producţie cu atât costurile sunt mai mici. Dacă noi considerăm un cost 1x pentru o eroare detectată la începutul liniei de producţie, costurile sunt de 10 ori mai mari dacă eroarea este descoperită după inspecţia optică sau inspecţia in-circuit şi de 100 ori mai mari după inspecţia de test funcţional.

Figura 11

Figura 11 Tehnologii de inspecţie şi testare
Dacă placa electronică se returnează de către client, din ansamblul final costurile de remediere sunt de 1000 ori mai mari. De aceea o strategie de inspecţie şi testare bine pusă la punct ne asigură calitatea produselor, ne diminuează costurile de producţie, ne îmbunătăţeşte imaginea în ochii clientului şi ne deschide calea spre noi oportunităţi de afaceri
.

Începând cu numărul următor al revistei o să analizăm detaliat fiecare tip de echipament de inspecţie şi testare în parte.

Marius Toader – ALFA TEST
e-mail:marius.toader@alfatest.ro
www.alfatest.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre