روش های تست

راهنمایی روش‌های تست

آخرین چیزی که هر طراحی می‌خواهد این است که در آخرین لحظه کشف کنید محصولات آنها معیوب است. قطعات الکترونیکی از هر نوعی، حتی اگر به درستی طراحی و با دقت زیادی ساخته شده باشند، مستعد اشکالات زیادی هستند. در مرحله‌ی تولید نمونه‌ی بسیاری از لوازم الکترونیکی، طراحان با باگ‌ها و مشکلات زیادی مواجه می‌شوند که باید آن اشکالات را رفع کنند. با این‌حال، اگر متوجه اشکال خاصی نشوند، تا زمانی که محصول از محل تولید دور شود، می‌تواند مشکلات زیادی برای شرکت ایجاد کند. به همین دلیل است که تست قطعات الکترونیکی، به ویژه برای PCBها بسیار مهم است.

چرا تست PCBضروری است

تست بخش مهمی از چرخه‌ی توسعه PCBاست. اجرای تست در طول چرخه تولید می‌تواند به صرفه‌جویی در هزینه کمک کند و مانع بروز مشکلات در زمان تولید نهایی شود.

برخی از تکنیک‌های آنالیز طراحی را می‌توان در طول مراحل اولیه بکار برد تا کمک کند مسائل و مشکلات عمده در طی فرآیند تولید به حداقل برسند، اما طیف گسترده‌ای از روش‌هیای تست وجود دارد که می‌توان بر روی بردهای فیزیکی بکار برد. این تست‌ها که بر روی نمونه‌های اولیه یا مونتاژهای در مقیاس کوچک انجام می‌شوند، نگاه دقیق‌تری به مسائلی مانند اتصالات کوتاه، قسمت‌های لحیم‌کاری و عملکرد آنها می‌اندازد تا اطمینان حاصل گردد هر PCBتست شده طبق هدف مورد نظر کار می‌کند.

این نوع آزمایش مزایای مختلفی در فرآیند طراحی PCBدارد که شامل موارد زیر می‌باشد:

·         شناسایی اشکال (باگ): مزیت اصلی تست PCBاین است که به شناسایی مشکلات در PCBکمک می‌کند. این مشکل چه در عملکرد آن، قابلیت تولید یا هر جای دیگری نهفته باشد، تست PCBموجب شناسایی مسائل و مشکلات موجود در طراحی PCBمی‌شود، تا طراحان بتوانند تنظیمان لازم را بر این اساس انجام دهند.

·         صرفه‌جویی در زمان: تست PCBدر مراحل اولیه می‌تواند به صرفه‌جویی در زمان در طولانی مدت کمک کند و به طراحان این امکان را بدهد تا مشکلات عمده را در طول مرحله‌ی نمونه‌سازی شناسایی کنند. با آزمایش دقیق و کامل طراحان می‌توانند علت اصلی هر مشکل را به سرعت و به سادگی تعیین کنند، تنظیمات لازم را انجام دهند، بدین ترتیب آنها می‌توانند با سرعت بیشتری به سوی تولید حرکت کنند و زمان انتظار جهت تحویل محصول را کاهش دهند.

·         کاهش هزینه: تست PCBبا استفاده از نمونه‌های اولیه و مونتاژ در مقیاس کوچک برای تست محصولات، مانع تولید بی‌فایده محصولات معیوب شود. با اجرای تست دقیق و کامل در مراحل اولیه طراحی، طراحان می‌توانند از مونتاژهای بیهوده PCBهای معیوب در مقیاس کامل جلوگیی کنند، و قبل از اینکه وارد مرحله تولید شوند، مطمئن باشند که طراحی تا حد ممکن بی‌نقص است. این مرحله کمک قابل ملاحظه‌ای به کاهش هزینه‌های تولید می‌کند.

در حالی‌که تست کامل برای همه انواع PCBها، به ویژه محصولات تکمیل شده‌ای که به خوبی وارد چرخه عمر محصولات آنها شده‌اند، لازم نیست، اما اکثر طرح‌های جدید PCBنیازمند تست دقیق و مکرر فرایند طراحی هستند. با ایجاد یک روش تست PCBمناسب برای نیازهای سازمان، می‌توانید مزایای تست PCBرا تجربه کنید.

چه چیزی مورد آزمایش قرار می گیرد؟

در طی فرآیند آزمایش، چندین قطعه‌ی PCBبه تفصیل مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند، از جمله:

·         لامیناسیون (لایه‌بندی): کیفیت لایه‌بندی در طول عمر یک PCBضروری است ورقه ورقه شدن (Peeling)  لامینت می‌تواند مشکلاتی را در عملکرد نهایی برد ایجاد کند. به طور کلی، در تست‌های لامیناسیون، مقاومت لمینت در برابر ورقه ورقه شدن (peeling)از طریق اِعمال نیرو یا حرارت بررسی می‌شود.

·         آبکاری (روکش) مس: فویل مسی روی PCBبه صورت لایه‌ای در برد بکار رفته تا قابلیت رسانایی آن را تامین کند، اما کیفیت مس، از نظر مقاومت کششی و کشیدگی آن اغلب با دقت مورد آزمایش قرار می‌گیرد.

·         قابلیت لحیم‌کاری: تست قابلیت لحیم‌کاری یک ماده برای عملکرد PCBضروری است، زیرا تضمین می‌کند که قطعات می‌توانند محکم به برد وصل شوند. متداول‌ترین فاکتوری که آنالیز می‌شود، ترشوندگی (wetting)است، یا اینکه یک سطح چقدر لحیم مایع را می‌پذیرد.

·         کیفیت دیواره سوراخ: کیفیت دیواره سوراخ، یکی دیگر از اجزای اساسی یک PCBاست، که اطمینان می‌دهد هنگامی که PCBوارد مرحله تولید می‌شود، دیواره‌های سوراخ ترک نمی‌خورند یا ورقه‌ورقه (delaminate)نمی‌شوند. به طور کلی، دیواره‌های سوراخ در محیط‌ها با ایجاد سیکل و تغییر سریع دما آزمایش می‌شوند تا ببینند چه واکنشی به تنش گرمایی می‌دهند.

·         الکتریکی: رسانایی الکتریکی برای هر PCBامری ضروری است، بنابراین، توانابب PCBبرای عبور جریان‌های الکتریکی با حداقل نشتی یکی از آزمایشات معمول است.

·         محیط: بسیاری از PCBها در محیط‌های مرطوب کار می‌کنند، بنابراین یکی از تست‌های معمول برای PCBها برای جذب آب است. در این نوع تست‌ها، PCBقبل و بعد از قرار گرفتن در یک محیط مرطوب وزن می‌شود، و هر تغییر وزن قابل توجهی منجر به دریافت نمره منفی می‌شود.

·         تمیزی (Cleanliness): تمیزی برای PCBها توانایی مقاومت در برابر عوامل محیطی مانند خوردگی و رطوبت است. به طور کلی، این تست‌ها شامل آنالیز PCBها قبل و بعد از قرار گرفتن در معرض شرایط مختلف محیطی است.

بیشتر این فاکتورها در تست اولیه مواد و تست‌های محیطی آنالیز می‌شوند. هر چند که عواملی مانند هدایت الکتریکی و عملکرد کلی با روش‌ها و تجهیزات مختلفی تجزیه و تحلیل می‌شوند که با جزئیات بیشتری ارائه می‌شوند.

 

انواع روش‌های تست


چندین روش تست PCB در دسترس است، و اینطور نیست که یک روش خاص هر مشکلی را نشان دهد با نیازهای هر طراحی را تامین کند. در هر روش تستی باید به دقت بررسی شود آیا مطابق با نیازهای خاص محیط تولیدتان است. برخی فاکتورهایی که باید در نظر بگیرید شامل نوع محصولی است که در حال تست آن هستید، مشکلی که در حال آزمایش آن هستید، و قابلیت اطمینان روش تست است. برای اینکه بتوانیم بررسی کلی از روش‌های موجود تست ارائه دهیم، خصوصیات اصلی چندین روش رایج تست PCBرا به طور خلاصه ارائه می‌دهیم.

آزمون تحت مدار In-Circuit  (ICT)

آزمون تحت مدار، روش تست محبوب PCBاست که بسیاری از تولیدکنندگان PCBبکار می‌گیرند، و قادر به یافتن 98 درصد اشکالات است. در این روش تست از تجهیزات ویژه‌ای استفاده می‌شود، از جمله:

·         تستر تحت مدار (In-circuit tester): این سیستم تِستر حاوی ماتریسی (شبکه‌ای) از صدها یا هزاران درایور و سنسور است که اندازه‌گیری‌های مربوط به تست را انجام می‌دهند.

·         نگهدارنده (فیکسچر): نگهدارنده به تست تحت مدار وصل می‌شود و بخشی است که به طور مستقیم با برد تحت آزمایش در تعامل است. این فیکسچر شبیه بستری سوزنی است و به طور اختصاصی برای برد مورد نظر طراحی شده است. هر Nailیا سوزن، یا نقطه سنسور (sensor point)، به نقاط مربوطه در برد تست متصل است، و اطلاعات را به تستر بازمی‌گردانند. فیکسچرها معمولاً گرانترین بخش این سیستم هستند.

·         نرم‌افزار: نرم‌افزار برای تستر به سیستم دستور می‌دهد چه تست‌هایی برای هر نوع برد مورد آزمایش انجام شود و پارامترهایی را برای قبول یا رد تعیین می‌کند.

با استفاده از روش ICT، یک تولیدکننده می‌تواند هر یک از قطعات را آزمایش کند و عملکرد آنها را بدون توجه به سایر قطعات متصل به آنها اندازه‌گیری کند. به طور کلی، این نوع تست، بهترین آزمون برای مدارهای آنالوگ است، زیرا در اندازه‌گیری مقاومت، ظرفیت خازنی، و سایر اندازه‌گیری‌های آنالوگ بهترین عملکرد را دارد. علاوه بر این، هزینه تجهیزات نشان می‌دهد که این روش تست برای تست نهایی محصولات پایدار و با حجم بالا مناسب است، و برای محصولات با حجم کم، یا مراحل اولیه تست که طرح ممکن است چندین بار تغییر کند، مناسب نیست.

 

آزمون تحت مدار بدون فیکسچر (FICT)/ تست کاوشگر سوزنی معلق

آزمون تحت مدار بدون فیکسچر (FICT)، که به عنوان کاوشگر سوزنی معلق (flying probe)نیز شناخته می‌شود، نوعی ICTاست که بدون فیکسچرهای مرسوم عمل می‌کند، هزینه کلی تست را کاهش می‌دهد. اولین بار در سال1986 معرفی شد، FICTاز یک فیکسچر ثابت برای نگهداشتن برد استفاده می‌کند، در حالی که پین‌های تست به حرکت در می‌آیند و نقاط (points)مربوطه تست بر روی آن، از یک برنامه کنترل شده نرم‌افزاری استفاده می‌کند. از زمان معرفی FITC، این روش به دلیل تطبیق‌پذیری، کاربرد گسترده‌ای در سراسر صنعت تولید لوازم الکترونیکی داشته است.

تست FICTبرای مواردی مشابه با ICTسنتی استفاده می‌شود، اما به دلیل روشی که برای تست به کار می‌گیرد، مزایا و معایب مختلفی دارد. در حالی که FICTقادر است به سرعت، سریع و به روشی مقرون به صرفه، با یک تغییر ساده برنامه‌نویسی، با بردهای جدید سازگار شود، اما نسبت به ICTسنتی سرعت کمتری دارد. این ویژگی آن را به روش تست ایده‌آل برای تست‌های تولید کم و تست نمونه اولیه تبدیل کرده است، اما برای تولید در مقیاس بالا کارایی کمتری دارد.

تست عملکرد مدار

تست عملکرد مدار (Functional Circuit Test)دقیقاً همان چیزی است که به نظر می‌رسد یعنی عملکرد مدار را آزمایش می‌کند. این نوع تست همیشه در پایان برنامه تولید انجام می‌شود، و بررسی می‌کند آیا PCBنهایی بر طبق مشخصات آن عمل می‌کند. تسترهای عملکردی در انواع مختلفی وجود دارند، اما معمولاً عملکرد مشابهی دارند آنهل محیط نهایی را که قرار است PCBدر آنجا کار کند، شبیه سازی می‌کنند. تسترهای کارکردی معمولاً اینکار را از طریق اتصال به PCBبا استفاده از نقاط پروب تست یا اتصال‌دهنده‌های کناری (لبه) انجام می‌دهند و برای تایید عملکرد PCBبا توجه به مشخصات طراحی، آزمایش را انجام می‌دهند.

از بعضی جهات، تست‌های عملکرد مدار شبیه به ICTاست، زیرا آنها از اتصال دهنده‌ها (Connectors)برای اتصال به برد استفاده می‌کنند. در مورد تسترهای عملکرد مدار، آنها از دستگاههای پین پوگو (pogo pin)برای اتصال به PCBاستفاده می‌کنند و معمولاً به پین‌های کمتری از فیکسچر ICTنیاز دارند. سپس تجهیزات تست برنامه‌هایی را برای تست PCBاجرا می‌کنند، و تضمین می‌کنند که عملکرد تجهیزات دقیقاً طبق هدف مورد نظر است.

همانطور که قبلاً گفته شد، تست عملکرد مدار آخرین نوع تست برای تکمیل برنامه تولید PCBاست، و تضمین می‌کند که عملکرد محصول بر طبق مشخصات طراحی آن است. این روش تست برتی نمونه‌های اولیه ایده‌آل نیست، زیرا جزئیات مربوط به خطای محصول را شناسایی نمی‌کند به طور کلی، تست‌های عملکرد مدار تنها عملکرد محصول را در حالت کلی بررسی می‌کند و نمره‌دهی به صورت قبولی یا رد شدن است.

آزمون اسکن مرزی (Boundary Scan Testing)

تست اسکن مرزی خطوط سیمی روی PCBرا بررسی می‌کند و به طور گسترده‌ای به عنوان روشی برای آزمایش مدارهای مجتمع، در زمانی که امکان دسترسی به همه گره‌های مدار وجود ندارد، بکار می‌رود. در این نوع آزمایش، سلول‌ها درون لیدهایی (leads)از سیلیکون تا پین‌های خارجی قرار می‌گیرند و عملکرد برد تست می‌شود.

بزرگترین ویژگی متمایز این نوع تست، توانایی آن در ارزیابی برد بدون دسترسی به همه گره‌های آن است. این ویژگی برای ارزیابی مدارهای مجتمع با چند لایه و تراکم بالا اهمیت زیادی دارد، زیرا این نوع PCBها در سالهای اخیر رواج یافته است. در حقیقت، این روش تست کاملاً تطبیق‌پذیر است و می‌توان آن را برای کاربردهای مختلفی، از جمله تست‌های سطح سیستم، تست حافظه، برنامه‌نویسی فلش، و نمونه‌سازی (امولشن) CPUبه کار برد. و معمولاً در خدمات میدانی برای کشف مسائل در عملکرد سیستم‌ها استفاده می‌شود.

طراحی برای ساخت (DFM)

طراحی برای ساخت، یا DFM، فرآیند تنظیم و چیدمان توپولوژی یک PCBبا فرآیند ساخت در ذهن است. با استفاده از این طراحی ذهنی، توپولوژی جانمایی PCBبرای کاهش مشکلاتی که معمولاً در طی فرآیندهای ساخت و مونتاژ پیش می‌آیند، در نظر گرفته می‌شود. این مشکلات شامل موارد زیر است:

·         اسلایورها و جزایر (Slivers and islands): قطعات مس شناور و آزاد بر روی یک لایه PCBمی‌توانند باعث ایجاد مشکلاتی در طراحی PCBشود، و در زمانی اتفاق می‌افتد که یک طرح شامل چندین ناحیه یا جزایر کوچک مس بین مسیرها باشد. ممکن است این قطعات از هم جدا شوند و باعق ایجاد تداخل با سایر قسمت‌های برد و جزایر، عدم دقت مسیر، امپدانس و سایر مشکلات شوند.

·         پل‌های لحیم‌کاری: هنگامی‌که مسیرها و پین‌ها خیلی نزدیک به هم قرار گرفته باشند، و ماسک لحیم در طرح بکار نرفته باشد، ممکن است لحیم پل‌هایی بین پین‌ها ایجاد کند، و موجب اتصالات کوتاه و خوردگی به همراه سایر مشکلات شود.

·         مس در لبه‌ها: گاهی اوقات، مس روی یک PCBخیلی نزدیک به لبه برد است، در هنگام فرآیند قلم‌زنی (etching)در زمان استفاده از جریان الکتریکی، موجب اتصال کوتاه می‌شود.

آزمون‌های DFMباید در اوایل زمانبندی پروژه انجام شود تا هزینه‌های کلی و زمان توسعه کاهش یاند. برنامه‌های نرم‌افزاری زیادی وجود دارند که به شناسایی مسائلی که در بالا لیست شدند، کمک می‌کنند.

طراحی برای مونتاژ (DFA)

برای هر مونتاژ PCB، اتصال ایمن قطعات به برد مدار ضروری است. متاسفانه، هنگامی که طراحی به سختی مونتاژ شده باشد،انجام اینکار می‌تواند دشوار باشد، به همین دلیل است که DFA، یا طراحی برای مونتاژ ضروری است. هدف از DFAاین است که یک PCBچگونه طراحی شود که مونتاژکننده (اسمبلر) بتواند کارش را به سرعت و به شیوه‌ای موثر انجام دهد. این فرایند شامل به حداقل رساندنِ ورودی مواد، انتخاب قطعاتی است که به راحتی در دسترس هستند، دادن فضای کافی بین قطعات، کاربرد استانداردهای کلی طراحی PCBو ایجاد علائم دقیق و مشخص برای قطعات است.

مانند DFM، تست‌های DFAنیز باید در مراحل اولیه فرآیند طراحی پروژه انجام شوند تا هزینه‌های تولید و زمان توسعه‌ی محصول به حداقل برسد. برنامه‌های نرم‌افزاری در دسترس هستند که برای اطمینان از انطباق طراحی PCBبا استانداردهای DFAکمک می‌کنند.

طراحی برای آزمون (DFT)

طراحی برای آزمون، DFTعبارتی کلی است که برای یک نوع طراحی بکار می‌رود که کمک می‌کند اجرای تست کامل‌تر و کم‌هزینه‌تر باشد. اساساً، PCBهایی که با DFTدر ذهن طراحی شده‌اند، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تشخیص و مکان‌یابی خرابی‌ها آسان باشد. بدین‌ترتیب، اجرای سریع و دقیق آزمایش‌ها ساده‌تر است، و زمان لازم برای آزمایش کاهش می‌یابد. برای این‌کار، طراحان باید دقیقاً بدانند از چه نوع روش‌های تستی در هر مرحله تولید و طراحی PCBاستفاده می‌کنند تا آنها را به شیوه‌ای بهینه بکار گیرند.

ممکن است DFTنیازمند مقدار زیادی طراحی اضافی و تلاش مهندسی در فرآیند طراحی PCBباشد، در این صورت با زمان صرفه‌جویی شده در طول آزمایش جبران می‌شود. با این حال، مقدار زمان صرف شده، به دلیل کاهش کلی در هزینه‌های تولید جبران می‌شود. با آسان‌تر یافتنِ مشکلات، احتمال کمتری دارد PCBهایی با اشکالات پنهانی ارسال شوند، که هزینه نارضایتی مشتری و بازگشت احتمالی محصول را کاهش می‌دهد.

طراحی برای زنجیره تامین (DSC)

نکته‌ای که بسیاری از طراحان در نظر نمی‌گیرند، چرخه عمر یک محصول یا یک قطعه است. اغلب، اجزای خاصی در طی چرخه عمر یک PCBمنسوخ می‌شوند، و تامین آن قطعه به روشی مقرون به صرفه دشوار می‌شود. در نظر گرفتن چرخه عمر قطعات هنگام طراحی محصولات جدید ضروری است.

آگاهی از چرخه عمر محصول شامل صحبت کردن با تولیدکننده‌ی باتجربه‌ی قراردادیِ قطعات الکترونیکی برای تعیین میزان موجودی انبار و قطعاتجایگزین برای قطعات یک PCBدر مراحل اولیه طراحی است.این استراتژی در بلند مدت مورد صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود، زیرا موجب تضمین طول عمر طولانی قطعات در طراحی PCBمی‌شود.

Millennium Circuitsرا انتخاب کنید

صرف نظر از روشی که استفاده می‌کنید، آزمایش PCBگامی اساسی در فرایند طراحی است و با جلوگیری از بروز اشکالات قبل از تأثیرگذاری بر تولید شما، به صرفه جویی در وقت و هزینه زیاد در کسب و کار خود کمک خواهید کرد. با این حال ، برای اجرای موفقیت آمیز آزمایشات بر روی PCB، به یک تأمین کننده نیاز دارید تا بتوانید اطمینان حاصل کنید که نمونه‌های اولیه شما هر بار طبق سفارش ساخته شده اند. شرکت Millennium Circuitsمی‌تواند در این زمینه کمک کند.

ما چندین سرویس تولید نمونه اولیه و در مقیاس کوچک را ارائه می‌دهیم که می‌توانند موجب سرعت بخشیدن به روند تست شما شوند. با قابلیت اطمینان باورنکردنی و بدون هزینه پنهان، اطمینان می‌دهیم شما می‌توانید جهت تامین نمونه‌های اولیه با کیفیت بالا برای دور بعدی تست PCBبه ما اعتماد کنید. همین امروز استعلام قیمت بگیرید!