خمسة تحديات لاختبار التصنيع لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة المعقدة

يتزايد تعقيد تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) وكذلك الحاجة إلى الاختبار لضمان الجودة والموثوقية والأداء الوظيفي على أرضية التصنيع الإلكتروني.

بينما نواصل دفع حدود ما هو ممكن في مجال الإلكترونيات، يستمر الطلب على الأنظمة الإلكترونية الموثوقة وعالية الأداء في النمو. ونتيجة لذلك، يتزايد تعقيد تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) وكذلك الحاجة إلى الاختبار لضمان الجودة والموثوقية والأداء الوظيفي في مجال التصنيع الإلكتروني.

التحدي رقم 1: زيادة كثافة PCBA والطلب الكبير في مجال التصنيع

مع تقدم التقدم التكنولوجي، حدث تغير كبير في الرغبة في الأجهزة المدمجة والمصممة بشكل معقد. وقد أثار هذا تطورًا كبيرًا في تصميم PCBA، والذي يتميز بتطورين رئيسيين:

• تصغير الأجهزة، استجابة للطلب المتزايد على كل شيء أصغر وأسرع. ونتيجة لذلك، يعمل المصممون بنشاط على زيادة وظائف PCBA، وبالتالي زيادة عدد المكونات التي تتطلب الوصول للاختبار.

• هناك حجم كبير من PCBA، وعلى الرغم من أن الزيادة في الوصول إلى الاختبار أمر لا مفر منه، فقد أدى هذا النمو في الحجم إلى خلق عنق الزجاجة في أنظمة الاختبار داخل الدائرة (ICT).

ويعني التصدي لهذه التحديات الاستفادة من التكنولوجيا التي يمكنها استيعاب المزيد من نقاط الاختبار. وهذا يعني في النهاية زيادة السعة والسماح بمعالجة الألواح الأكبر حجمًا.

التحدي رقم 2: اختبار قصير أطول على عقدة ذات مقاومة عالية

الاختبار القصير هو اختبار قياسي غير مزود بالطاقة يتم إجراؤه أثناء تكنولوجيا المعلومات والاتصالات. يتحقق هذا الاختبار من وجود شورتات غير مرغوب فيها بين المكونات الموجودة على PCBA. يساعد الاختبار القصير أيضًا على حماية اللوحة من التلف في مرحلة اختبارات الطاقة اللاحقة. مع تطور التكنولوجيا، يتزايد انتشار العقد ذات المعاوقة العالية، مدفوعًا بالطلب المتزايد على جودة الإشارة وانخفاض استهلاك الطاقة وتحسين الوظائف.

ومع ذلك، فإن مدة الاختبار القصيرة للعقدة ذات المعاوقة العالية تكون أطول بشكل ملحوظ. في المتوسط، يستغرق اختبار العقدة ذات المعاوقة العالية ثلاثة أضعاف الوقت مقارنة بالعقدة ذات المعاوقة المنخفضة. ينشأ هذا التناقض في الاختبار بسبب الخصائص الفريدة للعقد ذات المعاوقة العالية، والتي تتطلب وقتًا أطول لتحقيق الاستقرار بسبب انخفاض تدفق التيار، وكيف يمكن أن تؤثر الكميات الصغيرة من الضوضاء على القياسات. لذلك، يجب على القائمين بالاختبار تطبيق إشارة الاختبار لفترة ممتدة لتثبيت الجهد أو التيار لضمان قراءات دقيقة. هناك أيضًا تعقيد أثناء العزلة القصيرة عندما يتم اكتشاف قصر على عقدة ذات مقاومة عالية، ويمكن أن يكون عزل وتحديد العقد القصيرة المحددة عملية أكثر تعقيدًا. من المحتمل أن يعيق وقت الاختبار الممتد هذا إنتاجية الاختبار الإجمالية لخط التصنيع، مما يشكل تحديات أمام الكفاءة وسرعة الإنتاج.

ولمواجهة التحديات المرتبطة باختبار العقد ذات المعاوقة العالية، يتكون الاختبار القصير المعزز من مرحلتين: مرحلة الكشف ومرحلة العزل. تم تصميم هذه الخوارزمية الجديدة خصيصًا لتعزيز كفاءة الكشف عن قصر المعاوقة للعقد ذات المعاوقة العالية، ولا تنطبق على العقد ذات المعاوقة المنخفضة أو العقد ذات القصور المعروف.

الشكل 1: يتم تقسيم العقد ذات المعاوقة العالية إلى مجموعات باستخدام المعرف الثنائي وقياس المقاومة للتحقق من وجود شورتات.

خذ بعين الاعتبار سيناريو حيث تحتوي اللوحة على 100 عقدة ذات مقاومة عالية. في هذه الحالة، سيكون لكل عقدة طول معرف يبلغ 7 بت. ومن خلال تنفيذ الاختبار القصير المعزز، تم تبسيط عملية الاختبار بشكل كبير، حيث لم تتطلب سوى سبع تكرارات لإكمال الاختبار بدلاً من 100. وبالتالي، فإن هذا التخفيض في عدد التكرارات يقلل بشكل فعال من مدة الاختبار الإجمالية.

أثناء مرحلة العزل، إذا تم اكتشاف ماس كهربائي، فإن طريقة الاختبار القصيرة المحسنة تستخدم تقنية النصف لتحديد العقد المحددة التي حدث فيها ماس كهربائي غير متوقع، مما يعكس الخوارزمية القياسية. ومع ذلك، يكمن التمييز الرئيسي في التسلسل: يتم تحديد العقد المختصرة في البداية من مجموعة واحدة ومن ثم من الأخرى، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة عملية تحديد الهوية.

التحديات رقم 3: اختبار المكثفات الفائقة (من 1 إلى 100 فاراد) في الاختبار داخل الدائرة

المكثفات الفائقة، والتي يشار إليها غالبًا باسم SuperCaps، هي نوع من المكثفات تتميز بسعاتها العالية، والتي تتراوح من 1 فاراد إلى 100 فاراد. المكثفات بشكل عام هي أجهزة كهروكيميائية مصممة لتخزين الطاقة على شكل طاقة كهروستاتيكية.

إن سعة تخزين الطاقة الاستثنائية للمكثفات الفائقة تجعلها ذات قيمة خاصة في عدد من التطبيقات، مثل دعم المركبات الكهربائية والهجينة (EVs/HEVs) والمركبات الكهربائية الهجينة (PHEVs). يتم استخدامها لوظيفة التوقف والبدء والتسارع السريع وعمليات الكبح المتجددة.

بالإضافة إلى تطبيقاتها في السيارات، تعمل المكثفات الفائقة كمصدر طاقة ثانوي، مما يوفر طاقة احتياطية للطوارئ للأنظمة الحيوية في حالة حدوث فشل أو أثناء إجراءات بدء التشغيل. علاوة على ذلك، فإنها تلعب دورًا حاسمًا في الحفاظ على مستويات جهد ثابتة داخل النظام الكهربائي للمركبة، وبالتالي تحسين جودة الطاقة. ويضمن هذا الاستقرار حصول المكونات الإلكترونية الحساسة على مصدر طاقة ثابت وموثوق، مما يساهم في موثوقية النظام وأدائه بشكل عام.

لذلك من الضروري شحن واختبار وتفريغ المكثفات الفائقة بدقة.

الشكل 2: اتصال اختبار SuperCap

التحدي رقم 4: قياسات التيار المنخفض في اختبار الدائرة

تلعب تيارات التسرب والنوم دورًا حاسمًا في أداء الأجهزة المختلفة، بما في ذلك الأجهزة المحمولة والمعدات الطبية ووحدات السيارات. تعد هذه التيارات مؤشرات مهمة بشكل خاص لاستهلاك طاقة الجهاز، مما يوفر نظرة ثاقبة حول المدة التي يمكن أن تستمر فيها البطارية في التشغيل قبل الحاجة إلى إعادة الشحن أو الاستبدال.

في تطبيقات السيارات، تمثل وحدات التحكم في المحرك (ECUs) أهمية إدارة التسرب وتيارات النوم. تشرف وحدات التحكم الإلكترونية على الوظائف المهمة ضمن تشغيل المحرك، مثل التحكم في المناخ وإدارة الوسائد الهوائية وأنظمة المكابح المانعة للانغلاق. يمكن أن يؤدي التعامل غير الفعال مع هذه التيارات داخل وحدات التحكم الإلكترونية إلى استنزاف غير ضروري للبطارية، مما يؤدي إلى تقصير عمر البطارية واحتمال حدوث أعطال كهربائية.

وبعيدًا عن المخاوف المتعلقة بالكفاءة، تشكل تيارات التسرب أيضًا خطرًا كبيرًا على السلامة. قد تؤدي الأعطال الناجمة عن هذه التيارات إلى عمل دوائر السلامة الحرجة داخل وحدات التحكم الإلكترونية بشكل غير متوقع، مما قد يؤدي إلى مواقف خطرة. على سبيل المثال، قد يؤدي خلل في أنظمة السلامة إلى عدم فتح الوسائد الهوائية أثناء الاصطدام. وبالنظر إلى هذه المخاطر المحتملة، فإن إجراء قياسات دقيقة للتيار المنخفض أمر حتمي.

التحدي رقم 5: الوصول المحدود للاختبار على PCBA

يتطلب تحقيق اختبار شامل لـ PCBA عالي الكثافة وضع نقاط اختبار على كل عقدة كهربائية في جميع أنحاء الدائرة، مما يسمح للاختبار داخل الدائرة بإجراء اختبارات شاملة للمكونات والاتصال. ومع ذلك، فإن استيعاب نقاط الاختبار على جميع العقد الكهربائية داخل PCBA المكتظ بكثافة أمر غير عملي. يؤدي هذا القيد في تخصيص نقطة الاختبار إلى انخفاض في تغطية الاختبار لـ PCBA عالي الكثافة.

يمكن معالجة هذه المشكلة من خلال تقديم تشكيل الكتلة الآلي وإنشاء الاختبار لهذه المجموعات. تقوم ميزة تلقائية بحساب المعاوقة المكافئة للمجموعة التناظرية المنفعلة ومقارنتها بنتائج القياس. وبعد ذلك، إنشاء خطة اختبار شاملة مصممة لقياس مكونات المجموعة على PCBAs المكتظة بكثافة. وهذا يقلل بشكل كبير من الجهد الهندسي المطلوب لتحديد المجموعات يدويًا وإنشاء الاختبارات.

الشكل 3: أنواع الأجهزة والأجهزة المقبولة للاختبار العنقودي.

يتم تقديم خوارزمية اختبار المجموعة المحسنة في جهاز اختبار الدائرة عالي الكثافة ويقدم حلاً آليًا لإنشاء مجموعات أجهزة سلبية يمكن الاعتماد عليها وإنشاء خطط اختبار. الاستفادة من قوة الخوارزمية من مكتبة المجموعة المتقدمة (ACL) تضمن تكوين المجموعة بكفاءة. تتضمن المراحل اللاحقة التحقق الصارم من متطلبات الأجهزة، مما يساهم في تحديد مجموعات موثوقة لأغراض الاختبار. ومن خلال تبسيط العملية، يمكن حتى لمهندسي الاختبار المبتدئين تنفيذ الاختبارات بفعالية. يحمل هذا التقدم إمكانية للعملاء الاستمتاع بدقة اختبار محسنة وتنفيذ اختبار أسرع وموثوقية معززة في عمليات الإنتاج الخاصة بهم، وكل ذلك يتم تسهيله بواسطة خوارزمية اختبار المجموعة الآلية.

ملخص

ولمواجهة تحديات اختبار PCBA اليوم، من الضروري تقليل عدد التكرارات، وبالتالي تقليل مدة الاختبار المطلوبة لـ PCBAs عالي الكثافة. ومن خلال تمكين أوقات اختبار أسرع وإعادة تصور تغطية الاختبار، سيتمكن المصنعون من التغلب على التعقيدات.

المصدر: إي إي تايمز