پنج چالش تست ساخت برای مونتاژ تخته مدار چاپی پیچیده

پیچیدگی مونتاژ برد مدار چاپی (PCBA) در حال افزایش است و به همین دلیل نیاز به آزمایش برای اطمینان از کیفیت، قابلیت اطمینان و عملکرد در طبقه تولید الکترونیکی افزایش می یابد.

از آنجایی که ما همچنان به مرزهای امکان‌پذیر با الکترونیک ادامه می‌دهیم، تقاضا برای سیستم‌های الکترونیکی قابل اعتماد و با کارایی بالا همچنان در حال رشد است. در نتیجه، پیچیدگی مونتاژ برد مدار چاپی (PCBA) در حال افزایش است و نیاز به آزمایش برای اطمینان از کیفیت، قابلیت اطمینان و عملکرد در طبقه تولید الکترونیکی افزایش می یابد.

چالش شماره 1: افزایش چگالی PCBA و تقاضای حجم بالا در تولید

همانطور که پیشرفت تکنولوژی به جلو می رود، تغییر قابل توجهی در تمایل به دستگاه های فشرده و پیچیده ایجاد شده است. این جرقه تکامل قابل توجهی در طراحی PCBA کرده است که با دو پیشرفت کلیدی مشخص می شود:

• کوچک سازی دستگاه، در پاسخ به تقاضای فزاینده برای هر چیز کوچکتر و سریعتر. در نتیجه، طراحان به طور فعال عملکرد PCBA را افزایش می دهند و در نتیجه تعداد اجزایی که نیاز به دسترسی آزمایشی دارند را افزایش می دهند.

• حجم بالایی از PCBA وجود دارد، و در حالی که افزایش دسترسی به آزمایش اجتناب ناپذیر است، این رشد حجم باعث ایجاد گلوگاه در سیستم های تست درون مدار (ICT) شده است.

پرداختن به این چالش ها به معنای استفاده از فناوری است که می تواند گره های آزمایشی بیشتری را در خود جای دهد. این در نهایت به معنای افزایش ظرفیت و امکان پردازش پانل های بزرگتر است.

چالش شماره 2: آزمایش کوتاه تر در گره امپدانس بالا

یک آزمون کوتاه یک آزمون استاندارد بدون قدرت است که در طول ICT انجام می شود. این تست وجود شورت های ناخواسته بین اجزای PCBA را بررسی می کند. تست کوتاه همچنین به محافظت از برد در برابر آسیب در مرحله تست های برقی بعدی کمک می کند. با پیشرفت فناوری، شیوع گره‌های امپدانس بالا افزایش یافته است که ناشی از تقاضای فزاینده برای کیفیت سیگنال، مصرف انرژی کمتر و عملکرد بهبود یافته است.

با این حال، مدت زمان آزمایش کوتاه برای گره امپدانس بالا به طور قابل توجهی طولانی تر است. به طور متوسط، آزمایش یک گره با امپدانس بالا در مقایسه با یک گره با امپدانس پایین، سه برابر بیشتر طول می کشد. این اختلاف در آزمایش به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد گره‌های امپدانس بالا، که به دلیل جریان کم جریان به زمان تثبیت طولانی‌تری نیاز دارند، و اینکه چگونه مقادیر کم نویز می‌تواند بر اندازه‌گیری‌ها تأثیر بگذارد، ایجاد می‌شود. بنابراین، تسترها باید سیگنال تست را برای مدت طولانی برای تثبیت ولتاژ یا جریان اعمال کنند تا از قرائت دقیق اطمینان حاصل شود. همچنین در هنگام جداسازی کوتاه زمانی که یک شورت بر روی یک گره با امپدانس بالا شناسایی می‌شود، پیچیدگی وجود دارد، جداسازی و شناسایی گره‌های کوتاه شده خاص می‌تواند فرآیند پیچیده‌تری باشد. این زمان طولانی آزمایش می تواند به طور بالقوه مانع از توان آزمایشی کلی خط تولید شود و کارایی و سرعت تولید را با چالش هایی مواجه کند.

با توجه به چالش‌های مرتبط با آزمایش گره‌های امپدانس بالا، آزمایش کوتاه پیشرفته شامل دو مرحله است: یک مرحله تشخیص و یک مرحله جداسازی. این الگوریتم جدید که به طور خاص برای افزایش کارایی تشخیص کوتاه برای گره‌های امپدانس بالا طراحی شده است، برای گره‌های امپدانس پایین یا گره‌هایی با شورت‌های شناخته‌شده قابل اجرا نیست.

شکل 1: گره‌های امپدانس بالا با استفاده از شناسه باینری به گروه‌هایی تقسیم می‌شوند و از نظر مقاومت برای بررسی شورت اندازه‌گیری می‌شوند.

سناریویی را در نظر بگیرید که در آن یک برد دارای 100 گره با امپدانس بالا باشد. در این حالت، هر گره دارای طول شناسه 7 بیتی خواهد بود. از طریق اجرای آزمون کوتاه پیشرفته، فرآیند آزمایش به طور قابل توجهی ساده شد و به جای 100، تنها به هفت تکرار برای تکمیل آزمون نیاز داشت. در نتیجه، این کاهش در تعداد تکرارها به طور موثر مدت زمان کلی آزمون را به حداقل می رساند.

در طول مرحله جداسازی، اگر یک اتصال کوتاه تشخیص داده شود، روش تست کوتاه تقویت‌شده از تکنیک نصف‌سازی استفاده می‌کند تا گره‌های خاصی را که در آن اتصال کوتاه غیرمنتظره رخ داده است مشخص کند و الگوریتم استاندارد را منعکس کند. با این حال، یک تمایز کلیدی در این توالی نهفته است: گره های کوتاه شده ابتدا از یک گروه و متعاقباً از گروه دیگر شناسایی می شوند و کارایی فرآیند شناسایی را بهینه می کنند.

چالش شماره 3: آزمایش ابرخازن‌ها (1 تا 100 فاراد) در آزمایش درون مدار

ابرخازن‌ها که اغلب به عنوان SuperCaps شناخته می‌شوند، نوعی از خازن‌ها هستند که با ظرفیت بالایی که از 1 فاراد تا 100 فاراد دارند مشخص می‌شوند. خازن ها به طور کلی دستگاه های الکتروشیمیایی هستند که برای ذخیره انرژی به شکل انرژی الکترواستاتیک طراحی شده اند.

ظرفیت ذخیره انرژی استثنایی ابرخازن‌ها باعث می‌شود که آنها در تعدادی از کاربردها مانند پشتیبانی از وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی (EVs/HEVs) و خودروهای الکتریکی هیبریدی پلاگین (PHEVs) ارزشمند باشند. آنها برای عملکرد توقف-شروع، شتاب گیری سریع و عملیات ترمز احیا کننده استفاده می شوند.

سوپرخازن‌ها علاوه بر کاربردهای خودرویی خود، به‌عنوان یک منبع انرژی ثانویه عمل می‌کنند و در صورت خرابی یا در حین راه‌اندازی، برق پشتیبان اضطراری را برای سیستم‌های حیاتی فراهم می‌کنند. علاوه بر این، آنها نقش مهمی در حفظ سطوح ولتاژ پایدار در سیستم الکتریکی خودرو دارند و در نتیجه کیفیت توان را افزایش می‌دهند. این ثبات تضمین می کند که قطعات الکترونیکی حساس یک منبع تغذیه ثابت و قابل اعتماد دریافت می کنند و به قابلیت اطمینان و عملکرد کلی سیستم کمک می کند.

بنابراین شارژ، آزمایش و تخلیه ابرخازن ها با دقت ضروری است.

شکل 2: اتصال تست SuperCap

چالش شماره 4: اندازه گیری جریان پایین در تست مدار

جریان های نشتی و خواب نقش مهمی در عملکرد دستگاه های مختلف از جمله دستگاه های تلفن همراه، تجهیزات پزشکی و واحدهای خودرو دارند. این جریان‌ها به‌ویژه شاخص‌های مهمی از مصرف انرژی دستگاه هستند و بینش‌هایی را در مورد مدت زمانی که باتری می‌تواند قبل از نیاز به شارژ مجدد یا جایگزینی کار کند، ارائه می‌دهد.

در کاربردهای خودرو، واحدهای کنترل موتور (ECU) اهمیت مدیریت نشتی و جریان خواب را نشان می‌دهند. ECU ها بر عملکردهای حیاتی در عملکرد موتور نظارت می کنند، مانند کنترل آب و هوا، مدیریت کیسه هوا و سیستم های ترمز ضد قفل. مدیریت ناکارآمد این جریان ها در ECU می تواند منجر به تخلیه غیرضروری باتری شود که منجر به کوتاه شدن عمر باتری و نقص احتمالی الکتریکی می شود.

فراتر از نگرانی های مربوط به کارایی، جریان های نشتی خطر ایمنی قابل توجهی را نیز به همراه دارند. خرابی‌های ناشی از این جریان‌ها ممکن است باعث شود مدارهای حیاتی ایمنی در ECU رفتار غیرقابل پیش‌بینی داشته باشند و به طور بالقوه منجر به موقعیت‌های خطرناک شود. به عنوان مثال، سیستم های ایمنی نادرست می تواند منجر به باز نشدن کیسه های هوا در هنگام برخورد شود. با در نظر گرفتن این خطرات بالقوه، اندازه گیری دقیق جریان پایین ضروری است.

چالش شماره 5: دسترسی آزمایشی محدود در PCBA

دستیابی به تست جامع PCBA با چگالی بالا مستلزم قرار گرفتن نقاط تست بر روی هر گره الکتریکی در سراسر مدار است که به تستر داخل مدار اجازه می‌دهد تا تست‌های کامل قطعات و اتصال را انجام دهد. با این حال، تطبیق نقاط آزمایش در تمام گره‌های الکتریکی در یک PCBA متراکم غیرعملی است. این محدودیت در تخصیص نقطه آزمایش منجر به کاهش پوشش تست برای PCBA با چگالی بالا می شود.

این را می توان با معرفی تشکیل خوشه های خودکار و تولید آزمایش برای این خوشه ها برطرف کرد. یک ویژگی خودکار امپدانس معادل خوشه آنالوگ غیرفعال را محاسبه می کند و آن را با نتایج اندازه گیری مقایسه می کند. متعاقبا، ایجاد یک طرح آزمایشی جامع که برای اندازه‌گیری اجزای خوشه‌ای بر روی PCBA‌های متراکم طراحی شده است. این به طور قابل توجهی تلاش مهندسی مورد نیاز برای شناسایی دستی خوشه ها و تولید آزمایش ها را کاهش می دهد.

شکل 3: انواع دستگاه ها و اینکه کدام دستگاه ها برای تست خوشه ای پذیرفته می شوند.

الگوریتم تست خوشه پیشرفته در تستر مدار با چگالی بالا معرفی شده است و یک راه حل خودکار برای ایجاد خوشه های دستگاه غیرفعال قابل اعتماد و تولید طرح های آزمایشی ارائه می دهد. استفاده از قدرت یک الگوریتم از کتابخانه خوشه ای پیشرفته (ACL) تشکیل خوشه کارآمد را تضمین می کند. مراحل بعدی شامل اعتبارسنجی سخت افزاری سخت افزاری است که به شناسایی خوشه های قابل اعتماد برای اهداف آزمایش کمک می کند. با ساده‌سازی فرآیند، حتی مهندسان آزمایشی مبتدی نیز می‌توانند آزمایش‌ها را به طور مؤثر اجرا کنند. این پیشرفت پتانسیل را برای مشتریان فراهم می کند تا از دقت تست بهبودیافته، اجرای آزمایش سریعتر و قابلیت اطمینان افزایش یافته در فرآیندهای تولید خود لذت ببرند، که همگی توسط الگوریتم تست خوشه خودکار تسهیل می شود.

خلاصه

برای رسیدگی به چالش‌های تست PCBA امروزی، کاهش تعداد تکرارها و در نتیجه کاهش مدت زمان تست مورد نیاز برای PCBA با چگالی بالا ضروری است. با فعال کردن زمان تست سریعتر و تصور مجدد پوشش تست، تولیدکنندگان قادر خواهند بود بر پیچیدگی ها غلبه کنند.

منبع از: EE Times