ความท้าทายในการทดสอบการผลิตห้าประการสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ที่ซับซ้อน

ความซับซ้อนของการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCBA) กำลังเพิ่มขึ้น และความจำเป็นในการทดสอบก็เช่นกัน เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพ ความน่าเชื่อถือ และฟังก์ชันการทำงานในโรงงานผลิตอิเล็กทรอนิกส์

ในขณะที่เรายังคงขยายขอบเขตของสิ่งที่เป็นไปได้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ความต้องการระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสูงยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้ความซับซ้อนของการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCBA) เพิ่มขึ้น และความจำเป็นในการทดสอบก็เช่นกันเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพ ความน่าเชื่อถือ และฟังก์ชันการทำงานในโรงงานผลิตอิเล็กทรอนิกส์

ความท้าทาย #1: การเพิ่มความหนาแน่นของ PCBA และความต้องการปริมาณสูงในการผลิต

ในขณะที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีก้าวไปข้างหน้า ความต้องการอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดและได้รับการออกแบบอย่างประณีตได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก สิ่งนี้ได้จุดประกายวิวัฒนาการที่สำคัญในการออกแบบ PCBA โดยมีการพัฒนาที่สำคัญสองประการ:

• การย่อขนาดอุปกรณ์ เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับทุกสิ่งที่เล็กลงและเร็วขึ้น ด้วยเหตุนี้ นักออกแบบจึงเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของ PCBA อย่างจริงจัง ซึ่งจะเป็นการเพิ่มจำนวนส่วนประกอบที่ต้องมีการเข้าถึงเพื่อทดสอบ

• PCBA มีปริมาณมาก และแม้ว่าการเข้าถึงการทดสอบที่เพิ่มขึ้นเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่การเติบโตของปริมาณนี้ทำให้เกิดปัญหาคอขวดในระบบการทดสอบในวงจร (ICT)

การจัดการกับความท้าทายเหล่านี้หมายถึงการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีที่สามารถรองรับโหนดทดสอบได้มากขึ้น ท้ายที่สุดนี้หมายถึงการเพิ่มกำลังการผลิตและช่วยให้สามารถประมวลผลแผงที่ใหญ่ขึ้นได้

ความท้าทาย # 2: การทดสอบสั้นอีกต่อไปบนโหนดความต้านทานสูง

การทดสอบระยะสั้นคือการทดสอบแบบไม่มีกำลังไฟฟ้ามาตรฐานที่ดำเนินการระหว่าง ICT การทดสอบนี้จะตรวจสอบการลัดวงจรที่ไม่ต้องการระหว่างส่วนประกอบต่างๆ บน PCBA การทดสอบระยะสั้นยังช่วยปกป้องบอร์ดจากความเสียหายในขั้นตอนการทดสอบการจ่ายไฟที่ตามมา เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น ความชุกของโหนดที่มีอิมพีแดนซ์สูงก็เพิ่มขึ้น โดยได้แรงหนุนจากความต้องการคุณภาพสัญญาณที่เพิ่มขึ้น การใช้พลังงานที่ลดลง และฟังก์ชันการทำงานที่ได้รับการปรับปรุง

อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาการทดสอบที่สั้นสำหรับโหนดความต้านทานสูงนั้นนานกว่าอย่างเห็นได้ชัด โดยเฉลี่ยแล้ว การทดสอบโหนดที่มีความต้านทานสูงจะใช้เวลานานกว่าสามเท่าเมื่อเทียบกับโหนดที่มีความต้านทานต่ำ ความคลาดเคลื่อนในการทดสอบนี้เกิดขึ้นเนื่องจากคุณลักษณะเฉพาะของโหนดที่มีอิมพีแดนซ์สูง ซึ่งต้องใช้เวลาในการรักษาเสถียรภาพนานกว่าเนื่องจากการไหลของกระแสต่ำ และผลกระทบจากสัญญาณรบกวนจำนวนเล็กน้อยที่ส่งผลต่อการวัดค่า ดังนั้นผู้ทดสอบจะต้องใช้สัญญาณทดสอบเป็นระยะเวลานานเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าให้คงที่เพื่อให้แน่ใจว่าอ่านค่าได้แม่นยำ นอกจากนี้ยังมีความซับซ้อนในระหว่างการแยกระยะสั้นเมื่อตรวจพบการลัดวงจรบนโหนดที่มีอิมพีแดนซ์สูง การแยกและการระบุโหนดที่มีการลัดวงจรเฉพาะอาจเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น เวลาในการทดสอบที่ขยายออกไปนี้อาจขัดขวางการทดสอบโดยรวมของสายการผลิต ทำให้เกิดความท้าทายต่อประสิทธิภาพและความเร็วในการผลิต

เพื่อจัดการกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการทดสอบโหนดที่มีอิมพีแดนซ์สูง การทดสอบระยะสั้นที่ได้รับการปรับปรุงประกอบด้วยสองเฟส ได้แก่ เฟสการตรวจจับและเฟสการแยก ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับการลัดวงจรสำหรับโหนดที่มีความต้านทานสูง อัลกอริธึมใหม่นี้ไม่สามารถใช้ได้กับโหนดที่มีความต้านทานต่ำหรือโหนดที่รู้จักการลัดวงจร

รูปที่ 1: โหนดที่มีความต้านทานสูงจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มโดยใช้รหัสไบนารี่ และวัดความต้านทานเพื่อตรวจสอบกางเกงขาสั้น

พิจารณาสถานการณ์ที่บอร์ดประกอบด้วยโหนดที่มีความต้านทานสูง 100 ตัว ในกรณีนี้ แต่ละโหนดจะมีความยาวตัวระบุ 7 บิต เมื่อใช้การทดสอบระยะสั้นที่ได้รับการปรับปรุงแล้ว กระบวนการทดสอบได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก โดยกำหนดให้การทดสอบเสร็จสิ้นเพียง 7 ครั้งแทนที่จะเป็น 100 ครั้ง ดังนั้น การลดจำนวนครั้งซ้ำนี้จึงช่วยลดระยะเวลาการทดสอบโดยรวมลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในระหว่างขั้นตอนการแยก หากตรวจพบการลัดวงจร วิธีการทดสอบการลัดวงจรที่ได้รับการปรับปรุงจะใช้เทคนิคการแบ่งครึ่งเพื่อระบุโหนดเฉพาะที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรโดยไม่คาดคิด โดยสะท้อนถึงอัลกอริธึมมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ในลำดับ: โหนดที่ลัดวงจรจะถูกระบุตั้งแต่แรกจากกลุ่มหนึ่ง และต่อมาจากอีกกลุ่มหนึ่ง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการระบุตัวตน

ความท้าทาย #3: การทดสอบซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ (1 ถึง 100 ฟารัด) ในการทดสอบในวงจร

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ หรือที่มักเรียกกันว่า SuperCaps เป็นตัวเก็บประจุชนิดหนึ่งที่มีความจุสูง โดยมีตั้งแต่ 1 ฟารัดถึง 100 ฟารัด โดยทั่วไปตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมีที่ออกแบบมาเพื่อกักเก็บพลังงานในรูปของพลังงานไฟฟ้าสถิต

ความสามารถในการกักเก็บพลังงานที่ยอดเยี่ยมของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ทำให้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการใช้งานจำนวนหนึ่ง เช่น การรองรับรถยนต์ไฟฟ้าและไฮบริด (EVs/HEV) และรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดแบบปลั๊กอิน (PHEV) ใช้สำหรับฟังก์ชันหยุด-สตาร์ท การเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว และการเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่

นอกเหนือจากการใช้งานในยานยนต์แล้ว ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานสำรอง ซึ่งให้พลังงานสำรองฉุกเฉินแก่ระบบที่สำคัญในกรณีที่เกิดความล้มเหลวหรือในระหว่างขั้นตอนการสตาร์ทเครื่อง นอกจากนี้ ยังมีบทบาทสำคัญในการรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ภายในระบบไฟฟ้าของยานพาหนะ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า ความเสถียรนี้ช่วยให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนได้รับแหล่งจ่ายไฟที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของระบบโดยรวม

ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องชาร์จ ทดสอบ และคายประจุซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ด้วยความแม่นยำ

รูปที่ 2: การทดสอบการเชื่อมต่อ SuperCap

ความท้าทาย #4: การวัดกระแสต่ำในการทดสอบในวงจร

กระแสไฟรั่วและกระแสไฟสลีปมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพของอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงอุปกรณ์เคลื่อนที่ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และหน่วยยานยนต์ กระแสน้ำเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้การใช้พลังงานของอุปกรณ์ที่มีนัยสำคัญ โดยให้ข้อมูลเชิงลึกว่าแบตเตอรี่สามารถทำงานได้นานเท่าใดก่อนที่จะต้องชาร์จใหม่หรือเปลี่ยนใหม่

ในการใช้งานด้านยานยนต์ หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ (ECU) เป็นตัวอย่างให้เห็นถึงความสำคัญของการจัดการกระแสไฟรั่วและกระแสไฟขณะพัก ECU จะดูแลการทำงานที่สำคัญภายในการทำงานของเครื่องยนต์ เช่น ระบบควบคุมสภาพอากาศ การจัดการถุงลมนิรภัย และระบบเบรกป้องกันล้อล็อก การจัดการกระแสเหล่านี้ภายใน ECU ที่ไม่มีประสิทธิภาพอาจส่งผลให้แบตเตอรี่หมดโดยไม่จำเป็น ส่งผลให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลงและไฟฟ้าอาจทำงานผิดปกติได้

นอกเหนือจากความกังวลเรื่องประสิทธิภาพแล้ว กระแสรั่วไหลยังก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่สำคัญอีกด้วย การทำงานผิดปกติที่เกิดจากกระแสเหล่านี้อาจทำให้วงจรที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัยภายใน ECU ทำงานอย่างคาดเดาไม่ได้ และอาจส่งผลให้เกิดสถานการณ์ที่เป็นอันตรายได้ ตัวอย่างเช่น ระบบความปลอดภัยที่ทำงานผิดปกติอาจทำให้ไม่สามารถติดตั้งถุงลมนิรภัยได้ในระหว่างการชน เมื่อพิจารณาถึงความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นเหล่านี้ การวัดกระแสไฟต่ำอย่างพิถีพิถันจึงมีความจำเป็น

ความท้าทาย #5: การเข้าถึงการทดสอบที่จำกัดบน PCBA

การจะบรรลุการทดสอบที่ครอบคลุมของ PCBA ความหนาแน่นสูงนั้น จะต้องวางจุดทดสอบบนโหนดไฟฟ้าทุกจุดตลอดวงจร เพื่อให้เครื่องทดสอบในวงจรทำการทดสอบส่วนประกอบและการเชื่อมต่ออย่างละเอียด อย่างไรก็ตาม การรองรับจุดทดสอบบนโหนดไฟฟ้าทั้งหมดภายใน PCBA ที่อัดแน่นนั้นไม่สามารถทำได้ ข้อจำกัดในการจัดสรรจุดทดสอบนี้ทำให้ความครอบคลุมในการทดสอบลดลงสำหรับ PCBA ความหนาแน่นสูง

ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการแนะนำการสร้างคลัสเตอร์แบบอัตโนมัติและการสร้างการทดสอบสำหรับคลัสเตอร์เหล่านี้ คุณลักษณะอัตโนมัติจะคำนวณความต้านทานที่เทียบเท่ากันของคลัสเตอร์แอนะล็อกแบบพาสซีฟ และเปรียบเทียบกับผลการวัด ต่อมา สร้างแผนการทดสอบที่ครอบคลุมซึ่งปรับแต่งมาสำหรับการวัดส่วนประกอบคลัสเตอร์บน PCBA ที่อัดแน่น ซึ่งช่วยลดความพยายามด้านวิศวกรรมที่จำเป็นในการระบุคลัสเตอร์และสร้างการทดสอบด้วยตนเองได้อย่างมาก

รูปที่ 3: ประเภทของอุปกรณ์และอุปกรณ์ใดบ้างที่ได้รับการยอมรับสำหรับการทดสอบคลัสเตอร์

อัลกอริธึมการทดสอบคลัสเตอร์ที่ได้รับการปรับปรุงถูกนำมาใช้ในเครื่องทดสอบในวงจรความหนาแน่นสูงและนำเสนอโซลูชันอัตโนมัติสำหรับการสร้างคลัสเตอร์อุปกรณ์แบบพาสซีฟที่เชื่อถือได้และสร้างแผนการทดสอบ การใช้ประโยชน์จากพลังของอัลกอริทึมจากไลบรารีคลัสเตอร์ขั้นสูง (ACL) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสร้างคลัสเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ ขั้นตอนต่อมาเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบข้อกำหนดฮาร์ดแวร์ที่เข้มงวด ซึ่งมีส่วนช่วยในการระบุคลัสเตอร์ที่เชื่อถือได้สำหรับวัตถุประสงค์ในการทดสอบ ด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพกระบวนการ แม้แต่วิศวกรทดสอบมือใหม่ก็สามารถดำเนินการทดสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความก้าวหน้านี้ช่วยให้ลูกค้าได้รับความแม่นยำในการทดสอบที่ดีขึ้น การดำเนินการทดสอบที่รวดเร็วขึ้น และเพิ่มความน่าเชื่อถือในกระบวนการผลิต ซึ่งทั้งหมดนี้อำนวยความสะดวกด้วยอัลกอริธึมการทดสอบคลัสเตอร์แบบอัตโนมัติ

สรุป

เพื่อจัดการกับความท้าทายในการทดสอบ PCBA ในปัจจุบัน จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องลดจำนวนการวนซ้ำ ซึ่งส่งผลให้ระยะเวลาการทดสอบที่จำเป็นสำหรับ PCBA ความหนาแน่นสูงลดลง ด้วยการเปิดใช้งานเวลาการทดสอบที่รวดเร็วขึ้นและการกำหนดขอบเขตการทดสอบใหม่ ผู้ผลิตจะสามารถเอาชนะความซับซ้อนได้

ที่มา: EE Times