Kiểm tra đặt câu hỏi: bo mạch có được chế tạo đúng thiết kế không? Thử nghiệm đặt câu hỏi: bo mạch có làm đúng việc cần làm không? Đây là hai câu hỏi khác nhau, được trả lời bằng các phương pháp khác nhau, và một bo mạch có thể đạt ở một mặt và không đạt ở mặt còn lại. Bài viết này mô tả từng phương pháp, phương pháp đó tìm thấy gì và không tìm thấy gì.
Kiểm tra
Kiểm tra kem hàn (SPI)
Sau khi kem được in và trước khi linh kiện được đặt, máy quét 3D đo thể tích, chiều cao và vị trí kem trên mọi pad. Hầu hết lỗi hàn bắt đầu từ bản in kém, vì vậy phát hiện tại đây có chi phí thấp: lau bo mạch và in lại. Phương pháp này tìm thấy kem quá nhiều, quá ít và lệch vị trí. Phương pháp này không kiểm tra linh kiện.
Kiểm tra quang học tự động (AOI)
Camera chụp bo mạch và phần mềm so sánh hình ảnh với hình tham chiếu. Sau khi đặt linh kiện, phương pháp này tìm thấy linh kiện thiếu, lệch, xoay hoặc sai; sau khi hàn chảy, phương pháp này tìm thấy cầu hàn, chân bị nhấc và nhiều mối hàn yếu. Phương pháp này nhanh và áp dụng cho mọi bo mạch.
Những gì phương pháp này không nhìn thấy: mọi thứ bị che khuất. Mối hàn dưới BGA, dưới pad trung tâm của QFN hoặc dưới tấm chắn đều không nhìn thấy. Phương pháp này cũng không thể biết điện trở có giá trị sai nếu trông giống giá trị đúng, trừ khi đọc được ký hiệu. Lỗi lập trình và lỗi bên trong nằm ngoài khả năng của phương pháp này. Tại nhà máy, mọi bo mạch đều qua SPI và AOI.
Kiểm tra X-quang
Hình ảnh X-quang cho thấy xuyên qua linh kiện tới các mối hàn bên dưới. Đây là cách kiểm tra BGA, QFN có pad ẩn và các gói khác có kết nối ẩn: cầu hàn, bi hở, bi thiếu và void (bọt khí trong thiếc hàn). Void được đánh giá theo các tiêu chí như trong IPC-A-610, do khách hàng có thể đặt ra. X-quang chậm hơn AOI, vì vậy được dùng cho sản phẩm đầu tiên, cho mẫu từ một lô, hoặc cho mọi bo mạch nếu thiết kế quan trọng. Phương pháp này cho thấy hình dạng mối hàn, không cho thấy đặc tính điện.
Kiểm tra bằng mắt và kính hiển vi
Người kiểm tra dùng kính lúp hoặc kính hiển vi để kiểm tra những điều hệ thống tự động không kiểm tra: cực tính của linh kiện không có ký hiệu, hư hỏng, độ sạch, cắt chân. IPC-A-610 là tiêu chuẩn xác định bo mạch lắp ráp đạt yêu cầu trông như thế nào, theo các cấp cho yêu cầu tăng dần, và nhiều hợp đồng nêu tên tiêu chuẩn này.
Kiểm tra sản phẩm đầu tiên
Bo mạch đầu tiên của một đợt được chế tạo và kiểm tra theo danh sách linh kiện (BOM) và bản vẽ trước khi chế tạo các bo mạch còn lại: cực tính, vị trí, mối hàn và cài đặt. Đây là biện pháp bảo vệ chi phí thấp trước lỗi hệ thống, như linh kiện sai trong feeder.
Thử nghiệm
Thử nghiệm flying probe
Các đầu dò di chuyển chạm vào điểm kiểm tra và pad trên bo mạch đã hoàn thành, từng cặp một, và đo điện trở, điện dung hoặc đặc tính diode, đồng thời kiểm tra ngắn mạch và hở mạch. Không cần fixture, vì vậy phù hợp với nguyên mẫu và đợt sản xuất nhỏ. Phương pháp này chậm và chỉ kiểm tra những gì đầu dò chạm tới. Phương pháp tương tự được dùng trên bo mạch trần để kiểm tra thông mạch.
Kiểm tra trong mạch (ICT)
Fixture có nhiều chân lò xo (bed of nails) ép vào các điểm kiểm tra trên bo mạch, và máy kiểm tra đo từng linh kiện tại chỗ: mỗi linh kiện có mặt không, có giá trị đúng không và có được hàn không. Phương pháp này nhanh và tìm lỗi sản xuất chính xác, vì vậy phù hợp với đợt sản xuất lớn hơn. Fixture tốn chi phí và thời gian chế tạo, và bo mạch cần các điểm kiểm tra tiếp cận được: một pad hoặc lỗ via cho mỗi net cần đo.
Hình vẽ cho thấy hai cách dò bo mạch, bằng đầu dò di chuyển và bằng fixture chân. Hình được vẽ trên bo mạch trần; trên bo mạch đã lắp ráp, hai cách hoạt động tương tự.
- Đầu đầu dò chạm vào pad.
- Cánh tay đầu dò di chuyển từ điểm này sang điểm khác.
- Các chân lò xo của fixture chạm mọi điểm kiểm tra cùng lúc.
- Tấm fixture giữ các chân.
Boundary scan
Linh kiện hỗ trợ tiêu chuẩn JTAG boundary scan (IEEE 1149.1) có thể kiểm tra kết nối giữa chúng qua vài chân, không cần dò. Phương pháp này tìm thấy hở mạch và ngắn mạch dưới BGA nơi đầu dò không tới được. Phương pháp này cần các linh kiện đó trong thiết kế.
Kiểm tra chức năng (FCT)
Bo mạch được cấp nguồn và vận hành như khi sử dụng: đầu vào được kích, đầu ra được đo, firmware được chạy, giao diện được vận hành, tải được áp dụng. Cách này kiểm tra toàn bộ mạch, gồm cả những điều kiểm tra cấp linh kiện không tìm thấy: giá trị sai trong mạng phản hồi vẫn nằm trong ký hiệu linh kiện, lỗi firmware, mạch analog ngoài dung sai.
Kiểm tra chức năng là kiểm tra của khách hàng. Nhà máy không biết bo mạch cần làm gì. Để thực hiện kiểm tra này, cần cung cấp:
- quy trình: kết nối gì, áp dụng gì, đọc gì, thế nào là đạt,
- firmware hoặc firmware kiểm tra,
- fixture hoặc chi tiết để chế tạo fixture (hoặc cách kết nối cáp),
- và giới hạn đạt và không đạt.
Sau đó nhà máy có thể chế tạo fixture và chạy kiểm tra trên mọi bo mạch. ICT, kiểm tra chức năng và lập trình nằm trong các dịch vụ của nhà máy.
Burn-in
Bo mạch được cấp nguồn, thường ở trạng thái ấm, trong nhiều giờ hoặc nhiều ngày, để lỗi sớm xuất hiện tại nhà máy chứ không phải tại khách hàng. Phương pháp này tìm thấy linh kiện có khuyết tật tiềm ẩn và mối hàn biên bị hỏng dưới ứng suất. Phương pháp này tốn thời gian và thiết bị, và thường áp dụng cho mẫu hoặc bo mạch cho mục đích sử dụng đòi hỏi cao. Nhà máy chạy burn-in trên mẫu, ở nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ cao.
Mỗi phương pháp tìm thấy gì
| Phương pháp | Tìm thấy | Bỏ sót |
|---|---|---|
| SPI | Thể tích và vị trí kem sai | Mọi thứ sau khi in |
| AOI | Linh kiện thiếu, lệch, xoay; lỗi hàn nhìn thấy được | Mối hàn ẩn, giá trị sai, lỗi mạch |
| X-ray | Lỗi mối hàn ẩn, void | Đặc tính điện |
| Flying probe | Hở mạch, ngắn mạch, giá trị sai tại điểm chạm tới được | Net ẩn, chức năng mạch |
| ICT | Lỗi sản xuất ở cấp linh kiện | Toàn bộ mạch có hoạt động không |
| Kiểm tra chức năng | Bo mạch có làm đúng việc trong điều kiện đã kiểm tra không | Lỗi trong điều kiện chưa kiểm tra |
| Burn-in | Lỗi tuổi thọ sớm | Lỗi xuất hiện muộn hơn |
Ba phương pháp này đặt cạnh nhau cho thấy vì sao mỗi phương pháp nhìn thấy những gì nó nhìn thấy.
- Quang học: camera nhìn thấy bề mặt. Mối hàn dưới linh kiện bị ẩn.
- X-quang: tia xuyên qua linh kiện, vì vậy mối hàn ẩn và void hiện ra.
- Đầu dò: kim chạm điểm kiểm tra và đo tại nơi chúng chạm tới.
Cách chọn
- Nguyên mẫu: AOI cộng với kiểm tra bench tự thực hiện trên bo mạch đầu tiên thường là đủ. Mục đích là tìm lỗi thiết kế, điều mà kiểm tra tại nhà máy không tìm thấy.
- Loạt nhỏ: thêm kiểm tra chức năng với fixture đơn giản, và X-quang cho BGA.
- Sản lượng lớn: dùng SPI, AOI, ICT hoặc kiểm tra chức năng, và X-quang lấy mẫu.
- Sản phẩm quan trọng hoặc khó sửa chữa: thêm burn-in, cấp kiểm tra nghiêm ngặt hơn, và hồ sơ cho từng bo mạch.
Nêu cấp chấp nhận cần thiết (ví dụ IPC-A-610 cấp 2 hoặc 3) trong đơn hàng.
Điều này thể hiện thế nào khi đặt hàng tại đây
Nhà máy chạy SPI và AOI trên mọi bo mạch, kiểm tra sản phẩm đầu tiên, và cung cấp ICT, kiểm tra chức năng, lập trình và burn-in. Các tùy chọn kiểm tra và thử nghiệm đang áp dụng có trên trang năng lực sản xuất. 25 kiểm tra khi tải lên là việc khác: các kiểm tra đó kiểm tra file, trước khi thanh toán, chứ không phải bo mạch đã lắp ráp. Kiểm tra file có thể cho thấy file đầy đủ, nhất quán và có thể sản xuất được. Kiểm tra không thể cho thấy mạch có hoạt động hay không; chỉ kiểm tra theo quy trình của khách hàng mới cho thấy điều đó, và quy trình đó do khách hàng quy định. Kỹ sư xác nhận mọi đơn hàng. Xem thêm Cách bo mạch được lắp ráp.