تست الکتریکال PCB یکی از مجموعه تست هایی است که برای بررسی صحت عملکرد یک محصول الکترونیکی انجام می شود. از جمله تست هایی که برای PCB یک محصول الکترونیکی وجود دارد، تست های AOI و X-ray و الکتریکال و Functional هستند. تست AOI در مراحل مختلف تولید یک محصول الکترونیکی می تواند انجام شود. هدف از تست AOI، پیدا کردن خرابی های مونتاژ مثل جا به جا بودن قطعات یا وجود نداشتن آنها روی PCB، جهت قرارگیری نادرست قطعات، مقدار کم یا زیاد قلع روی پایه های قطعات، مونتاژ نشدن پایه های قطعات و … است. تست X-ray هم اغلب برای بررسی الزامات مونتاژ قطعات BGA است. تست Functional یا تست عملکرد نیز برای بررسی صحت عملکرد PCB مونتاژ شده است. تست الکتریکال PCB یا تست اتصالات PCB با هدف بررسی صحیح بودن اتصالات پدها، وایاها و ترک های PCB انجام می شود. در این تست پارامترهای مختلفی مثل اتصال کوتاه بودن، مدار باز بودن، تست مقاومت و … اندازه گیری می شوند. برای PCB محصولات الکترونیکی، دو روش مهم تست الکتریکال وجود دارد. روش اول، تست Flying probe و روش دوم، تست Universal grid است. این تست ها هنگام تولید PCB با تعداد نسبتاً بالا انجام می شوند. تست الکتریکال به صورت دستی هم وجود دارد. و این روش معمولاً برای بردهای نمونه استفاده می شود. به این صورت که شخصی با مولتی متر یا وسیله ای دیگر، اتصالات PCB را بررسی می کند. موضوع مورد بحث ما در این نوشته، تست های الکتریکال غیر دستی، یعنی تست Flying probe و تست Universal grid است. در ادامه دربارۀ تست های مذکور و این که تست الکتریکال PCB چیست، موضوعاتی را بررسی می کنیم.
تصویر 1 – روش های تست الکتریکال برد مدار چاپی
تست الکتریکال PCB و پارامترهای آن
تست الکتریکال PCB هم برای PCBهای خام و هم برای PCBهای مونتاژ شده انجام می شود. هدف این تست بررسی صحت سلامت سخت افزار ساخته شده و همچنین آشکارسازی خطاهای ساخت و مونتاژ است. به طوری که همۀ نقاطی که باید یا نباید به هم متصل باشند، مورد آزمایش قرار می گیرند. برای PCBهای مونتاژ شده نیز تست الکتریکال شامل تست In-circuit است. نتیجۀ انجام تست الکتریکال، محصول قابل اطمینان است. به طوری که احتمال خرابی و مرجوع شدن محصول کمتر و اعتبار سازنده بیشتر می شود. انواع تست الکتریکال PCB وجود دارد که می توانند شامل موارد زیر باشند:
- تست اتصال کوتاه (Short): که برای نقاطی که نباید با هم اتصال داشته باشند، وجود اتصال (Short بودن) بررسی می شود.
- تست مدار باز (Open): که برای نقاطی که باید به هم متصل باشند، عدم وجود اتصال (Open بودن) بررسی می شود.
- تست اتصال مقاومتی (Resistive continuity testing): که مقاومت بین دو نقطه اندازه گیری می شود. طبق استاندارد IPC تست الکتریکال PCB یعنی IPC-9252A، مقاومت بین دو نقطۀ متصل به هم در کلاس 1 و 2 و 3 باید به ترتیب کمتر یا مساوی 100 و 50 و 10 اهم باشد.
- تست ایزولاسیون مقاومتی (Resistive isolation testing): که مقاومت بین نقاطی که نباید به هم متصل باشند، طبق IPC-9252A، در کلاس های 1 و 2 و 3، باید به ترتیب بزرگتر یا مساوی 500 کیلو اهم و 2 مگا اهم و 10 مگا اهم باشد.
- مقادیر مقاومت، خازن و …: که این تست بعد از مونتاژ قطعات روی PCB انجام می شود. و پارامترهای مقاومت و خازن و پارامترهای اولیۀ دیگر در آن تست می شوند. به این نوع تست که پس از فرایندهای مونتاژ انجام می شود، In-circuit test یا ICT گفته می شود.
تصویر 2 – مقادیر مجاز و غیر مجاز تست های مقاومتی در کلاس 3 استاندارد IPC-9252A
تست الکتریکال Flying probe
یکی از روش های تست الکتریکال PCB است که هم برای PCBهای خام (پیش از مونتاژ) و هم برای PCB های مونتاژ شده وجود دارد. در این روش، تست اتصال کوتاه، مدار باز، اتصال مقاومتی، ایزولاسوین مقاومتی و مقادیر مقاومت و خازن و پارامترهای اولیۀ دیگر، انجام می شود. روش تست به این صورت است که PCB در جایی ثابت می شود و پراب هایی به صورت معلق هستند. این پراب ها با نیروی موتورهای الکتریکی در سطح PCB جا به جا می شوند و روی نقاط مختلف PCB قرار می گیرند. نقاطی از جمله پدها، وایاها و تست پوینت ها. وقتی که پراب ها روی نقاط قرار می گیرند، دستگاه Flying probe اتصال بین نقاط مختلف را تست می کند. همچنین در صورتی که تست برای بردهای مونتاژ شده باشد، اتصال و یا پارامترهای مورد نظر بین نقاط تست می شوند. تست Flying probe سرعت بالایی دارد، اما نسبت به تست Universal grid سرعت آن کمتر است. قیمت آن نیز نسبت به تست Universal grid کمتر است. این روش، بیشتر برای تست محصولاتی با تعداد نسبتاً پایین به کار می رود. همچنین مناسب برای PCBهای HDI (بردهای متراکم) است. توجه کنید که در دستگاه های تست Flying probe، بسته به نوع دستگاه، PCB می تواند به صورت عمودی یا افقی قرار بگیرد. در برخی دستگاه ها PCB به صورت افقی و در برخی دیگر به صورت عمودی در دستگاه قرار می گیرد.
تصویر 3 – تست اتصالات برد مدار چاپی، تست Flying probe
تست الکتریکال Universal grid
این روش تست الکتریکال PCB که به Bed of nails نیز شناخته می شود، روشی سنتی برای تست الکتریکال است. در روش Universal grid برای لایۀ TOP و Bottom برد مدار چاپی، بستری ساخته می شود. این بستر Fixture نامیده می شود. در صورتی که PCB یک لایه باشد، تنها یک طرف برد نیاز به این بستر دارد. این بستر دارای میخ هایی است که مانند پراب عمل می کنند و روی نقاط تست قرار می گیرند. این میخ ها Pogo pin نام دارند و دارای خاصیت فنری هستند. در واقع PCB روی این میخ ها قرار می گیرد. و تحت فشاری که وارد می شود، این میخ ها به پدها، وایاها و تست پوینت ها متصل می شوند. طرف دیگر این میخ ها به دستگاه تست متصل است. و تست های لازم بین همۀ نقاطی که به میخ ها متصل شده است، در چند ثانیه انجام می شود. تست های اتصال کوتاه، مدار باز، اتصال مقاومتی، ایزولاسوین مقاومتی و مقادیر مقاومت و خازن و پارامترهای اولیۀ دیگر. سرعت دستگاه های تست Universal grid نسبت به دستگاه های تست Flying probe بیشتر است. و حتی PCBهای بزرگ هم در چند ثانیه تست می شوند. اما با توجه به این که برای هر مدل PCB، باید یک بستر تهیه شود، قیمت تست Universal grid بالاتر است. بنابراین این روش تست الکتریکال PCB برای تولید انبوه صرفۀ اقتصادی دارد. یکی دیگر از معایب روش تست Universal grid، مشکل تراکم است. برای تست PCBهای متراکم که پدها، وایاها و نقاط تست نزدیک به هم دارند، این تست نمی تواند انجام شود. اگر هم دستگاهی وجود داشته باشد که تست Universal grid را برای PCBهای متراکم انجام دهد، قیمت تست بالاست.
روش استاندارد مونتاژ کریستال ساعت
ویدئوی 1 – نمونه ای از یک تست الکتریکال Universal grid دو مرحله ای
نکاتی دربارۀ تست الکتریکال PCB
- تست In-circuit می تواند با هر دو روش Flying probe و Universal grid انجام شود. در برخی سایت ها و منابع ممکن است به تست In-circuit، تست Bed of nails هم گفته شود. اما Bed of nails همان طور که گفتیم، نامی برای روش تست Universal grid است.
- روش Universal grid قدیمی تر و روش Flying probe جدیدتر است. ممکن است روش های دیگری در آینده به وجود بیایند. همچنین امروزه ممکن است روش های دیگری مورد استفاده قرار گیرند. اما دو روش مذکور، روش های پرکاربرد و مرسوم هستند.
- تفاوت تست In-circuit و تست Functional در نوع و اهداف آنهاست. تست In-circuit برای بررسی صحت سلامت سخت افزار پس از مونتاژ قطعات به کار می رود. اما تست Functional با هدف بررسی عملکرد یک سخت افزار است.
- دستگاه های تست الکتریکال PCB می توانند انواع مختلفی داشته باشند. انواع دست ساز، رومیزی، نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک می توانند به کار گرفته شوند.
تصویر 4 – دو دستگاه تست PCB تمام اتوماتیک و رومیزی
نتایج تست الکتریکال PCB و روش های آن
- برای تولید یک محصول الکترونیکی تست های مختلفی در مراحل مختلف انجام می شود. از جمله تست هایی که روی PCB خام و مونتاژ شدۀ محصولات الکترونیکی انجام می شود، تست های الکتریکال، فانکشنال، AOI و X-ray هستند.
- روش های تست الکتریکال برد مدار چاپی، Flying probe و Universal gridهستند.
- در تست الکتریکال پارامترهایی مثل اتصال کوتاه، مدار باز، مقاوت الکتریکی بین دو نقطۀ متصل به هم، مقاومت الکتریکی بین دو نقطۀ منفصل از هم و پارامترهای پایه مثل مقدار مقاومت و خازن و … تست می شوند.
- IPC-9252A استاندارد مربوط به تست الکتریکال است.
- در تست الکتریکال Flying probe، پراب هایی روی نقاط مختلف PCB قرار می گیرند و پارامترهای مختلف برای نقاط تست می شوند.
- تست Flying probe دارای سرعت و قیمت کمتر است.
- در تست الکتریکال Universal grid، پارامترها برای همۀ نقاط به صورت همزمان تست می شوند.
- سرعت و قیمت تست Universal grid بیشتر از تست Flying probe است.
- تست Universal grid، با نام Bed of nails هم شناخته می شود.
آموزش های مرتبط با این نوشته:
فیلم آموزش طراحی PCB با آلتیوم مقدماتی
سلام من از کجا بفهمم چه فیوزی با چه مقدار روی دستگاهم بزارم که استاندارد دستگاهم باشد