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PCBA 테스트 - SMT 테스트를 통한 PCB 기능 보장의 핵심

PCBA 테스트란 무엇인가요?

PCBA SMT 조립 공정은 매우 복잡하며 PCB 보드 제조 공정, 부품 조달 및 검사, SMT 조립, DIP 등과 같은 여러 가지 중요한 공정이 포함됩니다. PCBA 테스트. 그 중 PCBA 테스트는 전체 PCBA 처리 공정에서 가장 중요한 품질 관리 단계입니다. 테스트는 제품의 최종 성능을 결정합니다. 그렇다면 PCBA 테스트 형식은 무엇일까요?

  1. The ICT 테스트에는 주로 회로 연속성, 전압, 전류 값, 변동 곡선, 진폭, 노이즈가 포함됩니다.
  2. FCT 테스트에는 IC 프로그램 버닝, PCBA 보드 기능 전체의 시뮬레이션 테스트, 하드웨어 및 소프트웨어 문제 발견, 필요한 SMT 처리 생산 설비 및 테스트 랙 장착이 필요합니다.
  3. 노화 테스트는 주로 PCBA 보드와 전자 제품에 장시간 전원을 공급하는 것입니다. 이 테스트는 제품을 지속적으로 작동 상태로 유지하고 모든 고장을 관찰합니다. 노화 테스트 후 전자 제품은 배치 단위로 판매될 수 있습니다.
  4. 피로 시험은 주로 PCBA 보드의 샘플을 채취하여 고주파 및 장기 작동을 수행하여 고장이 있는지 관찰하고 시험에서 고장 가능성을 결정합니다. 이는 전자 제품에서 PCBA 보드의 작동 성능에 대한 피드백을 제공하기 위한 것입니다.
  5. 혹독한 환경에서의 테스트는 주로 PCBA 보드를 극한의 온도, 습도, 낙하, 튀김 및 진동에 노출시킵니다. 무작위 샘플의 테스트 결과를 얻어 전체 PCBA 보드 배치 제품의 신뢰성을 추론합니다.

PCBA 공정은 복잡합니다. 부적절한 장비나 작업으로 인해 생산 및 가공 중에 다양한 문제가 발생할 수 있으며, 생산된 제품이 합격이라는 보장은 없습니다. 따라서 각 제품에 품질 문제가 없는지 확인하기 위해 PCB 테스트가 필요합니다.

SMT 후 PCBA를 테스트하는 방법?

PCBA 테스트의 몇 가지 주요 공통 방법:

1. 수동 테스트

수동 테스트는 PCBA에서 구성 요소의 배치를 확인하기 위해 시각 검사에 직접 의존하는 것입니다. 이 방법은 널리 사용됩니다. 그러나 PCBA에는 많은 구성 요소가 있으며 대부분이 매우 작아서 이 방법은 적용하기 어렵습니다. 일부 기능적 결함은 감지하기 쉽지 않으며 데이터를 쉽게 수집할 수 없습니다. 이로 인해 보다 전문적인 테스트 방법이 필요합니다.

2. 자동 광학 검사(AOI)

부품의 극성 검사에 비교적 좋은 효과가 있으며 일반적인 방법입니다. 하지만 이 방법은 단락된 PCBA를 식별하는 데 더 어렵습니다.

3. 비행 프로브 테스트

비행 프로브 테스트는 기계적 정확도, 속도 및 신뢰성의 발전으로 인해 지난 몇 년 동안 일반적으로 환영을 받았습니다. 테스트 시스템의 현재 요구 사항에는 빠른 변환, 소량 생산 및 프로토타입 제조에 필요한 고정 장치 기능이 없으므로 비행 프로브 테스트가 최상의 선택입니다.

4.기능 테스트

이것은 특수 장비로 수행되는 특정 PCB 또는 유닛에 대한 테스트 방법입니다. 기능 테스트는 주로 최종 제품 테스트와 최신 엔티티 모델(Hot Mock-up)을 포함합니다.

5. 제조 결함 분석기(MDA)

이 테스트 방법의 주요 장점은 초기 비용이 낮고 출력이 높으며 후속 진단이 쉽고 단락 및 개방 회로가 빠르고 완벽하다는 것입니다. 단점은 테스트에서 기능적 문제를 감지할 수 없다는 것입니다. 일반적으로 테스트 범위 표시가 없고 고정 장치를 사용해야 하며 테스트 비용이 높습니다.

PCB 설계 및 ICT 테스트

전자 제품이 더 가볍고 얇아짐에 따라 PCB 설계는 더 복잡하고 어려워질 것입니다. 기능성과 안전성의 균형을 맞춰야 할 필요성 외에도 생산 가능하고 테스트 가능해야 합니다. PCB를 설계할 때 ICT 테스트 포인트를 설정하는 것을 고려해야 합니다. 다음은 PCB 설계에서 ICT 테스트를 위한 예방 조치입니다.

  • 양면 ICT 고정 장치가 있지만 측정 지점은 같은 면에 놓는 것이 가장 좋습니다.
  • 테스트된 지점의 우선 단계: A. 테스트 패드, 구성 요소 리드, C. 관통 구멍(비아).
  • 측정 지점은 인근 부품(같은 측면)에서 최소 0.100인치 떨어져 있어야 합니다. 3m/m보다 높은 부품의 경우 거리는 최소 0.120인치여야 합니다.
  • 측정 지점은 국부적으로 높은 밀도가 발생하는 것을 피하기 위해 PCB 표면에 고르게 분포되어야 합니다.
  • 모양은 정사각형이 바람직하고 측정 가능한 영역은 원형에 비해 21% 증가합니다. 0.030인치 미만의 측정 지점은 타겟을 수정하기 위해 추가 처리가 필요합니다.
  • 테스트한 지점의 패드와 비아에는 솔더 마스크가 없어야 합니다.
  • 측정 지점은 보드 가장자리 또는 접힌 가장자리로부터 최소 0.100인치 떨어져 있어야 합니다.
  • PCB의 두께는 최소 0.062인치(1.35mm)여야 합니다. 이 값보다 얇은 두께의 PCB는 쉽게 구부러질 수 있으며 특수 처리가 필요합니다.
  • 툴링 구멍의 직경은 바람직하게는 0.125인치(3.175mm)입니다. 허용 오차는 "+0.002인치/-0.001인치"여야 하며 위치는 PCB 모서리에 있어야 합니다.
  • 측정 지점과 위치 구멍 사이의 위치 허용 오차는 +/-0.002″여야 합니다.
  • 측정 지점을 SMT 부품에 두지 마십시오. 측정 가능한 영역이 너무 작고 신뢰할 수 없을 뿐만 아니라 부품이 쉽게 손상될 것입니다.
  • 측정 지점은 0.170인치(4.3mm)보다 크지 않아야 하며, 조리개는 1.5mm보다 작아야 합니다. 그렇지 않으면 특수 처리가 필요합니다.

ICT 설비 생산에 필요한 정보:

  • 레이아웃 CAD 파일: 예: PCADR–>* .pdf PADSR–> *.asc
  • 빈 PCB 보드 1개
  • BOM 목록(BOM list)
  • PCB도

ICT 설비 및 PCB 레이아웃에 대한 예방 조치:

  • 모양에 관계없이 모든 구리 호일에는 적어도 하나의 테스트 가능한 지점이 필요합니다.
  • 테스트 지점 위치를 고려하는 순서:
  1. ACI DIPparts 피트는 테스트 포인트로 우선시됩니다.
  2. 노출된 구리 호일 부분(테스트 PAD).
  3. 수직 부분 DIP 발.
  4. 관통 구멍이 있지만 마스크가 있어서는 안 됩니다.
  • 테스트 포인트의 직경:
  1. 1m/m 이상에서는 일반적인 바늘 제어로 테스트 효과를 얻을 수 있습니다.
  2. 1m/m 이하에서는 더 정밀한 프로브를 사용해야 하지만, 제조 비용이 증가합니다.
  3. PAD는 좋은 접촉을 가져야 합니다.
  • 테스트 지점의 모양은 둥글거나 사각형일 수 있습니다.
  • 지점 간 거리는 2m/m(중심점 간)보다 커야 합니다.
  • 2층 PCB에 대한 요구 사항 – 단면 테스트를 수행할 수 있는 능력에 중점을 둡니다.
  1. SMD 표면 트레이스에는 딥 표면에서 테스트하기 위한 테스트 포인트 역할을 하기 위해 딥 표면까지 관통할 수 있는 최소한 하나의 관통 구멍이 있어야 합니다.
  2. 관통 구멍에 마스크가 필요한 경우, 테스트 패드를 관통 구멍 옆에 놓는 것을 고려하세요.
  3. 단면으로 제작이 불가능한 경우 양면 고정장치로 제작합니다.
  • 빈 발이 허용 범위 내에 있으면 테스트 가능성을 고려해야 합니다. 테스트 지점이 없으면 하나를 설정해야 합니다.
  • ICT 테스트 중 PCB를 효과적으로 분리할 수 있는 백업 배터리용 점퍼를 갖는 것이 좋습니다.
  • 위치 구멍 요구 사항:
  1. 각 PCB에는 위치 결정 구멍이 두 개 있어야 하며, 구멍에는 주석이 허용되지 않습니다.
  2. 대각선과 가장 먼 두 개의 구멍을 위치 지정 구멍으로 선택합니다.

PCBA 테스트 장비

PCBA 테스트 장비에는 다음이 포함됩니다: 인서킷 테스터, 기능 테스터, 에이징 테스터.

이러한 테스트 장비는 PCBA 공정에서 일반적입니다. 처리 링크의 PCBA 테스트는 PCBA 보드가 고객의 설계 요구 사항을 충족하고 수리율을 획기적으로 줄이는지 확인할 수 있습니다.

1.인서킷 테스터

ICT는 광범위한 응용 분야와 간단한 작동을 갖춘 자동 온라인 테스터입니다. ICT 자동 온라인 검출기는 주로 생산 공정 제어를 위한 것이며 저항, 커패시턴스, 인덕턴스 및 집적 회로를 측정할 수 있습니다. 특히 개방 회로, 단락 회로 및 구성 요소 손상 등을 감지하는 데 효과적이며 정확한 오류 위치와 편리한 유지 관리가 가능합니다.

전기 테스트에 사용되는 가장 기본적인 기기는 온라인 테스터(ICT)입니다. 전통적인 온라인 테스터는 특수 니들 베드를 사용하여 납땜된 회로 기판의 구성 요소에 접촉하고 수백 밀리볼트와 10mA를 사용합니다. 내부 전류로 이산 절연 테스트를 수행하여 일반 및 특수 구성 요소의 누락, 오류 및 매개변수 값 편차를 정확하게 측정합니다.

저항, 인덕턴스, 커패시턴스, 다이오드, 트라이오드, 사이리스터, 전계 효과 튜브, 통합 블록, 용접 조인트, 개방 회로 보드, 단락 오류와 같은 구성 요소를 측정합니다. 사용자에게 어떤 구성 요소에 오류가 있는지 또는 개방 및 단락 회로가 어디에 있는지 정확하게 알려줍니다.

니들베드 온라인 테스터의 장점은 테스트 속도가 빠르다는 것입니다. 대량 생산에서 단일 종류의 민간 가전제품 회로 기판을 테스트하는 데 적합하며 호스팅 가격이 비교적 낮습니다. 그러나 회로 기판의 조립 밀도가 증가함에 따라 니들베드 온라인 테스터에는 극복할 수 없는 몇 가지 문제가 있습니다.

이는 미세 피치 SMT 조립, 신제품 개발, 생산 주기가 점점 짧아지고 회로 기판의 종류가 점점 더 많아지기 때문입니다. 또한 니들 베드 고정 장치 생산, 긴 디버깅 주기는 비용이 많이 들고 일부 고밀도 SMT 회로 기판의 경우 테스트 정확도 문제를 테스트할 수 없습니다.

최근 몇 년 동안 ICT가 개선되어 현대 기술의 한계를 극복했습니다. 예를 들어, 집적 회로가 비슷한 회로 커버리지에 대한 감지 대상을 제공하기에는 너무 커졌을 때, ASIC 엔지니어는 바운더리 스캔 기술을 개발했습니다.

경계 스캔은 프로브가 허용되지 않는 구성 요소 연결을 확인하는 산업 표준 방법을 제공합니다. 추가 회로는 IC 내부를 위해 설계되어 구성 요소가 주변 구성 요소와 통신하고 테스트 결과를 쉽게 확인할 수 있는 형식으로 표시할 수 있습니다.

또 다른 벡터리스 기술은 바늘 베드를 통해 교류(AC) 신호를 테스트 구성 요소에 적용합니다. 센서 보드는 테스트 중인 구성 요소의 표면에 눌려 구성 요소 리드 프레임과 커패시터를 형성하여 신호를 센서 보드에 결합합니다. 결합 신호가 없다는 것은 솔더 조인트가 열려 있다는 것을 의미합니다.

크고 복잡한 보드에 대한 테스트 프로그램을 수동으로 생성하는 것은 시간이 많이 걸리지만, ATPG(자동 테스트 프로그램 생성) 소프트웨어의 등장으로 이 문제가 해결되었습니다. 이 소프트웨어는 보드에 조립된 PCBA, CAD 데이터 및 구성 요소 사양 라이브러리를 기반으로 합니다.

필요한 고정물과 테스트 절차를 자동으로 설계합니다. 이러한 기술은 간단한 프로그램의 생성 시간을 단축하는 데 도움이 되지만, 고노드 테스트 프로그램의 데모는 여전히 시간이 많이 걸리고 기술적으로 어렵습니다.

플라잉 프로브 테스터는 니들 베드 온라인 테스터의 개량형입니다. 니들 베드를 프로브로 대체합니다. XY 메커니즘에는 4개의 테스트 프로브로 고속으로 이동할 수 있는 8개의 헤드가 장착되어 있으며 최소 테스트 간격은 0.2mm입니다.

테스트 프로브는 미리 정해진 좌표 위치 프로그램에 따라 테스트 지점으로 이동합니다. 테스트 프로그램에 따라 각 테스트 프로브는 조립된 구성 요소에 대해 개방/단락 회로 또는 구성 요소 테스트를 수행합니다.

니들베드 온라인 테스터와 비교했을 때, 테스트 정확도와 최소 테스트 갭이 크게 향상되었고, 특별한 니들베드 고정 장치가 필요 없습니다. 테스트 프로그램은 회로 기판의 CAD 소프트웨어에서 직접 얻을 수 있습니다. 그러나 한 가지 단점은 테스트 속도가 느리다는 것입니다.

2.기능 테스터

FCT 기능 테스트는 PCBA 보드에 대한 여기 및 부하와 같은 시뮬레이션 운영 환경을 제공하여 보드의 다양한 상태 매개변수를 얻어 보드의 기능 매개변수가 설계 요구 사항을 충족하는지 감지할 수 있습니다.

FCT 기능 테스트 항목은 주로 전압, 전류, 전력, 역률, 주파수, 듀티 사이클, 밝기 및 색상, 문자 인식, 음성 인식, 온도 측정, 압력 측정, 모션 제어, FLASH, EEPROM 굽기 등을 포함합니다.

ICT는 PCB 조립 공정에서 다양한 결함과 고장을 효과적으로 찾을 수 있지만, 전체 회로 기판으로 구성된 시스템의 성능을 클록 속도로 평가할 수는 없습니다. 기능 테스트는 전체 시스템이 설계 목표를 달성할 수 있는지 테스트할 수 있습니다. 회로 기판의 테스트된 유닛을 기능적 본체로 사용하여 입력 신호를 제공하고 기능적 본체의 설계 요구 사항에 따라 출력 신호를 감지합니다. 이 테스트는 회로 기판이 설계 요구 사항에 따라 정상적으로 작동할 수 있는지 확인하기 위한 것입니다.

따라서 기능 테스트를 위한 가장 간단한 방법은 조립된 전자 기기의 전용 회로 기판을 기기의 적절한 회로에 연결한 다음 전압을 인가하는 것입니다. 기기가 테스트를 통과하면 회로 기판은 적격이 됩니다. 이 방법은 간단하고 투자가 덜 필요하지만 자동으로 오류를 진단할 수는 없습니다.

PCBA 테스트 장비

3.AOI(자동 광학 검사)

회로 기판의 조립 밀도가 증가함에 따라 전기 접촉 테스트의 어려움도 증가했습니다. SMT 생산 라인의 테스트 분야에 AOI 기술을 도입하는 것도 일반적인 추세입니다. AOI는 용접 품질을 검사할 뿐만 아니라 광 보드, 솔더 페이스트 인쇄 및 패치 품질도 검사합니다. 각 공정에서 AOI의 출현은 수동 작업을 거의 완전히 대체하며 제품 품질과 생산 효율성을 개선하는 데 많은 관련이 있습니다.

자동 감지(A01)를 사용할 때 AOI는 카메라를 통해 PCB를 자동으로 스캔하고 이미지를 수집하며 테스트된 솔더 조인트를 데이터베이스의 적격 매개변수와 비교합니다. 이미지 처리 후 PCB 결함을 확인하고 디스플레이 또는 자동 표시를 사용하여 결함을 식별합니다. 간단히 말해 유지 관리 인력이 수리할 수 있도록 표시합니다.

현재의 AOI 시스템은 새로운 조명 방법, 확대 배율, 복잡한 알고리즘을 포함한 고급 비전 시스템을 사용하여 높은 테스트 속도에서 높은 결함 캡처율을 얻습니다. AOI 시스템은 다음과 같은 오류를 감지할 수 있습니다. 누락된 구성 요소, 탄탈륨 커패시터의 잘못된 극성, 잘못되거나 기울어진 솔더 핀 위치, 구부러지거나 접힌 핀, 과도하거나 불충분한 솔더, 솔더 조인트 브리징 또는 거짓 솔더링 등.

AOI는 시각 검사로 감지할 수 없는 결함을 감지하는 것 외에도 각 공정의 작업 품질과 생산 공정의 결함 유형에 대한 피드백을 수집하여 제공하여 공정 제어 인력이 분석하고 관리할 수 있습니다. 그러나 AOI 시스템은 회로 오류와 보이지 않는 솔더 조인트를 감지하는 것과 같은 단점도 있습니다.

4.AXI(자동 X선 검사)

AXI는 최근 몇 년 사이에 등장한 새로운 유형의 테스트 기술입니다. 조립 회로 기판(PCBA)이 가이드 레일을 따라 기계 내부로 들어가면 회로 기판 위에 X선 방출 튜브가 있습니다. 방출된 X선은 회로 기판을 통과하여 아래의 검출기(일반적으로 카메라)에서 수신됩니다. 솔더 조인트에는 X선을 흡수할 수 있는 많은 양의 납이 포함되어 있기 때문에,

유리섬유, 구리, 실리콘 등과 같은 다른 재료와 비교했을 때, 솔더 접합부에 조사된 X선은 흡수되어 검은 점으로 나타납니다. 따라서 솔더 접합부 분석은 매우 직관적이며, 이미지 분석 알고리즘은 솔더 접합부 결함을 자동으로 안정적으로 검사할 수 있습니다. AXI 기술은 2D에서 현재의 3D 검사 방법으로 발전했습니다. 전자는 투과 X선 검사 방법으로, 단일 패널에서 구성 요소 솔더 접합부의 선명한 이미지를 생성할 수 있습니다. 그러나 현재 널리 사용되는 양면 실장 회로 기판의 경우 효과가 매우 나빠서 양쪽 솔더 접합부의 시각적 이미지가 나타납니다. 이들은 겹쳐지고 구별하기가 매우 어렵습니다.

3D 검사 방법은 계층 기술을 사용합니다. 빔은 모든 층에 초점을 맞추고 해당 이미지를 고속 회전으로 투사하여 초점 지점의 ​​이미지를 매우 선명하게 만듭니다. 반면 다른 층의 이미지는 제거됩니다. 결과적으로 3D 검사 방법은 이미지를 제거합니다. 3D 검사 방법은 회로 기판의 양쪽에 있는 솔더 조인트를 독립적으로 이미지화할 수 있습니다.

3D X-Ray 기술은 양면 실장 회로 기판을 검사하는 것 외에도 BGA(Ball Grid Array, 솔더 볼 디스플레이)와 같은 보이지 않는 솔더 조인트에 대한 다층 이미지 "슬라이싱" 검사를 수행할 수도 있습니다. BGA 솔더 조인트의 상단, 중간 및 하단을 철저히 검사합니다. 동시에 이 방법은 관통 홀(PTH) 솔더 조인트를 측정하여 관통 홀의 솔더가 충분한지 확인하는 데에도 사용할 수 있으므로 솔더 조인트 연결의 품질을 크게 개선할 수 있습니다.

미래 SMT 테스트 기술 전망

다음 20년 동안 어떤 테스트 기술이 성공할지 또는 단계적으로 폐지될지 예측하는 것은 간단한 작업이 아닙니다. 과거에 대한 요약과 미래 응용 프로그램에 대한 명확한 이해가 필요합니다. 최근 몇 년 동안의 개발 추세를 판단하면, 특히 AXI와 ICT 테스트의 조합인 여러 테스트 기술을 사용하는 것이 곧 이 분야에서 주요 선택이 될 것입니다.

현재 회로 기판이 점점 더 복잡해짐에 따라 전통적인 회로 접촉 테스트는 크게 제한됩니다. ICT 테스트와 기능 테스트를 통해 결함을 진단하기 어렵습니다. 대부분의 복잡한 회로 기판의 밀도가 증가함에 따라 전통적인 테스트 방법은 온라인 테스터의 테스트 접촉 수만 늘릴 수 있습니다. 그러나 접촉 수가 증가함에 따라 테스트 프로그래밍 및 니들 베드 고정 장치 비용도 기하급수적으로 증가합니다.

일반적으로 테스트 프로그램과 픽스처를 개발하는 데 몇 주가 걸리고, 더 복잡한 회로 기판의 경우 한 달 이상 걸릴 수도 있습니다. 또한 ICT 접점 수를 늘리면 ICT 테스트 오류 및 재테스트 횟수가 늘어납니다. AXI 기술은 위의 요인에 영향을 받지 않으며 공정 결함 적용 범위가 매우 높아 보통 최대 97%에 이릅니다. 공정 결함은 일반적으로 총 결함의 80%-90%를 차지하며 보이지 않는 솔더 조인트도 검사할 수 있습니다. 그래도 AXI 기술은 회로의 전기적 성능의 결함과 오류를 테스트할 수 없습니다.

AXI 테스트 기술을 기존 ICT 온라인 테스트 방법과 결합하면 서로를 보완할 수 있습니다. 결합된 SMT PCBA 테스트 기술은 각 기술이 다른 기술의 단점을 보완하기 때문에 거의 완벽합니다.

X-레이는 주로 솔더 접합부의 품질에 초점을 맞춥니다. 또한 구성 요소가 있는지 확인할 수 있지만 구성 요소, 방향 및 값이 올바른지 확인할 수는 없습니다. 반면 ICT는 구성 요소의 방향과 값을 결정할 수 있지만 솔더 접합부가 허용되는지 여부를 결정할 수 없습니다. 특히 BGA, CSP 등과 같이 패키지 하단에 솔더 접합부가 있는 구성 요소의 경우 그렇습니다. 그림 2는 AXI 및 ICT 테스트 방법의 검사 범위에 대한 보완 다이어그램입니다.

AXI 기술의 발전으로 현재 AXI 시스템과 ICT 시스템이 플랫폼 간에 통신할 수 있다는 점을 지적할 필요가 있습니다. "Aware Test"라고 하는 이 기술은 두 시스템 간의 반복적인 테스트를 제거할 수 있습니다. ICT/AXI의 중복 테스트 범위를 줄임으로써 ICT 접점 수를 크게 줄일 수 있습니다. 이 간소화된 ICT 테스트는 현재의 높은 테스트 범위를 유지하기 위해 원래 테스트 접점 수의 30%만 필요하며, ICT 테스트 접점 수를 줄이면 ICT 테스트 시간을 단축하고 ICT 프로그래밍을 가속화하며 ICT 픽스처 및 프로그래밍 비용을 줄일 수 있습니다.